CD-Labor for Durchflusschemie

Geringere Reaktionszeiten, weniger Abfallprodukte, leichte Skalierbarkeit für die industrielle Produktion: Durchfluss-reaktoren sind eine vielversprechende Methode, chemische Stoffe herzustellen. Anwendungen unter hohem Druck und hohen Temperaturen sind hier der Forschungsschwerpunkt.

In der Synthesechemie wird aus einfachen Verbindungen ein komplizierter zusammengesetzter neuer Stoff hergestellt. Wesentlich dabei ist die möglichst optimale Gestaltung der Reaktionsbedingungen wie Temperatur, Druck, Mischungsverhältnis, Katalysatoren, pH-Wert und Lösungsmittel.

In den vergangenen Jahrzehnten setzte die Synthese-chemie vor allem auf sogenannte Batchverfahren, in denen die einzelnen Prozesse streng nacheinander abgearbeitet werden: Das Reaktionsgemisch verbleibt so lange in einem Reaktor, bis die Reaktion abgelaufen ist und erst nach entsprechender Aufarbeitung der nächste Produktionsschritt vollzogen werden kann.

Dieses Labor forscht dagegen an so genannten Durchfluss- oder Mikroreaktoren: Die Reaktionskomponenten werden durch eine Reaktionskammer im Mikro- bzw. Milliliterbereich gepumpt. In den kleinen Reaktoren ist die Oberfläche im Verhältnis zum Volumen groß, daher ist die Wärme-übertragung sehr effizient und die Reaktionstemperaturen lassen sich einfach und rasch ändern. Dadurch können extreme Temperatur- und Druckbedingungen erzeugt werden, die chemischen Reaktionen laufen wesentlich rascher und mit weniger Nebenreaktionen ab – wodurch die Produktion gefährlicher Abfallstoffe vermieden werden kann. Weiters werden die Komponenten in den Mikroreaktoren sehr effektiv durchmischt, die Chemikalien können leichter gegen Luft und Feuchtigkeit isoliert werden und gefährliche Verbindungen können sicherer produziert werden.

Für die industrielle Anwendung sehr interessant ist auch die leichte Skalierbarkeit der Technik: Will man größere Mengen produzieren braucht man keine großen Reaktoren, in denen die chemischen Reaktionen ganz anders ablaufen können als in den Versuchsreaktoren. Stattdessen pumpt man die Reaktionskomponenten einfach über einen längeren Zeitraum durch den Durchflussreaktor und/oder verwendet mehrere Reaktoren parallel.

Trotz all der potentiellen Vorteile ist die Durchfluss-Technologie noch lange nicht etabliert, viele Fragen sind nach wie vor offen. Dieses Labor konzentriert sich auf Anwendungen der Durchflusschemie unter hohen Temperaturen und hohem Druck, insbesondere bei eher langsam ablaufenden Reaktionen. Konkret geht es um synthetische organische Umwandlungen mit Interesse für die Pharma- Agro und Feinchemieindustrie. Thema sind aber auch biokatalytische und photochemische Prozesse sowie die Herstellung von Nanopartikeln.