I - Studienführer Verfahrenstechnik 2020 - www.avt.rwth-aachen.de - AVT RWTH
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Studienführer
Verfahrenstechnik
2020
i WAS IST VERFAHRENSTECHNIK
VERFAHRENSTECHNIK
IN AACHEN
VERFAHRENSTECHNIKSTUDIUM
AN DER RWTH
FÄCHERKATALOG
ADRESSEN UND LAGEPLAN
www.avt.rwth-aachen.de
Inhaltsverzeichnis
4 1 Was ist Verfahrenstechnik?
7 2 Verfahrenstechnik in Aachen
14 2.1 AVT – Bioverfahrenstechnik
16 2.2 AVT – Chemische Verfahrenstechnik
18 2.3 AVT – Computational Systems Biotechnology
20 2.4 AVT – Fluidverfahrenstechnik
22 2.5 AVT – Microscale Bioengineering
24 2.6 AVT – Soft Matter Process Engineering
26 2.7 AVT – Systemverfahrenstechnik
28 3 Verfahrenstechnikstudium an der RWTH
30 3.1 AVT-Angebote
32 3.2 Infos zum Studium
33 3.3 Studienplanänderungen
35 3.4 Studienverlaufspläne
44 4 Fächerkatalog der verfahrenstechnischen Pflicht- und Wahlpflichtfächer
62 5 Adressen & Lageplan der Lehrstühle
3
1 Was ist Verfahrenstechnik?
1 Was ist Verfahrenstechnik?
Unser modernes Leben ist ohne Verfahrenstechnik nicht vorstellbar Pharmaprodukte, deren Herstellungsprozesse zu den Verfahrenstechnik der einfachste Vorgang bei der Durchführung Neue Technologien und Forschungsfelder schaffen Bedarf
und doch ist dieses Berufsbild weitgehend unbekannt. Fragt man kompliziertesten verfahrenstechnischen Prozessen gehören. eines Verfahrens. Das können scheinbar banale Vorgänge wie an Arbeitskräften. Aufgrund der oben beschriebenen breiten
in der Fußgängerzone Passanten »Was ist Verfahrenstechnik?«, Mengenmäßig dürften jedoch die Kraftstoffe (Benzin, Diesel, das mechanische Zerkleinern von Mineralien mittels einer Mühle Wissensbasis der VerfahrenstechnikerInnen sind sie in vielen
bekommt man sicherlich eine Vielzahl interessanter Antworten Kerosin), die aus Erdöl gewonnen werden und Erdgas, weit sein, oder auch eine komplexe mehrphasige chemische Reaktion innovativen Feldern als Antriebsmotoren gefordert. Der VDI (Verein
– aber wenige Richtige. Das liegt unter anderem daran, dass oben auf der Liste stehen. In den letzten Jahren hat sich zwischen zwei Edukten, bei denen die Reaktionswärme abgeführt deutscher Ingenieure) nennt folgende Bereiche als besonders
man die Verfahrenstechnik als Berufsbild aus der Schule einfach zunehmend ein neues verfahrenstechnisches Themengebiet werden muss. Auch Vorgänge wie Mischen, Fermentieren, relevante Zukunftsthemen:
nicht kennt. Erschwerend kommt hinzu, dass das Berufsbild etabliert: die Verfahrenstechnik nachwachsender Rohstoffe. Destillieren usw. gehören zum Alltag der VerfahrenstechnikerInnen.
Zeitskala
der VerfahrenstechnikerInnen so vielfältig und bunt ist, dass die Die umweltschonende Gewinnung von Kraftstoffen Schaffung von Herstellungsprozessen für neuartige Wirk-, Werk-
Monate
Definition nicht trivial ist. Natürlich wollen wir uns trotzdem an eine aus nachwachsender Biomasse ist daher einer der Unternehmen und Farbstoffe sowie sonstige Chemikalien und Zwischenprodukte,
Woche
Definition wagen. Forschungsschwerpunkte für die nächste Generation von Standort
Biotechnik und Biomedizin im Gesundheitswesen, für die
Prozessen und Produkten, den die Aachener Verfahrenstechnik Tage Landwirtschaft, den Umweltschutz und die Chemikalienherstellung,
Anlage
Die Aufgabe der Verfahrenstechnik ist die Umwandlung verfolgt (NGP2 – Next Generation Center for Processes and Stunden
Umweltschutz und Ressourcenschonung, Entwicklung von
Grundoperation
vorliegender Stoffe in solche mit neuen, für den jeweiligen Zweck Products). Minuten
Ein- und mehr-
systematischem Wissen als Grundlage neuer Verfahren (z.B.
gewünschten Eigenschaften. Nach dieser Definition umfasst s
phasige Systeme Simulation und Optimierung, Prozessführung, Prozesswissen
die Verfahrenstechnik demnach auch selbstständige Disziplinen Multiskalen in der Verfahrenstechnik ms
Teilchen, Filme
Stoffskala statt Empirie).
wie die Aufbereitungstechnik, das Hüttenwesen oder auch das Molekül-Cluster
ns klein
Brauereiwesen. Ebenfalls werden Bereiche der Biotechnologie Ob Fraktionieren von Erdöl oder das Brauen von Bier Moleküle mittel Die oben genannten Fakten und Prognosen lassen den Schluss
unter dem Begriff Verfahrenstechnik zusammengefasst, sofern es – genauso vielfältig wie die Prozesse und Produkte der ps groß zu, dass die Verfahrenstechnik aus Sicht des Arbeitsmarkts jetzt
sich dabei um prozesstechnische Belange handelt. Verfahrenstechnik sind, sind auch die Größenordnungen, mit und auch in der Zukunft sehr gute Chancen und Sicherheit bietet.
denen sich VerfahrenstechnikerInnen beschäftigen. Dabei beginnt
Zeit- vs. Stoffskala in der Verfahrenstechnik Planung,
Kurzum: Verfahrenstechnik ist vielfältig und interdisziplinär. Verfahrenstechnik bereits auf molekularer Ebene: Um die Produkte Konstruktion,
Diese Interdisziplinarität ist auch nötig, wenn man den Weg vom der Verfahrenstechnik noch gezielter an die Anforderungen Anlagen- &
Apparatebau
Rohstoff zum Produkt beschreiten möchte. Insbesondere in anzupassen, müssen Eigenschaften unterschiedlichster Stoffe Die Gesamtheit von aufeinander einwirkenden Vorgängen wird
Produktion
Hinblick auf den globalen Klimawandel ist eine Abkehr von fossilen zunächst besser verstanden und quantifizierbar gemacht werden. als Prozess definiert. Und auch auf dieser Größenordnung gibt
Rohstoffen unabdingbar. Die Aufgabe der Verfahrenstechnik es Arbeit für die VerfahrenstechnikerInnen, wenn zum Beispiel
besteht darin, neben den klassischen Rohstoffen wie Erdöl, Erzen Enzyme, die in einer Vielzahl von Prozessen als Biokatalysatoren Grundoperationen energiesparend miteinander verschaltet
und Mineralien, zunehmend alternative Rohstoffe zu erschließen. eingesetzt werden, nutzen wir täglich in Waschmitteln. Der werden können, um die Energieeffizienz eines ganzen
Diese wachsen auf den Feldern oder finden sich in Abfällen Einsatz von Enzymen bietet eine riesige Bandbreite neuer Chemieparks zu steigern. Dies geschieht meist am Computer in
oder sogar Abwässern. Insofern ist es ebenfalls eine Aufgabe Synthesewege in biologischen Prozessen, was insbesondere Prozesssimulationsprogrammen, mit denen ganze Prozessrouten
der Verfahrenstechnik, Verfahren zur Müllaufbereitung und zur in Bezug auf nachwachsende Rohstoffe von großem erstellt und optimiert werden können. Und spätestens bei der
Reinhaltung von Wasser und Luft bereitzustellen. Und egal, ob es Interesse ist. Und wenn wir noch eine Größenordnung höher Auslegung des Prozesses ist wieder Interdisziplinarität gefragt,
um die Stoffumwandlung oder die Abfallwirtschaft geht, oberstes gehen, beschäftigen wir uns schon mit Eigenschaften von Filmen wenn es um den Austausch mit NaturwissenschaftlerInnen,
Ziel der VerfahrenstechnikerInnen ist dabei immer die Minimierung oder Tropfen, die z.B. in der thermischen Verfahrenstechnik AnlagenbauerInnen, Mess- und RegelungstechnikerInnen, Lehre,
der erforderlichen Energie und der schonende Einsatz von untersucht werden. Umweltingenieuren, Sicherheitsfachleuten und anderen Experten Forschung
& Entwick- Verwaltung
Ressourcen. zur Realisierung des Prozesses geht. lung
Buchstäblich greifbar wird Verfahrenstechnik in der Größenordnung
Vertrieb &
Zu den teuersten verfahrenstechnischen Produkten zählen der Grundoperationen. Die Grundoperation ist nach der Lehre der Das Berufsbild von VerfahrensingenieurInnen Anwendung
Manage-
ment
Ebenso breit gefächert und vielfältig wie die Verfahrenstechnik
selbst ist auch das Berufsbild von VerfahrensingenieurInnen. Aufgabenfelder von Verfahrensingenieuren (VDI, 2006)
Verfahrensingenieure findet man in der Forschung und Entwicklung,
aber auch bei Planung, Bau und im Betrieb von Anlagen und
Apparaten. Andere arbeiten als beratende IngenieurInnen oder in
der Projektakquisition. Arbeitgeber von VerfahrensingenieurInnen
Trinkwasser- Zukünftige sind längst nicht mehr primär die chemisch-pharmazeutischen
versorgung Kraftstoffe Konzerne. In zunehmendem Maße stellen auch Firmen des
gesamten industriellen Sektors wie der Grundstoff- und
Lebensmittelindustrie, wie aber auch Energieversorger,
Apparatebauer, ja sogar Firmen der Medizintechnik und der
Nachhaltige Erneuerbare Auto- und Flugzeugindustrie VerfahrenstechnikerInnen ein. Das
Industrie Energien verdeutlicht eine besondere Stärke der VerfahrensingenieurInnen:
Die hohe fachliche Flexibilität. VerfahrenstechnikerInnen können
sich in eine Vielzahl von Problemen schnell hineindenken, ihr
Wissen transferieren und Problemlösungen erarbeiten.
Das Berufsbild von VerfahrenstechnikerInnen unterliegt natürlich
auch dem allgemeinen wirtschaftlichen Strukturwandel.
Herausforderungen für die Verfahrenstechnik
4 5
2 Verfahrenstechnik in Aachen
2 Verfahrenstechnik in Aachen
22Verfahrenstechnik
Verfahrenstechnik in in Aachen
Aachen
Die Historie der Verfahrenstechnik in Aachen reicht bis in Marquardt von der RWTH beurlaubt, um den Vorsitz des Vor-
Nahrungsmittelindustrie
Die Historie der Verfahrenstechnik in Aachen reicht bis in das Marquardt von der RWTH beurlaubt, um den Vorsitz des
das Jahr 1952 zurück, in welchem das Forschungsinstitut stands des Forschungszentrums Jülich zu übernehmen. Zu
Jahr 1952 zurück, in welchem das Forschungsinstitut Verfah- Vorstands des Forschungszentrums Jülich zu übernehmen. Zu
Verfahrenstechnik gegründet wurde. diesem Zeitpunkt übernahm Professor Mitsos die Aktivitäten der
renstechnik gegründet wurde. diesem Zeitpunkt übernahm Professor Mitsos die Aktivitäten
beiden Lehrstühle Prozesstechnik und Systemverfahrenstechnik
der beiden Lehrstühle Prozesstechnik und Systemverfahrens-
Im Oktober 2007 beschlossen die damals fünf Verfahrens- unter dem Namen Systemverfahrenstechnik. Im August 2015
Im Oktober 2007 beschlossen die damals fünf Verfahrenstech- technik unter dem Namen Systemverfahrenstechnik. Im August
VERFAHRENSTECHNIK A-Z
technikprofessoren Büchs, Marquardt, Melin, Modigell und folgte Professor Ismail einem Ruf an die West Virginia University
nikprofessoren Büchs, Marquardt, Melin, Modigell und Pfennig, 2015 folgte Professor Ismail einem Ruf an die West Virginia
Pfennig, die organisatorische und strategische Zusammen- (USA) und auch Professorin Spieß trat 2015 eine neue Professur
die organisatorische und strategische Zusammenführung ihrer University (USA) und auch Professorin Spieß trat 2015 eine neue
führung ihrer Aktivitäten unter dem Dach der Aachener an der Technischen Universität Braunschweig an. Außerdem
Aktivitäten unter dem Dach der Aachener Verfahrenstechnik Professur an der Technischen
T Universität Braunschweig an.
Verfahrenstechnik (AVT). 2010 gewann die AVT einen sechsten wurde im gleichen Jahr die Jülicher Juniorprofessur für Micro-
– AVT.
A 2010 gewann die AVT A einen sechsten Lehrstuhl – die Außerdem wurde im gleichen Jahr die Jülicher Juniorprofessur
Lehrstuhl – die Enzymprozesstechnik geleitet durch Professorin scale Bioengineering von Professor Kohlheyer in die AVT ein-
Futtermittelindustrie
Enzymprozesstechnik geleitet durch Professorin Spieß, sowie für Microscale Bioengineering von Professor Kohlheyer in die
Spieß, sowie die Juniorprofessur Molecular Simulations and gegliedert. Der Ende 2016 neu gegründete Lehrstuhl Soft Matter
die Juniorprofessur Molecular Simulations and Transforma- AVT A eingegliedert. Der Ende 2016 neu gegründete Lehrstuhl
Transformations – hinzu. Seit 2011 ist zudem der Lehrstuhl Process Engineering von Professor Gebhardt ist der jüngste
tions – hinzu. Seit 2011 ist zudem der Lehrstuhl Computational Soft Matter Process Engineering von Professor Gebhardt ist
Hüttenwesen
Anlagenbau
Computational Systems Biotechnology von Professor Wiechert Zuwachs innerhalb der AVT.
Systems Biotechnology von Professor Wiechert Teil T der AVT.
A der jüngste Zuwachs innerhalb der AVT.
Papierindustrie Wasseraufbereitung
Apparatebau
Teil der AVT. Die Professur der Chemischen Verfahrenstechnik,
Die Professur der Chemischen Verfahrenstechnik, die bis dahin
die bis dahin Professor Melin ausgefüllt hatte, wurde 2011 von Die Forschung der AVT ist stark interdisziplinär geprägt und
Professor Melin ausgefüllt hatte, wurde 2011 von Professor Die Forschung der AVT A ist stark interdisziplinär geprägt und
Professor Wessling übernommen. 2012 wurde der Lehrstuhl Projekte werden oft in Kooperation mit internen sowie externen
Wessling übernommen. 2012 wurde der Lehrstuhl System- Projekte werden oft in Kooperation mit internen sowie externen
Holzindustrie
Systemverfahrenstechnik unter der Leitung von Professor Mitsos Partnern aus Universitäten und Industrie bearbeitet. Diese
Heizungstechnik
Klimatechnik
verfahrenstechnik unter der Leitung von Professor Mitsos Partnern aus Universitäten und Industrie bearbeitet. Diese
Medizintechnik
neu gegründet. enge wissenschaftliche Zusammenarbeit der RWTH-Institute
neu gegründet. enge wissenschaftliche Zusammenarbeit der RWTH-Institute
Kunststoffindustrie
wird insbesondere durch das derzeitige Excellenzcluster »Fuel
wurde insbesondere durch das Exzellenzcluster »Tailor-Made
»T
Bis 2015 gab es weitere Änderungen im Professorium der Science Center« zum Ausdruck gebracht. Zudem ist die AVT
Entsorgungstechnik
Bis 2015 gab es weitere Änderungen im Professorium der Fuels from Biomass« zum Ausdruck gebracht.
AVT. Zum einen wurde Professor Modigell Rektor der German in zahlreichen Bereichen des SFB, BioSC und den Kopernikus-
AVT. Zum einen wurde Professor Modigell Rektor der Ger-
Baustoffindustrie
University of Technology im Oman und ist als Leiter der Projekten vertreten.
man University of Technology
T im Oman und ist als Leiter der
Mechanischen Verfahrenstechnik emeritiert. Einen Großteil der
Mechanischen Verfahrenstechnik emeritiert. Die Lehraufga-
Lehraufgaben der MVT übernahm Professor Wessling. Der
ben der MVT übernahm Professor Wessling. Der Lehrstuhl für
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik wurde von Professor
Thermische Verfahrenstechnik wurde von Professor Jupke,
Jupke, der zuvor das »Technology Center« für Produktentwicklung
der zuvor das »Technology
»T Center« für Produktentwicklung
bei Bayer Material Science leitete, übernommen und in
Versorgungstechnik bei Bayer Material Science leitete, übernommen und in Flu-
Fluidverfahrenstechnik umbenannt. Mitte 2014 wurde Professor
idverfahrenstechnik umbenannt. Mitte 2014 wurde Professor
Professoren der AVT
Professoren der AVT
PHARMAINDUSTRIE
Chemische
Kautschukindustrie
Industrie Prof. Büchs Prof. Wessling Prof. Mitsos
Prof. Wessling Prof. Mitsos
Bioverfahrens- Chemische Systemverfahrens-
Prof. Büchs Chemische Systemverfahrens-
Petrochemische Industrie
Umwelttechnik
technik Verfahrenstechnik technik
Bioverfahrenstechnik Verfahrenstechnik technik
Bergbau
Genussmittelindustrie
Prof. Wiechert
Computational
Prof. Wiechert
Systems
Prof. Kohlheyer
Prof. Kohlheyer
Microscale
Prof. Jupke
Prof. Jupke
Fluidverfahrens-
Computational Sys- Microscale Fluidverfahrens-
Biotechnology Bioengineering technik
tems Biotechnology Bioengineering technik
Prof. Gebhardt
Prof. Gebhardt
Soft Matter Process
Soft Matter Process
Engineering
Engineering
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2 Verfahrenstechnik in Aachen
AVT – Gemeinsam für die Zukunft der Verfahrenstechnik NGP² – Next Generation Processes and Products
Das »Center for Next Generation Processes and Products« und Realisierung regionaler, stofflicher und möglichst klima-
Erdöl-basierte (NGP2) vereint seit Anfang 2017 die Lehrstühle der Aachener neutraler Wertschöpfungsketten stellt hierbei ein Kernziel der
Verfahrenstechnik, die bis dahin auf fünf Standorte über das Forschungsaktivitäten im NGP² dar. Neben der Bioraffinerie
Verfahrenstechnik Verfahrenstechnik Aachener Stadtgebiet verteilt waren, unter einem gemeinsamen wurden Ende 2016 weitere Großgeräte (Druckfermenterkaskade,
Dach. Gleichzeitig positioniert das NGP² durch seine Lage die Hochdruckextraktion, Mikrocomputertomographie (μCT) und
AVT nun auch räumlich in direkter Nähe ihrer wichtigsten lokalen Particle Image Velocimetry (PIV)) von der Deutschen
Kooperationspartner aus Chemie, Biologie und Biotechnologie. Forschungsgemeinschaft (DFG) positiv evaluiert und genehmigt.
Gasphasenreaktionen Flüssigphasenreaktionen Während diese Großgeräte bereits 2017 geliefert werden
Das insgesamt 14.500 m² große Gebäude ist besonders gut konnten, werden die Bioraffinerie und die installierten Anlagen
„heiße“ Trennverfahren „kalte“ Trennverfahren auf die Bedürfnisse der AVT zugeschnitten, vor allem auch, weil sukzessive 2020 ihren Betrieb aufnehmen
die AVT seit Beginn der Planungen im Jahr 2008 wesentlich
Aufbau funktionaler Moleküle Refunktionalisierung der Moleküle in die Konzeptionierung des NGP² involviert war. Neben Für die Konzeptionierung der Bioraffinerie konnten die Planer
großzügigen Büroflächen für wissenschaftliche MitarbeiterInnen der AVT unter anderem auf die Erfahrungen und Expertise
niedrigviskose Medien viskose Medien und Studierende stehen diverse Räumlichkeiten für Tagungen, zurückgreifen, die die AVT zusammen mit ihren Partnern seit
Lehrveranstaltungen, Seminare und Besprechungen zur 2007 im Exzellenzcluster »Tailor-Made Fuels from Biomass«
Verfügung. Weiterhin verfügt das Gebäude auf 330 m² über eigene (TMFB) gesammelt und aufgebaut haben. Die Einbindung der
bekannte Produktlinien Exploration neuer Produktlinien AVT in das Bioeconomy Science Center (BioSC) unterstützte
Werkstätten zur Fertigung feinmechanischer und elektronischer
Bauteile, sodass Prototypen für Versuchsstände, Anlagen oder die Auswahl geeigneter Prozessrouten und Zielprodukte sowie
Einbauten direkt vor Ort gefertigt und optimiert werden können. Einordnung und Positionierung vom NGP² in die Fragestellungen
Neue Reaktionswege, Katalysatoren, Prozesse, Produkte Auf über 2.800 m2 stehen den Wissenschaftlern im NGP2 der Bioökonomie. Darüber hinaus profitiert die gemeinsame
modernste Laboratorien zur Verfügung. Diese müssen auch Forschung der AVT an anderen Großprojekten, wie den
besonderen Anforderungen gerecht werden, wie sie beim Arbeiten Kopernikus-Projekten zur Energiewende: – Power-2-X und
Herausforderungen für die Verfahrenstechnik mit biologischen Gefahrstoffen (S1), mit explosionsfähigen SynErgie – von der räumlichen Nähe im NGP2.
Gemischen oder schwingungssensiblen Geräten auftreten.
Neben Aufgaben in der Forschung ist die Hauptaufgabe der Biogene Rohstoffe bedingen die Entwicklung einer gänzlich Mit dem NGP² entsteht somit eine einzigartige Plattform
AVT die Ausbildung von Verfahrensingenieuren. Die AVT bietet neuen Verfahrenstechnik und damit innovativer Prozesskonzepte Das Herzstück des Gebäudes bildet das über 650 m² große für Kooperationen und Austausch in der Verfahrenstechnik
Workshops und Tagungen zur Fortbildung und als Plattform der nächsten Generation: Technikum, welches eine modulare Bioraffinerie beherbergen nachhaltiger Prozesse, die die AVT noch enger mit ihren
für den Informationsaustausch für externe Partner und Kunden wird. In naher Zukunft soll dadurch ein flexibler Prozess starken Partnern zusammenbringen und somit die Entwicklung
aus der Industrie an. Darüber hinaus wird in der AVT eine breite • Erschließung regenerativer Kohlenstoff- und Rohstoffquellen zur Konversion biogener Rohstoffe zu maßgeschneiderten innovativer Prozesse zur verantwortungsvollen Nutzung erneu-
Palette von Dienstleistungen vom Experiment bis zur Simulation durch saisonal flexible Prozessrouten hin zu maßgeschnei- Produkten möglich sein und die Verfahrensschritte für erbarer Roh-stoffe vorantreiben wird.
angeboten. derten Zielmolekülen oder funktionalisierten Materialien Aufschluss, Umwandlung und Separation auf modulare Weise
• Integrierte, modellbasierte Produkt-Prozess-Entwicklung zur verschalten. Lösungsmittel, Katalysatoren und Energie sollen
Zurzeit beschäftigt die AVT ca. 190 MitarbeiterInnen, davon ca. zielgerichteten und bedarfsorientierten Prozesssynthese möglichst verlustfrei rezirkuliert (»zero liquid discharge«)
140 DoktorandInnen der Ingenieur- und Naturwissenschaften. • Stoffliche Wertschöpfung durch Erhaltung und Nutzung der und integriert werden. On-line Analytik ermöglicht direktes
Teil der AVT sind weiterhin mechanische und elektrotechnische Syntheseleistung der Natur Prozessverständnis und Prozessoptimierung. Die Entwicklung
Werkstätten sowie ein zentrales Analytiklabor im Neubau NGP².
Die Lehrstühle der AVT besitzen eine ausgewiesene Expertise
In naher Zukunft sind aufgrund der Verknappung der natürlich in unterschiedlichen Gebieten der Verfahrenstechnik. Zukünftig
vorkommenden Ressourcen Öl, Gas und Wasser große globale werden die Forschungsaktivitäten entsprechend den bevor-
Herausforderungen durch den Menschen und insbesondere von stehenden globalen Herausforderungen »Rohstoffwandel« und
der Verfahrenstechnik zu bewältigen. In der verfahrenstechnischen »Wasserverknappung« auf die Schwerpunkte »nachwachsende
Produktion wird entsprechend ein Rohstoffwandel von derzeit als Rohstoffe« und »Wassertechnologien« systematisch ausgebaut.
klassisch bezeichneten, fossilen Ausgangsstoffen hin zu biogenen Die bestehenden Kompetenzen werden vor diesem Hinter-
Stoffen eintreten. grund optimal in neue, interdisziplinäre, stark mit den Natur-
wissenschaften und innerhalb der AVT verzahnte Projekte
eingebracht und intensiviert werden.
Das Center for Next Generation Processes and Products (NGP²)
8 9
2 Verfahrenstechnik in Aachen
Die AVT im Exzellenz-Cluster »Fuel Science Center«
Fermenter im Forschungsmaßstab zur Produktion von Biokraftstoffen BioSC Forschungspartner
und Plattformchemikalien
Forschung für die Zukunft – Aufgrund der toxischen und schwer abbaubaren petrochemischen
Grundbausteine ergeben sich jedoch erhebliche ökologische
Die AVT-Forschungsaufgaben im Probleme. Biotenside hingegen werden durch mikrobielle
Rahmen der Bioökonomie Prozesse aus pflanzlichen Rohstoffen gewonnen und sind
dadurch leicht abbaubar, nicht toxisch und somit interessant
Bei dem Wandel von einer erdölbasierten Ökonomie hin zu einer für Spezialanwendungen in der Medizin, der Lebensmittel- und
zirkulären, nachhaltigen Bio-Ökonomie, handelt es sich zweifellos Agrarindustrie.
um den – für die gesamte Menschheit – wichtigsten Schritt, der in
Das Ziel des Fuel Science Centers: ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf den nächsten 100 Jahren vollzogen werden muss, um ein sicheres Um die existierenden Hürden hoher Rohstoffkosten, aufwändiger
Fortbestehen zu ermöglichen. Herstellungsprozesse und geringer Produktivität, die einer
Die Verknappung fossiler Brennstoffe und Sorgen um mögliche und Rohstoffversorgung und Veränderungen des Mobilitätssektors wirtschaftlich konkurrenzfähigen Produktion im Wege stehen,
Folgen des Klimawandels haben zur verstärkten Suche nach reagieren zu können. Zur Realisierung flexibler und ökonomischer Diesen Übergang zu gewährleisten bedeutet, dass bei der zu überwinden, verfolgen wir einen interdisziplinären Ansatz. Der
Alternativen zu erdölbasierten Kraftstoffen geführt. Vor allem Wertschöpfungsketten wird dabei die (elektro-)katalytische Entwicklung neuer Technologien, neben der technischen Gesamtprozess von der Stammentwicklung und der Verbesse-
das Stichwort Elektromobilität wird seit einigen Jahren als eine Produktion von Energieträgern und Chemikalien berücksichtigt. Für Machbarkeit, vor allem Fragestellungen in Hinblick auf rung der Rohstoffverwertung, über die Erforschung innovativer
zukunftsträchtige Strategie angesehen. Allerdings verhindert bis die Rückwandlung der chemisch gespeicherten Energie werden Umwelteinflüsse, Nachhaltigkeit der Rohstoffquellen und ethische Fermentationskonzepte und Prozesskontrollstrategien, bis zur
jetzt die niedrige Energiespeicherdichte der Batterien eine breite emissionsminimierte, molekular kontrollierte Verbrennungssysteme Überlegungen, wie Nahrungsmittelkonkurrenz, eine wichtige Rolle Entwicklung integrierter Downstream-Processing-Technologien
Anwendung. Von daher werden chemische Energieträger, im erforscht. Es werden methodische Konzepte entwickelt, um spielen. wird, aufeinander abgestimmt, in einem Projekt bearbeitet.
Idealfall aus nachwachsenden Rohstoffen, auch weiterhin eine für die Bewertung von Umweltbelastung, Wirtschaftlichkeit und
wichtige Rolle als Kraftstoff für mobile Antriebe spielen. gesellschaftlicher Relevanz von einer analytischen Beschreibung zu Das Kompetenzzentrum Bioeconomy Science Center (BioSC) ist Neben typisch verfahrenstechnischen Fragestellungen, wie die
belastbaren Prognosen zu gelangen. ein vom Land Nordrhein-Westfalen gefördertes Strategieprojekt Auslegung und Optimierung von Teil- sowie Gesamtprozessen
Biokraftstoffe der ersten Generation, wie Ethanol oder Biodiesel, mit dem Ziel, die Entwicklung einer nachhaltigen Bioökonomie oder der Generierung von Produkten, die der Allgemeinheit zu Gute
fanden den Weg an die Zapfsäule, doch wegen teils niedriger Aufbauend auf den Erfolgen des Exzellenzclusters »Tailor-Made durch grundlegende Untersuchungen aus verschiedensten kommen sollen, werden Dank der Erfahrungen und Sichtweisen
Effizienz, unbefriedigender CO2-Einsparung und der Konkurrenz Fuels from Biomass« schafft das FSC als strukturbildende Einheit Blickwinkeln voran zu bringen. Um strukturelle, wissenschaftliche der Partner aus anderen Disziplinen auch grundlegendere
mit der Nahrungsmittelindustrie, stellen sie keine optimale Lösung der kooperierenden Institute an der RWTH Aachen University, und technologische Grundlagen zur Bewältigung dieser komplexen Aspekte einer Bioökonomie beleuchtet. Beispiele hierfür sind die
der zukünftigen Energieversorgung dar. Einige dieser Probleme nun im Verbund mit dem Forschungszentrum Jülich sowie den Herausforderung zu generieren, haben sich Experten verschiedener Untersuchung des genetischen Pools von Pflanzen und deren
lösen die Biokraftstoffe der zweiten Generation, die, anders als beiden beteiligten Max-Planck-Instituten, ein weltweit führendes Fachdisziplinen wie Biologie, Chemie, Biotechnologie, Ökonomie variierender Erscheinungsform, der nachhaltige Anbau von neuen
ihre Vorgänger, aus der gesamten Biomasse der Nutzpflanzen wissenschaftliches Umfeld. und Verfahrenstechnik der RWTH Aachen University, der Pflanzen und den daraus für das biologische Umfeld resultie-
hergestellt werden. Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, der Friedrich-Wilhelms- renden Folgen, die Anpassung von bestehenden chemischen und
Universität Universität Bonn und des Forschungszentrums Jülich biologischen Reaktionen auf die veränderten Ausgangsmaterialien
Die Grundlagenforschung des Exzellenz-Clusters »Das Fuel Science zusammengeschlossen. oder der sozialen Akzeptanz der Gesellschaft.
Center – Adaptive Umwandlungssysteme für erneuerbare Energie-
und Kohlenstoffquellen« (FSC) schafft die Basis für die integrierte Im Rahmen des Strategieprojektes BioSC arbeiten derzeit vier Zusätzlich zum Forschungsschwerpunkt steht die Lehre stark
Umwandlung von erneuerbarer Elektrizität mit biomassebasierten Lehrstühle der AVT an vier großen Phase-2 Forschungsprojekten im Vordergrund des Kompetenzzentrums. Die MitarbeiterInnen
Rohstoffen und CO2 zu flüssigen Energieträgern mit hoher in multidisziplinären Forschungsteams. Von diesen vier Projekten und somit auch die Studierenden des BioSC sollen gezielt
Energiedichte (»Bio-hybrid Fuels«). Die aktuelle Forschung zu Bio², AP³, CombiCom und HylmPAct möchten wir Sie am Beispiel durch die entwickelte Struktur des Kompetenzzentrums in der
erneuerbaren Treibstoffen konzentriert sich auf Ersatzkraftstoffe Bio², dessen Leitung bei der AVT liegt, beispielhaft eine solche
für die heutige Motorentechnologie. Als Kohlenstoffquelle für Zusammenarbeit vorstellen.
E-Fuels dient dabei entweder nachhaltig erzeugte Biomasse oder
CO2. Das FSC geht in seinem konvergenten Ansatz zu bio-hybrid Im Rahmen des FocusLabs Bio² entwickeln wir einen
Fuels weit darüber hinaus und schafft die wissenschaftlichen konkurrenzfähigen Bioraffinerieprozess für die Herstellung von
Grundlagen für ein integriertes Design von Produktionsprozessen Biotensiden. Tenside sind oberflächenaktive Moleküle, die u.a. in
und Motorentechnik. Adaptive technologische Lösungen werden Reinigern und Waschmitteln Anwendung finden. Ca. 97 % der heute
angestrebt, um auf die zunehmende Diversifizierung der Energie- eingesetzten Tenside werden zurzeit aus Erdöl hergestellt.
10 11
2 Verfahrenstechnik in Aachen
zehn Jahren wirtschaftliche, gesellschaftliche, politische und Produkte. Im Fokus stehen verschiedene Syntheserouten für
technologische Forschungsfragen, eingebettet in den Teilprojekten gasförmige Produkte, wie Wasserstoff oder Synthesegas (Power-
ENSURE, ENavi, Power-2-X und SynErgie, untersucht und mit- 2-Gas), flüssige Substanzen, wie Kraftstoff (Power-2-Liquid) oder
einander verknüpft. 12 Mitarbeiter an drei AVT-Instituten sind Basischemikalien (Power-2-Chemicals). Die AVT arbeitet in Power-
maßgeblich in den Teilprojekten SynErgie und Power-2-X be- 2-X gemeinsam mit anderen Partnern aus Wissenschaft und
teiligt. Zusätzlich ist Prof. Mitsos von der SVT Clusterver- Industrie an der Herstellung sogenannter Oxymethylenether (OME)
antwortlicher für die chemische Industrie in SynErgie. aus erneuerbarem Strom und CO2. OME sind Kraftstoffe, die
durch ihre extrem saubere Verbrennung die Schadstoffemissionen
Aufgrund des fluktuierenden Charakters erneuerbarer des Verkehrssektors massiv reduzieren könnten. Aus dem Projekt
Energien gewinnt die dynamische Auslegung energie- und Power-2-X hervorgegangen ist das neue Forschungsprojekt
verfahrenstechnischer Prozesse neben der klassischen, NAMOSYN - Nachhaltige Mobilität mit synthetischen Kraftstoffen.
stationären Betrachtung zunehmend an Relevanz. Gemäß Ziel ist die Entwicklung kostengünstig und energieeffizient
dem Ansatz des sog. »demand-side managements« herstellbarer nachhaltiger synthetischer Kraftstoffe für Otto -und
werden im Rahmen des Kopernikus Projektes SynErgie Dieselmotoren.
energieintensive Prozesse, wie z.B. Luftzerlegungsanlagen,
Glas- und Aluminiumhütten, sowie Papieranlagen optimal an Die enge Zusammenarbeit von Industriepartnern und For-
den Strommarkt ange passt, um Kosten zu senken und die schungsträgern ermöglicht es, innerhalb der Projektphase neue
Netzstabilität durch das Abfangen von Lastspitzen zu sichern. technologische Entwicklungen bis zur industriellen Reife zu ent-
Ebenso vielfältig sind die thematischen Schwerpunkte, wickeln, um die Energiewende langfristig und nachhaltig voran zu
welche von der experimentellen Betrachtung von Prozessen treiben. Damit ist dieses junge Projekt nicht nur notwendig und
im Labormaßstab über die in-silico Erforschung von zukunftsweisend, sondern bringt erste industrielle Kontakte und
neuartigen Regelungskonzepten bis hin zur modelloptimierten einen Einblick in das spätere Berufsfeld.
Innovativer Ansatz einer Bioraffinerie zur Generierung von Biotreibstoffen der »dritten Generation« Produktionsplanung von industriellen Prozessen reichen. In
Kooperation mit den anderen Projektpartnern aus Industrie Die VerfahrenstechnikerInnen unserer AVT-Lehrstühle freuen sich
interdisziplinären Arbeit ausgebildet werden. die fluktuierende Verfügbarkeit der vermehrt genutzten regene- und Wissenschaft arbeitet die AVT daran, diese Ziele zum bei der Mitgestaltung dieser wichtigen gesellschaftlichen Aufgaben
rativen Energiequellen wie Wind- und Solarenergie ergibt die einen durch eine flexible Auslegung neuer und zum anderen im Rahmen von Abschlussarbeiten, Forschungsprojekten oder
Kopernikus Projekte – Notwendigkeit eines flexiblen Energienetzes und effizienter durch eine optimale, flexible Betriebsweise bestehender HiWi Tätigkeiten über Ihre Unterstützung. Interessante Arbeiten
mit Power in die Energiewende Energiespeicher. In der Forschungsinitiative »Kopernikus« des Anlagen und Prozesse zu erreichen. Power-2-X untersucht finden sich hier im Bereich der chemischen Elektrolyse, CFD-
Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) wird Technologien zur Umwandlung von elek-trischer Energie aus Simulationen, konzeptionellen Prozessentwicklung, Prozessopti-
die Energiewende mit zahlreichen Partnern aus Industrie, erneuerbaren Energiequellen in chemische Energiespeicher und mierung oder Reaktordesign.
Die fortschreitende Umstellung auf erneuerbare Energien stellt Forschungseinrichtungen und Zivilgesellschaft vorbereitet. Seit
hohe Anforderungen an die Energieversorgung dar. Insbesondere 2016 werden über einen Bearbeitungszeitraum von drei bis
Die unterschiedlichen Schwerpunkte des BioSC Konzeptes, Foto: BioSC/BMBF Zusammenspiel der Kopernikus Projekte SynErgie, Power-2-X, EnNavi und ENsure, Foto: Erbse Design
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2 Verfahrenstechnik in Aachen
2.1 AVT – Bioverfahrenstechnik Die Biotechnologie ist eine der am schnellsten wachsenden 4. Ihre Mitarbeit am Lehrstuhl
Zukunftsbranchen. Die Feinchemikalienproduktion, die Pflanzen-
schutz- und vor allem die Pharmaindustrie werden in den Als Studierender an der BioVT können Sie in Form von Bachelor-
nächsten Jahren einen enormen Innovationsschub durch die Bio- oder Masterarbeiten, der Projektarbeit oder als HiWi praxisnahe
verfahrenstechnik erfahren. Durch den Rohstoffwandel vom Erd- Einblicke in die aktuelle Forschungen gewinnen. Durch Ihre selbst-
öl zu nachwachsenden Rohstoffen sind große Herausforderungen ständige und selbstverantwortliche Arbeit eignen Sie sich neben
zu bewältigen, die aber auch gewaltige Möglichkeiten zur Sicher- dem fachlichen Wissen auch erste Projektmanagementskills an.
ung einer nachhaltigen Industrie bieten.
5. In diesen Fächern begegnen Sie
3. Forschungsschwerpunkte
der AVT.BioVT
Die AVT.BioVT beschäftigt sich hauptsächlich mit der biotechno-
logischen Wertproduktherstellung, auch unter Berücksichtigung • Bioprozesskinetik
von umwelt- oder aufarbeitungstechnischen Fragestellungen. Im • Bioreaktortechnik
Am Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik entwickelte RAMOS-Anlage
(Respiration Activity Monitoring System) zur online Messung der Mittelpunkt der Forschungstätigkeit steht die Entwicklung neuer • Biotechnologische Verfahren zur Nutzung
Sauerstofftransferrate (OTR) und Kohlenstoffdioxidtransferrate (CTR) in Schüttelkolben. Methoden und Apparate für eine effiziente Bioprozessentwicklung. nachwachsender Rohstoffe
Es wird jedoch keine eigene Mikrobiologie beforscht, sondern die • Interdisziplinäres Praktikum
Leitung: MitarbeiterInnen: Adresse: Telefon: am Lehrstuhl entwickelten bioverfahrenstechnischen Methoden • Halten von wissenschaftlichen Vorträgen
Prof. Dr.-Ing. Jochen Büchs 30 wissenschaftliche Forckenbeckstraße 51 0241 – 80 23 56 9 und Apparate werden in zahlreichen Kooperationen mit anderen • Kosten und Wirtschaftlichkeit von Bioprozessen
Dr. rer. nat. Nina Ihling 7 BTV 52074 Aachen Lehrstühlen oder der Industrie etabliert. Folgende Forschungsge- • Messtechnisches Labor (MTL)
1 Azubi biete werden augenblicklich schwerpunktmäßig bearbeitet: • Online Analytik von Fermentationsprozessen
29 HiWis • Reaktionstechnik
Schüttelreaktorsysteme • Regenerative Brennstoffe
• Verfahrenstechnik im TEam (ViT)
1. AVT.BioVT 2. Was ist Bioverfahrenstechnik? In den ersten Screening-Stufen biotechnologischer Entwick- • Verfahrenstechnisches Seminar
lungsarbeit werden in sehr großer Zahl Schüttelreaktoren
Der Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik ist 1996 von Prof. Büchs Haben Sie sich schon mal darüber Gedanken gemacht, wie Bier (Erlenmeyerkolben, Reagenzgläser und Mikrotiterplatten) ein-
gegründet worden. Seitdem agiert er erfolgreich als Schnittstelle oder Essig produziert wird? Wie die Gewinnung von Biokraftstoffen gesetzt, um eine große Anzahl an Versuchen parallel und in kurzer
zwischen den naturwissenschaftlichen Disziplinen Biologie, Medi- optimiert werden kann oder wie Apparate zur Antibiotika- Zeit durchführen zu können. Trotz ihrer Einsatzhäufigkeit und der
zin und Technische Chemie, sowie den Ingenieurswissenschaften, Herstellung ausgelegt werden müssen? Dies sind Fragen, mit Bedeutung sind Schüttelreaktoren bisher verfahrenstechnisch
vornehmlich der Verfahrenstechnik. Daher ist der Lehrstuhl für denen sich die Bioverfahrenstechnik beschäftigt. Immer wenn kaum erforscht und die Mess- und Analysemöglichkeiten sind
Bioverfahrenstechnik auch Mitglied zweier Fakultäten: der Fakultät Mikroorganismen zur Stoffumwandlung benötigt werden, dann im Gegensatz zum späteren Prozess unterentwickelt. Da im
für Maschinenwesen und der Fakultät für Mathematik, Informatik fällt die Prozessauslegung und Optimierung in den Bereich der kleinen Maßstab jedoch ganz entscheidende Selektionen und
und Naturwissenschaften. Bioverfahrenstechnik. Deshalb stellt sie auch die Verbindung Weichenstellungen vorgenommen werden, muss sichergestellt
zwischen der Biologie (Medizin) und den Ingenieurswissenschaften werden, dass mögliche Limitierungen vermieden und konsistente
Prof. Büchs hat vor seiner Zeit an der AVT.BioVT knapp neun Jahre dar. experimentelle Bedingungen garantiert werden können. Auf
in der biotechnologischen Forschung der BASF gearbeitet und diesem Forschungsgebiet nehmen wir zurzeit eine weltweit
unterhält gute Beziehungen zu japanischen Forschungsinstituten Für einen erfolgreichen Bioprozess sind neben den biologischen führende Stellung ein. Zurzeit wird die Laborautomation mit Hilfe
wie z.B. der Osaka Universität und dem »Institute of Physical Gesichtspunkten auch verfahrenstechnische Aspekte relevant. von Robotern aktiv vorangetrieben.
and Chemical Research« (RIKEN). 2018 wurde Prof. Büchs die Darunter fallen solche Größen, die nur durch Bilanzierung,
Ehrendoktorwürde durch die Osaka Universität verliehen. Berücksichtigung von Stofftransportvorgängen und Modellierung Fermentations- und Reaktortechnik
zugänglich sind. Dazu gehören z.B. die Sauerstoffzufuhr, die
Kohlendioxidentfernung, die Bestimmung der hydromechanischen In diesem Forschungsbereich werden reaktor- und
Belastung von Mikroorganismen und die Berechnung der regelungstechnische Fragestellungen zur biotechnologischen
notwendigen Wärmeabfuhr. Wertproduktherstellung bearbeitet. Im Mittelpunkt stehen hier
Stofftransportphänomene sowie die Bilanzierung, Regelung
Zu den biotechnologischen Stoffumwandlungen zählen sowohl und modellmäßige Beschreibung von Fermentations- und
die komplexen Biosynthesen bei Fermentationsprozessen als Biotransformations-prozessen. Auch in diesem Arbeitsgebiet
auch Biotransformationen mit Mikroorganismen oder Enzymen, werden neuartige Messmethoden erforscht, um bessere
bei denen nur eine relativ einfache Stoffumwandlung erfolgt. Einblicke in den Reaktor zu erhalten. Zu nennen sind hier unter
Bei Fermentationsprozessen kommen Mikroorganismen und anderem die Bilanzierung der biologischen Wärmeentwicklung
zunehmend auch tierische und pflanzliche Zell- oder Gewebe- durch Kalorimetrie und die Erfassung von lebenden Zellen durch
kulturen zum Einsatz. Die Zukunft gehört der Anwendung gen- Impedanzmessung.
technisch veränderter Organismen und Zellen. Ein wichtiges
Aufgabenfeld besteht in der Übertragung der in Schüttelreaktoren
Aufnahme der Pipettenspitzen durch das Mikrotiterplatte im BioLector für optische
(Schüttelkolben, Reagenzgläser, Mikrotiterplatten) ermittelten »Liquid Handling System« für eine automa- Messungen wichtiger Prozessparameter
Ergebnisse in Laborfermenter und schließlich in technische tisierte Prozessführung während der Kultivierung
Die Bausteine der Bioverfahrenstechnik Maßstäbe.
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2 Verfahrenstechnik in Aachen
2.2 AVT - Chemische Verfahrenstechnik 3. Forschungsschwerpunkte
Aus dem Alltag sind Membranen vor allem durch die
Verwendung in Funktionskleidung bekannt, mit GoreTex als
prominentestem Produkt. Industriell jedoch werden die größten
Membranflächen in der Medizintechnik, Wasseraufbereitung und
Trinkwassergewinnung eingesetzt. Mehr als 1 Million Menschen mit
Nierenerkrankungen leben Dank des Prozesses der Hämodialyse,
in der Ultrafiltrationsmembranen als Nierenersatz eingesetzt
werden. In neuen Produktionsanlagen von Trinkwasser aus
Meerwasser wird fast ausschließlich Umkehrosmose eingesetzt;
sie hat energieintensive verdampfungsbasierte Prozesse
vollständig ersetzt. Die heutige chemische Industrie befindet
sich in einer Neuorientierungsphase: mit dem Bewusstsein, dass
Querschnitt eines Membranmoduls bestehend aus fossile Energie- und Materialträger limitiert in ihrer Menge sind,
mehreren Polymerhohlfasermembranen.
evaluieren viele Industriezweige, inwieweit eine Energiewende
die Industrielandschaft verändern wird. In unserem Lehrstuhl
Leitung: MitarbeiterInnen: Adresse: Telefon: untersuchen wir, wie Elektronen aus solaren und windenergetischen
Prof. Dr.-Ing. Matthias Wessling 46 wissenschaftliche Forckenbeckstraße 51 0241 – 80 95 47 0 Prozessen direkt zu chemischen Grundstoffen wie Alkanen oder
Dr.-Ing Süleyman Yüce 14 BTV 52074 Aachen Ammoniak umgesetzt werden können. Beispielsweise kristallisieren
1 Azubi sich zurzeit im Bereich der chemischen Reaktionstechnik drei
Forschungsrichtungen heraus:
1. AVT.CVT Die Integration von Rapid-Prototyping-Techniken zur freien Ge-
staltung der Membranen und Reaktionsflächen. Diese Tech-
Der Lehrstuhl »Chemische Verfahrenstechnik« wird durch Prof. wie der Wasserentsalzung, Medizintechnik und der Energie- niken ermöglichen ein dreidimensionales Design ganz neuer Versuchsstände an der AVT.CVT
Matthias Wessling geleitet. 2010 kam er über eine Alexander-von- speicherung. Das Forschungsfeld der Membranverfahren und Reaktorsysteme. Damit können die Stoffkonversion und Stoff-
Humboldt Professur von der Universität Twente (NL) nach Aachen. der Membranreaktoren umfasst und kombiniert die Bereiche trennung optimal an die Anforderungen des Prozesses angepasst Die Arbeit wird durch erfahrene MitarbeiterInnen in Labor und
In der Vergangenheit richtete sich sein Forschungsinteresse in von Kolloiden und Grenzflächen, Materialwissenschaften, werden. mechanischer Werkstatt unterstützt. So breitgefächert wie die
vielfältigen industriellen und akademischen Positionen auf die Apparatetechnik, Prozessdesign, Multiphysik-Simulation und Forschungsprojekte am Lehrstuhl sind auch die Möglichkeiten
Entwicklung von Membranprodukten und Prozessen zur Trennung Reaktionstechnik. Kapillarmembranreaktoren, bei denen an der porösen Membran- Einblicke in die Forschung zu erhalten. Neben Studien-, Projekt-,
molekularer Mischungen. Seit der Übernahme des Lehrstuhls wand heterogen-katalysierte Reaktionen ausgeführt werden. Bachelor- und MasterarbeiterInnen sind in den meisten Projekten
erweiterte sich die Forschungsrichtung auf die Integration Das Zusammenspiel dieser Disziplinen erstreckt sich von der HiWis an vorderster Front beteiligt. Neben der Tätigkeit am
technischer Membranen in chemische Stoffumwandlungsprozesse. Grundlagenforschung bis hin zur industriellen Anwendung. Elektrochemische Membranreaktoren auf der Basis sogenannter Lehrstuhl selbst begrüßen, vermitteln und betreuen wir Arbeiten an
Die Forschungsarbeiten finden in verschiedenen Disziplinen Ausdruck für die Interdisziplinarität des Lehrstuhls ist die Membrane Electrode Assemblies (MEA), in denen durch Elektronen, ausländischen Hochschulen und bei in- und ausländischen Firmen.
statt: unsere Tätigkeit reicht von experimenteller Erprobung Mitarbeit von Prof. Matthias Wessling im »Scientific Board« Wasser und regenerierbare Grundstoffe im Zusammenspiel mit
neuer interdisziplinärer Prozesskonzepte bis hin zur simulativen des Leibniz-Instituts für Interaktive Materialien DWI, dessen Membranen in einem brennstoffzellenähnlichen Prozess durch
5. In diesen Fächern begegnen Sie
Prozessentwicklung und -optimierung. Durch stetigen Austausch Fokus auf der Entwicklung funktioneller, komplexer und Elektronen Wasser und regenerierbare Grundstoffe umgesetzt
mit den anderen AVT-Lehrstühlen lassen sich so innovative adaptiver Materialsysteme liegt. Die enge Zusammenarbeit werden. der AVT.CVT
Lösungskonzepte entwickeln. Seit 2018 ist Prof. Wessling zwischen dem DWI-Team aus Nano- und Biotechnologen
außerdem als Prorektor für Forschung und Struktur an der und der Verfahrenstechnik birgt Potential für neue kreative Die Forschung am Lehrstuhl für chemische Verfahrenstechnik • Angewandte Chemische Verfahrenstechnik
RWTH tätig. Zu den besonderen Aufgaben des Prorektors für Systemkonzepte, die selektiven Stofftransport und molekulare konzentriert sich also im Wesentlichen auf drei Anwendungsfelder • Angewandte Produktentwicklung in der VT
Forschung und Struktur gehören neben der Sicherstellung der Konversion miteinander kombinieren. Dabei ist die national und »Grand Global Challenges«: Wasser, Energie und Gesundheit. • Chemische Verfahrenstechnik
allgemeinen Forschungsvoraussetzungen die Intensivierung der und international bewiesene Alleinstellung im Bereich Die Motivation rührt aus der Grundhypothese, dass Stoffumsetz- • Grundoperationen der Verfahrenstechnik
ingenieurtechnischen Wissenschaftsprofilierung aller Fakultäten der Membranherstellung und Stofftransportbeschreibung ung und Stofftrennung eng auf einander abgestimmt und integriert • Industrielle Umwelttechnik und Luftreinhaltung
der RWTH Aachen sowie die Etablierung von Großprojekten wie Ausgangspunkt für neue Forschungsfelder, insbesondere der sein müssen, so wie es uns die Natur in zellularen Systemen vorlebt. • Medizinische Verfahrenstechnik
etwa Exzellenzclustern, Sonderforschungsbereichen und die elektrochemischen Membranreaktoren. Diese werden, auf • Membrane Processes
Beteiligung an großen europäischen Projekten. 2019 wurde Prof. regener-ativen Energien basierend, ein Schlüsselelement der 4. Ihre Mitarbeit am Lehrstuhl • Messtechnisches Labor (MTL)
Wessling mit dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis der Deutschen chemischen Industrie darstellen. • Produktentwicklung in der Verfahrenstechnik
Forschungsgemeinschaft ausgezeichnet. Experimentelle Arbeiten in unterschiedlichen Maßstäben, von • Verfahrenstechnik im Team
Die Expertise des Lehrstuhls im Bereich der Membrantechnik Laborexperimenten bis zu Pilotanlagen sind häufig die Grundlage • Verfahrenstechnisches Seminar
2. Was ist Chemische Verfahrens- spiegelt sich in vielfältigen Kontakten zu Industrie und Forschung, der Forschungsarbeit. Neben der Entwicklung neuer Apparate und • Water Treatment Processes
Prof. Wesslings Tätigkeit als Editor des »Journal of Membrane Reaktoren stellt deren Integration in Gesamtprozesse eine weitere
technik? Science« sowie in dem 2007 im Springer-Verlag publizierten Buch Herausforderung moderner Verfahrenstechnik dar. Unterstützt
»Membranverfahren« wider, deren Autoren Prof. Rautenbach werden die experimentellen Arbeiten daher durch Simulationen
Das Verständnis und die Entwicklung effizienter, intelligenter und und Prof. Melin vor 2010 den Lehrstuhl und das Institut für auf verschiedenen Skalen. Durch Prozesssimulationen können
kompakter Apparate und Verfahren, wie den Membranverfahren Verfahrenstechnik geleitet haben. z.B. ungewöhnliche Verfahrenskombinationen untersucht und die
und Membranreaktoren, stehen im Fokus großer Forschungsfelder Vorzüge einzelner Verfahren besonders effizient genutzt werden.
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2 Verfahrenstechnik in Aachen
2.3 AVT - Computational Systems Biotechnology gaben für das Gesamtsystem gemacht werden, die dann auf der Einen darauf aufbauenden Schwerpunkt des Instituts bildet die
Ebene des Stoffwechsels in Stoffflüsse umgesetzt und mit Hilfe von Entwicklung quantitativer Analysemethoden, die den internen
Regelkreisen stabilisiert werden. Für die Analyse dieser Netzwerke Zustand einer Zelle auf allen Ebenen der zellulären Organisation
und Regelkreise werden dieselben Methoden eingesetzt, wie sie möglichst genau abbilden können. Diese sogenannten »omics«
der Ingenieur auch zur Prozessbeschreibung einsetzt: hierarchische Methoden (Transcriptomics , Proteomics, Fluxomics, Metabolomics)
Modellierung, Stoffbilanzierung, Thermodynamik. Die erarbeiteten erfordern die Entwicklung aufwendiger Messprotokolle, präzise
Netzwerkmodelle werden mit Hilfe moderner Simulationswerkzeuge Fehleranalysen, umfangreiche Kalibrierungsmaßnahmen und neue
umgesetzt und deren Parameter auf Grundlage experimenteller computergestützte Verfahren zur Rohdatenprozessierung, wie z.B.
Daten bestimmt. Dazu sind informative Experimente mit Hilfe von von Massenspektren oder Videosequenzen.
modernen Versuchsplanungs-Algorithmen gezielt zu entwerfen.
Auf Grundlage der Modelle werden dann Vorhersagen getroffen Das Jülicher Institut beheimatet auch die Nachwuchsgruppe
und mit Optimierungsmethoden vielversprechende Modifikationen »Microscale Bioengineering« von Jun.-Prof. Dietrich Kohlheyer, die
am System ermittelt. zugleich eine eigenständige Arbeitsgruppe der AVT ist (siehe AVT.
MSB).
Strömungsdynamische Simulation eines Chromatographie-Moduls. Die Modellierung und Simulation von Apparaturen und Prozessen
Ausschnitt einer Säule gefüllt mit porösen Partikeln.
gehört ebenfalls zum Arbeitsgebiet der Jülicher Ingenieure. Beispiele Rheologie-Simulation zur Charakterisierung
sind Bioreaktoren, mikrofluidische Chips oder Chromatographie- hochviskoser Biomasseströme
Leitung: MitarbeiterInnen: Adresse: Prozesse. Oft werden dabei Mehrskalenansätze verfolgt. Komplexe
Telefon:
Prof. Dr. rer. nat. 47 wissenschaftliche Leo-Brandt-Straße mikrostrukturierte Simulationen erfordern dabei den Einsatz der CFD-Simulationen werden durchgeführt, um insbesondere die
02461 – 61 55 57
Wolfgang Wiechert 18 BTV 52425 Jülich Jülicher Supercomputer. Strömungsverhältnisse beim Biomasseaufschluss und der Hyd-
rolyse besser verstehen zu können. Speziell die In-Situ-Messung
Quantitative Analyse biologischer Systeme von Viskositäten in Anlagenkomponenten wie Rohrleitungen
1. Computational System oder im eigentlichen Reaktionsraum stellt häufig eine nicht zu
Biotechnology Die Systembiologie erfordert Experimente mit biologischen
Systemen unter hochkontrollierten Bedingungen bei einem
bewältigende Herausforderung dar. Die Simulation kann orts-
und zeitaufgelöste Scherraten, Schubspannungen und Viskosi-
Hinter dem Lehrstuhl »Computational Systems Biotechnology« gleichzeitig möglichst hohen Durchsatz. Daher übernehmen täten bei beliebig komplizierten Geometrieverhältnissen liefern.
verbirgt sich der Bereich »Systembiotechnologie« am Institut Ingenieure am Jülicher Institut vielfältige Aufgaben im Bereich Von zusätzlichem Interesse ist die Vorhersagbarkeit von Deck-
IBG–1 (Biotechnologie) des Forschungszentrums Jülich der Durchführung, apparativen Unterstützung, Miniaturisierung schichtbildung, welche in Form von Ablagerungen die Ausbil-
unter Leitung von Prof. Wiechert. Das Institut arbeitet an der und Automatisierung von Experimenten. So werden Mini- dung eines ausgebildeten Strömungsprofils beeinträchtigt.
Schnittstelle zwischen Ingenieur- und Lebens-wissenschaften und Mikrobioreaktoren eingesetzt und mit Laborrobotern zu
und befasst sich mit der Entwicklung biotechnologischer integrierten Systemen zusammengefügt. Auch die Hochdurchsatz- 4. Mitarbeit am Lehrstuhl
Produktionsprozesse für Grund- und Feinchemikalien, Pharma- Datengenerierung erfordert Ingenieurfähigkeiten, z.B. dann, wenn
zeutika und Proteine. Mitarbeiter-Innen des Instituts bieten spezielle Probenahme-Einrichtungen entwickelt werden, die es Das IBG–1 bietet vielfältige Betätigungsmöglichkeiten für
Lehrveranstaltungen in den Fakultäten 1 & 4 an. Die Forschung erlauben, aus einem Bioreaktor mehrere Proben pro Sekunde Studierende der Ingenieurwissenschaften, sowohl im simu-
findet am Jülicher Institut statt. zu ziehen, um dynamische Vorgänge im Stoffwechsel eines lativen als auch im konstruktiven und experimentellen Bereich.
Mikroorganismus messtechnisch zu erfassen. HiWis, Bacheloranden und Masteranden unterstützen die
2. Was ist Systembiotechnologie? Forschungsarbeiten der etwa 25 Doktoranden. Im interdiszipli-
nären Kontext werden konkrete Themen oft auf die Ausbildung
Noch bis vor wenigen Jahren endete die ingenieurmäßige und Vorkenntnisse der Bewerber zugeschnitten. Eine Anfrage
Betrachtung biotechnologischer Produktionsprozesse an der lohnt sich.
Zellwand der eingesetzten Mikroorganismen. Diese wurden
als ein sich selbst reproduzierender Katalysator aufgefasst und
im Detail kaum weiter aufgeschlüsselt. Mit dem Aufkommen
5. In diesen Fächern begegnen Sie
der Systembiologie hat sich dies grundlegend geändert. dem IBG-1
Systembiologen verfolgen das Ziel, die komplexen Prozesse im
Inneren einer lebenden Zelle quantitativ zu beschreiben und zu Die für den Ingenieurbereich maßgeblichen Lehrveranstaltungen
analysieren. Auf Grundlage der so erarbeiteten Modelle werden werden in jedem Sommer bzw. Winter als 1-wöchige Block-
Vorhersagen darüber getroffen, wie Prozessparameter oder Regulationsmodell des Zentralstoffwechsels von Corynebacterium glutamicum. veranstaltung angeboten.
die genetische Ausstattung eines Mikroorganismus verändert
werden müssen, um die Produktivität von Bioprozessen zu • Computational Systems Biotechnology 1
maximieren. Die darauf aufbauende Disziplin der »Synthetischen 3. Forschungsschwerpunkte • Computational Systems Biotechnology 2
Biologie« versucht Mikroorganismen und Proteine mit ganz
neuen Eigenschaften und Funktionen – wie z.B. industrielle Modellierung von Netzwerken und Prozessen Die Veranstaltungen werden sowohl von Ingenieuren als auch von
Produktionsorganismen – ingenieurmäßig zu entwickeln und Biotechnologen besucht. Fehlendes Wissen wird im Vorfeld durch
nutzbar zu machen. Das Jülicher Institut arbeitet sowohl auf Die interne Organisationsstruktur einer lebenden Zelle weist spezielle Brückenmaßnahmen nachgeholt. Prof. Wiechert betreut
dem Gebiet der computergestützten Modellierung als auch der bemerkenswerte Parallelen zu einem industriellen Produktions- darüber hinaus auch das Aachener iGEM-Team bei der Teilnahme
quantitativen experimentellen Analyse biologischer Systeme. betrieb auf. Auch hier liegt eine Steuerungshierarchie vor, bei am internationalen Wettbewerb der synthetischen Biologen am MIT
Strömungsdynamische Simulation eines Membranadsorbers
der auf oberster Ebene der genetischen Regulation grobe Vor- mit realistischer Geometrie in Boston.
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