Im mittelalterlichen Europa, vor dem Aufkommen der Ölmalerei, war Fresko eine beliebte religiöse Maltechnik. Viele Kunstwerke in ganz Europa, die Hunderte von Jahren alt sind, verwenden diese Methode und bilden einen wichtigen Teil des kulturellen Erbes. Michelangelos berühmte Decke der Sixtinischen Kapelle und Fra Angelos Verkündigung in Italien sind vielleicht zwei der bekanntesten Beispiele für Fresken. Aber wie genau funktioniert die Freskotechnik?
Ein Fresko ist mit natürlichen Gesteinspigmenten auf eine Wand aus feuchtem Löschkalk gemalt. Der aus Calciumhydroxid bestehende Gips reagiert mit Wasserdampf und Kohlendioxid in der Atmosphäre zu Calciumcarbonat. Es bildet nach und nach eine Schutzschicht über den Pigmenten und bewahrt so die Malerei. Außerdem erhöht es die mechanische Festigkeit des Putzes. Dieser Prozess erstreckt sich jedoch über Jahrzehnte und macht Fresken zu einer selten praktizierten Kunstform.
In diesem Zusammenhang fertigte eine Gruppe von Forschern der Abteilung für Biowissenschaften und angewandte Chemie am Nagoya Institute of Technology in Japan, darunter Professor Shinobu Hashimoto, Herr Keitaro Yamaguchi und Prof. Yuji Iwamoto, schnell Fresken durch ein keramisches Kaltsintern an Technik, die „geomimetisch“ oder von den natürlichen Gesteinsbildungsprozessen in der Erdkruste inspiriert war.
Die Arbeit des Teams wurde in veröffentlicht Keramik international.
Prof. Hashimoto erklärt die Idee hinter geomimetischer Keramik. „Diese Härtungsmethode heißt so, weil sie die Bildung von Sedimentgesteinen in der Kruste nachahmt. Dabei wird Calciumhydroxid-Pulver in einer Warmpresse unter dem hohen Druck von mehreren hundert Megapascal auf 300 °C erhitzt. Diese Bedingungen härten das Pulver und bilden sich das Grundmaterial für Fresken.“
Dank japanischer Forscher, die eine neuartige Technik entwickelt haben, die die Bildung von Sedimentgestein in der Erdkruste nachahmt, konnte die für die Erstellung eines Freskos erforderliche Zeit drastisch auf einen einzigen Tag reduziert werden. Bildnachweis: Shinobu Hashimoto vom Nagoya Institute of Technology
Die Forscher bemalten die hergestellten Basen mit rotem Eisenoxid-Pigmentpulver wegen seiner geringen Umweltbelastung. Als nächstes führten sie eine Behandlung mit überkritischem Kohlendioxid durch. Überkritisches Kohlendioxid ist eine flüssige Form von Kohlendioxid, die sich bildet, wenn es erhitzt und auf sehr hoher Temperatur und unter sehr hohem Druck gehalten wird. Die Anwendung von überkritischem Kohlendioxid in ihrer Technik trug zur Bildung von Calciumcarbonat auf der lackierten Oberfläche bei.
Um sicherzustellen, dass das Pigment auf der Oberfläche immobilisiert bleibt, setzten die Forscher das Gemälde vor der Kohlendioxidbehandlung einer warmen Presse aus. Die resultierende Calciumhydroxidschicht zeigte eine überlegene Durchlässigkeit für sichtbares Licht und eine bessere Pigmentimmobilisierung.
Um eine gleichmäßige Beschichtung und ausreichende Lichtdurchlässigkeit zu gewährleisten, mischten die Forscher außerdem Pigment- und Calciumhydroxidpulver zum Malen, anstatt das Fresko mit Pulver zu beschichten. Die schwereren Pigmentpartikel auf Eisenbasis in der Mischung setzten sich ab und lagerten sich auf der Basis ab, während das Calciumhydroxid oben blieb und die Oberfläche gleichmäßig bedeckte, was schließlich zu einer gleichmäßigen Calciumcarbonatbeschichtung führte.
Die Forscher fanden heraus, dass ein Massenverhältnis von Pigment zu Hydroxid von 1:10 ausreichte, um die Pigmentpartikel zu immobilisieren. Das Hinzufügen von mehr Hydroxid machte das Gemälde weißlich. Sie analysierten die strukturellen Eigenschaften der resultierenden Fresken mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie, um die Verteilung der Calcium- und Eisenelemente zu bestätigen.
Zuletzt maßen die Forscher Pigmentfarbunterschiede bei verschiedenen Mischungsverhältnissen mit einem Kolorimeter. Das neuartige Mischungsverhältnis von 1:10 zeigte eine merkliche Farbentwicklung. Tatsächlich war seine Pigmentfarbe heller als sogar das ursprüngliche reine Pigment. Die Forscher vermuten, dass die Calciumhydroxid-Partikel die roten Eisenoxid-Pigmente dispergierten und ihre Aggregatgröße reduzierten. Das wiederum erhöhte die Intensität des durchgelassenen Lichts.
Die in dieser Arbeit hervorgehobenen Ergebnisse werden die schnelle Produktion von Fresken ermöglichen, die mit Calciumhydroxid-Mischpigmenten, Warmpressen und Behandlung mit überkritischem Kohlendioxid gestaltet wurden. Diese Freskotechnik kann auch für die Herstellung von pigmentierten Bildern auf Keramik verwendet werden, was ein Vorstoß in Richtung einer neuen, energieeffizienten, ungebrannten Keramiktechnologie sein könnte.
Prof. Hashimoto relativiert die Ungeheuerlichkeit der vorliegenden Arbeit. „Mit unserer Technik wurde an einem Tag erfolgreich ein Fresko geschaffen, ein historisches Kunstgemälde, dessen Entstehung Hunderte von Jahren dauert. Diese Erkenntnis könnte die Technologie der ungebrannten Keramik für eine Gesellschaft mit niedrigem Energieverbrauch erleichtern. Es ist wichtig, auf traditionelle Felder zu achten da vergangene Technologien auch zu den neuesten Fortschritten beitragen können.“
Mehr Informationen:
Keitaro Yamaguchi et al, Schnelle Herstellung von Fresken unter Verwendung eines geomimetischen Keramikbildungsprozesses, Keramik international (2021). DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.11.022