Höhere chemische Ausbeuten bei verringerten Produktionszeiten
Mikrowellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz können die Zeiten chemischer Reaktionen drastisch von mehreren Stunden bis auf einige Minuten verringern. Dies bedeutet, dass kontrolliertere Reaktionen durchgeführt werden können und so die umweltfreundliche grüne Chemie realisierbar ist. Bis jetzt gelang lediglich die Verwendung eines Laborsystems, um einige wenige Kubikzentimeter Chemikalien herzustellen. Das MICROCHEM-Projekt ("A Multipurpose Industrial Chemical Reactor Using Tuneable Frequency Microwaves") ist ein Projekt, das darauf ausgerichtet ist, den Prototypen eines chemischen Reaktor zu entwickeln, bei dem die Mikrowellenchemie zur kontinuierlichen Produktion von Chemikalien in industriellen Mengen eingesetzt wird. Die Ziele des EU-finanzierten Projekts umfassten auch die Verwendung der lösungsmittelfreien Chemie, um Probleme der Beseitigung von Abfallstoffen zu vermeiden und einen Entwicklungssprung bezüglich der effizienten Anwendung von Ressourcen zu erreichen. Den Forschern gelangen zum ersten Mal bei der Kombination der Technologien des Microwave Spinning Disc Reactor (MSDR) und des Microwave Continuous Flow Reactor (MCFR) sowie von Mikrowellenquellen Fortschritte, um die Reaktionstemperatur zu optimieren. Eine abstimmbare Frequenz ermöglicht die Optimierung des Mikrowellenprozesses auf allen Stufen mit dem Ziel, eine maximale Produktionsausbeute zu erzielen und die erforderliche Zeit für die chemischen Extraktionsverfahren zu verringern. Die Projektpartner entwickelten, bauten und erprobten erfolgreich chemische Mikrowellenreaktoren, die bei Frequenzen zwischen 3 GHz und 26 GHz mit unterschiedlicher Mikrowellenleistung betrieben wurden, und vervollständigten die theoretische und elektromagnetische Modellierung für die Mehrzweck-Mikrowellen-Chemiereaktoren. Diese Bemühungen ermöglichten die Untersuchung der thermischen und nicht-thermischen Effekte der Mikrowellen auf die chemisch-physikalischen Eigenschaften vor, während und nach der Interaktion mit der Mikrowellenenergie. Andere Mikrowellenreaktoren, einschließlich eines MCFR, konnten entwickelt, konstruiert und erprobt werden. Hier kam ein neues Verfahren der Strömungschemie zur Optimierung der Reaktion, der Synthese und der Aufskalierung der chemischen Reaktionen zur Verwendung. Eine Computersteuerung unter Einsatz mehrerer Sensoren wurde für chemische Reaktionen, die in MSDR- und MCFR-Systemen mit optimierten Parametern durchgeführt werden sollten, entwickelt und konstruiert. Die Ergebnisse zeigten wichtige Durchbrüche bezüglich der Effizienz, der Energieeinsparungen und der Umweltfragen. Die Größe der entwickelten Reaktoren ermöglicht die Erzielung eines exzellenten Wärme- und Massentransfers, der im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Systemen zu höheren Produktionsausbeuten führt. Den Mitgliedern des MICROCHEM-Projekts gelang es, die Produktionszeiten drastisch zu verringern. 200 ml konnten dank der Prozesse, die mithilfe des Microwave Spinning Disc Reactors und des Microwave Continuous Flow Reactors optimiert wurden, in nur wenigen Minuten hergestellt werden. Solche Experimente haben das Verständnis, wie Mikrowellenenergie zur deutlichen Beschleunigung der polaren chemischen Reaktionen Anwendung finden kann, umfangreich erweitert. Die Projektergebnisse werden der Mikrowellenforschung sowie dem Chemiesektor durch eine Konsolidierung der Beschäftigungsmöglichkeiten sowie durch die Schaffung eines technologischen Vorsprungs gegenüber internationalen Wettbewerbern helfen.
