Motivation und Hintergrund

In der Verfahrenstechnik entscheiden lokale Größen wie Temperatur, Druck, Konzentration, etc. über den Verlauf einer Umsetzung mit gravierenden Auswirkungen auf Produkteigenschaften, Ausbeute und Selektivität. Bei mehrphasigen Systemen sind die Zusammenhänge zwischen äußeren Parametern, lokalen Bedingungen und verfahrenstechnischen Zielgrößen besonders komplex und entziehen sich heute weitgehend einer zuverlässigen quantitativen Beschreibung. In konventionellen Apparaten fehlen oft auch Möglichkeiten, die lokalen Verhältnisse geeignet zu steuern.

Mikroreaktoren, gekennzeichnet durch enge Strömungskanäle, ermöglichen eine bessere Kontrolle lokaler Prozesse durch ihre hohe Wärme- und Stoffübertragungsleistung bezogen auf das Fluidvolumen. Dies gestattet detaillierte Untersuchungen unter definierten Bedingungen. Es kann die Unterdrückung unerwünschter Nebenreaktionen bewirken und neue Reaktionswege eröffnen, die umweltfreundlicher sind oder von kostengünstigeren Edukten ausgehen. Mit Mikroreaktoren erzielbare Durchsätze erlauben die Synthese von Spezialchemikalien in adäquater Menge und innerhalb adäquater Zeit. Mikroreaktorsysteme können zudem flexibel an spezifische Synthesen angepasst werden. Sie stellen somit eine günstige Plattform für Forschung und Produktion in diesem Bereich dar.

In Verbindung mit Prozessanalytischen Methoden lassen sich mit Mikroreaktoren kompakte automatisierte Systeme realisieren, die neue Erkenntnisse über die Einflüsse lokaler Bedingungen auf die verfahrenstechnischen Zielgrößen erwarten lassen. Diese können genutzt werden, um die Verfahrensentwicklung zu beschleunigen und um fortgeschrittene Produktionssysteme zu entwerfen. Voraussetzung sind miniaturisierte Sensoren, die sensitiv und selektiv für wichtige chemische Prozessgrößen sind, stabile und kontinuierliche Signale liefern und sich in Mikrokanäle integrieren lassen. Sensoren und Mikrosysteme müssen den harschen Bedingungen chemischer Syntheseverfahren standhalten und hierzu bezüglich Design, Materialien und Fertigungsverfahren sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Dies ist eine interdisziplinäre Forschungs- und Entwicklungsaufgabe, die Expertise in Mikrofertigung, Chemie und Verfahrenstechnik verlangt.