Digitale Auswertung wird in der Korrosions- und Lackprüfung zunehmend genutzt. Doch wie leistungsfähig und belastbar sind die Ergebnisse digitaler Auswerteverfahren?

Lena von der Hochschule Esslingen ging dieser Frage im Rahmen ihrer Bachelorarbeit am fem Forschungsinstitut nach. Im Zentrum stand die Anwendung einer digitale Auswerteeinheit auf Proben aus der Filiformkorrosionsprüfung und dem essigsauren Salzsprühnebeltest.

„Probenseitige Faktoren, wie Oberflächenbeschaffenheit und Beschichtung, die sich auf die Qualität der Auswertung auswirken, wurden zusammen mit der Software betrachtet“, fasst Lena ihren Forschungsschwerpunkt zusammen.

Die interdisziplinäre Arbeit an der Schnittstelle von Softwareentwicklung und Prüfaufgaben in der Oberflächentechnik machte unterschiedliche Sichtweisen und Herausforderungen sichtbar. Erst durch Einblicke in beide Bereiche ließen sich diese zusammenführen und gezielte Verbesserungen in der digitalen Auswertung erzielen.

Besonders deutlich zeigte sich das bei der Bewertung von Filiformkorrosion. „So konnte beispielsweise eine signifikante Diskrepanz zwischen manueller und digitaler Auswertung bei der Messung der Fadenlänge der Filiformkorrosion behoben werden“, beschreibt Betreuerin Dr. Katrin Forster-Tonigold den entscheidenden Fortschritt.

Die Ergebnisse zeichnen ein klares Bild: Digitale Auswertung liefert belastbare Resultate, wenn die Randbedingungen verstanden und berücksichtigt werden. Systematische Analyse und iterative Rückkopplung ermöglichten konkrete Weiterentwicklungen der Software.

Auch für anspruchsvolle Proben wurden Lösungen erarbeitet. Proben, die sich aufgrund ungeeigneter Oberflächen zunächst nicht digital auswerten ließen, konnten durch angepasste Softwareoptionen und gezieltes Entlacken in die Analyse integriert werden.

Der Weg dorthin verlief nicht geradlinig. „Der Zeitaufwand für einzelne Bestandteile der Arbeit fiel deutlich höher aus als ursprünglich eingeplant“, so Lena. Die detaillierte Probenauswertung verlangte Ausdauer und Präzision – Stärken, die sie laut Dr. Forster-Tonigold konsequent eingebracht hat.

Die Arbeit zeigt, wo digitale Verfahren heute stehen – und was es braucht, um sie verlässlich in der Praxis einzusetzen: ein genaues Verständnis der Randbedingungen, iterative Entwicklung und den Blick über Disziplingrenzen hinweg.

Wie kann die Ökobilanzierung konkrete Entscheidungen in der Fertigung unterstützen? In Uditkumar’s Masterarbeit am fem Forschungsinstitut ging es um die Entwicklung einer standardisierten Lebenszyklusanalyse (LCA) für Kupfer-Zinn-Halbzeuge auf Basis realer Prozessdaten aus einer Produktionsanlage im Labormaßstab.

Das Ziel bestand darin, einen transparenten und konsistenten Ansatz zur Bewertung der Umweltauswirkungen bei der Herstellung von Kupferprodukten zu entwickeln. Das Modell wurde in openLCA auf Grundlage primärer experimenteller Daten und relevanter Hintergrunddatensätze erstellt. Abgebildet wird die Prozesskette vom Legieren über das Stranggießen bis zum Warmwalzen.

„Bei der Umweltbewertung geht es nicht nur um die Berechnung von Emissionen. Es geht darum, das gesamte Produktionssystem zu verstehen – Materialflüsse, Prozesse und die Auswirkungen methodischer Entscheidungen“, sagt Uditkumar.

Jeder Datensatz, jeder Modellschritt zwingt zur Auseinandersetzung: Was passiert hier wirklich? Und wie lässt sich das so abbilden, dass es belastbar ist?

Genau dorthin floss die meiste Arbeit: ins präzise Hinsehen, ins Hinterfragen, ins saubere Strukturieren. So entstand aus Einzelinformationen ein Gesamtbild und aus Annahmen belastbare Aussagen.

„Ein gutes technisches Modell sollte nicht nur korrekt, sondern auch transparent und leicht verständlich sein. Dies gilt insbesondere für die Nachhaltigkeitsarbeit, in der Klarheit und Glaubwürdigkeit von großer Bedeutung sind”, sagt Uditkumar – und formuliert damit zugleich die wichtigste Lektion, die ihn in seinem weiteren Berufsweg begleiten wird.

Uditkumar bringt genau diese Perspektive ins Modell: analytisch stark, konsequent strukturiert, mit einem hohen Anspruch an Transparenz. Und genau hier liegt die eigentliche Stärke der Arbeit. Sie macht sichtbar, wo Umweltwirkungen entstehen und wie man sie greifbar macht, ohne sie zu vereinfachen.

„Die Umweltauswirkungen werden stark durch die vorgelagerten Prozesse dominiert“, erklärt Betreuer Frank König. „Der Mehrwert und zentrale Erkenntnisgewinn liegen in der detaillierten, standardisierten Modellierung der nachgelagerten Schritte – insbesondere dann, wenn Recyclingrouten künftig stärker in den Fokus rücken.“

Uditkumar, der seinen Master in Environmental Sustainability an der Technischen Hochschule Bingen abschließen wird, möchte anschließend in die Praxis, idealerweise in die Umweltverträglichkeitsprüfung. Dorthin, wo technische Analysen auf industrielle Anwendung treffen.

Zwei zentrale Herausforderungen der modernen Prozess- und Umwelttechnik, die meist getrennt gedacht werden:

1. Steigende CO₂-Emissionen erfordern neue, effiziente und nachhaltige Strategien zur Kohlenstoffbindung.

2. Die Wasserentsalzung erzeugt neben aufbereitetem Wasser auch hochkonzentrierte Salzlösungen (Sole), deren Behandlung technisch anspruchsvoll ist.

Madlen, Masterandin der Umwelt- und Verfahrenstechnik an der RWU Weingarten, hat sich im Rahmen ihrer Abschlussarbeit am fem Forschungsinstitut an ein Verfahren gewagt, das beides zusammenbringt: CO₂ fixieren und konzentrierte Sole behandeln. „Mich hat besonders die zugrunde liegende Idee beeindruckt. Diese Kombination ist innovativ – und genau das hat mich gereizt“, sagt sie über das Thema ihrer Arbeit.

Im Labor zeigt sich schnell: Gute Ideen sind das eine, Realität das andere. Reaktionsgleichgewichte kippen, Parameter spielen nicht immer so mit wie gedacht, und nicht jede Annahme hält der Praxis stand. „Ein durchdachtes Konzept bringt immer noch Restunsicherheiten mit sich“, ordnet Betreuer Dr. Birger Freisinger ein. „Entscheidend ist, Probleme präzise zu erkennen und mit den verfügbaren Mitteln eine Lösung zu entwickeln. Auf diese Weise konnten wir die auftretenden Herausforderungen konsequent angehen und in vertretbare Kompromisse überführen.“

Der Großteil der Forschungsleistung steckte dabei nicht in der Durchführung, sondern im Verstehen, Nachjustieren und Weiterdenken. Madlen hat sich dafür tief in die anorganische und organische Chemie eingearbeitet – weit über das klassische Umweltingenieurwissen hinaus. „Sie hat sich das notwendige Know-how mit großem Ehrgeiz aufgebaut und die Herausforderungen sehr gut gemeistert“, so Dr. Freisinger.

Am Ende steht kein perfekter Prozess, sondern eine fundierte Analyse der aktuellen Möglichkeiten. Das Verfahren funktioniert und erweist sich als vielversprechender Ansatz. Dabei zählen CO₂-Partialdruck, Amin-Basizität und Lösungsmittelwahl zu den entscheidenden Stellschrauben für eine gezielte Weiterentwicklung. Die Arbeit legt somit den Grundstein für eine optimierte Umsetzung des Konzepts und eröffnet eine vielversprechende Perspektive für dessen zukünftige Realisierung. 

Lösungen entstehen selten linear. Diese Erkenntnis hat Madlen während ihrer lehrreichen Zeit am fem gewonnen: „Wenn man motiviert und offen an komplexe Fragestellungen herangeht, findet man trotz unerwarteter Schwierigkeiten immer einen alternativen Weg.“

Dass sie diesen Weg nun konsequent weiterverfolgt, zeigt auch ihr nächster Schritt: Bereits im Januar wechselte sie zu Fichtner ins Projektmanagement. Dort bleibt sie ihren Themen treu – der Energiewende und der Dekarbonisierung der Industrie.

Wie scheidet man Natrium so ab, dass am Ende eine möglichst kompakte, flächendeckende Metallschicht entsteht? Genau dieser Frage ist Denis am fem Forschungsinstitut für seine Bachelorarbeit im Studiengang Oberflächentechnologie/Neue Materialien an der Hochschule Aalen nachgegangen.

Um die nächste Generation von Natriummetall-Batterien zu entwickeln, hat Denis sich intensiv mit der elektrochemischen Na-Abscheidung und unterschiedlichen Abscheidungsparametern beschäftigt. Denn wie gleichmäßig sich Natrium mithilfe von elektrischem Strom aus einem Elektrolyten auf ein Substrat abscheiden lässt, hängt von mehreren Stellschrauben ab. 

Für die Herstellung der Natriumschichten hat Denis verschiedene Stromführungen getestet: galvanostatisch (konstanter Strom), potentiostatisch (konstantes Potenzial) und Pulsstrom. Letzteres bedeutet, dass der Strom in kurzen Pulsen fließt. Außerdem kamen drei etherbasierte Elektrolyte und unterschiedliche Substrate zum Einsatz – von klassischer Kupferfolie bis hin zu kohlenstoffbasierten Materialien wie Graphitfaservlies. Auch die Geometrie spielte eine Rolle: Kanten, Rundungen und Flächen beeinflussen die lokale Stromdichte und damit, wo sich besonders viel Natrium abscheidet. 

Besonders spannend wurde es bei der Frage, wie stark sich die Abscheidung steuern lässt. Betreuer Dr. Reinhard Böck fasst dies so zusammen: „Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass Stromparameter und Substratwahl entscheidend sind und dass man die Natriumabscheidung gezielt beeinflussen kann.“ Vor allem Pulsstrom erwies sich als vielversprechend: homogenere Schichten, bessere Stromausbeute. Auch beim Material zeigte sich ein klarer Trend: „Mit amorphen, kohlenstoffbasierten Substraten haben wir bessere Abscheidungsergebnisse erzielt als mit reinen Kupfer- oder Aluminiumfolien“, so Böck. Gegen Ende der Arbeit ließen sich so Versuchsparameter definieren, mit denen kompakte Natriumschichten von über 15–20 µm realisierbar sind. 

Für Denis war neben der Facharbeit vor allem der Arbeitsmodus prägend. „Mich hat überrascht, wie selbstständig und frei strukturiert ich arbeiten konnte, und dass gleichzeitig immer Unterstützung da war.“  

Der Rat seines Betreuers, Experimente sauber zu planen und konsequent zu dokumentieren, ist ein wichtiges Mitbringsel für seine Karriere. „Das hat mir die Durchführung deutlich erleichtert und wird mir auch in Zukunft helfen“, sagt Denis. 

Doch auch Rückschläge gehörten dazu. Die Suche nach einem geeigneten Elektrolyten gestaltete sich schwieriger als gedacht. „Gerade der konstruktive Umgang mit experimentellen Schwierigkeiten hat mir gezeigt, dass in jedem Rückschlag auch Erkenntnis steckt.“ Daraus entstanden neue Versuchsansätze. 

Dr. Reinhard Böck hebt genau das hervor: „Denis war hervorragend vorbereitet, hat sehr akkurat gearbeitet und sich auch von anfänglichen Schwierigkeiten nicht entmutigen lassen.“

Ausdauer, Präzision und die Bereitschaft, Versuchsreihen immer wieder neu zu denken – Stärken, von denen jede Forschungsarbeit profitiert.

Und wie geht es weiter? Denis plant den Einstieg ins Berufsleben, idealerweise im Bereich elektrochemische Energiesysteme. Sein Ziel: fachlich weiterwachsen und gleichzeitig mit seiner Arbeit einen sinnvollen, nachhaltigen Beitrag leisten. 

Wir sagen: Klingt nach einem guten Plan und wünschen alles Gute.

Lithium ist die Basis heutiger Energiespeicher – und zugleich ihr größter Engpass: knappe Ressourcen, geopolitische Abhängigkeiten, steigende Kosten. Natrium hingegen ist fast unbegrenzt verfügbar, preiswert und chemisch Lithium erstaunlich ähnlich. Für die Forschung ergibt sich daraus ein klarer Auftrag: Wege finden, um Natrium als Anodenmaterial in Batterien nutzbar zu machen.

Genau mit diesem Zukunftsthema beschäftigte sich Prisca, Chemie-Studentin an der Hochschule Aalen, im Rahmen ihrer Bachelorarbeit am fem Forschungsinstitut. Im Projekt LIB2SIB untersuchte sie, wie sich Natrium galvanisch abscheiden lässt – und welche Elektrolytsysteme und Substrate sich dafür eignen. Ihr Ziel: dünne, reproduzierbare Natriumschichten herzustellen, die als Anodenmaterial in künftigen Natriumionen-Batterien eingesetzt werden können.

„Ich habe nicht nur eine Abschlussarbeit geschrieben, sondern aktiv an einem Forschungsprojekt mitgearbeitet, das globale Herausforderungen adressiert. Es geht um die Frage, wie eine nachhaltige, sichere und bezahlbare Energiespeicherung der Zukunft aussehen könnte. Dieses Ziel vor Augen zu haben, war sehr motivierend“, erzählt Prisca. Besonders wertvoll war für sie auch die enge Zusammenarbeit mit den Kollegen und der fachliche Austausch mit ihrem Betreuer Dr. Reinhard Böck.

Für ihn war die Betreuung der Abschlussarbeit eine kleine Entdeckungstour. Denn es wurden nicht nur bekannte Fakten bestätigt, sondern auch neue Erkenntnisse gewonnen. „Die untersuchten Natrium-Elektrolytsysteme verhielten sich hinsichtlich ihrer chemischen Stabilität und Eignung zur Abscheidung völlig unterschiedlich. Je nach Elektrolyt bildete das Natrium andere Kristallitstrukturen aus – etwas, das in der Fachliteratur so nicht dokumentiert war. Genau solche Befunde machen Forschung spannend.“

Dass diese Ergebnisse so klar sichtbar wurden, lag auch am sorgfältigen Vorgehen. Prisca arbeitete sich tief in das komplexe Thema ein, plante Versuche präzise und wertete sie konsequent aus.

„Ihr Engagement und ihre Genauigkeit haben entscheidend dazu beigetragen, dass wir neue Erkenntnisse zur galvanischen Abscheidung von Natrium aus Ether-basierten organischen Elektrolyten gewinnen konnten“, betont Dr. Böck. Die Resultate sind nun ein wichtiger Baustein, um das Projektziel – die Entwicklung dünner Natriummetallanoden – weiter voranzubringen.

Und welchen Rat nimmt die Absolventin mit? „Alle Annahmen und Erkenntnisse sollten wirklich verstanden werden und wissenschaftlich belegbar sein.“ Ein Ratschlag, der nicht nur für diese Arbeit gilt, sondern für jede Forschung.

Wie fühlt es sich an, wenn ein Forschungsansatz erstmals durch Daten und Bilder bestätigt wird? Jonas weiß es genau. Denn sein Aha-Moment fand nicht auf dem Papier statt, sondern am Rasterelektronenmikroskop (REM).

„Der beeindruckendste Moment für mich war die Untersuchung der selbst hergestellten Anoden mit dem REM nach den simulierten Zelltests. Man konnte den Einfluss des Ladungstransfers der Li-Ionen auf das Aktivmaterial, die Siliziumpartikel, und die Mikrostruktur der getesteten Anoden direkt sehen. In diesem Moment wurden die Ergebnisse all unserer Untersuchungen zur Prozessoptimierung und zur Herstellungsmethode erstmals in einem abschließenden Ergebnis gebündelt. Jetzt war uns klar: Unsere Idee funktioniert!“

Jonas, der sein Studium im Studiengang Energietechnik an der Hochschule Ulm absolviert, hat im Rahmen seiner Bachelorarbeit am Projekt SiCAP des fem Forschungsinstituts mitgewirkt. Betreut wurde die Arbeit von Projektleiter Christoph Kiesl. Im Mittelpunkt der Forschung: Silizium. Dank seiner außergewöhnlichen Energiedichte gilt es als vielversprechendes Anodenmaterial der nächsten Batteriegeneration. Das Projektziel: Die Herstellung von Silizium-Komposit-Anoden für leistungsstarke, umweltfreundliche und effiziente Batterien.

Dass das Projekt technologisch neue Wege geht, wurde für Betreuer Christoph Kiesl besonders deutlich, als ein zentraler Durchbruch gelang:

„Der für mich spannendste Moment der letzten vier Monate ereignete sich während der Elektrolytentwicklung, als es uns erstmals gelang, gezielt poröse 3D-Strukturen mit kontrollierter Morphologie und reproduzierbarer Qualität abzuscheiden. Ein echter Meilenstein für die Entwicklung einer funktionalen Silizium-Komposit-Anode.“

Zur Herstellung solcher Anoden entwickelte das SiCAP-Team ein innovatives galvanotechnisches Verfahren. Es ist nicht nur kostengünstiger und energieeffizienter als bisherige Methoden, sondern vor allem auch industriell skalierbar. Für Jonas bedeutete das vor allem eines: den Einstieg in ein komplett neues Fachgebiet – die Galvanotechnik.

Doch nicht nur die fachlichen Eindrücke nimmt Jonas aus seiner Zeit am fem mit, sondern auch ein geschärftes wissenschaftliches Urteilsvermögen.

„Aus der Zusammenarbeit habe ich vor allem mitgenommen, Ergebnisse – gestützt durch Literatur – kritisch zu hinterfragen und zu erklären, statt reinen Vermutungen zu vertrauen. Außerdem wurde mir die Wichtigkeit visueller Inhalte, beispielsweise in Form von Grafiken, zur einfachen Erklärung komplexer Sachverhalte, viel bewusster.“

Christoph Kiesl lobt vor allem das persönliche und fachliche Engagement von Jonas.
 
„Die Zusammenarbeit mit ihm war nicht nur fachlich überzeugend, sondern hat auch richtig Spaß gemacht. Mit viel Ausdauer und einem hohen Maß an Sorgfalt hat Jonas maßgeblich zur Qualität und Aussagekraft der Versuchsergebnisse beigetragen.“

Das Projekt SiCAP wird voraussichtlich noch bis Ende September 2025 laufen. Zunächst konzentrierte sich das Forschungsteam auf die Vorentwicklung, eine umfassende Materialcharakterisierung und die technische Bewertung des Verfahrens im Rahmen eines Proof-of-Concepts. Jonas trug mit seiner Bachelorthesis und seiner Mitarbeit aktiv zu diesem Prozess bei.

Die Technologie adressiert zentrale Zukunftsmärkte: Elektromobilität, stationäre Energiespeicherung und mobile Elektronik. Neben dem technologischen Fortschritt verspricht SiCAP auch ökologische Vorteile – etwa durch geringere CO₂-Emissionen – und stärkt den Innovationsstandort Baden-Württemberg.