Was ist Chemie- und Bioingenieurwesen?
Definition
Chemie- und Bioingenieurwesen oder auch Verfahrenstechnik genannt ist die ingenieurwissenschaftliche Disziplin, die sich mit der Entwicklung und Optimierung von Prozessen zur Stoffumwandlung befasst. Dabei ändern sich Zusammensetzung, Art oder Eigenschaften der Stoffe. Diese Umwandlung erfolgt gezielt in mehreren Schritten und kann sowohl chemische, physikalische als auch biologische Prozesse umfassen. Ziel ist es Produkte herzustellen, die spezifische Eigenschaften und Qualitäten aufweisen. Dabei liegt ein großer Fokus auf der Effizienz der Prozesse um sie wirtschaftlich und nachhaltig zu gestalten.
Prozessablauf
Der Prozess der Stoffumwandlung wird typischerweise in zwei Hauptphasen unterteilt:
Upstream-Prozesse: Diese beinhalten die Vorbereitung und Behandlung der Rohstoffe. Hierzu gehören Schritte wie das Mahlen, Mischen, Lösen, Auftrennen oder generelles Vorbereiten der Ausgangsmaterialien.
Downstream-Prozesse: Diese umfassen die Aufarbeitung und Veredelung der Zwischen- und Endprodukte. Dazu gehören Auftrennung von Produktgemischen, Aufreinigung, Trocknung und Verpackung.
Etwas anschaulicher bitte?
Die Verfahrenstechnik lässt sich anschaulich mit einer Küche oder einem Labor vergleichen. In einer Küche werden Zutaten (Rohstoffe) durch verschiedene Kochtechniken (Verfahren) in Gerichte (Produkte) umgewandelt. Hierbei müssen die einzelnen Schritte präzise aufeinander abgestimmt sein, um ein gelungenes Endprodukt zu erhalten. Schritte im Upstream umfassen z. B. das Waschen und Schneiden der Zutaten während Downstream z. B. Gewürzbeutel entfernt werden, mit Schnittlauch garniert oder einfach angerichtet und serviert wird.
Ein wesentlicher Aspekt der Verfahrenstechnik ist aber das sogenannte Scale-Up, also die Übertragung der Prozesse von kleinen Labor- oder Pilotanlagen (private Küche) auf großtechnische Produktionsanlagen (Mensa/Kantine). Dieser Schritt ist besonders herausfordernd, da sich Prozesse nicht immer linear verhalten und spezielle Anpassungen erfordern, um in größerem Maßstab sicher, effizient und wirtschaftlich zu funktionieren.
Die Verfahrenstechnik eine Schlüsseltechnologie, die in vielen Industrien Anwendung findet, darunter Chemie, Pharmazie, Lebensmitteltechnik und Umwelttechnik. Sie ermöglicht die effiziente und nachhaltige Herstellung von Produkten, die aus unserem täglichen Leben nicht wegzudenken sind.
Übersicht der verschiedenen Bereiche der Verfahrenstechnik
Chemische Verfahrenstechnik
Grundoperationen/Aufgaben
- Auslegung von Reaktoren
- Entwicklung von Katalysatoren
- Optimale Reaktionsbedingungen ermitteln (Druck, Temperatur, Konzentration, Reaktionszeit, Katalysator, Reaktionskinetik)
Anwendungen in der Industrie
- Synthese von Chemikalien (z. B. Ammoniaksynthese für Düngemittel)
- Petrochemie (z. B. Cracken von Erdöl)
- Herstellung von Polymeren (z. B. Polyethylen und Polypropylen)
- Produktion von Feinchemikalien und Pharmazeutika
Biotechnologische Verfahrenstechnik
Grundoperationen/Aufgaben
- Fermentation: Nutzung von Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Pilze)
- Optimale Fermentationsparameter ermitteln (pH-Wert, Temperatur, Sauerstoffversorgung)
- Entwicklung und Einsatz von Enzymen für die Produktion spezifischer Produkte
Anwendungen in der Industrie
- Produktion von Antibiotika (z. B. Penicillin)
- Herstellung von Biokraftstoffen (z. B. Ethanol, Biogas)
- Lebensmittelindustrie (z. B. Fermentation von Milchprodukten)
- Produktion von Enzymen für Waschmittel
Thermische Verfahrenstechnik
Grundoperationen/Aufgaben
- Destillation: Trennung von Fluidgemischen durch unterschiedliche Siedepunkte
- Extraktion: Trennung von Stoffen mittels Lösungsmittel
- Absorption: Aufnahme von Gasen in einem Waschmittel
- Adsorption: Aufnahme eines Fluids an der Oberfläche eines Feststoffes
- Trocknung: Entfernen von Feuchtigkeit
- Kristallisation: Trennung eines kristallinen Produkts aus einem Lösungsmittel
- Membrantechnik: Trennung eines Fluidgemisches durch eine Membran
Anwendungen in der Industrie
- Raffinierung von Erdöl und Herstellung von Spirituosen
- Gewinnung von Pflanzenextrakten
- CO₂-Abscheidung
- Aktivkohlefilter
- Papierherstellung
- Raffinierung von Zucker
- Meerwasserentsalzung
Mechanische Verfahrenstechnik
Grundoperationen/Aufgaben
- Zerkleinern: Reduktion der Partikelgröße von Feststoffen
- Agglomerieren: Zusammenführung kleinerer Partikel zu größeren Agglomeraten
- Mischen: Homogenisierung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen
- Trennen: Abscheidung von Feststoffen aus Flüssigkeiten oder Gasen
Anwendungen in der Industrie
- Abwasserbehandlung Bergbau (z. B. Mahlen von Erzen)
- Lebensmittelindustrie (z. B. Mahlen von Getreide)
- Pharmazie (z. B. Tablettenherstellung)
- Abwasserbehandlung
Was ist eigentlich Chemie- und Bioingenieurwesen? Wie ist es an der Technischen Universität Hamburg (TUHH) zu studieren?
Wenn du das herausfinden möchtest, schau dir die folgenden Interview-Filme an, z.B. die zwei Interviews mit fünf Studierenden des Studienganges Chemie- und Bioingenieurwesen der TUHH oder die Einzelinterviews.
Vico gibt Einblicke in seine Bachelorarbeit zum Thema Aerogele und seine Motivation, Chemie- und Bioningenieurwesen zu studieren.
Fernando, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Biokatalyse der TUHH, erklärt dir, was der Studiengang „Chemie- und Bioingenieurwesen“ an der TUHH beinhaltet.
Victoria hat Bioverfahrenstechnik (jetzt Bio- und Chemieingenieurwesen) an der Technischen Universität Hamburg studiert und ist dazu begnadete Pfadfinderin. Sie erzählt, warum sie sich für ein Studium an einer technischen Uni entschieden hat und was ihr an der Bioverfahrenstechnik so gefällt.
Basti hat Verfahrenstechnik (heute Chemie- und Bioingenieurwesen) an der Technischen Universität Hamburg studiert. In diesem Video erzählt er, warum er sich für diesen Studiengang entschieden hat, was ihn an den naturwissenschaftlichen und technischen Zusammenhängen begeistert und weshalb Verfahrenstechnik aus unserem Alltag nicht wegzudenken ist. Außerdem verrät er, was das Studium mit der Herstellung von Bier zu tun hat.