Flexible Hydrierung

Zur Herstellung von Margarine werden Pflanzenöle hydriert, sodass sie bei Raumtemperatur fest sind. Solche Hydrierungen sind Reaktionen, bei denen Wasserstoff andere Elemente einer Substanz ersetzt oder sich an freie Doppelbindungen anlagert. Die Herstellung vieler Chemikalien oder Pharmazeutika basiert auf Hydrierungsreaktionen. Hydrierungen sind oft Mehrphasenreaktionen, das heißt, es sind gasförmiger Wasserstoff, flüssige Reaktionspartner sowie ein fester Katalysator beteiligt. Um solche Reaktionen durchzuführen, gibt es derzeit im Wesentlichen zwei Verfahren. Häufig schütten Verfahrenstechniker den flüssigen Ausgangsstoff zusammen mit Katalysatorpulver in einen Rührkessel und leiten von unten Wasserstoffgas ein. Eine andere Möglichkeit ist die Produktion in einem Schlaufenreaktor, wobei ein hoher Energieaufwand zur Produktabtrennung nötig ist. Mit beiden Ansätzen läuft die Reaktion langsam ab und man benötigt lange Entwicklungszeiten bis zur Markteinführung. Wissenschaftler am Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT haben einen chemischen Reaktor entwickelt, der aus drei unterschiedlichen, schichtweise angeordneten Metallfolien aufgebaut ist. Die erste Schicht weist Kanäle auf, durch die ein Kühlmittel geleitet werden kann. Die zweite Schicht ist ebenfalls mit Kanälen versehen, die von Wasserstoffgas durchströmt werden können. Über die Oberfläche der dritten Schicht schließlich strömt der flüssige Reaktionspartner. Diese Schicht ist mit Säulen von etwa einem halben Millimeter Durchmesser bedeckt und wird mit Katalysatorpulver befüllt; die Säulen sorgen für eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit und des Katalysators. Die Metallfolie ist außerdem von kleinen Löchern durchbrochen, sodass Wasserstoffgas und Flüssigkeit in Kontakt kommen und miteinander zum gewünschten Produkt reagieren. Durch den modularen, schichtweisen Aufbau ermöglicht der chemische Reaktor die flexible Anpassung an Produktionsmengen und eignet sich insbesondere für die Herstellung von Spezialchemikalien und Pharmazeutika. Im Vergleich zu etablierten Verfahren erlaubt er höhere Reaktionstemperaturen, eine energieeffizientere Produktion und kürzere Produkteinführungszeiten (Time-to-Market). Das KIT sucht Partner zur Weiterentwicklung und Anwendung des Mikrostrukturreaktors.