Geringere Reaktionszeiten, weniger Abfallprodukte, einfacher Einsatz für die industrielle Produktion: Durchfluss-Reaktoren sind eine vielversprechende Methode zur Herstellung chemischer Stoffe, speziell für die Industrie. An der Karl-Franzens-Universität Graz wurde kürzlich das Christian Doppler Labor für Durchfluss-Chemie eingerichtet. Am 8. Oktober 2013 fand die offizielle Eröffnung im Meerscheinschlössl statt.
Vizerektor Peter Scherrer und die Leiterin des Instituts für Chemie, Univ.-Prof. Dr. Nadia Mösch-Zanetti, unterstrichen die Bedeutung des neuen CD-Labors für die Forschung an der Uni Graz. Wie das CD-Labor für Mikrowellenchemie unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr. Oliver Kappe, das von 2006 bis 2013 an der Karl-Franzens-Universität eingerichtet war, treibe es die wissenschaftliche Arbeit kräftig voran. Sieben Jahre lang werden nun mit Unterstützung des Wirtschaftsministeriums und gemeinsam mit den Unternehmenspartnern Anton Paar, ThalesNano, Lonza und MicroINNOVA Eigenschaften und Verhalten der Durchflussreaktoren grundlegend erforscht. Auf dieser Basis können die Unternehmen ihre Herstellungsmethoden verbessern.
Leiter des CD-Labors für Durchfluss-Chemie ist Ass.-Prof. Dr. Toma Glasnov. Der gebürtige Bulgare forscht seit vielen Jahren an der Uni Graz zu dieser innovativen Technologie, die er anlässlich der Labor-Eröffnung vorstellte. Im Vergleich zu den herkömmlichen sogenannten Batchverfahren hat die Durchfluss-Technologie gleich mehrere Vorteile. „Die für die Synthese nötigen Komponenten werden durch Reaktionskammern im Mikro- bzw. Milliliterbereich gepumpt. Die einzelnen Prozesse laufen nacheinander jeweils in einer Kammer ab, ohne dass das Reaktionsgemisch nach jedem Schritt herausgenommen und für den nächsten aufbereitet werden muss“, erklärte Glasnov.
Außerdem funktioniert in den kleinen Reaktoren mit rund 0,05 bis 1 Millimeter Durchmesser die Wärmeübertragung sehr gut. Die Temperatur lässt sich einfach und schnell verändern. „Dadurch können extreme Temperatur- und Druckbedingungen erzeugt werden. Das führt dazu, dass die chemischen Reaktionen wesentlich rascher und mit weniger Nebenreaktionen ablaufen – wodurch wiederum die Produktion gefährlicher Abfallstoffe vermieden werden kann“, so Glasnov. „Weiters werden die Komponenten in den Mikroreaktoren sehr effektiv durchmischt. Die Chemikalien lassen sich leichter gegen Luft und Feuchtigkeit isolieren, und gefährliche Verbindungen können sicherer produziert werden.“
Ein besonderer Pluspunkt im Hinblick auf die industrielle Anwendung ist, dass zur Produktion größerer Mengen die gleichen Reaktoren wie in der Forschung verwendet werden können, das Verfahren also nicht neu adaptiert werden muss. „Man pumpt die Komponenten einfach über einen längeren Zeitraum durch den Mikroreaktor oder verwendet mehrere Reaktoren parallel“, informierte Glasnov.
Das neue Christian Doppler Labor an der Uni Graz konzentriert sich in erster Linie auf Anwendungen der Durchfluss-Chemie unter hohen Temperaturen und hohem Druck. Dabei geht es um die Synthese von Stoffen, die für die Pharma-, Agro- und Feinchemieindustrie, wie zum Beispiel zur Herstellung von Pestiziden und Fungiziden, von Interesse sind. Thema sind aber auch biokatalytische und photochemische Prozesse sowie die Herstellung von Nanopartikeln.
Christian Doppler Labors gelten international als Best-Practice-Beispiel für die Förderung der Kooperationen hervorragender WissenschafterInnen aus anwendungsorientierter Grundlagenforschung mit innovativen Unternehmen. Träger des Programms ist das Wirtschaftsministerium. Finanziert werden die CD-Labors von der öffentlichen Hand gemeinsam mit den beteiligten Firmen.