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Nach seinem Diplom an der Universität Dortmund wechselte er 1986 als wissenschaftlicher Mitarbeiter zum Lehrstuhl für Entwerfen und Hochbaukonstruktion unter Peter Steiger, wo er von 1988 bis 1990 einen Lehrauftrag wahrnahm. 1988 gründete Petersen mit Jürgen Hansen das Architekturbüro Hansen + Petersen in Dortmund.[1] Ihr erstes Lager- und Verwaltungsgebäude Allopro in Gelsenkirchen erhielt u. a. den Deubau-Preis für Architektur, wie auch der folgende IBA Pavillon Emschergenossenschaft in Bottrop oder das Haus am Musiktheater im Revier in Gelsenkirchen.
Nach Gastprofessuren an Architekturschulen wie der RWTH oder der Luxun-Academy entschloss sich Petersen, Aufgabenfelder im Bereich des Mehrfamilienwohnungsbaus und der urbanen Infrastruktur ökologisch und mit konstruktiver Ästhetik zu beantworten. 2012 erhielt er die Professur für Baukonstruktion und Entwerfen im Studiengang Klima-Engineering FB Architektur an der Hochschule für Technik Stuttgart.[3] Mit Lehr- und Forschungsprojekten war er 2014 an dem Kyoto Institute of Technology und 2017 an der Rhode Island School of Design beschäftigt.
