Mikrostrukturreaktoren halten Einzug in die chemische Industrie
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Wissenschaftler der TU Chemnitz haben gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft den weltweit ersten Mikrostrukturreaktor für chemische Gasphasenprozesse entwickelt, die bei der Produktion von Grundchemikalien bedeutsam sind. Eine Pilotanlage wurde jüngst bei der Degussa AG am Standort Hanau-Wolfgang (Hessen) in Betrieb genommen und hat ihre Testphase erfolgreich bestanden. Bislang kam die Mikroreaktionstechnik ausschließlich zu Versuchszwecken in Forschungslabors zum Einsatz.
Gerade für die industrielle Produktion im Chemie- und Pharma-Bereich spricht einiges für den Einsatz von mikrostrukturierten Reaktoren: Im Vergleich zu den herkömmlichen Großanlagen können die gewünschten Reaktionen schneller, preiswerter und umweltverträglicher durchgeführt werden. Darüber hinaus sind Reaktionen, die über ein hohes Gefährdungspotenzial verfügen, besser beherrschbar. Die Stärke von Mikrostrukturreaktoren steckt in ihrer Winzigkeit: So laufen die chemischen Prozesse in Strömungskanälen ab, deren Durchmesser jeweils kleiner als einen Millimeter sind.
Knapp vier Jahre hat es gedauert, bis der erste industriell einsetzbare Mikrostrukturreaktor in Zusammenarbeit der Professur für Technische Chemie der Chemnitzer Universität, der Degussa AG und der Uhde GmbH fertiggestellt war. Die Pilotreaktor-Anlage in Hanau-Wolfgang ist vier Meter groß, neun Tonnen schwer und kommt für einen chemischen Gasphasenprozess zum Einsatz, in dem Propenoxid entsteht, das ein wichtiges Vorprodukt darstellt u. a. zur Herstellung von Kosmetika, Schmierstoffen und von Bremsflüssigkeit.
Die Chemnitzer Wissenschaftler lieferten entscheidende Beiträge zur Projektierung und Auslegung dieser Pilotanlage. In einem an der TU Chemnitz gefertigten,16 Zentimeter großen und wenige Kilogramm schweren Laborreaktor, der mit seinen mikrostrukturierten Strömungskanälen einen repräsentativen Ausschnitt des Innenlebens des Pilotreaktors darstellt, wurden im Labor umfangreiche Tests durchgeführt. Unter der Leitung von Prof. Dr. Elias Klemm, Inhaber der Professur für Technische Chemie, wurden zudem die Oberflächen der mikrostrukturierten Strömungskanäle im Reaktor-Inneren dank eines speziell entwickelten Verfahrens mit Titansilikalit beschichtet, der als Katalysator für die erwünschte Gasphasenreaktion dient.
"Der Einsatz von Mikrostrukturreaktoren in Forschung und Industrie wird sich künftig nicht auf chemische Gasphasenprozesse beschränken, sondern ist ebenfalls für Gas-, Flüssig- oder Mehrphasenreaktionen möglich", blickt Prof. Klemm voraus. Am nunmehr abgeschlossenen und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit insgesamt 4,6 Millionen Euro geförderten Projekt wirkten neben der TU Chemnitz und den Unternehmen Degussa und Uhde auch die Universitäten Erlangen-Nürnberg und Darmstadt sowie das Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mühlheim an der Ruhr mit.
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