Branche entwickelt Standards für die Reaktoren
Mikroreaktionstechnik macht chemische Produktion effizienter

Immer mehr Chemiefirmen nutzen das Potenzial einer Produktion in winzigen Anlagen. Doch noch sind solche mikrotechnischen Geräte rar und müssen speziell angefertigt werden.

DÜSSELDORF. Die Mikroreaktionstechnik hat die Labors der Hochschulen längst verlassen und sich in der Chemiebranche zu einer eigenen Disziplin entwickelt. Unternehmen wie BASF, Clariant, Degussa, Du Pont oder Merck nutzen die miniaturisierte Produktion in der Verfahrensentwicklung und sogar in der Produktion. Die chemische Reaktion findet dabei in winzigen Geräten statt. Wärmetauscher, Mischer, Pumpen und andere Bauteile in der Größe von wenigen Millimetern ersetzen die konventionelle Anlagentechnik.

Apparaturen mit diesen kleinen Abmessungen sind hinsichtlich des Stoff- und Wärmetransports effizienter als die großen Anlagen. Sie sorgen dafür, dass in einer chemischen Reaktion möglichst wenig Abfallprodukte entstehen und die Ausbeute somit größer wird. Der Grund: Die Mikroreaktoren ermöglichen einen extrem schnellen Wärme- und Stoffaustausch und damit die sehr präzise Einstellung von Temperatur, Druck oder Durchflussgeschwindigkeit.

"In Mikroreaktoren können deshalb auch gefährliche Prozesse bei erheblich geringerem Gefahrenpotenzial durchgeführt werden", sagt Wolfgang Ehrfeld, Vorstandsmitglied der Ehrfeld Mikrotechnik AG. Und dies gilt nicht nur für etablierte Produktionsverfahren. "Die Miniaturanlagen werden auch Verfahren ermöglichen, die bisher nicht durchgeführt werden konnten oder nicht einmal bekannt waren", meint Ehrfeld.

Die Mikroreaktionstechnik hat aber noch einen weiteren Vorteil: Synthesen können einfacher und schneller aus dem Labor in die Produktion überführt werden. Während in der konventionellen Chemie die Schritte von der Entwicklung im Reagenzglas über den Test in Labor- und Pilotanlagen bis hin zur Großanlage mit erheblichem Aufwand und mit prozesstechnischem Risiko verbunden sind, müssen nun zur Produktion größerer Mengen nur mehrere Reaktoren zusammengeschaltet werden. Die Form und Größe der einzelnen Stoffe, die miteinander reagieren, und deren physikalisches Verhalten bleiben dabei weitgehend bis ins Detail erhalten. Daher lässt sich die mit einer Laboranlage gewonnene Erfahrung direkt auf die spätere Produktionsanlage übertragen.

Obwohl die Technik mittlerweile von immer mehr Chemiefirmen erprobt wird, gibt es kaum Anbieter von Mikrokomponenten. Die Forschungsinstitute haben ihre Bauteile oft in Eigenregie gefertigt. Auf Grund der zunächst langsam wachsenden Nachfrage haben sich nur wenige kleinere Unternehmen auf die Entwicklung der filigranen Technik spezialisiert - meist Firmen im Umfeld der Hochschulen.

"Viele Nutzer der Mikroverfahrenstechnik beklagen die hohen Kosten für Einzellösungen, die extra für sie entwickelt werden müssen", sagt Alexis Bazzanella, Experte für die Mikroreaktionstechnik bei der Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie (Dechema). Das Bundesforschungsministerium (BMBF) hat zwar bereits im Oktober 2001 das Verbundprojekt "Modulare Mikroverfahrenstechnik" initiiert, in dem sich die Herstellerfirmen, Forschungseinrichtungen und industriellen Anwender auf Standards einigen sollen.

Doch dieser Abstimmungsprozess ist recht zäh. "Die Herausforderung besteht darin, die Anschlüsse, die nur wenige Millimeter groß sind, so aufeinander abzustimmen, dass sie durch einfaches Zusammenstecken zu einer Anlage kombiniert werden können", verdeutlicht Bazzanella. Darüber hinaus müssen einzelne Elemente wie Sensoren für die Regelung von Druck, Temperatur und Durchfluss integriert werden.

Erstes Ergebnis des Projekts ist eine Art Adapter, über den Komponenten miteinander verknüpft werden können, die von unterschiedlichen Herstellern angeboten werden. Er wird erstmals auf der Chemiemesse "Achema" vorgestellt, die vom 19. bis 24. Mai in Frankfurt veranstaltet wird. Wolfgang Ehrfeld, der als Pionier in der Mikroreaktionstechnik das BMBF-Verbundprojekt mit initiiert hat, dauert dieser Standardisierungsprozess inzwischen zu lange. Außerdem führe die Suche nach Kompromissen dazu, dass Vorteile der Technik wieder verloren gingen, so seine Kritik. Ehrfeld glaubt vielmehr, dass sich Standards - wie in der Mikroelektronik geschehen - eher vom Markt her durchsetzen werden.

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