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Umweltverfahrenstechnik und Kreislaufwirtschaft

Modulbezeichnung:
Bezeichnung des Moduls innerhalb des Studiengangs. Sie soll eine präzise und verständliche Überschrift des Modulinhalts darstellen.
Umweltverfahrenstechnik und Kreislaufwirtschaft
Modulbezeichnung (engl.): Environmental Process Technology and Circular Economies
Studiengang:
Studiengang mit Beginn der Gültigkeit der betreffenden ASPO-Anlage/Studienordnung des Studiengangs, in dem dieses Modul zum Studienprogramm gehört (=Start der ersten Erstsemester-Kohorte, die nach dieser Ordnung studiert).
Umweltingenieurwesen, Bachelor, Ordnung 01.10.2021
Code: UI-T-UVK
SAP-Submodul-Nr.:
Die Prüfungsverwaltung mittels SAP-SLCM vergibt für jede Prüfungsart in einem Modul eine SAP-Submodul-Nr (= P-Nummer). Gleiche Module in unterschiedlichen Studiengängen haben bei gleicher Prüfungsart die gleiche SAP-Submodul-Nr..
P241-0413, P241-0414
SWS/Lehrform:
Die Anzahl der Semesterwochenstunden (SWS) wird als Zusammensetzung von Vorlesungsstunden (V), Übungsstunden (U), Praktikumsstunden (P) oder Projektarbeitsstunden (PA) angegeben. Beispielsweise besteht eine Veranstaltung der Form 2V+2U aus 2 Vorlesungsstunden und 2 Übungsstunden pro Woche.
4V+1LU (5 Semesterwochenstunden)
ECTS-Punkte:
Die Anzahl der Punkte nach ECTS (Leistungspunkte, Kreditpunkte), die dem Studierenden bei erfolgreicher Ableistung des Moduls gutgeschrieben werden. Die ECTS-Punkte entscheiden über die Gewichtung des Fachs bei der Berechnung der Durchschnittsnote im Abschlusszeugnis. Jedem ECTS-Punkt entsprechen 30 studentische Arbeitsstunden (Anwesenheit, Vor- und Nachbereitung, Prüfungsvorbereitung, ggfs. Zeit zur Bearbeitung eines Projekts), verteilt über die gesamte Zeit des Semesters (26 Wochen).
6
Studiensemester: 5
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Studienleistungen (lt. Studienordnung/ASPO-Anlage):
Laborübung mit Bericht
Prüfungsart:
Klausur, 180 min.

[letzte Änderung 22.02.2024]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
Alle Studienprogramme, die das Modul enthalten mit Jahresangabe der entsprechenden Studienordnung / ASPO-Anlage.

MAB_19_V_5.13.UVK (P241-0289) Maschinenbau/Verfahrenstechnik, Bachelor, Ordnung 01.10.2019 , 5. Semester, Pflichtfach, Vertiefungsrichtung Verfahrenstechnik
UI-T-UVK (P241-0413, P241-0414) Umweltingenieurwesen, Bachelor, Ordnung 01.10.2021 , 5. Semester, Pflichtfach, technisch
UI-T-UVK (P241-0413, P241-0414) Umweltingenieurwesen, Bachelor, Ordnung 01.10.2023 , 5. Semester, Pflichtfach, technisch
UI-T-UVK (P241-0413, P241-0414) Umweltingenieurwesen, Bachelor, Ordnung 01.10.2025 , 5. Semester, Pflichtfach, technisch
Arbeitsaufwand:
Der Arbeitsaufwand des Studierenden, der für das erfolgreiche Absolvieren eines Moduls notwendig ist, ergibt sich aus den ECTS-Punkten. Jeder ECTS-Punkt steht in der Regel für 30 Arbeitsstunden. Die Arbeitsstunden umfassen Präsenzzeit (in den Vorlesungswochen), Vor- und Nachbereitung der Vorlesung, ggfs. Abfassung einer Projektarbeit und die Vorbereitung auf die Prüfung.

Die ECTS beziehen sich auf die gesamte formale Semesterdauer (01.04.-30.09. im Sommersemester, 01.10.-31.03. im Wintersemester).
Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst bei 15 Semesterwochen 75 Veranstaltungsstunden (= 56.25 Zeitstunden). Der Gesamtumfang des Moduls beträgt bei 6 Creditpoints 180 Stunden (30 Std/ECTS). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 123.75 Stunden zur Verfügung.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
Keine.
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
Modulverantwortung:
Prof. Dr. Timo Gehring
Dozent/innen: Prof. Dr. Timo Gehring

[letzte Änderung 07.08.2019]
Lernziele:
Die Studierenden sind nach erfolgreichem Abschluss des Moduls in der Lage,
• Ursachen des Klimawandels und die Bedeutung relevanter Klimagase zu erklären [2], atmosphärische CO₂-Messdaten auszuwerten [4] und jahreszeitliche sowie langfristige Veränderungen zu interpretieren [5].
• grundlegende Stoffwechselprozesse zu charakterisieren [2], Stoffwechseltypen zu definieren [1] und zu beschreiben [2] und ihre Relevanz für umwelttechnische Prozesse darzustellen [2].
• gesetzliche Grundlagen und Normen zur Kreislaufwirtschaft zu benennen [1], zu analysieren [4] und die daraus abgeleiteten Konzepte zu erklären [2] und anzuwenden [3].
• Stoffströme darzustellen [2] und zu analysieren [4] sowie Stoff- und Energiebilanzen aufzustellen [3].
• die Kinetik des mikrobiellen Wachstums nach dem Monod-Modell sowie die Übertragungs- und Aufnahmerate von Sauerstoff zu berechnen [3].
• verschiedene Reaktortypen der Umwelttechnik zu erkennen [1], zu erklären [2], zu vergleichen [4] und Einsatzbereiche in der Anwendung zur Behandlung von Abwasser und Abluft zu erläutern [2].
• zu ausgewählten Bauteilen und Anlagen Dimensionierungen zu berechnen [3] und verfahrenstechnische Lösungskonzepte für spezifische Anwendungen zu entwickeln [3].
• Biologische Grundlagen und Prozesse zur Erzeugung von Biogas zu erläutern [2], Ausgangsmaterialien für die Biogaserzeugung zu analysieren [4] und Biogasertrag und -zusammensetzung rechnerisch abzuschätzen [3].
• verschiedene Kultivierungs- und Anlagentechniken (sonnenlichtbasiert, künstlich beleuchtet, z.B. Floating Light Ball Reactor) zur Algenkultivierung zu erklären [2], zu vergleichen [2] und hinsichtlich Skalierbarkeit und Energieeffizienz zu beurteilen [5].
• ethische Fragestellungen und globale Relevanz der Bioökonomie und industriellen Algenproduktion kritisch zu diskutieren [2] und zu bewerten [5].
• relevante stoffliche Einzel- und Summenparameter der Abluft- und Abwasserbehandlung zu benennen [1] bzw. zu definieren [1] und ihre messtechnische Erfassung zu erläutern [2].
• Laborexperimente anhand einer Versuchsvorschrift durchzuführen [3], Messdaten auszuwerten [4], Ergebnisse strukturiert zusammenzustellen [6] und eine schriftliche Ausarbeitung im Stil einer wissenschaftlichen Veröffentlichung zu erstellen [6].
• KI-basierte Werkzeuge zur Bearbeitung ausgewählter umweltverfahrenstechnischer Fragestellungen anzuwenden [3], die erzeugten Ergebnisse fachlich zu analysieren [4] und hinsichtlich Plausibilität, Quellenqualität und fachlicher Richtigkeit kritisch zu bewerten [5].
• englischsprachige wissenschaftliche Veröffentlichungen zu umweltverfahrenstechnischen Fragestellungen zu bearbeiten [3], deren wesentliche Inhalte und Ergebnisse zu identifizieren [4], strukturiert zusammenzufassen [2] und fachlich einzuordnen [2].
 
In eckigen Klammern [] sind die jeweiligen Stufen [1]-[6] der Lernzieltaxonomie angegeben.


[letzte Änderung 22.08.2026]
Inhalt:
Klimagase, Ursachen Klimawandel, CO2-Messung in der Atmosphäre, jahreszeitliche Schwankungen und Datenauswertung.
Biologische Grundlagen: Biomasse, Ernährung und Stoffwechseltypen, Photosynthese, Energiegewinnung und -speicherung in Zellen, aerobe und anaerobe Lebensweisen und ihre verfahrenstechnische Relevanz
Kreislaufwirtschaft: gesetzliche Grundlagen und Normen (Klimaschutzgesetz, Kreislaufwirtschaftsgesetz), Cradle-to-Cradle vs. Cradle-to-Grave, Abfallhierarchie
Leitprinzipien der Umweltverfahrenstechnik; additive vs. integrierte Umweltschutzmaßnahmen
Darstellung und Analyse von Stoffströmen; Stoff- und Energiebilanzen
Reaktortypen in der Umwelttechnik; Reaktionskinetik, Verweilzeit
Mechanische, thermische, physikalisch/chemische und biologische Verfahren zur Behandlung von Abwasser und Abluft
Produktion von Biogas; Abschätzung des Ertrags und der Zusammensetzung basierend auf den eingesetzten Stoffen
Kultivierungs- und Anlagentechniken zur Algenproduktion, Photobioreaktor-Typen (sonnenlichtbasiert und künstlich beleuchtet, inkl. Floating Light Ball Reactor)
Ethische Fragestellungen und globale Relevanz der Bioökonomie und industriellen Algenproduktion
Grundlagen der Auslegung und Dimensionierung ausgewählter Apparate sowie Anlagen der Umwelttechnik (z. B. Wärmetauscher, kommunale Kläranlage), eingesetzte Materialien und zugehörige Patente (optional).
Sensorik; Offline- und Online-Analytik ausgewählter Parameter in Abwasser, Abluft und Biogas (BSB5, CSB, TOC, Ammonium und Nitrat, CO2 und Methan, H2S, O2, Partikel)
Praktische Laborversuche in kleinen Gruppen: Unterweisung in Laborsicherheit und Arbeitstechniken im Labor; Kultivierung von Mikroorganismen und/oder Algen und mikroskopische Untersuchung.
Lesen und Bearbeiten englischsprachiger wissenschaftlicher Originalliteratur; strukturierte Zusammenfassung, fachliche Einordnung und kritische Bewertung wissenschaftlicher Ergebnisse.
Einsatz KI-basierter Werkzeuge zur Bearbeitung umweltverfahrenstechnischer Fragestellungen und Datenanalyse; kritische Validierung KI-generierter Ergebnisse hinsichtlich Plausibilität, Quellenqualität und fachlicher Richtigkeit.
Optional: Exkursion zu umwelttechnischen Anlagen (z.B. Müllverbrennungsanlage)

[letzte Änderung 22.08.2026]
Weitere Lehrmethoden und Medien:
Lehrmethoden: Vorlesung mit Übungen, seminaristische Lehre, Diskussion wissenschaftlicher Publikationen, Laborpraktikum in Kleingruppen, optional Exkursion zu umwelttechnischen Anlagen. Medien: Powerpoint-Präsentation, Tafelanschrieb, englischsprachige Originalliteratur, Versuchsvorschriften.

[letzte Änderung 22.08.2026]
Literatur:
Zusätzliche Literatur siehe Moodle-Kurs
 
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Abwassertechnische Vereinigung e.V. (1997): ATV-Handbuch Biologische und weitergehende Abwasserreinigung. 4. Aufl. Berlin: Ernst & Sohn (ATV-Handbuch).
 
Chmiel, H. (2011): Bioprozesstechnik. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag.
Christen, D. S. (2010): Praxiswissen der chemischen Verfahrenstechnik. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.
 
DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. (Hg.) (2024): Statuspapier Circular Economy. Die Perspektive von chemischer Technik und Biotechnologie.
 
Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (2016): Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen. Hennef: Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA-Regelwerk Arbeitsblatt DWA-A, 131).
 
Emig, G.; Klemm, E.; Freund, H. (2024): Chemische Reaktionstechnik. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.
 
Fischedick, M.; Görner, K.; Thomeczek, M. (2015): CO2: Abtrennung, Speicherung, Nutzung. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.
 
Fleischhauer, W.-J.; Falkenhain, G. (1996): Angewandte Umwelttechnik. Ein einführender Überblick für Techniker in Ausbildung und Praxis. 1. Aufl., 1. Dr. Berlin: Cornelsen Girardet.
 
Gehring, T.; Maurer, P.; Yildirim, M.; Lierse, M. S.; Ickes, R. (2025): Floating Light Ball Reactor: A Scalable and Flexible Photobioreactor Design for Microalgae Cultivation. In: Sustainability & Circularity NOW 02 (CP).
 
M. Yildirim, P. Maurer, M. S. Lierse, et al. “Nonsterile Cultivation of the Thermophilic Cyanobacterium Parathermosynechococcus lividus PCC 6715 in a Floating Light Ball Reactor (FLBR) on 53‐L Scale for Zeaxanthin Production.” ChemFoodChem (2026): e70034. https://doi.org/10.1002/cfch.70034
 
Kremer, B. P.; Bannwarth, H. (2018): Einführung in die Laborpraxis. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.
 
Madigan, M. T.; Bender, K. S.; Buckley, D. H.; Sattley, W. M.; Stahl, D. A.; Brock, T. D. (2020): Brock Mikrobiologie. 15., aktualisierte Auflage. München: Pearson (Pearson Studium - Biologie Ser).
 
Naumer, H.-J. (2023): Grünes Wachstum. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden.
Ottow, J. C. G. (Hg.) (1997): Umweltbiotechnologie. Stuttgart, Jena, Lübeck, Ulm: G. Fischer.
 
Reineke, W.; Schlömann, M. (2020): Umweltmikrobiologie. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.
 
Rosenwinkel, K.-H.; Kroiss, H.; Dichtl, N.; Seyfried, C.-F.; Weiland, P. (2015): Anaerobtechnik. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.
 
Vogt, E. T. C.; Weckhuysen, B. M. (2024): The refinery of the future. In: Nature 629 (8011), S. 295–306.


[letzte Änderung 22.08.2026]
 
[Wed Aug 26 05:03:05 CEST 2026, CKEY=muuk, BKEY=ut, CID=UI-T-UVK, LANGUAGE=de, DATE=26.08.2026]