Umwelttechnologie

Herstellungswege für moderne Produkte mit dem Fokus auf Nachhaltigkeit hinsichtlich Ressourcen, Energie und Recyclebarkeit entwickeln.

Modulhandbuch

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Biotechnologische Grundlagen (UV+EV)

Empfohlene Vorkenntnisse

keine

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

Die Studierenden lernen die theoretischen Grundlagen und die Anwendungspraxis biotechnologischer Verfahren in der Umwelttechnik kennen. Sie sind in der Lage ökologische Herausforderungen mittels ingenieurswissenschaftlicher Methoden zu bewerten und Lösungsansätze zu erarbeiten.Sie lernen die verschiedenen Biomasse-Technologien kennen und können sie im Hinblick auf Nachhaltigkeit und Potenzial zum Klimaschutz bewerten. Sie können die Prozessabläufe, Umwandlungsprozesse und Reaktortechnik von Pyrolyse zur Herstellung von Pyrolysekohle, -öl und -gas sowie der anaeroben Methanfaulung beschreiben. Sie können Substratanalysen und Pflanzversuche mit Pflanzenkohle durchführen und Stoff- und Energiebilanzen erstellen.

Dauer 2
SWS 9.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 135
Selbststudium / Gruppenarbeit: 135
Workload 270
ECTS 9.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Ökologie für Ingenieure und Grundlagen der Bioprozesstechnik: Klausurarbeit, 90 Min.; Gewichtung Modulnote: 2/3

Biomasse: Klausurarbeit, 60 Min.; Gewichtung Modulnote: 1/3

Biomasse-Labor: Laborarbeit

Modulverantwortlicher

Professor Dr. rer. nat. Daniel Kray

Haeufigkeit jedes Semester
Verwendbarkeit

Bachelor UT - Hauptstudium

Veranstaltungen

Ökologie für Ingenieure

Art Vorlesung
Nr. M+V1636
SWS 4.0
Lerninhalt

Biologische Grundlagen

  • Genetik
  • Enzyme
  • Stoffwechsel

Allgemeine Ökologie

  • Ökologie der Gewässer
  • Boden
  • Ökotoxikologie
Literatur
  • Begon et al, Ökologie, Springer Spektrum, 2017
  • Manuskript zur Vorlesung

Grundlagen Bioprozesstechnik

Art Vorlesung
Nr. M+V1637
SWS 2.0
Lerninhalt

Teil 1: Grundlagen der Bioverfahrenstechnik

  • Mehrphasige Reaktionssysteme
    Grundlagen der Mehrphasenströmung, Stoffübergang (Zweifimtheorie), Aerobe Fermentation
  • Ideale Reaktormodelle
    Betriebsweisen von Reaktoren, Reaktortypen (Rührkessel/Strömungsrohr als ideale Reaktormodelle, Verweilzeit/Raumzeit, diskontinuierlich idealer Rührkessel (DIK)
  • Verweilzeitverhalten kontinuierlich betriebener Reaktoren
    ideales/reales verweilzeitverhalten, Verweilzeitfunktion, Experimentelle Bestimmung der Verweilzeitfunktion, Rührkesselkaskade
  • Rühren und Belüften in Bioreaktoren
    Rührorgane, Leistungsbedarf und Dimensionsanalyse, Nicht-Newtonische Fluide und Leistungsbedarf, Mischzeitcharakteristik, Pumpkapazität, Dispergierungfähigkeit des Rührers, Maßstabsübertragung, Einstoff-/Zweistoffdüsen, scherarme Belüftung von Zellkulturen
  • Bioreaktoren für aerobe und anerobe Prozesse
    aerobe Abwasserreaktoren, Biogasreaktoren, Biofilter
  • Fermenterausstattung und Messtechnik
    Temperaturmessung, Durchfluss, Mengenmessung, Druck, Inhalt, pH, pO2, CO2, Bildzeichen als Brücke zur Vl Anlagenplanung/Dokumentation

Teil 2: Bioreaktionstechnik

  • Grundlagen der Reaktionstechnik
    Grundbegriffe, Stöchiometrie, chem. GGW, Aktivierungsenergie u. Katalyse, Kinetik, homogene/heterogen Katalyse
  • Fermentationsprozess
    schematischer Ablauf einer Fermentation, Betriebsweisen (disk., konti, fedbatch), Wachstumskinetik
  • Batchfermentation
    Zellwachstum, Produktbildung (Grundlagen, Raten, Produktivität, kinetische Modelle der Produktbildung), Ertragskoeffizienten, Beispiele
  • Kontinuierliche Fermentation
    Einteilung, Massenbilanzen, Kriterien zur Auslegung, Bilanzierung mehrstufiger Systeme mit/ohne Zellrückführung, Erhaltungsstoffwechsel, integrierte Bioprozesse
  • Beispiele umweltbioverfahrenstechnischer Prozesse
    Biogas/Abwasser, Biofilter, mikrobielle Brennstoffzelle 

 

Literatur
  • Posten, Clemens (Hg.) (2018): Integrated Bioprocess Engineering, De Gruyter graduate, Berlin, Boston: De Gruyter, Buch (Sammelwerk)
  • Chmiel, Horst, Takors, Ralf, Weuster-Botz, Dirk, (Hsg.) (2018): Bioprozesstechnik, SpringerLink Bücher, 4. Auflage, Berlin: Springer Spektrum (Springer eBook Collection)
  • Takors, Ralf, 1966 (Hsg.) (2014): Kommentierte Formelsammlung Bioverfahrenstechnik, SpringerLink Bücher, Berlin, Heidelberg: Springer Spektrum (Springer eBook Collection), Buch (Monographie)
  • Aufgaben zur Bioreaktionstechnik: für Studenten der Biotechnologie, der Lebensmitteltechnik, des Wasserwesens, der Abwasser- und Umwelttechnik; (1994). Unter Mitarbeit von Karl-Heinz Wolf, Berlin, Heidelberg [u.a.]: Springer

Biomasse

Art Vorlesung
Nr. M+V1638
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Verständnis der Rolle und des Potenzials der Biomasse ein einem 100%-EE-Energiesystem
  • Kenntnis der aktuellen Marktdaten der Biomasse-Technologien
  • Kenntnis verschiedener Technologien von Biomasse-Nutzung
  • Kenntnis der Prozesse und der Prozessparameter bei der Pyrolyse von Biomasse
  • Kenntnis des EBC und der Charakterisierung von Pflanzenkohle
  • Kenntnis von Grundlagen der Bodenkunde sowie der Wirkung von Biochar als Bodenverbesserer
  • Kenntnis der Anwendungsmöglichkeiten von Biochar in der Landwirtschaft 5.0
  • Kenntnis der Prozesse, der Prozessparameter und verschiedener Reaktoren-/Systemtypen bei der Biogas-Produktion
  • Fähigkeit zur Auswahl des geeigneten Reaktortyps und Speichersystem für verschiedene Anwendungen
  • Verständnis von Substratbewertung für die Biogas-Produktion
  • Kenntnis von Praxis-Beispielen von Biogas-Anlagen
Literatur

Verpflichtende Lektüre:

  • Kaltschmitt et al., ”Energie aus Biomasse”, Springer, Kapitel 16
  • Kaltschmitt et al., „Renewable Energy Systems”, Springer, Kapitel „Biomass Pyrolysis”
  • Lehmann et al., „Biochar for Environmental Management”, earthscan, Kapitel 4

Vertiefende Lektüre:

  • Fachverband Nachwachsende Rohstoffe, ”Leitfaden Biogas”, biogas.fnr.de
  • Dieter Deublein et al., ”Biogas from waste and renewable ressources”, Wiley, 2011
  • Stefan Böhler, Biologisch/Thermisches Kombinationsverfahren zur Erzeugung eines Synthesegases aus Biomasse., Diplomarbeit HSO, 2008

 

Biomasse - Labor

Art Labor
Nr. M+V1639
SWS 1.0
Lerninhalt
  • Herstellung von Pflanzenkohle mit dem Kon-Tiki-Reaktor
  • Probennahme Pflanzenkohle
  • Fingerbodenanalyse
  • Bodenprobennahme
  • Topfversuche zum Wachstum von Gemüsepflanzen
  • Korngrößenanalyse von Böden
Literatur

Verpflichtende Lektüre:

  • Kaltschmitt et al., ”Energie aus Biomasse”, Springer, Kapitel 16
  • Kaltschmitt et al., „Renewable Energy Systems”, Springer, Kapitel „Biomass Pyrolysis”
  • Lehmann et al., „Biochar for Environmental Management”, earthscan, Kapitel 4

Vertiefende Lektüre:

  • Fachverband Nachwachsende Rohstoffe, ”Leitfaden Biogas”, biogas.fnr.de
  • Dieter Deublein et al., ”Biogas from waste and renewable ressources”, Wiley, 2011
  • Stefan Böhler, Biologisch/Thermisches Kombinationsverfahren zur Erzeugung eines Synthesegases aus Biomasse., Diplomarbeit HSO, 2008
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