Microreactors: chemische fabrieken op zakformaat

Share Button

Wie wel eens in het Botlekgebied of een ander industriegebied met chemische industrie komt, ziet al van verre de monsterachtige fractioneringskolommen en reactorvaten van olieraffinaderijen en dergelijke opdoemen. Ook in de fijnchemie is een reactorvat van minstens enkele kubieke meters standaard. Daar zou wel eens totaal verandering in kunnen komen met een nieuw, microscopisch klein type reactor. Eindelijk een einde aan chemische milieurampen?

Batchproces en continuproces
Er zijn twee fundamenteel verschillende manieren om chemische reacties in een fabriek plaats te laten vinden. De eerste is een tank vol laten lopen met de uitgangsproducten en na een bepaalde tijd het reactieproduct afvoeren, een batchproces. Soep koken is een typisch voorbeeld van een batchproces. Je gooit alles in een pan en het reactieproduct is na enige tijd klaar. Gaat er wat mis, bijvoorbeeld omdat de pan aan is gebrand of omdat je teveel zout in de soep hebt gegooid, dan kan je de hele pan soep weggooien. Dit is, met het voortdurend moeten schoonmaken (bij de soepproductie ook wel bekend als “afwas”),  een belangrijk nadeel van batchproductie. Ook moet je voortdurend roeren en willen ondanks alle goede zorgen nog wel eens ongerechtigheden achterblijven.

De tweede mogelijkheid is een continuproces, zoals bijvoorbeeld in een geiser, waar aardgas en zuurstof met elkaar reageren en zo waterdamp, kooldioxide en – waar het uiteraard om gaat – warmte voor het water leveren. Dit is voor soep minder praktisch omdat de hoeveelheden domweg te groot zijn.Voor massaprocessen is dit zeer interessant omdat er een continue stroom ontstaat en het proces veel scherper te controleren is.

Gaan dit soort monsterlijk grote chemische reactortanks de weg op van de dino?

Gaan dit soort monsterlijk grote chemische reactortanks de weg op van de dino?

Microreactor
Kortom: wat je wilt is een continuproces dat bij wijze van spreken ook druppels per seconde kan produceren. Erg belangrijk voor de kleinchemie, zoals bijvoorbeeld voor medicijnen en pigmenten. Precies dat hebben onderzoekers van de Zwitserse Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, vakgroep Katalytische Reactieontwerp (GGRC), bereikt. In hun nieuwe ontwerp voor een reactor wordt de vloeistof in zeer kleine volumes onderverdeeld: microkanaaltjes met elk een doorsnede van enkele honderden micrometer.

Veiliger, betere kwaliteit, minder milieuvervuiling en efficiënter
Het voornaamste voordeel is de veel hogere veiligheid, aldus hoogleraar en vakgroepvoorzitter Lioubov Kiwi. De explosie of giftige werking van een vat met duizenden liters chemicaliën is uiteraard veel groter dan diezelfde chemicaliën in een haarvat. Ook kan de temperatuur – essentieel voor het regelen van thermodynamische evenwichten en hiermee dus de reactie – veel nauwkeuriger worden geregeld. Ook werkt dit nieuwe systeem continu. Aan de ene kant worden de uitgangsstoffen aangevoerd, aan de andere kant het reactieproduct afgetapt.

Kleiner en beter, dus goedkoper
Dat is nog niet alles. Ook bespaart de nieuwe reactor maar liefst twintig procent op de aanvoer van materialen (waardoor ook veel minder chemisch afval wordt geproduceerd). Ook is de nieuwe installatie tien keer zo klein als de bestaande, monsterachtige reactorvaten. Tot slot is de productkwaliteit veel beter. Volgens een insider in de medische wereld waarmee Visionair contact heeft, is de armzalige kwaliteit van de gezuiverde werkzame stof in medicijnen vaak een reden dat patiënten in de praktijk minder goed reageren op medische preparaten dan testgroepen, die met zeer zuivere, op kleine schaal ‘analytic grade’ geproduceerde werkzame stof worden behandeld. Kortom: niet alleen het milieu en de portemonnee, maar ook de gezondheid zou wel eens wel kunnen varen bij deze opmerkelijke uitvinding.

Bronnen:
EPFL News, 2012
Madhvanand Kashid, Albert Renken en Lioubov Kiwi, Mixing efficiency and energy consumption for five generic microchannel designs, Chemical Engineering Journal, 2011

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger