Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikro in Chemie ganz groß

08.07.2005


Der im Forschungszentrum Karlsruhe entwickelte Mikroreaktor ist 65 cm lang, 290 kg schwer und ermöglicht einen Durchsatz von 1700 Kilogramm flüssigen Chemikalien pro Stunde. ’Mikro’ ist sein Innenleben mit Mikrovermischern und mehreren Zehntausend Mikrokanälen, in denen die Substanzen zur Reaktion gebracht und die Reaktionswärme von mehreren 100 kW abgeführt werden. Foto: Forschungszentrum Karlsruhe


Hochleistungs-Mikroreaktor des Forschungszentrums Karlsruhe bewährt sich in der industriellen chemischen Produktion


Ein im Forschungszentrum Karlsruhe entwickelter Hochleistungs-Mikroreaktor hat seine erste Bewährungsprobe im industriellen Einsatz in der chemischen Produktion mit Bravour bestanden: Mit der Neuentwicklung konnten bei der Firma DSM Fine Chemicals GmbH in Linz, Österreich, innerhalb von 10 Wochen über 300 Tonnen eines hochwertigen Produktes für die Kunststoffindustrie erzeugt werden. Gegenüber herkömmlichen Verfahren wurde dabei die Produktausbeute wesentlich gesteigert. Damit sinkt der Rohstoffverbrauch ebenso wie die anfallenden Abfallströme. Außerdem steigt durch den Einsatz des Mikroreaktors die Prozesssicherheit.

Mikrostrukturierte Apparate werden die chemische Verfahrenstechnik revolutionieren, wenn sie ihre Praxistauglichkeit in der Produktion bei industrierelevanten Durchsätzen unter Beweis stellen können. Dem Forschungszentrum Karlsruhe ist gemeinsam mit seinem Industriepartner DSM Fine Chemicals GmbH in Linz, Österreich, ein entscheidender Schritt in diese Richtung gelungen: Während einer zehnwöchigen Produktionskampagne wurden mit einem Hochleistungs-Mikroreaktor über 300 Tonnen eines hochwertigen Produktes der Kunststoffindustrie erzeugt.


Das zentrale Element der neuartigen Produktionsanlage ist ein aus einer speziellen Nickel-Legierung gefertigter Mikroreaktor, der 65 cm lang sowie 290 kg schwer ist und einen Durchsatz von 1700 Kilogramm flüssigen Chemikalien pro Stunde ermöglicht. "Die Vorsilbe ’Mikro’ bezieht sich auf das Innenleben des Reaktors: In Mikrovermischern werden die chemischen Substanzen zusammengeführt und anschließend in mehreren Zehntausend Mikrokanälen zur Reaktion gebracht. Die bei der chemischen Reaktion entstehende Wärme wird in Sekundenschnelle ebenfalls über Mikrokanäle abgeführt", erläutert Dr. Klaus Schubert, Leiter des Instituts für Mikroverfahrenstechnik des Forschungszentrums Karlsruhe. "Der Mikroreaktor bewältigt so mehrere 100 Kilowatt Wärmeleistung und zählt zur Weltspitze bei den Entwicklungsarbeiten in der Mikroverfahrenstechnik."

Der Mikroreaktor ersetzt bei DSM einen zentralen Reaktionsschritt, der vorher in einem riesigen Rührkessel mit einer Mischung von mehreren Tausend Kilogramm giftigen und korrosiven Chemikalien erfolgte. "Im Vergleich zu unserer bisherigen reinen Rührkesselproduktion hat der Karlsruher Mikroreaktor die Produktausbeute wesentlich gesteigert", so Dr. Peter Pöchlauer, Projektleiter bei der Firma DSM Fine Chemicals GmbH in Linz, Österreich. "Wir konnten den Rohstoffverbrauch und die Abfallströme entsprechend senken, was der Wirtschaftlichkeit und der Umwelt zugute kommt. Außerdem wurde durch den Mikroreaktor die Prozesssicherheit erhöht. Mit diesen Ergebnissen wurden unsere Erwartungen mehr als erfüllt. Entscheidend für den Erfolg war, dass es dem Institut für Mikroverfahrenstechnik des Forschungszentrums gelungen ist, einen Labor-Mikroreaktor mit einem Durchsatz von 1 Kilogramm pro Stunde um den Faktor 1700 hoch zu skalieren. Mit diesem Produktionsreaktor haben wir auf Anhieb die gleichen guten Ergebnisse wie zuvor mit einem Laborreaktor erreicht."

Das Potenzial der Mikroverfahrenstechnik und der Mikroreaktoren für die Chemie, Pharmazie und Konsumgüterindustrie ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Forschungsaktivitäten für eine ständige Steigerung der Nachhaltigkeit und der Wirtschaftlichkeit von chemisch/pharmazeutischen Prozessen sind eine permanente Aufgabe für Forschung und Industrie. "Ich bin mir sicher, dass hier unsere Mikroverfahrenstechnik mit ihren Potenzialen auf Jahrzehnte eine wichtige Rolle spielen wird", betont Klaus Schubert. "Der erfolgreiche Einsatz unseres Mikroreaktors im harten Alltag der chemischen Produktion ist für uns ein bedeutsamer Schritt. Aus der Fertigung und aus dem Produktionsbetrieb haben wir sehr viele wichtige Erkenntnisse gewonnen, die in unsere zukünftigen Forschungsarbeiten einfließen werden."

Die Mikroverfahrenstechnik, bei der chemische und physikalische Prozesse in Mikrokanälen von Mikroapparaten geführt werden, hat in den letzten Jahren ein rasant gestiegenes Interesse in der einschlägigen Fachwelt gefunden. Insbesondere bei der industriellen Produktion im Chemie-, Pharma- und Konsumgüter-Bereich bietet der Einsatz von mikrostrukturierten Reaktoren viele Vorteile: Die gewünschten Reaktionen können schneller, preiswerter und umweltverträglicher als in herkömmlichen Anlagen durchgeführt werden; gefährliche Reaktionen sind viel besser beherrschbar. Die Stärken der Mikrostrukturreaktoren sind in ihrem Inneren verborgen: Die chemischen Prozesse laufen in zehntausenden von Misch- und Strömungskanälen ab, die typische Abmessungen im Bereich von einigen hundert Mikrometern haben. Zahlreiche Universitäten, wissenschaftliche Organisationen und Industriefirmen forschen auf diesem zukunftsträchtigen Gebiet. Die grundlegende Idee, chemische Reaktionen in Mikrokanälen ablaufen zu lassen, wurde im Forschungszentrum Karlsruhe geboren, wo Anfang der 90er Jahre eine kleine Gruppe von Forschern mit der Entwicklung von Mikroreaktoren für chemische Prozesse begann. Der wachsenden Bedeutung der Mikroverfahrenstechnik Rechnung tragend hat der Vorstand des Forschungszentrums in 2001 ein eigenes Institut für Mikroverfahrenstechnik gegründet, in dem zur Zeit ca. 50 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf dem Gebiet der Mikroverfahrenstechnik forschen.

Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.

Dr. Joachim Hoffmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzk.de

Weitere Berichte zu: Chemical DSM Mikrokanäle Mikroreaktor Mikroverfahrenstechnik Prozess

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Kleben ohne Klebstoff - Schnelles stoffschlüssiges Fügen von Metall und Thermoplast
22.02.2018 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

nachricht Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von Hefe für Demenzerkrankungen lernen

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Sektorenkopplung: Die Energiesysteme wachsen zusammen

22.02.2018 | Seminare Workshops

Die Entschlüsselung der Struktur des Huntingtin Proteins

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics