Warum darf man alte Batterien nicht einfach wegwerfen?

Der Biologie-EF-Kurs des Gymnasiums Lohmar wollte herausfinden, warum man alte Batterien nicht einfach wegwerfen darf. Besonders interessant ist das Thema im Hinblick auf die Schwermetallvergiftung, die in der letzten Zeit breit in den Medien diskutiert wurde. Dank der freundlichen Unterstützung von innogy SE, im Rahmen des 3malE-Schulwettbewerbs, ist das Projekt am Gymnasium Lohmar im April 2018 durchgeführt worden.

Zu Beginn des Projektes erfolgte eine Forschung zu Katalysatorfunktion, Substratspezifität und Wirkungsspezifität von Enzymen. Bei Enzymen handelt es sich um eine Klasse von Proteinen, die als Katalysatoren fungieren. Diese setzen die Aktivierungsenergie herab und beschleunigen somit chemische Reaktionen, ohne nach der Reaktion chemisch verändert zu sein. In unserem Projekt wurde das Enzym Katalase aus gepressten Kartoffeln verwendet. Bei Katalase handelt es sich um ein Enzym, das das Zellgift Wasserstoffperoxid (H2O2) zu Wasser und Sauerstoff umwandelt. Es befindet sich beispielsweise in der Leber und in Kartoffeln. Gibt man H2O2 zum Kartoffelsaft, kommt es durch den bei der Reaktion entstehenden Sauerstoff zur Schaumbildung, die die Aktivität der Katalase anzeigt.

Die Wirkung von Schwermetall-Ionen auf Enzyme lässt sich damit gut demonstrieren. Schwermetalle kennt man aus dem Alltag, z.B. aus ihrer Verwendung in den Batterien. Sie sind giftig. Eine Schwermetallvergiftung führt in der Regel zu einer Degeneration des Nervensystems. Schwermetalle werden über die Nahrung aufgenommen und im Gehirn und Knochen eingelagert. Wird Kartoffelsaft lediglich für sehr kurze Zeit (ca. 5 Minute) mit 3 %-er Kupfersulfat- Lösung in einem Reagenzglas vermischt und danach in die Wasserstoffperoxidlösung überführt, gibt es keine Schaumbildung oder der Schaumkegel steigt wesentlich langsamer und bleibt auf niedrigem Niveau stehen.
Schwermetall-Ionen wie Kupfer besitzen eine hohe Affinität zu Schwefel. In Enzymen und anderen Proteinen können Disulfidbrücken als stabilisierende Einheiten im Protein dienen. Einige Schwermetall-Ionen, wie Kupfer (Cu2+) oder Quecksilber (Hg2+), können diese S-S-Brücken im aktiven Zentrum des Enzyms aufbrechen oder sich an freie SH-Gruppen anlagern. Die Enzymstruktur wird dadurch zerstört. Es kommt zum Verlust der enzymatischen Aktivität. Die Wirkung von Schwermetallen auf die Enzyme ist irreversibel.

Gemäß Batterieverordnung dürfen verbrauchte Gerätebatterien nicht mehr mit dem Hausmüll entsorgt werden, weil einige Schwermetalle darin vorkommen, die umweltschädlich sind. Diese Bestimmung gilt für jede Batterie, unabhängig davon, um welches elektrochemische System es sich handelt.