1. Einführung in die Umwandlung von Energie aus dem Meer
2. Welleneigenschaften
   • Lineare Wellentheorie
   • Nichtlineare Wellentheorie
   • Irreguläre Wellen
   • Wellenenergie
   • Refraktion, Reflexion und Diffraktion von Wellen
3. Wellenkraftwerke
   • Übersicht der verschiedenen Technologien
   • Auslegungs- und Berechnungsverfahren
4. Meeresströmungskraftwerke

• Cruz, J., Ocean wave energy, Springer Series in Green Energy and Technology, UK, 2008.
• Brooke, J., Wave energy conversion, Elsevier, 2003.
• McCormick, M.E., Ocean wave energy conversion, Courier Dover Publications, USA, 2013.
• Falnes, J., Ocean waves and oscillating systems, Cambridge University Press,UK, 2002.
• Charlier, R. H., Charles, W. F., Ocean energy. Tide and tidal Power. Berlin, Heidelberg, 2009.
• Clauss, G. F., Lehmann, E., Östergaard, C., Offshore Structures. Volume 1, Conceptual Design. Springer-Verlag, Berlin 1992

• Differenzialgleichungen zum Impuls-, Wärme- und Stoffaustausch   
• Beispiele für Vereinfachungen der Navier-Stokes Gleichungen  
• Instationärer Impulsaustausch
• Freie Scherschichten, Turbulenz und Freistrahl 
• Partikelumströmungen – Feststoffverfahrenstechnik
• Kopplung Impuls- und Wärmetransport - Thermische VT
• Kopplung Impuls- und Wärmetransport - Thermische VT
• Rheologie – Bioverfahrenstechnik
• Kopplung Impuls- und Stofftransport – Reaktives Mischen, Chemische VT
• Strömung in porösen Medien – heterogene Katalyse
  
• Pumpen und Turbinen - Energie- und Umwelttechnik 
• Wind- und Wellenkraftanlagen - Regenerative Energien
• Einführung in die numerische Strömungssimulation
  

1. Brauer, H.: Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen. Verlag Sauerländer, Aarau, Frankfurt (M), 1971.
2. Brauer, H.; Mewes, D.: Stoffaustausch einschließlich chemischer Reaktion. Frankfurt: Sauerländer 1972.
3. Crowe, C. T.: Engineering fluid mechanics. Wiley, New York, 2009.
4. Durst, F.: Strömungsmechanik: Einführung in die Theorie der Strömungen von Fluiden. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2006.
5. Fox, R.W.; et al.: Introduction to Fluid Mechanics. J. Wiley & Sons, 1994.
6. Herwig, H.: Strömungsmechanik: Eine Einführung in die Physik und die mathematische Modellierung von Strömungen. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2006.
7. Herwig, H.: Strömungsmechanik: Einführung in die Physik von technischen Strömungen: Vieweg+Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2008.
8. Kuhlmann, H.C.:  Strömungsmechanik. München, Pearson Studium, 2007
9. Oertl, H.: Strömungsmechanik: Grundlagen, Grundgleichungen, Lösungsmethoden, Softwarebeispiele. Vieweg+ Teubner / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2009.
10. Schade, H.; Kunz, E.: Strömungslehre. Verlag de Gruyter, Berlin, New York, 2007.
11. Truckenbrodt, E.: Fluidmechanik 1: Grundlagen und elementare Strömungsvorgänge dichtebeständiger Fluide. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2008.
12. Schlichting, H. : Grenzschicht-Theorie. Springer-Verlag, Berlin, 2006.
13. van Dyke, M.: An Album of Fluid Motion. The Parabolic Press, Stanford California, 1882.  

• Allgemeine Einleitung
• Was sind Biokraftstoffe?
• Märkte & Entwicklungen
• Gesetzliche Rahmenbedingungen
• Treibhausgaseinsparungen
• Generationen der Biokraftstoffe
  • Bioethanol der ersten Generation
    • Rohstoffe
    • Fermentation
    • Destillation
  • Biobutanol / ETBE
  • Bioethanol der zweiten Generation
    • Bioethanol aus Stroh
  • Biodiesel der ersten Generation
    • Rohstoffe
    • Produktionsprozess
    • Biodiesel & Rohstoffe
  • HVO / HEFA
  • Biodiesel der zweiten Generation
    • Biodiesel aus Algen
• Biogas als Kraftstoff
  • Biogas der ersten Generation
    • Rohstoffe
    • Fermentation
    • Reinigung zu Biomethan
  • Biogas der zweiten Generation & Vergasungsverfahren
  • Methanol / DME aus Holz und Tall oil©

• Skriptum zur Vorlesung
• Drapcho, Nhuan, Walker; Biofuels Engineering Process Technology
• Harwardt; Systematic design of separations for processing of biorenewables
• Kaltschmitt; Hartmann; Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren
• Mousdale; Biofuels - Biotechnology, Chemistry and Sustainable Development
• VDI Wärmeatlas
  

• Ökobilanzen
  • Exemplarisches Beispiel zur Bewertung von CO2 Einsparungspotentialen durch alternative Kraftstoffe -- Wahl der Systemgrenzen und Datenbanken
• Bioethanolherstellung
  • Anwendungsaufgabe in der die Grundlagen der thermischen Trennverfahren (Rektifikation, Extraktion) thematisiert werden. Dabei liegt der Fokus auf einer Kolonnenauslegung, inkl. Wärmebedarf, Stufenanzahl, Rücklaufverhältnis...
• Biodieselherstellung
  • Verfahrenstechnische Optionen der Fest/Flüssigtrennung, inklusive Grundgleichungen zum Abschätzen von Leistung, Energiebedarf, Trennschärfe und Durchsatz
• Biomethanproduktion
  • Chemische Reaktionen, die bei der Herstellung von Biokraftstoffen relevant sind, inklusive Gleichgewichte, Aktivierungsenergien, shift-Reaktionen

Skriptum zur Vorlesung

1) Markets for Agricultural Commodities
What are the major markets and how are markets functioning
Recent trends in world production and consumption.
World trade is growing fast. Logistics. Bottlenecks.
The major countries with surplus production
Growing net import requirements, primarily of China, India and many other countries.
Tariff and non-tariff market barriers. Government interferences.

2) Closer Analysis of Individual Markets
Thomas Mielke will analyze in more detail the global vegetable oil markets, primarily palm oil, soya oil,
rapeseed oil, sunflower oil. Also the raw material (the oilseed) as well as the by-product (oilmeal) will
be included. The major producers and consumers.
Vegetable oils and oilmeals are extracted from the oilseed. The importance of vegetable oils and
animal fats will be highlighted, primarily in the food industry in Europe and worldwide. But in the past
15 years there have also been rapidly rising global requirements of oils & fats for non-food purposes,
primarily as a feedstock for biodiesel but also in the chemical industry.
Importance of oilmeals as an animal feed for the production of livestock and aquaculture
Oilseed area, yields per hectare as well as production of oilseeds. Analysis of the major oilseeds
worldwide. The focus will be on soybeans, rapeseed, sunflowerseed, groundnuts and cottonseed.
Regional differences in productivity. The winners and losers in global agricultural production.

3) Forecasts: Future Global Demand & Production of Vegetable Oils
Big challenges in the years ahead: Lack of arable land for the production of oilseeds, grains and other
crops. Competition with livestock. Lack of water. What are possible solutions? Need for better
education & management, more mechanization, better seed varieties and better inputs to raise yields.
The importance of prices and changes in relative prices to solve market imbalances (shortage
situations as well as surplus situations). How does it work? Time lags.
Rapidly rising population, primarily the number of people considered “middle class” in the years ahead.
Higher disposable income will trigger changing diets in favour of vegetable oils and livestock products.
Urbanization. Today, food consumption per caput is partly still very low in many developing countries,
primarily in Africa, some regions of Asia and in Central America. What changes are to be expected?
The myth and the realities of palm oil in the world of today and tomorrow.
Labour issues curb production growth: Some examples: 1) Shortage of labour in oil palm plantations in
Malaysia. 2) Structural reforms overdue for the agriculture in India, China and other countries to
become more productive and successful, thus improving the standard of living of smallholders.

Ziel dieses Kurses ist es, die physikalischen, chemischen und biologischen als auch die technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Grundlagen aller Optionen der Energieerzeugung aus Biomasse aus deutscher und internationaler Sicht zu diskutieren. Zusätzlich unterschiedlichen Systemansätze zur Nutzung von Biomasse für die Energieerzeugung, Aspekte der Bioenergie im Energiesystem zu integrieren, technische und wirtschaftliche Entwicklungspotenziale und die aktuelle und erwartete zukünftige Verwendung innerhalb des Energiesystems vorgestellt.
Der Kurs ist wie folgt aufgebaut:

• Biomasse als Energieträger im Energiesystem, die Nutzung von Biomasse in Deutschland und weltweit, Übersicht über den Inhalt des Kurses
• Photosynthese , die Zusammensetzung der organischen Stoffe , Pflanzenproduktion , Energiepflanzen , Reststoffen, organischen Abfällen
• Biomasse Bereitstellung Ketten für holzige und krautige Biomasse , Ernte und Bereitstellung , Transport, Lagerung, Trocknung
  - Thermo - chemische Umwandlung von biogenen Festbrennstoffen
  • Grundlagen der thermo- chemischen Umwandlung
  • Direkte thermo- chemische Umwandlung durch Verbrennung: Verbrennungstechnologien für kleine und Großanlagen , Strom- Erzeugungstechnologien , Abgasbehandlungstechnologien, Asche und ihre Verwendun
  • Vergasung: Vergasungstechnologien, Gasreinigungstechnologien, Optionen zur Nutzung des gereinigten Gases für die Bereitstellung von Wärme, Strom und/oder Brennstoffe
  • Schnelle und langsame Pyrolyse : Technologien für die Bereitstellung von Bio-Öl und / oder für die Bereitstellung von Kohle -, Öl- Reinigungstechnologien , Optionen um die Pyrolyse- Öl und Kohle als Energieträger als auch als Rohstoff verwenden
• Physikalisch-chemische Umwandlung von Biomasse , die Öle und / oder Fette : Grundlagen , Ölsaaten und Ölfrüchte, Pflanzenölproduktion , die Produktion von Biokraftstoff mit standardisierten Merkmalen ( Umesterung , Hydrierung, Co-Processing in bestehenden Raffinerien) , Optionen der Nutzung dieser Kraftstoffe, Optionen zur Verwendung der Rückstände (d.h. Mehl, Glycerin)
  • Bio-chemische Umwandlung von Biomasse
  • Grundlagen der bio-chemische Umwandlung
  • Biogas: Prozess- Technologien für Anlagen mit landwirtschaftlichen Rohstoffen , Klärschlamm ( Klärgas ), organische Abfallfraktion (Deponiegas ) , Technologien für die Bereitstellung von Biomethan , die Verwendung des aufgeschlossenen Schlamm
  • Ethanol-Produktion: Prozesstechnologien für Einsatzmaterial, Zucker, Stärke oder Cellulose , die Verwendung von Ethanol als Kraftstoff, Verwendung der Schlempe

Kaltschmitt, M.; Hartmann, H. (Hrsg.): Energie aus Biomasse; Springer, Berlin, Heidelberg, 2009, 2. Auflage

Die Versuche des Praktikums verdeutlichen die unterschiedlichen Aspekte der Wärmegewinnung aus biogenen Festbrennstoffen. Dazu werden zunächst unterschiedliche Biomassen (wie z.B. Holz, Stroh oder landwirtschaftliche Reststoffe) untersucht; hierbei liegt der Schwerpunkt auf dem Heiz- und Brennwert der Biomasse. Weiterhin wird die verwendete Biomasse pelletiert, die Pelleteigenschaften analysiert und ein Verbrennungsversuch an einer Pellet-Einzelraumfeuerung durchgeführt. Dabei werden die gasförmigen und festen Schadstoffemissionen, besonders der entstehende Feinstaub, gemessen und in einem weiteren Versuch die Zusammensetzung des Feinstaubes untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt des Praktikums liegt auf der Betrachtung von Optionen zur Reduzierung des Feinstaubes aus der Biomasseverbrennung. Im Praktikum wird eine Methode zur Feinstaubreduzierung erarbeitet und getestet. Alle Versuche werden ausgewertet und die Ergebnisse vorgestellt.

Innerhalb des Laborpraktikums diskutieren die Studierenden verschiedene technischwissenschaftliche Aufgabenstellungen, sowohl fachspezifisch und fachübergreifend. Sie
sprechen verschiedene Lösungsansätze der Aufgabenstellung durch und beraten über die theoretische oder praktische Umsetzung.

- Kaltschmitt, Martin; Hartmann, Hans; Hofbauer, Hermann: Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren. 3. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Science & Business Media, 2016. -ISBN 978-3-662-47437-2
- Versuchsskript

• Aufbau und Entwicklungstendenzen der elektrischen Energieversorgung 
• Aufgaben und historische Entwicklung
• symmetrische Drehstromsysteme
• Grundlagen und Modellierung von Netzen
  • Leitungen
  • Transformatoren
  • Synchronmaschinen
  • Asynchronmaschinen
  • Lasten und Kompensation
    
  • Netzaufbau und Schaltanlagen
    
• Grundlagen der Energieumwandlung
  
  • Elektromechanische Energiewandlung
  • Thermodynamische Grundlagen
  • Kraftwerkstechnik
  • Regenerative Energieumwandlung
    
• Netzberechnung
  
  • Netzmodellierung
  • Lastflussrechnung
  • Ausfallkriterium
    
• Symmetrische Kurzschlussberechnung, Kurzschlussleistung
  
• Netz- und Kraftwerksregelung
• Netzschutz
• Grundlagen der Netzplanung
• Grundlagen der elektrischen Energiewirtschaft und -märkte
  

K. Heuck, K.-D. Dettmann, D. Schulz: "Elektrische Energieversorgung", Vieweg + Teubner, 9. Auflage, 2013

A. J. Schwab: "Elektroenergiesysteme", Springer, 5. Auflage, 2017

R. Flosdorff: "Elektrische Energieverteilung" Vieweg + Teubner, 9. Auflage, 2008

• Aufbau und Entwicklungstendenzen der elektrischen Energieversorgung 
• Aufgaben und historische Entwicklung
• symmetrische Drehstromsysteme
• Grundlagen und Modellierung von Netzen
  • Leitungen
  • Transformatoren
  • Synchronmaschinen
  • Asynchronmaschinen
  • Lasten und Kompensation
    
  • Netzaufbau und Schaltanlagen
    
• Grundlagen der Energieumwandlung
  
  • Elektromechanische Energiewandlung
  • Thermodynamische Grundlagen
  • Kraftwerkstechnik
  • Regenerative Energieumwandlung
    
• Netzberechnung
  
  • Netzmodellierung
  • Lastflussrechnung
  • Ausfallkriterium
    
• Symmetrische Kurzschlussberechnung, Kurzschlussleistung
  
• Netz- und Kraftwerksregelung
• Netzschutz
• Grundlagen der Netzplanung
• Grundlagen der elektrischen Energiewirtschaft und -märkte

K. Heuck, K.-D. Dettmann, D. Schulz: "Elektrische Energieversorgung", Vieweg + Teubner, 9. Auflage, 2013

A. J. Schwab: "Elektroenergiesysteme", Springer, 5. Auflage, 2017

R. Flosdorff: "Elektrische Energieverteilung" Vieweg + Teubner, 9. Auflage, 2008

• Entwicklung von regenerativen Energieprojekten: von der Analyse der Gegebenheiten vor Ort bis zum fertigen Energieprojekt: welche Stufen müssen durchlaufen werden, um ein erfolgreiches regeneratives Energieprojekt zu realisieren und welche Einflussgrößen müssen beachtet werden
• Erhebung der Energienachfrage; Methoden zur Erhebung der Nachfrage nach thermischer und/oder elektrischer Energie auf betrieblicher und regionaler Ebene bis hin zu Erarbeitung eines Energiemasterplans.
• Systemtechnik regenerativer Energien: wie passen die einzelnen Optionen zur Nutzung regenerativer Energien vor dem Hintergrund einer bestimmten zur deckenden Versorgungsaufgabe am besten zusammen? Wie können unter bestimmten Bedingungen ideale Kombinationen aussehen?
• Machbarkeitsstudie; Anforderungen an und Inhalte in einer Machbarkeitsstudie
• Gesetzlicher Rahmen zur Anlagenerrichtung; Darstellung der Genehmigungsrechte einschließlich der gesamten formalen Vorgehensweise bei den unterschiedlichen Genehmigungsverfahren im Rahmen der BImSch-Gesetzgebung; weitergehende gesetzliche Vorgaben (u. a. Baurecht, Wasserecht, Lärm etc.)
• Gesellschaftsformen; welche Gesellschaftsformen bieten sich für welchen Anwendungsfall am besten an? Wo liegen die Vor- und Nachteile?
• Risikomanagement; wie können die Risiken von regenerativen Energieprojekten am besten bestimmt werden? Wie kann eine Risikominimierung sichergestellt werden? 
• Versicherungen; welche Versicherungen gibt es? Wofür braucht man Versicherungen? Welche Voraussetzungen müssen erfüllt werden, um bestimmte Versicherungen für bestimmte regenerative Energieprojekte zu bekommen für die Bau- und Betriebsphase?
• Akzeptanz; wie kann die Akzeptanz für eine Anlage zur Nutzung regenerativer Energien vor Ort bewertet und verbessert werden? Wie kann sie gemessen werden?
• Organisation der Realisierung eines Projektes; wie wird der Bau einer Anlage zur Nutzung regenerativer Energien nach Abschluss der Planung organisiert?
• Abnahme; Welche Abnahmestufen werden durchlaufen bis zum regulären Dauerbetrieb (VOB-Abnahme, sicherheitstechnische Abnahme, Abnahme durch Genehmigungsbehörde)
• Beispiele; gute und weniger gute Beispiele einer Projektentwicklung

• Script zur Vorlesung mit Literaturhinweisen
  

1. Einführung
   • Entwicklung der erneuerbaren Energien weltweit
     • Historie
     • Zukünftige Märkte
   • Besondere Herausforderungen in neuen Märkten - Übersicht
2. Beispielprojekt Windpark Korea
   • Übersicht
   • Technische Beschreibung
   • Projektphasen und Besonderheiten
3. Förder- und Finanzierungsinstrumente für EE Projekten in neuen Märkten
   • Übersicht Fördermöglichkeiten
   • Übersicht Länder mit Einspeisegesetzen
   • Wichtige Finanzierungsprogramme
4. CDM Projekte - Warum, wie, Beispiele
   • Übersicht CDM Prozess
   • Beispiele
   • Übungsaufgabe CDM
5. Ländliche Elektrifizierung und Hybridsysteme - ein wichtiger Zukunftsmarkt für EE
   • Ländliche Elektrifizierung - Einführung
   • Typen von Elektrizifierungsprojekten
   • Die Rolle der EE
   • Auslegung von Hybridsystemen
   • Projektbeispiel: Hybridsystem Galapagos Inseln
6. Ausschreibungsverfahren für EE Projekte - Beispiele
   • Südafrika
   • Brasilien
7. Ausgewählte Projektbeispiele aus der Sicht einer Entwicklungsbank - Wesley Urena Vargas, KfW Entwicklungsbank
   • Geothermie
   • Wind oder CSP

Innerhalb des Seminars werden die verschiedenen Themenschwerpunkte aktiv diskutiert und auf verschiedene Anwendungsfälle angewandt.

• Einführung: Definitionen; Bedeutung der Kosten- und Wirtschaftlichkeitsrechnung für Projekte im Bereich "Regenerative Energien"; Preise und Kosten; Wirtschaftlichkeit von Energiesystemen versus Wirtschaftlichkeit von einzelnen Projekten
• Kostenschätzungen und Kostenberechnungen
  • Definitionen,
  • Kostenberechnung,
  • Kostenschätzung,
  • Berechnung von Kosten für Bereitstellung von Arbeit und Leistung,
  • Kostenübersichten für regenerative Energietechnologien,
  • Speicher: Kostenübersichten; Einfluss auf die Kosten erneuerbarer Energieprojekte
• Wirtschaftlichkeitsrechnung
  • Definitionen,
  • Methoden: statische Verfahren, dynamische Verfahren (z. B. LCOE (levelised cost of electricity)),
  • Betriebswirtschaftliche versus volkwirtschaftliche Betrachtung,
  • Leistung und Arbeit bei der Wirtschaftlichkeitsrechnung,
  • Speicher und ihr Einfluss auf die Wirtschaftlichkeitsrechnung
• Der Due Diligence Prozess als Begleiter der Wirtschaftlichkeitsanalyse
• Berücksichtigung von Unsicherheiten bei Projekten zur Nutzung erneuerbarer Energien
  • Definitionen,
  • Technische Unsicherheiten,
  • Kostenunsicherheiten,
  • Sonstige Unsicherheiten
• Projektfinanzierung
  • Definitionen,
  • Projekt- versus Unternehmensfinanzierung,
  • Finanzierungsmodelle,
  • Eigenkapitalquote, DSCR,
  • Behandlung von Risiken in der Projektfinanzierung
• Fördermöglichkeiten für erneuerbare Energieprojekte
  • Mögliche Förderansätze,
  • Gesetzliche Vorgaben in Deutschland (EEG),
  • Emissionshandel und Emissionszertifikate

Script der Vorlesung

Berechnung von Aufgaben zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit eines erneuerbaren Energieprojektes, mit dem Ziel die  komplexe Kenntnisse der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Marktanalyse zu vertiefen. Bearbeitung erfolgt sowohl einzeln als auch in kleineren Gruppen. Folgende Themen werden behandelt:

• Stat. und dyn. Wirtschaftlichkeitsberechnung
• Kostenschätzung plus stat. und dyn. Wirtschaftlichkeitsberechnung
• Sensitivitätsanalyse
• Kuppelproduktion
• Grid Parity Berechnung

Innerhalb des Seminars werden die verschiedenen Aufgabenstellungen aktiv diskutiert und auf verschiedene Anwendungsfälle angewandt.

Die Vorlesung ist aufbauend auf den Vorlesungen "Stromerzeugung aus regenerativen Energien" und "Wärmeerzeugung aus regenerativen Energien".

• Vorbesprechung mit Diskussion der Spielregeln
• Ausgabe der Themen aus dem Bereich der erneuerbaren Energietechnik in Form einer Ausschreibung von Ingenieurdienstleistungen an eine Gruppen von Studierenden (je nach Anzahl der teilnehmenden Studierenden)
• "Ausschreibungen" beschäftigen sich mit Aspekten der Auslegung, Kostenberechnung sowie der ökologischen, ökonomischen und technischen Bewertung von verschiedenen Energieerzeugungskonzepten (z. B. Onshore-Windstromerzeugung, groß-technische Photovoltaik-Stromerzeugung, Biogaserzeugung, geothermischer Strom- und Wärmeerzeugung) unter ganz speziellen Gegebenheiten
• Abgabe eines schriftlichen Lösungsansatz zur Aufgabenstellung und Verteilung an die Teilnehmer durch den Studierenden / die Gruppe von Studierenden
• Vortrag des bearbeiteten Themas (20 min) mit PPT-Präsentation und anschließende Diskussion (ca. 20 min)
• Teilnahmepflicht bei allen Seminaren

Eigenständiges Literaturstudium in der Bibliothek und aus anderen Quellen.

• Vorbesprechung mit Diskussion der Seminarspielregeln
• Ausgabe der Themen aus dem Bereich des Seminarthemas an einzelne Studierende / Gruppen von Studierenden (je nach Anzahl der teilnehmenden Studierenden)
• Abgabe einer 5-seitigen Zusammenfassung des Seminarthemas und Verteilung an die Teilnehmer durch den Studierenden / die Gruppe von Studierenden
• Vortrag des bearbeiteten Themas (30 min) mit PPT-Präsentation und anschließende Diskussion (ca. 20 min)
• Teilnahmepflicht bei allen Seminaren

• Eigenständiges Literaturstudium in der Bibliothek und aus anderen Quellen.

• Vorbesprechung mit Diskussion der Seminarspielregeln
• Ausgabe der Themen aus dem Bereich des Seminarthemas an einzelne Studierende / Gruppen von Studierenden (je nach Anzahl der teilnehmenden Studierenden)
• Abgabe einer 5-seitigen Zusammenfassung des Seminarthemas und Verteilung an die Teilnehmer durch den Studierenden / die Gruppe von Studierenden
• Vortrag des bearbeiteten Themas (30 min) mit PPT-Präsentation und anschließende Diskussion (ca. 20 min)
• Teilnahmepflicht bei allen Seminaren

Eigenständiges Literaturstudium in der Bibliothek und aus anderen Quellen.

• Einführung: Strahlungsquelle Sonne, Astronomische Grundlagen, Grundlagen der Strahlung
• Aufbau der Atmosphäre
• Eigenschaften und Gesetze von Strahlung
  • Polarisation
  • Strahlungsgrößen
  • Plancksches Strahlungsgesetz
  • Wiensches Verschiebungsgesetz
  • Stefan-Boltzmann Gesetz
  • Das Kirchhoffsche Gesetz
  • Helligkeitstemperatur
  • Absorption, Reflexion, Transmission
• Strahlungsbilanz, Globalstrahlung, Energiebilanz
• Atmosphärische Extinktion
• Mie- und Rayleigh-Streuung
• Strahlungstransfer
• Optische Effekte in der Atmosphäre
• Berechnung Sonnenstand und Berechnung Strahlung auf geneigte Flächen

• Helmut Kraus: Die Atmosphäre der Erde
• Hans Häckel: Meteorologie
• Grant W. Petty: A First Course in Atmosheric Radiation
• Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese: Renewable Energy
• Alexander Löw, Volker Matthias: Skript Optik Strahlung Fernerkundung

• Einführung: Energiebedarf und Anwendung der Sonnenenergie.
• Wärmeübertragung in der Solarthermie: Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung.
• Kollektoren: Arten, Aufbau, Wirkungsgrad, Dimensionierung, konzentrierende Systeme.
• Energiespeicher: Anforderungen, Arten.
• Passive Sonnenenergienutzung: Komponenten und Systeme.
• Solarthermische Niedertemperatursysteme: Kollektorvarianten, Aufbau, Berechnung.
• Solarthermische Hochtemperatursysteme: Klassifizierung von Solarkraftwerke, Aufbau.
• Solare Klimatisierung.

• Vorlesungsskript.
• Kaltschmitt, Streicher und Wiese (Hrsg.). Erneuerbare Energien: Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte, 5. Auflage, Springer, 2013.
• Stieglitz und Heinzel .Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen. Springer, 2012.
• Von Böckh und Wetzel. Wärmeübertragung: Grundlagen und Praxis, Springer, 2011.
• Baehr und Stephan. Wärme- und Stoffübertragung. Springer, 2009.
• de Vos. Thermodynamics of solar energy conversion. Wiley-VCH, 2008.
• Mohr, Svoboda und Unger. Praxis solarthermischer Kraftwerke. Springer, 1999.

Photovoltaik:

1. Einführung
2. Primärenergien und Verbrauch, verfügbare Sonnenenergie
3. Physik der idealen Solarzelle
4. Lichtabsorption, PN-Übergang, charakteristische Größen der Solarzelle, Wirkungsgrad
5. Physik der realen Solarzelle
6. Ladungsträgerrekombination, Kennlinien, Sperrschichtrekombination, Ersatzschaltbild
7. Erhöhung der Effizienz
8. Methoden zur Erhöhung der Quantenausbeute und Verringerung der Rekombination
9. Hetero- und Tandemstrukturen
10. Hetero-Übergang, Schottky-, elektrochemische, MIS- und SIS-Zelle, Tandem-Zelle
11. Konzentratorzellen
12. Konzentrator-Optiken und Nachführsysteme, Konzentratorzellen
13. Technologie und Eigenschaften: Solarzellentypen, Herstellung, einkristallines Silizium und Galliumarsenid, polykristalline Silizium- und Silizium-Dünnschichtzellen, Dünnschichtzellen auf Trägern (amorphes Silizium, CIS, elektrochemische Zellen)
14. Module
15. Schaltungen

Konzentrierende Solarkraftwerke:

1. Einführung
2. Punkt-fokussierte Technologien
3. Linien-fokussierte Technologien
4. Auslegung CSP-Projekte

• A. Götzberger, B. Voß, J. Knobloch: Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner Studienskripten, Stuttgart, 1995
• A. Götzberger: Sonnenenergie: Photovoltaik : Physik und Technologie der Solarzelle, Teubner Stuttgart, 1994
• H.-J. Lewerenz, H. Jungblut: Photovoltaik, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1995
• A. Götzberger: Photovoltaic solar energy generation, Springer, Berlin, 2005
• C. Hu, R. M. White: Solar CelIs, Mc Graw HilI, New York, 1983
• H.-G. Wagemann: Grundlagen der photovoltaischen Energiewandlung: Solarstrahlung, Halbleitereigenschaften und Solarzellenkonzepte, Teubner, Stuttgart, 1994
• R. J. van Overstraeten, R.P. Mertens: Physics, technology and use of photovoltaics, Adam Hilger Ltd, Bristol and Boston, 1986
• B. O. Seraphin: Solar energy conversion Topics of applied physics V 01 31, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1995
• P. Würfel: Physics of Solar cells, Principles and new concepts, Wiley-VCH, Weinheim 2005
• U. Rindelhardt: Photovoltaische Stromversorgung, Teubner-Reihe Umwelt, Stuttgart 2001
• V. Quaschning: Regenerative Energiesysteme, Hanser, München, 2003
• G. Schmitz: Regenerative Energien, Ringvorlesung TU Hamburg-Harburg 1994/95, Institut für Energietechnik

1. Einführung in die elektrochemische Energiewandlung
2. Funktion und Aufbau von Elektrolyten
3. Die Niedertemperatur-Brennstoffzellen
   • Bauformen
   • Thermodynamik der PEM-Brennstoffzelle
   • Kühl- und Befeuchtungsstrategie
4. Die Hochtemperatur-Brennstoffzelle
   • Die MCFC
   • Die SOFC
   • Integrationsstrategien und Teilreformierung
5. Brennstoffe
   • Bereitstellung von Brennstoffen
   • Reformierung von Erdgas und Biogas
   • Reformierung von flüssigen Kohlenwasserstoffen
6. Energetische Integration und Regelung von Brennstoffzellen-Systemen

• Hamann, C.; Vielstich, W.: Elektrochemie 3. Aufl.; Weinheim: Wiley - VCH, 2003

• Grundbegriffe und handelbare Produkte in Energiemärkten
• Primärenergiemärkte
• Strommärkte
• Europäisches Emissionshandelssystem
• Einfluss von Erneuerbaren Energien
• Realoptionen
• Risikomanagement

Innerhalb der Übung werden die verschiedenen Aufgabenstellungen aktiv diskutiert und auf verschiedene Anwendungsfälle angewandt.

1. Einführung in die tiefe geothermische Nutzung
2. Geologische Grundlagen I
3. Geologische Grundlagen II
4. Geologisch-thermische Aspekte
5. Gesteinsphysikalische Aspekte
6. Geochemische Aspekte
7. Exploration tiefer geothermischer Reservoire
8. Bohrungstechnologien, Verrohrung und Ausbau
9. Bohrlochgeophysik
10. Untertägige Systemcharakterisierung und Reservoirengineering
11. Mikrobiologie und Obertägige Systemkomponenten
12. Angepasste Anlagenkonzepte, Kosten und Umweltaspekt

• Dipippo, R.: Geothermal Power Plants: Principles, Applications, Case Studies and Environmental Impact. Butterworth Heinemann; 3rd revised edition. (29. Mai 2012)
• www.geo-energy.org
• Edenhofer et al. (eds): Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation; Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2012.
• Kaltschmitt et al. (eds): Erneuerbare Energien: Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Springer, 5. Aufl. 2013.
• Kaltschmitt et al. (eds): Energie aus Erdwärme. Spektrum Akademischer Verlag; Auflage: 1999 (3. September 2001)
• Huenges, E. (ed.): Geothermal Energy Systems: Exploration, Development, and Utilization. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; Auflage: 1. Auflage (19. April 2010)

Prozess- und Anlagentechnik I und II

Thermische Grundoperationen

Wärme- und Stoffübertragung

Strömungsmechanik I und II

I. Wiederholung Grundlagen:

1. Rohrbündel Wärmeübetrager
2. Dampfkessel und Kältemaschinen
3. Pumpen und Turbinen
4. Strömung in Rohrleitungssystemen
5. Pumpen und Mischen nicht-newtonscher Fluide
6. Anforderungen eines detaillierten Anlagen-Aufstellungsplans

II. Selbstständiges Rechnen:

1. Das Planen und Auslegen eines spezifischen Anlagenteils einer Bioraffinerie in Gruppenarbeit (z.B. Ethanoldestillation oder Fermentation) auf Basis realistischer Annahmen aus der Industrie.
   • Massen- & Energiebilanzen (Aspen)
   • Spezifische Apparate Auslegung (Wärmetauscher/Pumpen/Behälter/Rohre etc.)
   • Isolierungen, Wanddicken und Behälter Material
   • Energie-, Dampf-, Kühlbedarf
   • Armaturen und Messinstrumente sowie Sicherheitseinrichtungen
   • Vorgabe der Hauptregelkreise
2. Dabei wird der Zusammenhang und die Abhängigkeiten verschiedener Phänomene deutlich und die Beschreibung des Prozesses erfolgt anhand einer tatsächlich existierenden Anlage.
3. Im Detail Engineering wird besonders auf Aspekte der Anlagenplanung eingegangen, die bei der realen Umsetzung zur Konstruktion entscheidend sind. So kann ein hoher Detailgrad erreicht werden mit dem es möglich ist einen Aufstellungsplan zu konzipieren.
4. Je nach Zeitbedarf und Gruppengröße werden auch Kostenabschätzung und die Erstellung eines ausführlichen R&I Fließbildes betrachtet

Perry, R.;Green, R.: Perry's Chemical Engineers' Handbook, 8^th Edition, McGraw Hill Professional, 2007

Sinnot, R. K.: Chemical Engineering Design, Elsevier, 2014

• CAPE = Computer-Aided-Project-Engineering
  
• EINFÜHRUNG IN DIE THEORIE
  • Klassen von Simulationsprogrammen
  • Sequentiell-modularer Ansatz
  • Gleichungsorientierter Ansatz
  • Simultan-modularer Ansatz
  • Allgemeine Vorgehensweise bei der Bearbeitung von Modellierungsaufgaben
  • Spezielle Vorgehensweise zur Lösung von Modellen mit Rückführungen
• COMPUTER-ÜBUNGEN zu erneuerbaren Energieprojekten MIT ASPEN PLUS® UND ASPEN CUSTOM MODELER®
  • Anwendungsbereich, Potential und Grenzen von Aspen Plus® und Aspen Custom Modeler®
  • Benutzung der integrierten Datenbanken für Stoffdaten
  • Methoden zur Abschätzung nicht vorhandener physikalischer Stoffdaten
  • Benutzung der Modellbibliotheken und Prozesssynthese
  • Anwendung von Design-Spezifikationen und Sensitivitätsanalysen
  • Lösung von Optimierungsproblemen

Innerhalb des Seminars werden die verschiedenen Aufgabenstellungen aktiv diskutiert und auf verschiedene Anwendungsfälle angewandt.

• Aspen Plus® - Aspen Plus User Guide
• William L. Luyben; Distillation Design and Control Using Aspen Simulation; ISBN-10: 0-471-77888-5
  

Die Vorlesung „Nachhaltigkeitsmanagement“ gibt einen Einblick in die verschiedenen Aspekte und Dimensionen der Nachhaltigkeit. Dazu werden zunächst wichtige Begriffe und Definitionen, wesentliche Ent¬wicklungen der letzten Jahre sowie rechtliche Rahmenbedingungen erläutert. Danach werden die verschiedenen Aspekte der Nachhaltigkeit im Einzelnen vorgestellt und diskutiert. Als wesentlicher Bestandteil der Vorlesung, werden Konzepte zur Umsetzung des Themas Nachhaltigkeit in Unternehmen besprochen Zu beantwortende Kernfragen sind dabei u. a.:

• Was ist „Nachhaltigkeit“?
• Warum ist dieses Konzept für Unternehmen ein wichtiges Thema?
• Welche Chancen und Risiken wirtschaftlichen Handelns werden damit thematisiert bzw. sind damit verbunden?
• Wie können die oft genannten drei Säulen der Säulen der Nachhaltigkeit - Ökonomie, Ökologie und Soziales - trotz ihrer z. T. gegenläufigen Tendenzen in die Unternehmensführung sinnvoll integriert und jeweils ein entsprechender Kompromiss gefunden werden?
• Welche Konzepte bzw. Rahmenvorgaben für die Umsetzung des Nachhaltigkeitsmanagements in Unternehmen gibt es?
• Welche Nachhaltigkeits-Labels für Produkte und/oder für Unternehmen gibt es? Was ist ihnen gemeinsam und wo unterscheiden sie sich?

Des Weiteren soll die Veranstaltung Einblicke in die konkrete Umsetzung von Nachhaltig-keitsaspekten in der unternehmerischen Praxis bieten. Dafür werden externe Dozenten aus Unternehmen eingeladen, die berichten, wie das Thema Nachhaltigkeit in ihre täglichen Abläufe integriert wird.

Im Rahmen einer eigenständigen Ausarbeitung sollen die Studierenden die Umsetzung von Nachhaltigkeitsaspekten anhand kurzer Fallstudien analysieren und diskutieren. Anhand der Beschäftigung und dem Vergleich von „Best Practice“ Beispielen sollen sie die Auswirkungen und Tragweite von unternehmerischen Entscheidungen kennenlernen. Dabei soll deutlich werden, welche Risiken bzw. Chancen mit der Nichtbeachtung bzw. Beachtung von Nachhaltigkeitsaspekten verbunden sind.

Die folgenden Bücher bieten einen Überblick:

Engelfried, J. (2011) Nachhaltiges Umweltmanagement. München: Oldenbourg Verlag. 2. Auflage

Corsten H., Roth S. (Hrsg.) (2011) Nachhaltigkeit - Unternehmerisches Handeln in globaler Verantwortung. Wiesbaden: Gabler Verlag.

• Einführung; Bedeutung der Wasserkraft im nationalen und globalen Kontext
• Physikalische Grundlagen: Bernoulli-Gleichung, nutzbare Fallhöhe, hydrologische Grundlagen, Verlustmechanismen, Wirkungsgrade
• Einteilung der Wasserkraft: Lauf- und Speicherwasserkraft, Nieder- und Hochdruckanlagen
• Aufbau von Wasserkraftanlagen: Darstellung der einzelnen Komponenten und ihres systemtechnischen Zusammenspiels
  • Bautechnische Komponenten; Darstellung von Dämmen, Wehren, Staumauern, Krafthäusern, Rechenanlagen etc.
  • Energietechnische Komponenten: Darstellung der unterschiedlichen Arten der hydraulischen Strömungsmaschinen, der Generatoren und der Netzanbindung
• Wasserkraft und Umwelt
• Beispiele aus der Praxis

• Schröder, W.; Euler, G.; Schneider, K.: Grundlagen des Wasserbaus; Werner, Düsseldorf, 1999, 4. Auflage
• Quaschning, V.: Regenerative Energiesysteme: Technologie - Berechnung - Simulation; Carl Hanser, München, 2011, 7. Auflage
• Giesecke, J.; Heimerl, S.; Mosony, E.: Wasserkraftanlagen ‑ Planung, Bau und Betrieb; Springer, Berlin, Heidelberg, 2009, 5. Auflage
• von König, F.; Jehle, C.: Bau von Wasserkraftanlagen - Praxisbezogene Planungsunterlagen; C. F. Müller, Heidelberg, 2005, 4. Auflage
• Strobl, T.; Zunic, F.: Wasserbau: Aktuelle Grundlagen - Neue Entwicklungen; Springer, Berlin, Heidelberg, 2006

• Historische Entwicklung
• Wind: Entstehung, geographische und zeitliche Verteilung, Standorte
• Leistungsbeiwert, Rotorschub
• Aerodynamik des Rotors
• Betriebsverhalten
• Leistungsbegrenzung, Teillast, Pitch und Stall, Regelung
• Anlagenauswahl, Ertragsprognose, Wirtschaftlichkeit
• Exkursion

Gasch, R., Windkraftanlagen, 4. Auflage, Teubner-Verlag, 2005

• Einführung , Bedeutung der Offshore-Windstromerzeugung, Besondere Anforderungen an die Offshore-Technik
• Physikalische Grundlagen zur Nutzung der Windenergie
• Aufbau und Funktionsweise von Offshore-Windenergieanlagen, Vorstellung unterschiedlicher Konzepte von Offshore-Windenergieanlagen, Darstellung der einzelnen Systemkomponenten und deren systemtechnisches Zusammenspiel
• Gründungstechnik, Offshore-Baugrunderkundung, Vorstellung unterschiedlicher Konzepte von Offshore-Gründungsstrukturen, Planung und Fabrikation von Gründungsstrukturen
• Elektrische Infrastruktur eines Offshore-Windparks, Innerpark-Verkabelung, Offshore-Umspannwerk, Netzanbindung
• Installation von Offshore-Windparks, Installationstechniken und Hilfsgeräte, Errichtungslogistik
• Entwicklung und Planung eines Offshore-Windparks
• Betrieb und Optimierung von Offshore-Windparks
• Tagesexkursion

• Gasch, R.; Twele, J.: Windkraftanlagen - Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb; Vieweg + Teubner, Stuttgart, 2007, 7. Auflage
• Molly, J. P.: Windenergie - Theorie, Anwendung, Messung; C. F. Müller, Heidel-berg, 1997, 3. Auflage
• Hau, E.: Windkraftanalagen; Springer, Berlin, Heidelberg, 2008, 4.Auflage
• Heier, S.: Windkraftanlagen - Systemauslegung, Integration und Regelung; Vieweg + Teubner, Stuttgart, 2009, 5. Auflage
• Jarass, L.; Obermair, G.M.; Voigt, W.: Windenergie: Zuverlässige Integration in die Energieversorgung; Springer, Berlin, Heidelberg, 2009, 2. Auflage

1. Einleitung

2. Grundlagen der Wärmetechnik 2.1 Wärmeleitung 2.2 Konvektiver Wärmeübergang 2.3. Wärmestrahlung 2.4. Wärmedurchgang 2.5. Verbrennungstechnische Kennzahlen 2.6 Elektrische Erwärmung 2.7 Wassdampfdiffusion

3. Heizungssysteme 3.1. Warmwasserheizungen 3.2 Anlagen zur Warmwasserbereitung 3.3 Rohrnetzberechnung 3.4 Wärmeerzeuger 3.5 Warmluftheizungen 3.6 Strahlungsheizungen

4. Wärme- und Wärmebehandlungssysteme 4.1 Industrieöfen 4.2 Schmelzanlagen 4.3 Trocknungsanlagen 4.4 Schadstoffemissionen 4.5 Schornsteinberechnungsverfahren 4.6 Energiemesssysteme

5. Verordnung und Normen 5.1 Gebäude 5.2 Industrielle und gewerbliche Anlagen

• Schmitz, G.: Klimaanlagen, Skript zur Vorlesung
  
• VDI Wärmeatlas, 11. Auflage, Springer Verlag, Düsseldorf 2013
  
• Herwig, H.; Moschallski, A.: Wärmeübertragung, Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden 2009
  
• Recknagel, H.;  Sprenger, E.; Schrammek, E.-R.: Taschenbuch für Heizung- und Klimatechnik 2013/2014, 76. Auflage, Deutscher Industrieverlag, 2013
  

- Microstructure and properties of the matrix and reinforcing materials and their interaction
- Development of composite materials
- Mechanical and physical properties
- Mechanics of Composite Materials
- Laminate theory
- Test methods
- Non destructive testing
- Failure mechanisms
- Theoretical models for the prediction of properties
- Application

• Fundamentals on primary and secondary production of  raw materials (steel, aluminum, phosphorous, copper, precious metals, rare metals)
• Use and demand of metals and minerals in industry and society
• collection systems and concepts
• quota and efficiency
• Advanced sorting technologies
• mechanical pretreatment
• advanced treatment
• Chemical analysis of Critical Materials in post-consumer products
• Analytical tools in Resource Management (Material Flow Analysis, Recycling Performance Indicators, Criticality Assessment, statistical analysis of uncertainties)

• Fundamentals on primary and secondary production of  raw materials (steel, aluminum, phosphorous, copper, precious metals, rare metals)
• Use and demand of metals and minerals in industry and society
• collection systems and concepts
• quota and efficiency
• Advanced sorting technologies
• mechanical pretreatment
• advanced treatment
• Chemical analysis of Critical Materials in post-consumer products
• Analytical tools in Resource Management (Material Flow Analysis, Recycling Performance Indicators, Criticality Assessment, statistical analysis of uncertainties)

• Project-based lecture
• Introduction into the " Waste to Energy " consisting of:
  • Thermal Process ( incinerator , RDF combustion )
  • Biological processes ( Wet-/Dryfermentation )
  • technology , energy , emissions, approval , etc.
• Group work
  • design of systems/plants for energy recovery from waste
  • The following points are to be processed :
    • Input: waste ( fraction collection and transportation, current quantity , material flows , possible amount of development )
    • Plant (design, process diagram , technology, energy production )
    • Output ( energy quantity / type , by-products )
    • Costs and revenues
    • Climate and resource protection ( CO2 balance , substitution of primary raw materials / fossil fuels )
    • Location and approval (infrastructure , expiration authorization procedure)
    • Focus at the whole concept ( advantages, disadvantages , risks and opportunities , discussion )
• Grading: No Exam , but presentation of the results of the working group
  
  
  

Literatur:

Einführung in die Abfallwirtschaft; Martin Kranert, Klaus Cord-Landwehr (Hrsg.); Vieweg + Teubner Verlag; 2010

Powerpoint-Folien in Stud IP

Literature:
Introduction to Waste Management; Kranert Martin , Klaus Cord - Landwehr (Ed. ), Vieweg + Teubner Verlag , 2010

PowerPoint slides in Stud IP

Design of bioreactors and peripheries:

• reactor types and geometry
• materials and surface treatment
• agitation system design
• insertion of stirrer
• sealings
• fittings and valves
• peripherals
• materials
• standardization
• demonstration in laboratory and pilot plant

Sterile operation:

• theory of sterilisation processes
• different sterilisation methods
• sterilisation of reactor and probes
• industrial sterile test, automated sterilisation
• introduction of biological material
• autoclaves
• continuous sterilisation of fluids
• deep bed filters, tangential flow filters
• demonstration and practice in pilot plant

Instrumentation and control:

• temperature control and heat exchange 
• dissolved oxygen control and mass transfer 
• aeration and mixing 
• used gassing units and gassing strategies
• control of agitation and power input 
• pH and reactor volume, foaming, membrane gassing

Bioreactor selection and scale-up:

• selection criteria
• scale-up and scale-down
• reactors for mammalian cell culture

Integrated biosystem:

• interactions and integration of microorganisms, bioreactor and downstream processing
• Miniplant technologies 

Team work with presentation:

• Operation mode of selected bioprocesses (e.g. fundamentals of batch, fed-batch and continuous cultivation)

• Storhas, Winfried, Bioreaktoren und periphere Einrichtungen, Braunschweig: Vieweg, 1994
• Chmiel, Horst, Bioprozeßtechnik; Springer 2011
• Krahe, Martin, Biochemical Engineering, Ullmann‘s Encyclopedia of Industrial Chemistry
• Pauline M. Doran, Bioprocess Engineering Principles, Second Edition, Academic Press, 2013
• Other lecture materials to be distributed  

Introduction to Biosystems Engineering (Exercise)

Experimental basis and methods for biosystems analysis

• Introduction to genomics, transcriptomics and proteomics
• More detailed treatment of metabolomics
• Determination of in-vivo kinetics
• Techniques for rapid sampling
• Quenching and extraction
• Analytical methods for determination of metabolite concentrations

Analysis, modelling and simulation of biological networks

• Metabolic flux analysis
• Introduction
• Isotope labelling
• Elementary flux modes
• Mechanistic and structural network models
• Regulatory networks
• Systems analysis
• Structural network analysis
• Linear and non-linear dynamic systems
• Sensitivity analysis (metabolic control analysis)

Modelling and simulation for bioprocess engineering

• Modelling of bioreactors
• Dynamic behaviour of bioprocesses 

Selected projects for biosystems engineering

• Miniaturisation of bioreaction systems
• Miniplant technology for the integration of biosynthesis and downstream processin
• Technical and economic overall assessment of bioproduction processes

E. Klipp et al. Systems Biology in Practice, Wiley-VCH, 2006

R. Dohrn: Miniplant-Technik, Wiley-VCH, 2006

G.N. Stephanopoulos et. al.: Metabolic Engineering, Academic Press, 1998

I.J. Dunn et. al.: Biological Reaction Engineering, Wiley-VCH, 2003

Lecture materials to be distributed

Introduction to Biosystems Engineering

Experimental basis and methods for biosystems analysis

• Introduction to genomics, transcriptomics and proteomics
• More detailed treatment of metabolomics
• Determination of in-vivo kinetics
• Techniques for rapid sampling
• Quenching and extraction
• Analytical methods for determination of metabolite concentrations

Analysis, modelling and simulation of biological networks

• Metabolic flux analysis
• Introduction
• Isotope labelling
• Elementary flux modes
• Mechanistic and structural network models
• Regulatory networks
• Systems analysis
• Structural network analysis
• Linear and non-linear dynamic systems
• Sensitivity analysis (metabolic control analysis)

Modelling and simulation for bioprocess engineering

• Modelling of bioreactors
• Dynamic behaviour of bioprocesses 

Selected projects for biosystems engineering

• Miniaturisation of bioreaction systems
• Miniplant technology for the integration of biosynthesis and downstream processin
• Technical and economic overall assessment of bioproduction processes

E. Klipp et al. Systems Biology in Practice, Wiley-VCH, 2006

R. Dohrn: Miniplant-Technik, Wiley-VCH, 2006

G.N. Stephanopoulos et. al.: Metabolic Engineering, Academic Press, 1998

I.J. Dunn et. al.: Biological Reaction Engineering, Wiley-VCH, 2003

Lecture materials to be distributed

Kaltschmitt M., Hartmann H. (Hrsg.): Energie aus Bioamsse, Springer Verlag, 2001, ISBN 3-540-64853-4

Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, Schriftenreihe Nachwachsende Rohstoffe,

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. www.nachwachsende-rohstoffe.de

Bockisch M.: Nahrungsfette und -öle, Ulmer Verlag, 1993, ISBN 380000158175

• Introduction, actual state-of-the-art of waste incineration, aims. legal background, reaction principals
• basics of incineration processes: waste composition, calorific value, calculation of air demand and flue gas composition 
• Incineration techniques: grate firing, ash transfer, boiler
• Flue gas cleaning: Volume, composition, legal frame work and emission limits, dry treatment, scrubber, de-nox techniques, dioxin elimination, Mercury elimination
• Ash treatment: Mass, quality, treatment concepts, recycling, disposal

Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Thermische Abfallbehandlung Bande 1-7. EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik, Berlin, 196 - 2013.

Die Vorlesung bietet einen generellen Einstieg in die Grundlagen und Möglichkeiten der angewandten mathematischen Optimierung und behandelt dabei Anwendungsgebiete auf unterschiedlichen Skalen von der Identifikation kinetischer Modelle, über die optimale Auslegung von Grundoperationen bis hin zur Optimierung ganzer (Teil-)prozesse und der Produktionsplanung. Dabei werden neben den Grundlagen der Klassifikation und Formulierung von Optimierungsproblemen, unterschiedliche Lösungsansätze und deren Anwendung diskutiert, wobei neben deterministischen gradientenbasierten Verfahren ebenfalls Metaheuristiken wie evolutionäre und genetische Algorithmen besprochen werden.

- Einführung in die angewandte Optimierung

- Formulierung von Optimierungsproblemen

- Lineare Optimierung

- Nichtlineare Optimierung

- Gemischt-ganzzahlige (nicht)lineare Optimierung

- Mehrkriterielle Optimierung

- Globale Optimierung

Weicker, K., Evolutionäre Algortihmen, Springer, 2015

Edgar, T. F., Himmelblau D. M., Lasdon, L. S., Optimization of Chemical Processes, McGraw Hill, 2001

Biegler, L. Nonlinear Programming - Concepts, Algorithms, and Applications to Chemical Processes, 2010

Kallrath, J. Gemischt-ganzzahlige Optimierung: Modellierung in der Praxis, Vieweg, 2002

Charakterisierung von Abwasser
Stoffwechseltypen von Mikroorganismen
Kinetik biologischer Stoffumwandlung
Berechnung von Bioreaktoren zur Abwasserreinigung
Konzepte in der biologischen Abwasserreinigung
Design WWTP
Exkursion zur Kläranlage Seevetal Klüsing
Biofilme
Biofilmreaktoren
Anaerobe Verfahren
Resoursen orientierte Sanitärtechnik
Zukünftige Herausforderungen in der Abwasserforschung

Gujer, Willi
Siedlungswasserwirtschaft : mit 84 Tabellen
ISBN: 3540343296 (Gb.) URL: http://www.gbv.de/dms/bs/toc/516261924.pdf URL: http://deposit.d-nb.de/cgi-bin/dokserv?id=2842122&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm
Berlin [u.a.] : Springer, 2007
TUB_HH_Katalog
Henze, Mogens
Wastewater treatment : biological and chemical processes
ISBN: 3540422285 (Pp.)
Berlin [u.a.] : Springer, 2002
TUB_HH_Katalog
Imhoff, Karl (Imhoff, Klaus R.;)
Taschenbuch der Stadtentwässerung : mit 10 Tafeln
ISBN: 3486263331 ((Gb.))
München [u.a.] : Oldenbourg, 1999
TUB_HH_Katalog
Lange, Jörg (Otterpohl, Ralf; Steger-Hartmann, Thomas;)
Abwasser : Handbuch zu einer zukunftsfähigen Wasserwirtschaft
ISBN: 3980350215 (kart.) URL: http://www.gbv.de/du/services/agi/52567E5D44DA0809C12570220050BF25/000000700334
Donaueschingen-Pfohren : Mall-Beton-Verl., 2000
TUB_HH_Katalog
Mudrack, Klaus (Kunst, Sabine;)
Biologie der Abwasserreinigung : 18 Tabellen
ISBN: 382741427X URL: http://www.gbv.de/du/services/agi/94B581161B6EC747C1256E3F005A8143/420000114903
Heidelberg [u.a.] : Spektrum, Akad. Verl., 2003
TUB_HH_Katalog
Tchobanoglous, George (Metcalf & Eddy, Inc., ;)
Wastewater engineering : treatment and reuse
ISBN: 0070418780 (alk. paper) ISBN: 0071122508 (ISE (*pbk))
Boston [u.a.] : McGraw-Hill, 2003
TUB_HH_Katalog
Henze, Mogens
Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3
ISBN: 1900222248
London : IWA Publ., 2002
TUB_HH_Katalog
Kunz, Peter
Umwelt-Bioverfahrenstechnik
Vieweg, 1992
Bauhaus-Universität., Arbeitsgruppe Weiterbildendes Studium Wasser und Umwelt (Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, ;)
Abwasserbehandlung : Gewässerbelastung, Bemessungsgrundlagen, Mechanische Verfahren, Biologische Verfahren, Reststoffe aus der Abwasserbehandlung, Kleinkläranlagen
ISBN: 3860682725 URL: http://www.gbv.de/dms/weimar/toc/513989765_toc.pdf URL: http://www.gbv.de/dms/weimar/abs/513989765_abs.pdf
Weimar : Universitätsverl, 2006
TUB_HH_Katalog
Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall
DWA-Regelwerk
Hennef : DWA, 2004
TUB_HH_Katalog
Wiesmann, Udo (Choi, In Su; Dombrowski, Eva-Maria;)
Fundamentals of biological wastewater treatment
ISBN: 3527312196 (Gb.) URL: http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?id=2774611&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm
Weinheim : WILEY-VCH, 2007
TUB_HH_Katalog

In the lecture methods for the reduction of emissions from industrial plants are treated. At the beginning a short survey of the different forms of air pollutants is given. In the second part physical principals for the removal of particulate and gaseous pollutants form flue gases are treated. Industrial applications of these principles are demonstrated with examples showing the removal of specific compounds, e.g. sulfur or mercury from flue gases of incinerators.

Handbook of air pollution prevention and control, Nicholas P. Cheremisinoff. - Amsterdam [u.a.] : Butterworth-Heinemann, 2002
Atmospheric pollution : history, science, and regulation, Mark Zachary Jacobson. - Cambridge [u.a.] : Cambridge Univ. Press, 2002
Air pollution control technology handbook, Karl B. Schnelle. - Boca Raton [u.a.] : CRC Press, c 2002
Air pollution, Jeremy Colls. - 2. ed. - London [u.a.] : Spon, 2002

Introduction: definition, fluidization regimes, comparison with other types of gas/solids reactors
Typical fluidized bed applications
Fluidmechanical principle
Local fluid mechanics of gas/solid fluidization
Fast fluidization (circulating fluidized bed)
Entrainment
Solids mixing in fluidized beds
Application of fluidized beds to granulation and drying processes

Kunii, D.; Levenspiel, O.: Fluidization Engineering. Butterworth Heinemann, Boston, 1991.

Experiments:

• Determination of the minimum fluidization velocity
• heat transfer
• granulation
• drying

Kunii, D.; Levenspiel, O.: Fluidization Engineering. Butterworth Heinemann, Boston, 1991.

Exercises and calculation examples for the lecture Fluidization Technology

Kunii, D.; Levenspiel, O.: Fluidization Engineering. Butterworth Heinemann, Boston, 1991.

1. Einführung
2. Fossil dominiertes Energiesystem
3. Megatrends der Energiewende
4. Charakteristika der erneuerbaren Energiebereitstellungstechnologien - Strom
5. Integration EE-Strom I
6. Integration EE-Strom II
7. Charakteristika der erneuerbaren Energiebereitstellungstechnologien - Wärme
8. Integration EE-Wärme I
9. Integration EE-Wärme II
10. Charakteristika der erneuerbaren Energiebereitstellungstechnologien - Mobilität
11. Integration EE-Mobilität
12. Kommunikations- und Regelungstechnik
13. Verbrauchsminderung
14. Lastmanagement
15. Zusammenspiel von erneuerbarer Erzeugung und geregelter sinkender Nachfrage

• D. Thrän (editor): Smart Bioenergy. Technologies and concepts for a more flexible bioenergy provision in future energy systems. Springer,Cham, Heielberg, New York, Dordrecht, London, 2015
• R. von Miller (Hrsg.): Lexikon der Energietechnik und Kraftmaschinen Band 6 und 7. Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart 1965
• K. Naumann et. al.: Monitoring Biokraftstoffsektor. 3. Auflage, DBFZ Report Nr. 1, Leipzig, 2016
• M. Kaltschmitt, W. Streicher, A. Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. 4. Auflage, Springer

1. Einführung
2. Power-to-Hydrogen
3. Power-to-Gas
4. Power-to-Liquid
5. Power-to-Heat
6. Hybrid-Technologien
7. Verbund-Technologiekonzepte I
8. Verbund-Technologiekonzepte II
9. Anbindung an eine regenerative Industrieproduktion
10. Nutzung der Rückstände der erneuerbaren Energiebereitstellung
11. Biomasse als Systemstabilisator I
12. Biomasse als Systemstabilisator II
13. Systemmodellierung - Grundlagen
14. Systemmodellierung - Ansätze und Ergebnisse
15. Planungswerkzeuge

• D. Thrän (editor): Smart Bioenergy. Technologies and concepts for a more flexible bioenergy provision in future energy systems. Springer,Cham, Heielberg, New York, Dordrecht, London, 2015
• R. von Miller (Hrsg.): Lexikon der Energietechnik und Kraftmaschinen Band 6 und 7. Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart 1965
• K. Naumann et. al.: Monitoring Biokraftstoffsektor. 3. Auflage, DBFZ Report Nr. 1, Leipzig, 2016
• M. Kaltschmitt, W. Streicher, A. Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. 4. Auflage, Springer Berlin Heidelberg, 2006
• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: Die Energie der Zukunft.

• Globale Megatrends und zukünftige Herausforderungen der Energieversorgung
• Energieszenarien bis 2060 und Bedeutung für den Mobilitätssektor
• Nachhaltiger Luft-, Schiffs-, Schienen und Strassenverkehr
• Entwicklungen bei Fahrzeug- und Antriebs-Technologie
• Überblick Heutige Kraftstoffe (Produktion und Einsatz)
• Biokraftstoffe der 1. und 2. Generation (Verfügbarkeit, Produktion, Verträglichkeit)
• Erdgas (GTL, CNG, LNG)
• Elektromobilität mit Batterie und Wasserstoff-Brennstoffzelle
• Well-to-Wheel CO2 Analysen der verschiedenen Optionen
• Rechtlicher Rahmen für Personen und Güterverkehr

• Eigene Unterlagen
• Veröffentlichungen
• Fachliteratur

• Allgemeine Übersicht über verschiedene strombasierte Kraftstoffe und deren Prozesspfade, u.a. Power-to-Liquid Prozess (Fischer-Tropsch-Synthese, Methanol Synthese), Power-to-Gas (Sabatier-Prozess)

• Herkunft, Herstellung und Verwendung der Kraftstoffe

• Vorlesungsskript

• Allgemeine Übersicht über verschiedene Advanced Biofuels und deren Prozesspfade (u.a. Gas-to-Liquid, HEFA und Alcohol-to-Jet Prozesse)

• Herkunft, Herstellung und Verwendung der Kraftstoffe

  
  

• Babu, V.: Biofuels Production. Beverly, Mass: Scrivener [u.a.], 2013
• Olsson, L.: Biofuels. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007
• William, L. L.: Distillation Design and Control Using Aspen Simulation; ISBN-10: 0-471-77888-5
• Perry, R.; Green, R.: Perry's Chemical Engineers' Handbook, 8th Edition, McGraw Hill Professional, 20
• Sinnot, R. K.: Chemical Engineering Design, Elsevier, 2014
• Kaltschmitt, M.; Neuling, U. (Ed.): Biokerosene - Status and Prospects; Springer, Berlin, Heidelberg, 2018

Anwendung der erlernten theoretischen Kenntnisse aus den jeweiligen Vorlesungen anhand konkreter Aufgaben aus der Praxis

• Auslegung und Simulation von Teilprozessen der Produktionsprozesse in Aspen Plus ®
• Ökologische und ökonomische Analyse von Kraftstoffbereitstellungspfaden
• Einordnung von Fallbeispielen in geltende Regularien

• Skriptum zur Vorlesung

• Aspen Plus® - Aspen Plus User Guide

Gesamtheitliche Betrachtung der unterschiedlichen Kraftstoffpfade mit u. a folgenden Themenschwerpunkten:

• Betrachtung der ökologischen Auswirkungen der verschiedenen Kraftstoffe
• Ökonomische Betrachtung der verschiedenen alternativen Kraftstoffe
• Regulatorischer Rahmen alternativer Kraftstoffe
• Zertifizierung von alternativen Kraftstoffen
• Markteinführungsmodelle alternativer Kraftstoffe

• European Commission - Joint Research Center (2010): International Reference Life Cycle Data System (ILCD) Handbook - General guide for Life Cycle Assessment - Detailed guidance. Joint Research Center (JRC) Institut for Environment and Sustainability, Luxembourg

• Richtlinie (EU) 2018/2001 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 11. Dezember 2018 zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen

- Microstructure and properties of the matrix and reinforcing materials and their interaction
- Development of composite materials
- Mechanical and physical properties
- Mechanics of Composite Materials
- Laminate theory
- Test methods
- Non destructive testing
- Failure mechanisms
- Theoretical models for the prediction of properties
- Application

• Introduction to optics
• Electromagnetic theory of light
• Interference
• Coherence
• Diffraction
• Fourier optics
• Polarisation and Crystal optics
• Matrix formalism
• Reflection and transmission
• Complex refractive index
• Dispersion
• Modulation and switching of light

Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich, Fundamentals of Photonics, Wiley 2007 
Hecht, E., Optics, Benjamin Cummings, 2001
Goodman, J.W. Statistical Optics, Wiley, 2000
Lauterborn, W., Kurz, T., Coherent Optics: Fundamentals and Applications, Springer, 2002

see lecture Optoelectronics 1 - Wave Optics

• Prozessmesstechnik im Rahmen der Prozessleittechnik
  • Aufgaben der Prozessmesstechnik
  • Instrumentierung von Prozessen
  • Klassifizierung der Aufnehmer
• Systemtheorie in der Prozessmesstechnik
  • Allgemeine lineare Beschreibung der Aufnehmer
  • Mathematische Beschreibung von allgemeinen Zweitoren
  • Fourier- und Laplace-Transformation
• Korrelationsmesstechnik
  • Bedeutung von Breitbandsignalen für die Korrelationsmesstechnik
  • Auto- und Kreuzkorrelationsfunktion, sowie Anwendungen
  • Störfestigkeit von Korrelationsverfahren
• Übertragung von analogen und digitalen Messsignalen in der Prozessmesstechnik
  • Modulationsverfahren (Amplituden-/Frequenzmodulation)
  • Multiplexverfahren zur Datenübertragung
  • Analog-Digital-Wandler

- Färber: „Prozeßrechentechnik“, Springer-Verlag 1994

- Kiencke, Kronmüller: „Meßtechnik“, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 1995

- A. Ambardar: „Analog and Digital Signal Processing“ (1), PWS Publishing Company, 1995, NTC 339

- A. Papoulis: „Signal Analysis“ (1), McGraw-Hill, 1987, NTC 312 (LB)

- M. Schwartz: „Information Transmission, Modulation and Noise“ (3,4), McGraw-Hill, 1980, 2402095

- S. Haykin: „Communication Systems“ (1,3), Wiley&Sons, 1983, 2419072

- H. Sheingold: „Analog-Digital Conversion Handbook“ (5), Prentice-Hall, 1986, 2440072

- J. Fraden: „AIP Handbook of Modern Sensors“ (5,6), American Institute of Physics, 1993, MTB 346

• Grundlagen der Leistungselektronik
  • Einteilung der Stromrichter nach ihrer inneren und äußeren Wirkungsweise
  • Vorstellung von modernen Umrichtersystemen
• Einführung Leistungshalbleiter
  • Einsatzgebiete und Einsatzgrenzen moderner Leistungshalbleiter
  • Leistungsdioden und konventionelle Leistungshalbleiter (Thyristor und GTO)
  • Moderne Leistungshalbleiter: Leistungs-MOSFET, IGBT und IGCT
  • Durchlass- und Schaltverluste
  • Kommutierungsvorgänge in modernen Stromrichterschaltungen
  • Entwicklungstrends im Bereich Leistungshalbleiter
• Einführung in selbstgeführte Stromrichterschaltungen
  • Gleichstromwandler mit abschaltbaren Leistungshalbleitern
  • Steuerverfahren (Pulsweitenmodulation, Toleranzbandregelung)
  • H-Brückentopologie mit modernen abschaltbaren Leistungshalbleitern in getakteten Wechselrichter-und Gleichrichterbetrieb
  • Dreiphasige Brückenschaltung mit modernen abschaltbaren Leistungshalbleitern
• Kurze Einführung in die netzgeführten Stromrichterschaltungen

Hilfsblätter und Literaturhinweise werden im Rahmen der Vorlesung ausgeteilt.

Vorlesungsunterlagen

• Grundlagen des Risikomanagements
  • Begriffsdefinition
  • Risikoarten
  • Riskomanagementprozess
  • Enterprise Risk Management
• Märkte und Instrumente im Energiehandel
  • Termin- und Spotkontrakte
  • Notierungen an Energiemärkten
  • Optionen
• Kennzahlendefinition
  • Bewertung von Marktrisiken
  • Bewertung von Adressrisiken
  • Bewertung von operationellen Risiken
  • Bewertung von Liquiditätsriseken
• Risikomonitoring- und Reporting
• Risikobehandlung

• Roggi, O. (2012): Risk Taking: A Corporate Governance Perspective, International Finance Corporation, New York
• Hull, J. C. (2012): Options, Futures, and other Derivatives, 8. Auflage, Pearson Verlag, New York
• Albrecht, P.; Maurer, R. (2008): Investment- und Risikomanagement, 3. Auflage, Schäffer-Poeschel Verlag, Stuttgart
• Rittenberg, L.; Martens, F. (2012): Understanding and Communicating Risk Appetite, Treadway Commission, Durham

1. Energiewirtschaft
2. Wasserstoffwirtschaft
3. Vorkommen und Eigenschaften von Wasserstoff
4. Herstellung von Wasserstoff (aus Kohlenwasserstoffen und durch Elektrolyse)
5. Trennung und Reinigung
6. Speicherung und Transport von Wasserstoff
7. Sicherheit
8. Brennstoffzellen
9. Projekte

• Skriptum zur Vorlesung
• Winter, Nitsch: Wasserstoff als Energieträger
• Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry
• Kirk, Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology
• Larminie, Dicks: Fuel cell systems explained

• Stationäre Modellierung elektrischer Energiesysteme
  • konventionelle Komponenten
  • leistungselektronische Netzregler (FACTS) und HGÜ
    
  • Netzmodellierung
• Netzbetrieb
  • Prozess der elektrischen Energieversorgung
  • Netz-/Systemführung
  • Netzbereitstellung
• Netzleittechnik und Netzleitsysteme
  • Informations- und Kommunikationstechnik elektrischer Energiesysteme
    
  • IT-Architekturen der Stations-, Feld- und Netzleitebene
  • IT-Integration (Energiemarkt / Engpassmanagement / Asset Management)
  • Entwicklungstrends in der Leittechnik
  • Smart Grids
• Funktionen und stationäre Berechnungen für den Netzbetrieb
  • Lastflussberechnungsmethoden
  • Sensitivitätsanalyse und Lastflusssteuerung
    
  • Sensitivitätsanalyse
  • Betriebsoptimierung
    
  • Symmetrische Kurzschlussberechnung
    
  • Unsymmetrische Fehlerstromberechnung
    • symmetrische Komponenten
    • Berechnung unsymmetrischer Fehler
  • Netzzustandsabschätzung

E. Handschin: Elektrische Energieübertragungssysteme, Hüthig Verlag

B. R. Oswald: Berechnung von Drehstromnetzen, Springer-Vieweg Verlag

V. Crastan: Elektrische Energieversorgung Bd. 1 & 3, Springer Verlag

E.-G. Tietze: Netzleittechnik Bd. 1 & 2, VDE-Verlag

• Einführung und Umfeld
• Definition von Elektrofahrzeugen
• Exkurs: Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle
• Markthochlauf von Elektroautos
• Politischer / Regulativer Rahmen
• Historischer Rückblick
• Portfolio der Elektrofahrzeuge / Einsatzbeispiele
• Mild-Hybrids mit 48 Volt-Technologie
• Lithium-Ionen Batterie inkl. Kosten, Roadmap, Produktion, Rohstoffe
• Fahrzeugintegration
• Energieverbrauch von Elektroautos
• Batterielebensdauer
• Ladeinfrastruktur
• Elektrischer Straßengüterverkehr
• Elektrischer ÖPNV / SPNV
• Batteriesicherheit

• Interfaces in MPF (boundary layers, surfactants)
• Hydrodynamics & pressure drop in Film Flows
• Hydrodynamics & pressure drop in Gas-Liquid Pipe Flows
• Hydrodynamics & pressure drop in Bubbly Flows
• Mass Transfer in Film Flows
• Mass Transfer in Gas-Liquid Pipe Flows
• Mass Transfer in Bubbly Flows
• Reactive mass Transfer in Multiphase Flows
• Film Flow: Application Trickle Bed Reactors
• Pipe Flow: Application Turbular Reactors
• Bubbly Flow: Application Bubble Column Reactors

Brauer, H.: Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen. Verlag Sauerländer, Aarau, Frankfurt (M), 1971.
Clift, R.; Grace, J.R.; Weber, M.E.: Bubbles, Drops and Particles, Academic Press, New York, 1978.
Fan, L.-S.; Tsuchiya, K.: Bubble Wake Dynamics in Liquids and Liquid-Solid Suspensions, Butterworth-Heinemann Series in Chemical Engineering, Boston, USA, 1990.
Hewitt, G.F.; Delhaye, J.M.; Zuber, N. (Ed.): Multiphase Science and Technology. Hemisphere Publishing Corp, Vol. 1/1982 bis Vol. 6/1992.
Kolev, N.I.: Multiphase flow dynamics. Springer, Vol. 1 and 2, 2002.
Levy, S.: Two-Phase Flow in Complex Systems. Verlag John Wiley & Sons, Inc, 1999.
Crowe, C.T.: Multiphase Flows with Droplets and Particles. CRC Press, Boca Raton, Fla, 1998.

In this Problem-Based Learning unit the students have to design a multiphase reactor for a fast chemical reaction concerning optimal hydrodynamic conditions of the multiphase flow. 

The four students in each team have to:

• collect and discuss material properties and equations for design from the literature,
• calculate the optimal hydrodynamic design,
• check the plausibility of the results critically,
• write an exposé with the results.

This exposé will be used as basis for the discussion within the oral group examen of each team.

• Introduction - Transport Processes in Chemical Engineering
• Molecular Heat- and Mass Transfer: Applications of Fourier's and Fick's Law
• Convective Heat and Mass Transfer: Applications in Process Engineering
• Unsteady State Transport Processes: Cooling & Drying
• Transport at fluidic Interfaces: Two Film, Penetration, Surface Renewal
• Transport Laws & Balance Equations  with turbulence, sinks and sources
• Experimental Determination of Transport Coefficients
• Design and Scale Up of Reactors for Heat- and Mass Transfer
• Reactive Mass Transfer 
  
• Processes with Phase Changes – Evaporization and Condensation 
• Radiative Heat Transfer - Fundamentals
• Radiative Heat Transfer - Solar Energy
  

1. Baehr, Stephan: Heat and Mass Transfer, Wiley 2002.
2. Bird, Stewart, Lightfood: Transport Phenomena, Springer, 2000.
3. John H. Lienhard: A Heat Transfer Textbook,  Phlogiston Press, Cambridge Massachusetts, 2008.
4. Myers: Analytical Methods in Conduction Heat Transfer, McGraw-Hill, 1971.
5. Incropera, De Witt: Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley, 2002.
6. Beek, Muttzall: Transport Phenomena, Wiley, 1983.
7. Crank: The Mathematics of Diffusion, Oxford, 1995. 
8. Madhusudana: Thermal Contact Conductance, Springer, 1996.
9. Treybal: Mass-Transfer-Operation, McGraw-Hill, 1987.

   
   
   

   
   

Vorstellung von Smart Grids

• Intelligente Verteilnetze
• Paradigmenwechsel: Digitalisierung & Nachhaltigkeit

Aufstrebende Technologien in Verteilnetzen

• Dezentrale Energieversorgung (DER)
• Batterie-Energiespeicher-Technologien (BES)
• Sektorenkopplung & EV/V2G
• Microgrids, Wechselrichter-basierte Systeme
• Modellierung und Steuerung von PV & BESS

Verteilnetzmanagement & Analyse

• Verteilnetzstruktur (Beispiel Hamburg)
• Architektur und Funktionen des Verteilnetzmanagements und -betriebs
  • Fehlererkennung, Isolierung & Wiederherstellung
  • Selbstheilung in Verteilnetzen
  • Volt-Var-Optimierung
  • Lastfluss in Verteilnetzen
• Demand Side Management & Demand Response
• Laborübung (Smart Grid Betrieb)

Rechnerische Intelligenz und Optimierungstechniken

• Rechnerische Herausforderungen im Smart Grid
• Heuristische & analytische Optimierungsmethoden
• Intelligente Systeme (Expertensysteme, ML/AL)
• Anwendungen (optimaler Lastfluss, Platzierung reaktiver Kondensatoren)
• Laborübung (Optimierungsformulierung)

ICT-Technologien für intelligente Stromnetze

• Fortschrittliche Metering-Technologien: Intelligente Zähler, RTU, PMU 
• Telekommunikationssysteme in Smart Grids (Netzwerkgrundlagen und -technologien)
• Interoperabilität in Smart Grids
  • Smart-Grid-Architekturmodell
  • Automatisierungs- und Kommunikationsstandards (IEC 61850, c37.118)
• Cyber-Sicherheit
• Laborübung (Grid-Automatisierungsprotokolle)

Praktische Erfahrungen: Stromnetz Hamburg (SNH) Perspektive

• Definition von Smart Grid und dessen Anforderungen aus Sicht der Industrie
• Netzdigitalisierung - Beispiele von Industrieprojekten
• Flexibles Lastmanagement
• Integration von Elektromobilität & Verkehrssektor

Studienbesuche:

• Digitales Umspannwerk in Harburg
• Elektrobus-Ladestation 
• Stromnetz Hamburg Leitstand

• Buchholz and Styczynski - 2020 - “Smart Grids: Fundamentals and Technologies in Electric Power Systems of the Future”, Springer
• Bernardon and Garcia - 2018 - “Smart Operation for Power Distribution Systems: Concepts and Applications”, Springer
• Momoh, 2012; “Smart Grid: Fundamentals of Design and Analysis”, Wiley

1. Einführung
2. Fossil dominiertes Energiesystem
3. Megatrends der Energiewende
4. Charakteristika der erneuerbaren Energiebereitstellungstechnologien - Strom
5. Integration EE-Strom I
6. Integration EE-Strom II
7. Charakteristika der erneuerbaren Energiebereitstellungstechnologien - Wärme
8. Integration EE-Wärme I
9. Integration EE-Wärme II
10. Charakteristika der erneuerbaren Energiebereitstellungstechnologien - Mobilität
11. Integration EE-Mobilität
12. Kommunikations- und Regelungstechnik
13. Verbrauchsminderung
14. Lastmanagement
15. Zusammenspiel von erneuerbarer Erzeugung und geregelter sinkender Nachfrage

• D. Thrän (editor): Smart Bioenergy. Technologies and concepts for a more flexible bioenergy provision in future energy systems. Springer,Cham, Heielberg, New York, Dordrecht, London, 2015
• R. von Miller (Hrsg.): Lexikon der Energietechnik und Kraftmaschinen Band 6 und 7. Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart 1965
• K. Naumann et. al.: Monitoring Biokraftstoffsektor. 3. Auflage, DBFZ Report Nr. 1, Leipzig, 2016
• M. Kaltschmitt, W. Streicher, A. Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. 4. Auflage, Springer

1. Einführung
2. Power-to-Hydrogen
3. Power-to-Gas
4. Power-to-Liquid
5. Power-to-Heat
6. Hybrid-Technologien
7. Verbund-Technologiekonzepte I
8. Verbund-Technologiekonzepte II
9. Anbindung an eine regenerative Industrieproduktion
10. Nutzung der Rückstände der erneuerbaren Energiebereitstellung
11. Biomasse als Systemstabilisator I
12. Biomasse als Systemstabilisator II
13. Systemmodellierung - Grundlagen
14. Systemmodellierung - Ansätze und Ergebnisse
15. Planungswerkzeuge

• D. Thrän (editor): Smart Bioenergy. Technologies and concepts for a more flexible bioenergy provision in future energy systems. Springer,Cham, Heielberg, New York, Dordrecht, London, 2015
• R. von Miller (Hrsg.): Lexikon der Energietechnik und Kraftmaschinen Band 6 und 7. Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart 1965
• K. Naumann et. al.: Monitoring Biokraftstoffsektor. 3. Auflage, DBFZ Report Nr. 1, Leipzig, 2016
• M. Kaltschmitt, W. Streicher, A. Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. 4. Auflage, Springer Berlin Heidelberg, 2006
• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: Die Energie der Zukunft.

• Globale Megatrends und zukünftige Herausforderungen der Energieversorgung
• Energieszenarien bis 2060 und Bedeutung für den Mobilitätssektor
• Nachhaltiger Luft-, Schiffs-, Schienen und Strassenverkehr
• Entwicklungen bei Fahrzeug- und Antriebs-Technologie
• Überblick Heutige Kraftstoffe (Produktion und Einsatz)
• Biokraftstoffe der 1. und 2. Generation (Verfügbarkeit, Produktion, Verträglichkeit)
• Erdgas (GTL, CNG, LNG)
• Elektromobilität mit Batterie und Wasserstoff-Brennstoffzelle
• Well-to-Wheel CO2 Analysen der verschiedenen Optionen
• Rechtlicher Rahmen für Personen und Güterverkehr

• Eigene Unterlagen
• Veröffentlichungen
• Fachliteratur

• Allgemeine Übersicht über verschiedene strombasierte Kraftstoffe und deren Prozesspfade, u.a. Power-to-Liquid Prozess (Fischer-Tropsch-Synthese, Methanol Synthese), Power-to-Gas (Sabatier-Prozess)

• Herkunft, Herstellung und Verwendung der Kraftstoffe

• Vorlesungsskript

• Allgemeine Übersicht über verschiedene Advanced Biofuels und deren Prozesspfade (u.a. Gas-to-Liquid, HEFA und Alcohol-to-Jet Prozesse)

• Herkunft, Herstellung und Verwendung der Kraftstoffe

  
  

• Babu, V.: Biofuels Production. Beverly, Mass: Scrivener [u.a.], 2013
• Olsson, L.: Biofuels. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007
• William, L. L.: Distillation Design and Control Using Aspen Simulation; ISBN-10: 0-471-77888-5
• Perry, R.; Green, R.: Perry's Chemical Engineers' Handbook, 8th Edition, McGraw Hill Professional, 20
• Sinnot, R. K.: Chemical Engineering Design, Elsevier, 2014
• Kaltschmitt, M.; Neuling, U. (Ed.): Biokerosene - Status and Prospects; Springer, Berlin, Heidelberg, 2018

Anwendung der erlernten theoretischen Kenntnisse aus den jeweiligen Vorlesungen anhand konkreter Aufgaben aus der Praxis

• Auslegung und Simulation von Teilprozessen der Produktionsprozesse in Aspen Plus ®
• Ökologische und ökonomische Analyse von Kraftstoffbereitstellungspfaden
• Einordnung von Fallbeispielen in geltende Regularien

• Skriptum zur Vorlesung

• Aspen Plus® - Aspen Plus User Guide

Gesamtheitliche Betrachtung der unterschiedlichen Kraftstoffpfade mit u. a folgenden Themenschwerpunkten:

• Betrachtung der ökologischen Auswirkungen der verschiedenen Kraftstoffe
• Ökonomische Betrachtung der verschiedenen alternativen Kraftstoffe
• Regulatorischer Rahmen alternativer Kraftstoffe
• Zertifizierung von alternativen Kraftstoffen
• Markteinführungsmodelle alternativer Kraftstoffe

• European Commission - Joint Research Center (2010): International Reference Life Cycle Data System (ILCD) Handbook - General guide for Life Cycle Assessment - Detailed guidance. Joint Research Center (JRC) Institut for Environment and Sustainability, Luxembourg

• Richtlinie (EU) 2018/2001 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 11. Dezember 2018 zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen