Echt Kreislaufwirtschaft – Zirkuläre Wertschöpfungsstrukturen ganzheitlich verstehen
Projektdurchführung
Hochschule Reutlingen
Präsidium
Kanzler
Alteburgstr. 150
72762 Reutlingen
Zielsetzung
Die fortschreitende Digitalisierung des Alltags führt zu einer steigenden Anzahl elektronischer Geräte. Damit wachsen sowohl der Rohstoffbedarf als auch die Menge an Elektroaltgeräten. Die Kreislaufwirtschaft setzt an dieser Herausforderung an, indem sie den Ressourcenverbrauch senkt und Abfälle vermeidet. Eine wirksame Umsetzung erfordert jedoch nicht nur geeignete Recyclingstrukturen, sondern insbesondere Produkte, die von Beginn an für Wiederverwendung, Reparatur und hochwertiges Recycling gestaltet werden.
Für Entwickler von Produkten muss es daher selbstverständlich werden, Kreislauffähigkeit bereits im Design mitzudenken. Dazu muss der Gedanke möglichst früh im Bewusstsein vorhanden sein. Ein guter Zeitpunkt ist während der Schulzeit, wenn die zukünftigen Entwickler zum ersten Mal in Kontakt Technik kommen, also z.B. im NwT-Unterricht in Baden-Württemberg.
Das Projekt „Echt Kreislaufwirtschaft“ adressiert diese Lücke in der schulischen Bildung. Ziel war die Entwicklung eines modularen, projektbasierten Bildungsmoduls für den NwT-Unterricht an Gymnasien in Baden-Württemberg, das die Kreislaufwirtschaft als technisch, ökonomisch und gesellschaftlich vernetztes Konzept erlebbar macht [1;2]. Im Mittelpunkt steht der Entwicklungsprozess eines Produkts. Die Lernenden erfahren anhand konkreter Konstruktionsentscheidungen, wie stark sich Designvarianten auf Demontage, Reparierbarkeit, Wiederverwendbarkeit und Lebensdauer auswirken.
Als Produktbeispiel wurde ein Ladegerät gewählt, das über einen Fahrradnabendynamo betrieben wird und ein Smartphone laden kann. Dieses Beispiel ermöglicht eine anschlussfähige Verbindung zu Inhalten aus Elektronik, Energieumwandlung und Nachhaltigkeitsbewertung. Ergänzend wurden Transferfragen für weitere Wissensbereiche der Kreislaufwirtschaft ausgearbeitet, beispielsweise für Wirtschaft, Geographie, Chemie und Mathematik.
Das Vorhaben leistet keinen unmittelbaren technischen Umweltschutzbeitrag. Es schafft jedoch Voraussetzungen für eine langfristige Umweltentlastung, indem es zirkuläres Denken, reflektiertes Konsumverhalten und ein Verständnis für technische Lösungsbeiträge zur Kreislaufwirtschaft in der Zielgruppe stärkt. Gleichzeitig adressiert das Projekt die Motivation für MINT-Fächer, die für die Transformation zu einer Kreislaufwirtschaft erforderlich sind.
Arbeitsschritte
Das Vorhaben wurde als Design Based Research Projekt umgesetzt. Dieser Ansatz verbindet die systematische Entwicklung eines Lehr- und Lern-Arrangements mit dessen Erprobung in realen Lernumgebungen und einer iterativen Verbesserung auf Basis strukturierter Rückmeldungen.
Im Arbeitspaket 1 wurden die Anforderungen aus dem Bildungsplan NwT sowie aus etablierten Kompetenzmodellen für Bildung für nachhaltige Entwicklung und das Produktbeispiel definiert. Technische Anforderungen wurden anhand der R-Strategien der Kreislaufwirtschaft REPAIR, REUSE ausgewählt, da diese in konkrete, im Unterricht beobachtbare Kriterien, nämlich Demontierbarkeit, Austauschbarkeit von Komponenten, Reparaturfähigkeit und Wiederverwendbarkeit, übersetzt werden können. Die eigentlich im Vorhaben fokussierten R-Strategien RETHINK, bzw. REDUCE BY DESIGN zielen darauf ab, die oben genannten Kriterien überhaupt erst im Entwurf zu berücksichtigen.
Das Arbeitspaket 2 beinhaltete die Konzeption und Auslegung des Ladegeräts in bewusst unterschiedlichen Varianten der Kreislauffähigkeit mit einem Fokus in der kreislauffähigen Entwicklung des Gleichrichters, da dieser in seiner Funktion und den verwendeten Komponenten besser an die Anforderungen des Lehrplans angepasst werden kann. Nach einer technischen Auslegung, der Erstellung des Schaltplans und einer morphologischen Analyse wurden Varianten ausgewählt, konstruktiv ausgearbeitet und als Demonstratoren und Bausätze umgesetzt.
Das Arbeitspaket 3 fokussierte die didaktische Ausarbeitung des Lernmoduls und den Transfer zentraler Wissensbereiche der Kreislaufwirtschaft in den Unterricht. Die Unterrichtsstruktur wurde modular aufgebaut und so gestaltet, dass Lehrkräfte sie in unterschiedlichen Zeitbudgets einsetzen können. Die Lernaktivitäten verbinden Instruktion, Konstruktion und Reflexion.
Das Arbeitspaket 4 umfasste die medientechnische Aufbereitung durch digitale Lernbausteine sowie Materialien für die Durchführung, Dokumentation und Reflexion.
Durch den fehlenden Kontakt zum Netzwerk letsgoING konnte im Arbeitspaket 5 die ursprünglich geplante Evaluation nicht durchgeführt werden. Unterlagen wurden zwar von einzelnen Schülern bewertet; diese Beurteilung ist jedoch nicht repräsentativ.
Das Arbeitspaket 6 diente der Dokumentation, der Vorbereitung der Verstetigung sowie der Verbreitung der Projektergebnisse. Die Materialien wurden so dokumentiert, dass eine Nachnutzung und Anpassung an andere Lerngruppen und Schulformen möglich ist.
Ergebnisse
Das Projektziel, ein praxistaugliches Bildungsmodul zur Kreislaufwirtschaft mit Fokus auf den Produktentwicklungsprozess zu entwickeln, wurde erreicht.
Erstens wurden für das Produktbeispiel mehrere Varianten des Ladegeräts ausgelegt, die zentrale Zielkonflikte der Kreislauffähigkeit sichtbar machen. Bausätze für den Einsatz im Unterricht einschließlich der entsprechenden Anleitungen wurden bereitgestellt. Zudem wurde ein Versuchsaufbau erstellt, mit dem die Funktionen der Baugruppen getestet werden können.
Die Varianten ermöglichen den Vergleich von Designentscheidungen, beispielsweise im Spannungsfeld zwischen kompakter Bauweise und Reparaturfähigkeit. Zwei Videos veranschaulichen bzw. motivieren das Projekt.
Zweitens wurde ein modularer Unterrichtsablauf entwickelt, der Grundlagen der Kreislaufwirtschaft mit technischen Inhalten aus Elektronik und Energieumwandlung verbindet mit Bezug zum NwT-Lehrplan.
Das Lernmodul umfasst 5 Kapitel, die in 12 interaktive Unterrichtseinheiten á 45 min gegliedert sind: Theoriegestützte Einführungen, praktische Konstruktions- und Montageaufgaben sowie Reflexions- und Bewertungsaufgaben, die beispielsweise R-Strategien, Lebensdauerbetrachtungen und Zielkonflikte zwischen Kosten, Performance und Kreislauffähigkeit adressieren. Transferbezüge zu weiteren Fächern machen den transdisziplinären Charakter der Kreislaufwirtschaft im Unterricht sichtbar.
Drittens wurden zur Unterstützung der Zielgruppenansprache digitale und mediale Elemente entwickelt. Die Materialien ermöglichen einen handlungsorientierten Präsenzunterricht und eine ergänzende Vor- und Nachbereitung. Die medientechnische Aufbereitung dient dabei der Aktivierung, der Strukturierung komplexer Inhalte und der Dokumentation der Arbeitsergebnisse durch die Lernenden.
Die nicht umgesetzte Einbindung in das Netzwerk letsgoING erforderte Anpassungen in der geplanten Verbreitungs- und Fortbildungsstrategie. Die fachlichen Arbeitsergebnisse, die Entwicklung der Hardwarevarianten sowie die didaktische Ausarbeitung wurden davon nicht beeinträchtigt. Transfer, Austausch und Erprobung werden über alternative Kontakte und Formate realisiert.
Zudem wurde die Weiterentwicklung des gymnasialen Fächerkanons im Kontext der Wiedereinführung von G9 beobachtet. Die Modularität des Konzepts erleichtert eine Anpassung an zukünftige Anforderungen, beispielsweise durch eine stärkere Integration von Kompetenzen aus dem Bereich der Informatik im Sinne des geplanten Fachs NIT.
Öffentlichkeitsarbeit
Die Projektergebnisse wurden in schulischen und hochschulischen Kontexten kommuniziert und diskutiert, z.B. im Rahmen der Schüler Ingenieur Akademie (SIA) und im Rahmen von Besuchen von Schülergruppen an der Hochschule Reutlingen. Ziel dieser Aktivitäten ist es, das Projekt bekannt zu machen und im Unterricht von Schulen zu etablieren.
Dazu fanden auch Austauschtreffen mit Lehrkräften aus Oberstufen statt, die im Bereich MINT lehren. Die Rückmeldungen daraus wurden insbesondere für die Optimierung der Arbeitsschritte, für die didaktische Progression sowie für die Verständlichkeit technischer Begriffe genutzt. Die erstellten Unterlagen werden den Lehrkräften zur Verfügung gestellt.
Eine Publikation bei der International Conference on Industry of the Future and Smart Manufacturing im Education Sector wurde realisiert. Eine weitere Publikation erfolgte auf der MECATRONICS REM Conference im Bereich Sustainable Mechatronics im Dezember 2025. Die Arbeiten am vorliegenden Vorhaben stärkten auch die wissenschaftlichen Arbeiten der Projektverantwortlichen, wie ein weiterer Beitrag zur Operationalisierung eines kreislauffähigen Elektronikdesigns für zeigt.
Das Projekt wird zusätzlich über die Internetseiten der Projektleiter veröffentlicht.
Fazit
Das Vorhaben hat gezeigt, dass sich die Kreislaufwirtschaft mit einem technisch greifbaren Produktbeispiel für die gymnasiale Oberstufe didaktisch tragfähig aufbereiten lässt. Der entwickelte Ansatz macht die Gestaltungsrelevanz der Produktentwicklung für die Kreislauffähigkeit konkret erfahrbar und verbindet technische, ökonomische und ökologische Perspektiven in einem durchgängigen Lernarrangement.
Die entwickelten Hardwarevarianten und Materialien sind so dokumentiert, dass sie nachgenutzt und weiterentwickelt werden können. In ersten Diskussionen mit Lehrkräften und einzelnen Schülern war das Feedback sehr positiv.
In einer Fortführung bietet sich insbesondere eine Ausweitung des Einsatzes auf weitere Schulformen sowie eine stärkere Integration informatischer Elemente an. Darüber hinaus können die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse in weitere Forschungs- und Transferaktivitäten zu kreislauffähigem Elektronikdesign und zu Bildung für nachhaltige Entwicklung eingebracht werden.