Projekt 37415/01

Rec@school – Recycling für den 3D-Druck an Schulen

Projektdurchführung

Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften
Hochschule für angewandte Wissenschaften
- Hochschule Braunschweig/Wolfenbüttel
Salzdahlumer Str. 46/48
38302 Wolfenbüttel

Zielsetzung

Obwohl weltweit der Kunststoffverbrauch rasant zunimmt und es mannigfaltige Probleme mit Kunststoffmüll und Mikroplastik gibt, ist die Verwertung von Kunststoffabfällen in Deutschland unbefriedigend. Der größte Teil, etwa 67 %, werden lediglich thermisch verwertet, also verbrannt, und ist somit dem Wertstoffkreislauf entzogen. Ein anderer großer Teil, etwa 32 %, werden zwar werkstofflich verwertet, es entsteht dabei allerdings Kunststoff „zweiter Wahl“ der in der Regel nur für Produkte minderer Qualität verwendet wird. Die Verwertung ist also quasi ein „Downcycling“. Das Aufkommen und die stark zunehmende Verbreitung von Kunststoff-3D-Druckern in privaten Haushalten lässt einen weiteren Anstieg von Kunststoffabfällen erwarten.

Mit dem Projekt „Rec@school“ soll der Problematik entgegengewirkt werden. Durch Umwelt- und Nachhaltigkeitsbildung von Schüler*innen und Lehrer*innen als Multiplikatoren, soll ein Umdenken und Umlenken angeregt werden.
Anhand des Ansatzes „Reuse, Reduce, Recycle“ soll ein sinn- und verantwortungsvoller Umgang mit der innovativen neuen Technik „3D-Druck“ und der Ressource Kunststoff angestoßen werden.

Um mittels praktischer Tätigkeit in die Umweltthematik einzusteigen werden an den Schulen zunächst Smartphones demontiert, ihre Bestandteile analysiert und Wertstoffströme betrachtet sowie sich kritisch mit der Produktlebensdauer auseinandergesetzt. Danach geht es um die folgenden Kernelemente:

Reuse: Die Vermittlung von Techniken und Kompetenzen, um Gegenstände zu reparieren und daher ihre Nutzungsdauer zu verlängern. 3D-Scanner und -Drucker unterstützen dabei. Es soll ein Umdenken angeregt und das Bewusstsein gestärkt werden, selbst in der Lage zu sein, Gegenstände zu reparieren.

Reduce: 3D-Drucker sind prinzipiell materialeffizient. Um dieses Potential voll auszuschöpfen ist etwas Hintergrundwissen notwendig. Teil des Projektes ist daher auch ein Workshop für die Lehrkräfte der beteiligten Schulen. Zum einen geht es um die Vernetzung untereinander, zum anderen um praktisches Arbeiten mit dem 3D-Drucker und speziellen materialsparenden Konstruktionsmethoden.

Recycle: Unter Mitwirkung der Schüler*innen wird ein regionaler Wertstoffkreislauf für 3D-Druckabfälle aufgebaut. Dabei werden 3D-Druck-Abfälle der Hochschule sowie Schulen der Region gesammelt und daraus neues 3D-Druck-Material (Filament) erzeugt, welches den abgebenden Einrichtungen wieder zufließt. Anhand des Aufbaus dieses Recyclingkreislaufes lernen die Schüler*innen praktisch, was es bedeutet Kunststoff zu recyceln, welche Schwierigkeiten auftreten und Alternativen, wie man den aktuellen Herausforderungen beim Thema Kunststoffmüll begegnen kann. Die Verzahnung von theoretischen Unterrichtsinhalten und praktischen Workshops führen zu einem tieferen Verstehen und Verankern der Inhalte. Perspektifisch können und sollen lokale Unternehmen mit in den Wertstoffkreislauf einbezogen werden.

Arbeitsschritte

1. Praktische Umweltbildung am Beispiel Smartphone
Als Einstieg diente die Demontage von Altgeräten (Smartphones), um Materialströme und Recyclingherausforderungen greifbar zu machen. Schüler*innen zerlegten eigenständig Geräte, identifizierten Kunststoffanteile (~60%) und analysierten Wertstoffkreisläufe. Begleitend wurden interaktive Workshops zu Kunststofftypen, deren Kennzeichnung und die globalen Gewinnungs- und Entsorgungsproblemen durchgeführt. Die Methode nutzte die emotionale Verbindung zum Smartphone, um kritische Reflexion über Produktlebensdauer und Ressourcenverbrauch anzuregen.

2. Kompetenzvermittlung im Reparieren mittels 3D-Druck
In CAD- und 3D-Druck-Workshops lernten Schüler*innen, Ersatzteile zu entwerfen. Ein Fokus lag dabei darauf zuvor die Versagensursache zu ergründen und das Ersatzteil nach Möglichkeit konstruktiv zu optimieren mit dem Ziel ein erneutes Versagen zu vermeiden und dadurch die Produktlebensdauer zu erhöhen. Die Methode kombinierte problembasiertes Lernen mit digitalen Fertigungstechnologien. Technisches Verständnis und Kreativität wurden gefördert.

3. Aufbau eines regionalen Recyclingkreislaufs
Gemeinsam mit den beteiligten Schulen wurden Sammelstellen für 3D-Druckabfälle eingerichtet und ein Recyclingprozess etabliert: Die sortenreinen 3D-Druckabfälle werden geschreddert und das entstehende Mahlgut zu neuem Filament extrudiert. Die technischen Herausforderungen (z. B. Durchmesserschwankungen) machten deutlich, dass Kunststoffrecycling im kleinen Maßstab komplex ist, aber sich mit angepassten Lösungen realisieren lässt. Die Lösungen wurden im Rahmen des Projektes umgesetzt und um Nachahmung zu ermöglichen, im Internet veröffentlicht.

4. Lehrkräftequalifizierung und Unterrichtsentwicklung
Zur nachhaltigen Verankerung des Projekts wurden Multiplikatorenschulungen für Lehrkräfte durchgeführt. Diese umfassten 3D-Druck-Grundlagen, materialsparende Konstruktionsmethoden und Empfehlungen für den Projektablauf. Begleitend entstand ein modularer Leitfaden mit Unterrichtsmaterialien (Präsentationen, Arbeitsblätter), der flexibel an Schulformate (Projektwochen, fächerübergreifende Einheiten) angepasst werden kann. Die Materialien wurden in einer Pilotphase an vier Schulen evaluiert und durch Feedbackschleifen optimiert.

Ergebnisse

Aus zeitlicher und finanzieller Sicht verlief das Vorhaben im Rahmen des Projektplans, wenngleich technische Hürden (z. B. beim Filamentextruder) zu geringfügigen Verzögerungen führten. Durch das Schließen von Materialkreisläufen lassen sich Kunststoffabfälle spürbar reduzieren und Primärrohstoffe einsparen. Zudem werden durch Reparatur und Wiederverwendung wertvolle Rohstoffe geschont. Ökonomisch profitieren Schulen von kostengünstigem, wiederaufbereitetem Filament und reduzieren langfristig ihren Beschaffungsaufwand. Durch die Beschäftigung der Schüler*innen mit der Thematik wurde ein Gewahrsein geweckt, dass Verschwendung entgegenwirkt.

Die im Projekt definierten Ziele zur Umwelt- und Nachhaltigkeitsbildung wurden erreicht und teils übertroffen: Die praktische Demontage von Smartphones verdeutlichte eindrücklich die Vielzahl an Rohstoffen die zur Produktion eines solchen Gerätes benötigt werden. Ein großer Teil davon wird unter zweifelhaften Bedingungen, sowohl in Hinblick auf Umweltauswirkungen, als auch in sozialer Hinsicht gewonnen. Es wird erwartet, dass sich die Schüler*innen dieser Zusammenhänge vor Erwerb eines neuen Gerätes bewusst sind und ihr Altgerät in Zukunft dem Recycling zuführen.

Die Schüler*innen wurden aktiv in den Aufbau eines regionalen Recyclingkreislaufs einbezogen. Sie zeichneten sich durch frische Ideen und eine große Motivation aus. An einer Schule schlug eine Schülerin vor, das Projekt im Stadtschülerrat der Stadt Braunschweig vorzustellen, um weitere Interessierte zu gewinnen und in den Recyclingkreislauf einzubinden. Eine andere Schule löste die Transportfrage für ihre 3D-Druckabfälle besonders kreativ: Ein Lehrer wohnt in Nachbarschaft der Ostfalia. Er pendelt täglich die 15 Kilometer mit dem Fahrrad nach Braunschweig zur Arbeit. Ihn konnten die Schüler*innen gewinnen, regelmäßig die 3D-Druck Abfälle der Schule auf dem Rückweg in seiner Fahrradtasche mitzunehmen und an der Ostfalia für das Recycling abzugeben.

Die entstandenen Kooperationen bestehen fort und führen durch jahrgangsübergreifende praktische Beschäftigung mit der Thematik und Verzahnung mit dem Unterricht zu einer nachhaltigen Sensibilisierung der Schüler*innen.

Öffentlichkeitsarbeit

Zu Projektbeginn wurde das Projekt in einer Pressemitteilungen der Öffentlichkeit vorgestellt. Im Laufe des Projektes wurde in mehreren Zeitungsartikeln, in Facebook- und Instagrammposts darüber berichtet.

Das Projekt wurde auf dem Nachhaltigkeitsmarkt der Stadt Braunschweig, mit einem eigenen Stand, vorgestellt. Es gab zahlreiche Gespräche mit Interessierten.

Höhepunkt war die Präsentation auf der Internationalen „Conference on Learning Factories (CLF)“ mit Vortrag. Das eingereichte Paper trägt den Titel: Using Learning Factories to Provide Environmental Education in Schools while Attracting the Next Generation of STEM Students (Frost, Brüggemann, Haas 2023)

Fazit

Über die anvisierten Ziele hinaus schuf das Projekt einen breiten Aktionsradius: Dank erstelltem Leitfaden und Unterrichtsmaterialien können Lehrkräfte bundesweit das Konzept adaptieren und ausbauen. Bereits beteiligte Schulen integrieren „Rec@school“ fest in den Unterricht, während neue Partner – teils auch Unternehmen – ein wachsendes Netzwerk bilden. Damit trägt das Projekt nicht nur zur unmittelbaren Reduktion von Kunststoffabfällen bei, sondern fördert zugleich langfristig eine verantwortungsvolle Nutzung von Ressourcen.