Print

Entwicklung von kostengünstigen Mikrostrukturreaktoren
für Lehre und Forschung

Gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt [www.dbu.de]

 

Die Mikroverfahrenstechnik stellt eine junge, innovative Verfahrenstechnik mit hohem Anwendungspotenzial dar. Sie erlaubt eine bedarfsgerechte Auslegung von Apparaturen für verschiedenste Prozessschritte in der chemischen Industrie wie bspw. Mischen, Reagieren, Separieren und Temperieren. Aufgrund der exzellenten Kontrolle von Wärmeübergängen und der kurzen Diffusionswege in den miniaturisierten Reaktionsräumen führt der Einsatz der Mikroverfahrenstechnik häufig zu einer Erhöhung der Effizienz des jeweiligen Prozessschrittes im Vergleich zu konventionell makroskaligen Bauteilen. Von dieser Effizienzsteigerung kann eine Reduktion sowohl des Energie- als auch des Materialbedarfes (speziell in der Mikroreaktionstechnik) erwartet werden. Dies kann einerseits zu einem schonenderen Umgang mit endlichen Ressourcen und andererseits zu einer Reduktion umweltbelastender Emissionen führen. So konnte Rahmen eines von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projektes durch das Institut für Technische Chemie und Umweltchemie (ITUC) gezeigt werden, dass der Einsatz der Mikroreaktionstechnik aufgrund der genannten Vorteile eine ökologisch nachhaltigere Prozessführung gegenüber den in der industriellen Produktion mehrheitlich verwendeten Batch-Reaktoren ermöglichen kann.

Um dieses hohe Potenzial der Mikroreaktionstechnik zur effizienten, umweltschonenden und bedarfsgerechten Erzeugung chemischer Produkte nutzen zu können, ist es von essentieller Bedeutung, dass qualifizierte Fachleute zur Verfügung stehen. Diese müssen vertraut mit den Möglichkeiten und Einschränkungen der Mikroreaktionstechnik, aber auch mit ihrer praktischen Anwendung sein. Obwohl in der Fachwelt allgemeiner Konsens über die hohe Bedeutung dieses Aspektes für die Marktchancen der Mikroreaktionstechnik besteht, existieren derzeit in Deutschland lediglich erste, vereinzelte Ansätze, derartige Kenntnisse im
Rahmen der Chemieausbildung an Fach- und Hochschulen zu vermitteln.

Hier setzt das vorliegende Projektvorhaben an. Es ist geplant, einfache und preiswerte Mikrostrukturreaktoren sowie die dazugehörenden Versuchsaufbauten zu entwickeln. Diese können während der Chemieausbildung zur Demonstration sowohl der Grundprinzipien der Mikroreaktionstechnik als auch ihrer verschiedenen Anwendungsfelder verwendet werden. Die Testung der Reaktoren / Versuchsaufbauten auf ihre Eignung für die organische Synthesechemie erfolgt durch die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Burkhard König, Institut für Organische Chemie (IOC), Regensburg. Geplant ist hier die Adaption eines breiten Spektrums bekannter organischer diskontinuierlicher Syntheseverfahren an die kontinuierlich betriebene Mikroreaktionstechnik. Ziel der Kooperation zwischen dem ITUC Jena, der Little Things Factory Ilmenau und dem IOC Regensburg ist es, sowohl in technischer als auch in synthetischer Hinsicht neu entwickelte Praktikumsvorschriften in Form einer Buchbroschüre und im Rahmen des NOP2 frei zugänglich im Internet zu publizieren. Dies soll eine optimale Verfügbarkeit für Lehrende und Lernende chemisch-chemisch / technischer Studiengänge gewährleisten und so eine breite Integration der Mikroreaktionstechnik in die Lehre forcieren.

Im Rahmen des Projektvorhabens erfolgt die Entwicklung preiswerter Mikrostrukturreaktoren, die an die Erfordernisse unterschiedlicher Edukt- bzw. Produkteigenschaften (z.B. Aggregatzustand, Viskosität, Temperaturverhalten) sowie die Kinetik und die Reaktionsbedingungen einer Vielzahl bedeutender organischer Reaktionstypen angepasst sind. Die Ergebnisse des Projektvorhabens bieten somit auch eine hervorragende Grundlage zum verstärkten Einsatz der Mikroverfahrenstechnik sowohl in der organisch-chemischen Forschung als auch in klein- und mittelständischen Betrieben. Zum einen wird durch die Reduktion der Beschaffungskosten die Hemmschwelle herabgesetzt, diese neuartige Reaktionstechnik verstärkt einzusetzen. Zum anderen bieten die in Zusammenarbeit mit dem IOC Regensburg erarbeiteten umfangreichen Erfahrungen im Umgang mit der Mikroreaktionstechnik in der organischen Synthesechemie ein Fundus an Wissen, worauf aufgrund der beabsichtigten guten Dokumentation aufgebaut werden kann. Dies kann angesichts der geringen Kapazitäten kleiner und mittelständischer Unternehmen für Forschung- und Entwicklungsarbeiten eine bedeutende Hilfestellung bei der breiten Einführung dieser innovativen und Ressourcen schonenden Reaktionstechnik sein.

 

Projektpartner

 

  1. D.Kralisch, G. Kreisel, A.Stark, "Assessment of the Ecological Pontential of Microreaction Technology" Spring 2005 AIChE National Meeting.New York, NY: AIChE. 2005
  2. Neues und nachhaltiges organisch-chemisches Praktikum