1. Materialgruppen

In unserem Kurs „Material Knowledge“ von Stefan Aufrechter haben wir uns intensiv mit dem Thema Circular Economy auseinandergesetzt. Zu Beginn des Semesters lag der Fokus auf der Erforschung verschiedener Materialien, die wir durch von uns erstellte Vorträge näher kennengelernt haben.

Zu den Vorgestellen Materialien gehörten,

Glas 

Keramik

Metalle

Hölzer

Stoffe

uvm.

2. Deep Dive

Im Material Deepdive untersuchten wir bei selbst gewählten Produkten, Die Verwendeten Materialien, vom Ursprung bis hin zu Verarbeitung.

3. Disassembly Session

Zudem haben wir unser vorhandenes Wissen zum Thema Nachhaltigkeit von Produkten reflektiert. Dabei haben wir uns insbesondere mit den verschiedenen Materialien beschäftigt, die in Produkten verwendet werden, und deren Auswirkungen auf die Umwelt durch die Gewinnung und Verarbeitung dieser Materialien.

Um unser Verständnis der Circular Economy zu vertiefen, erhielten wir einen wertvollen Input vom Circular Design Experten Tobias Jänecke. Aufbauend auf diesem Input haben wir uns zunehmend mit der Frage beschäftigt, wie Produkte kreislauffähiger gestaltet werden können. Anschließend haben wir uns dieser Herausforderung selbst gestellt und versucht, eigene Lösungsansätze zur Verbesserung der Kreislauffähigkeit von Produkten, beispielsweise von Fahrradhelmen, zu entwickeln. Um ein tieferes Verständnis für die Zusammensetzung von Produkten zu erlangen, gab uns Stefan die Aufgabe, elektronische Geräte in einer Disassembly-Session auseinanderzubauen. Dabei sollten wir die Einzelteile auf ihren CO²-Ausstoß bei der Herstellung und die Art der Verbindung zwischen den einzelnen Teilen untersuchen.

4. Plattenpate

Zum Ende unseres Semesters starteten wir das Projekt „Plattenpaten“. Diese Aufgabe bestand darin, ein Forschungsexperiment zu einem von uns selbst gewählten Material durchzuführen. Wir begannen mit der Recherche zu den einzelnen Materialien und untersuchten, wie diese beispielsweise nachhaltiger hergestellt oder verbessert werden können, um ihre Langlebigkeit und Kreislauffähigkeit zu erhöhen. Dieses Projekt bot uns die ideale Gelegenheit, das im Laufe des Semesters erworbene Wissen auf praktische Weise anzuwenden und ein noch besseres Verständnis für die Herausforderungen zu entwickeln, die bei der Herstellung nachhaltiger Materialien oder der Verbesserung der Kreislauffähigkeit entstehen können.

Warum Aluminium ?

Ich habe Aluminiumals Ausgangsmaterial gewählt, da es ein im Alltag und in der Gestaltung sehr präsentes Metall ist und sowohl in technischen als auch in konsumorientierten Produkten häufig eingesetzt wird. Es vereint ein geringes Gewicht mit ausreichender Stabilität und lässt sich gut bearbeiten, wodurch es sich besonders für experimentelles Arbeiten eignet. Zudem besitzt Aluminium eine eher neutrale, funktionale Anmutung, die Raum für eine bewusste gestalterische Auseinandersetzung mit Oberfläche und Materialwirkung lässt. Ausgehend von dieser Materialwahl entstand im weiteren Verlauf die Idee, die Eigenschaften von Aluminium durch ein Oberflächenexperiment gezielt zu verändern und zu untersuchen.

Welchen Einfluss haben Anodisierungsbedingungen auf die Oxidschicht, die Farbaufnahme und den Korrosionsschutz von Aluminium?

Hypothese:

Die Verwendung verschiedener Elektrolyte, wie beispielsweise Zitronensäure oder Oxalsäure, führt zu unterschiedlichen Porenstrukturen in der Oxidschicht. Diese Unterschiede beeinflussen direkt die Farbintensität und Korrosionsbeständigkeit des Materials.

Verfahren:

Eloxieren von Aluminium: Verstärkung der natürlichen Oxidschicht von Aluminium durch Elektrolyse.

Vorteil des Eloxierens: Erhöhte Stabilität und Schutz.

Versuchsplan:

Materialien:

Aluminiumplatte

Zitronensäure/Essigsäure/Oxalsäure

Lebensmittelfarbe zur Einfärbung der Oxidschicht

9 Volt Batterie

Krokodilklemmen

Werkzeuge:

Schutzbrille

Glasbehälter

Säurebeständige Handschuhe

Schürze

Holzunterlage (damit es nicht leitet)

Versuchsvariationen: 

Alluminium - Zitronensäure

Alluminium - Essigsäure

Alluminium - Oxalsäure

Versuchsaufbau:

1. Aluminium vorbereiten

Erstmal entfetten, sonst hält die Oxidschicht nicht richtig. Entweder 1–2 % Natronlauge oder einfach mildes Spülmittel.

Danach gründlich mit destilliertem Wasser abspülen.

2. Elektrolyt ansetzen

Zitronensäure-Lösung: ca. 50 g auf 1 l Wasser (~5 %).

Will den Versuch auch mit Essigsäure und Oxalsäure ausprobieren.

Optional: ein paar Tropfen Lebensmittelfarbe, wenn ich direkt Farbe reinbekommen will.

3. Stromkreis aufbauen

Aluminium an die Anode (+) klemmen.

Neutrale Metallplatte (z. B. Edelstahl, Graphit oder Kupfer) an die Kathode (–).

Beide ins Elektrolyt tauchen, darauf achten, dass sie sich nicht berühren.

4. Anodisierung starten

Strom einschalten (9–12 V).

Nach ein paar Minuten bildet sich die Oxidschicht, an der Kathode blubbert es ein bisschen.

5–15 Minuten laufen lassen, je nachdem wie dick die Schicht werden soll.

5. Versiegeln / schützen

Oxidschicht versiegeln: einfach kurz in kochendes Wasser legen (5 Minuten).

6. Trocknen & ansehen

Mit Küchenrolle trocken tupfen, kurz liegen lassen, dann begutachten.

5. Beobachtung

Während des Experiments zur Anodisierung von Aluminium konnten in den ersten drei bis vier Tagen unabhängig von der verwendeten Säure keine sichtbaren Veränderungen an der Oberfläche festgestellt werden. Das Aluminium behielt sowohl seine ursprüngliche optische Erscheinung als auch seine haptischen Eigenschaften bei. Die Oberfläche wirkte weiterhin glatt und gleichmäßig, ohne erkennbare strukturelle Veränderungen oder Verfärbungen. Auch im alltäglichen Umgang zeigten sich keine Unterschiede: Fingerabdrücke waren weiterhin sichtbar, Wasser perlte nicht ab und mechanische Einwirkungen wie leichte Kratzer führten zu keiner veränderten Reaktion des Materials. Diese anfängliche Phase ließ darauf schließen, dass der elektrochemische Prozess nur sehr langsam oder gar nicht einsetzte. Ab dem fünften Tag wurden jedoch erste Veränderungen beobachtet, insbesondere bei der Probe, die in Oxalsäure behandelt wurde. Die Oberfläche dieser Probe wirkte im Vergleich zu den anderen gleichmäßiger und kompakter. Visuell erschien sie matter und homogener, während sich haptisch ein leicht veränderter Widerstand beim Darüberstreichen feststellen ließ. Zudem zeigte sich, dass Fingerabdrücke weniger deutlich sichtbar waren und sich leichter entfernen ließen. Auch im Kontakt mit Wasser verhielt sich die Oberfläche anders als zuvor, da sich Feuchtigkeit gleichmäßiger verteilte und weniger stark haften blieb. Diese Beobachtungen deuteten darauf hin, dass sich die oberste Materialschicht in ihrer Struktur verändert hatte. Darüber hinaus erwies sich die in Oxalsäure behandelte Probe als weniger anfällig für leichte mechanische Beanspruchung. Kleine Kratzer, die auf den unbehandelten oder anders behandelten Proben deutlich sichtbar waren, traten hier weniger stark hervor oder waren kaum wahrnehmbar. Dies verstärkte den Eindruck, dass sich durch die Behandlung eine dichtere und widerstandsfähigere Oberflächenschicht ausgebildet hatte, auch wenn der Prozess nicht unter idealen technischen Bedingungen stattfand. Im Gegensatz dazu zeigten die Proben, die in Zitronensäure und Essigsäure behandelt wurden, auch nach mehreren Tagen keine vergleichbaren Veränderungen. Sowohl die optische Erscheinung als auch die haptische Wahrnehmung blieben weitgehend unverändert. Fingerabdrücke, Wasserflecken und Kratzer verhielten sich ähnlich wie beim unbehandelten Aluminium. Diese Ergebnisse ließen darauf schließen, dass die verwendeten Säuren unter den gegebenen Bedingungen nur eine geringe oder keine Wirkung auf die Aluminiumoberfläche entfalten konnten. Die deutlichere Veränderung bei der Oxalsäure lässt sich durch ihre chemischen Eigenschaften erklären. Oxalsäure ist im Vergleich zu Zitronensäure und Essigsäure eine stärkere, zweiprotonige organische Säure und besitzt zudem ausgeprägte komplexbildende Eigenschaften gegenüber Aluminiumionen. Dadurch kann sie intensiver mit der Aluminiumoberfläche reagieren und Prozesse begünstigen, die zur Bildung einer dichteren Oberfläche führen. und gleichmäßigeren Oxidschichten führen. Zitronensäure und Essigsäure wirken hingegen schwächer und greifen die Oberfläche weniger effektiv an, weshalb sich in diesen Fällen keine signifikanten Veränderungen beobachten ließen.

6. Fazit

Zusammenfassend zeigte das Experiment, dass unter den gewählten Bedingungen nur bei der Verwendung von Oxalsäure eine wahrnehmbare Veränderung der Aluminiumoberfläche erzielt werden konnte. Während Zitronensäure und Essigsäure über den gesamten Versuchszeitraum hinweg keine signifikanten Effekte auf Optik, Haptik oder Widerstandsfähigkeit des Materials zeigten, führte die Behandlung mit Oxalsäure ab dem fünften Tag zu einer gleichmäßigeren und weniger empfindlichen Oberfläche. Auch wenn keine technisch vollständige Anodisierung stattfand, ließ sich dennoch eine Modifikation der obersten Materialschicht beobachten, die sowohl visuell als auch funktional erfahrbar war. Das Experiment verdeutlichte damit, dass selbst einfache Versuchsanordnungen qualitative Unterschiede im Materialverhalten sichtbar machen können, insbesondere im direkten Vergleich verschiedener chemischer Einflüsse.

7. Reflexion

In der Reflexion wird deutlich, dass der experimentelle Aufbau zwar bewusst einfach gehalten war, jedoch auch klare Grenzen aufwies. Insbesondere die geringe Leistungsfähigkeit der verwendeten 9-Volt-Batterie stellte einen entscheidenden Faktor dar, der den Anodisierungsprozess stark einschränkte. Das Experiment machte sichtbar, wie stark elektrochemische Prozesse von präzise kontrollierbaren Parametern wie Stromstärke, Spannung und Zeit abhängen. Gleichzeitig bot der Versuch die Möglichkeit, sich dem Thema Anodisierung nicht nur theoretisch, sondern über direkte Materialbeobachtung zu nähern. Aus gestalterischer Perspektive war besonders interessant, wie sich selbst subtile Veränderungen der Oberfläche auf die Wahrnehmung des Materials auswirken können. Die veränderte Haptik und reduzierte Anfälligkeit für Fingerabdrücke bei der Oxalsäure-Probe zeigten, wie Oberflächenbehandlungen gezielt genutzt werden können, um funktionale und ästhetische Eigenschaften zu beeinflussen. Das Experiment hat somit das Verständnis dafür geschärft, dass Material nicht als statische Gegebenheit zu betrachten ist, sondern als etwas das durch Prozesse, Bedingungen und Entscheidungen aktiv geformt wird. Rückblickend hätte ein technisch optimierter Aufbau – etwa durch den Einsatz einer leistungsstärkeren Stromquelle, wie einer Autobatterie, oder genauer messbarer Parameter – zu klareren und reproduzierbareren Ergebnissen führen können. Das Experiment erwies sich als wertvoller Lernprozess, da es sowohl die Potenziale als auch die Grenzen experimentellen Arbeitens it verschiedenen Materialien erfahrbar machte.

8. Feedback zum Kurs

Der Kurs „Material Knowledge“ bot mir einen hervorragenden Einstieg ins Studium. Die Inhalte waren übersichtlich strukturiert und verständlich präsentiert, sodass ich mich schnell zurechtfand und die grundlegenden Zusammenhänge erfassen konnte. Besonders wertvoll fand ich die Verknüpfung von theoretischem Wissen mit praxisnahen Beispielen, die das Lernen anschaulich und greifbar machten.

Durch den Kurs und insbesondere durch Stefan Aufricht habe ich viel über die Circular Economy gelernt. Die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft wurden anschaulich erklärt und haben mir ein neues Verständnis dafür vermittelt, wie Materialien nachhaltig gedacht, eingesetzt und wiederverwendet werden können. Darüber hinaus habe ich auch ein breiteres Bewusstsein für das Thema Nachhaltigkeit entwickelt – nicht nur in Bezug auf Materialien, sondern auch im Kontext von Design, Produktion und Verantwortung.