Chemie im Fingerhut

Die Dinosaurier der Chemie sterben nicht gleich aus. Grundchemikalien wie Polyethylen oder Soda werden zwar weiterhin im Millionen-Tonnen-Maßstab pro Jahr produziert, doch ist der Trend zu kleineren Reaktoren, Dosiereinrichtungen oder Wärmetauschern unübersehbar. Nicht nur in Forschung und Entwicklung – die Mikroreaktionstechnik ergreift ebenso die Produktion: Einige Tonnen Feinchemikalien pro Jahr, die in Reaktionsgefäßen mit wenigen Millilitern Volumen entstehen, sind durchaus realistisch. Warum Forschungseinrichtungen diese Minaturisierung betreiben, erklärt Dr. Stefan Löbbecke vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT: »Unfälle wie in Bhopal, Seveso oder Toulouse haben eindrücklich gezeigt, was passiert, wenn chemische Reaktoren explodieren. Mikroreaktoren hingegen können solche Schäden nicht anrichten, denn ihr Reaktionsvolumen ist dazu viel zu klein. Der wichtigere Grund ist jedoch ein anderer: Der Wärme- und Stofftransport werden dramatisch verbessert. Daher sind die chemischen Reaktionen leichter zu steuern.«

Dies muss näher erklärt werden: Sie befüllen einen Haushaltsmixer halb mit Wasser und geben bei laufendem Motor ebenso viel konzentrierte Schwefelsäure zu. Mit absoluter Sicherheit findet der GAU in Ihrer Küche statt, denn die freiwerdende Wärme lässt den Inhalt überkochen. Nehmen Sie stattdessen einen Fingerhut als Behälter und rühren um, so passiert kein Malheur. Denn nun wird die freiwerdende Wärme schneller zur Gefäßwand transportiert. Der Grund ist ein größeres Verhältnis von Wandoberfläche zu Volumen. Ganz ähnlich lässt sich der Zusammenhang für Stofftransportvorgänge ableiten: In stark miniaturisierten Gefäßen können Konzentrationsunterschiede leichter beherrscht und Stoffübergänge zwischen Phasen erheblich beschleunigt werden. Weniger Nebenprodukte und eine höhere Ausbeute des zu synthetisierenden Stoffes sind möglich.

Leider gibt es bislang auf dem Markt kaum einheitliche Mikroreaktionssysteme, denn die meisten Unternehmen kochen ihr eigenes Süppchen. Hier greift FAMOS ein – die »Fraunhofer-Allianz Modulare Mikroreaktionssysteme«. Sechs Institute aus den Bereichen Werkstoffe und Bearbeitungsverfahren, Computersimulation und natürlich Chemie bündeln darin ihr Know-how. Gemeinsam entwickeln die »famosen« Forscher Baukästen mit zueinander passenden Teilen. Dass sie auf der Analytica (München, 23. bis 26. April) in Halle B 2 am Stand 421 / 522 auch als Dienstleister auftreten, versteht sich dabei fast von selbst.