Sprühtechnologie zur großtechnischen Nanopartikelproduktion
Der globale Markt für Nanooxide nimmt heute den vierfachen Wert wie vor ebenso vielen Jahren ein. Trotz der zunehmenden Präsenz von Nanopartikeln in einer Vielzahl von Produkten und Technologien bleibt deren Herstellung vorerst schwierig und teuer, da die meisten Verfahren mehrere Produktionsschritte umfassen. Die an dem Projekt ADVANCE-FSP arbeitenden EU-finanzierten Wissenschaftler betrieben einen vielversprechenden schrittweisen Prozess vom Labormaßstab bis zu einem Prototypen der industriellen Produktionslinie, um diese Barriere zu überwinden. Mit Hilfe der Flammsprühpyrolyse kann eine Vielzahl von modernen anorganischen Nanopartikeln in einem einzigen Schritt synthetisiert werden, was für erhebliche Einsparungen an Zeit, Material und Geld sorgt. Zum Zeitpunkt des Projektvorschlags ergab die Produktion im Labormaßstab jedoch nur ein paar hundert Gramm pro Stunde (h). Außerdem nahm bei in der Vergangenheit durchgeführten Versuchen zur Hochskalierung üblicherweise die Größe der Metalloxid-Nanopartikel in unerwünschter Weise zu. Das Team setzte In-Line-Messmethoden ein, um Formulierungen und Prozessparameter zu optimieren. Die Forscher unterstützten die experimentelle Arbeit mittels CFD-Modellierung (numerische Strömungsmechanik, Computational Fluid Dynamics) und Simulationen. Die Wissenschaftler erreichten durch schrittweise Produktionssteigerungen ihr Produktionsziel von 5 kg/h und stellten einen Weltrekord in der Flammsprühpyrolyse-Kapazität auf. Gründliche Analysen der Sicherheit und des Nanopartikel-Risikomanagements gemäß anerkannten Verfahren resultierten in einer industriellen Fertigungslinie, bei der die Notwendigkeit eines menschlichen Kontakts mit den Nanopulvern vollständig beseitigt ist. In ihr findet die automatisierte Zuführung von Nanopartikeln und eine automatisierte Förderung und Verpackung der Produkte statt. Wirtschaftliche Analysen wiesen das Potenzial der Flammsprühpyrolyse nach, die Handelspreise in einigen Fällen um die Hälfte zu senken. Umweltstudien zeigen einen klaren Vorteil der Technologie auf, der vor allem darauf zurückzuführen ist, dass große Mengen an Lösungsmitteln wegfallen. Obwohl der globale Markt für Nanomaterialien gewaltig ist, greift man bei den Produkten immer noch weitgehend auf ältere und besser eingeführte Nanopartikel zurück. Ist man nun in der Lage, große Mengen neuer Typen schnell und kostengünstig zu produzieren, könnte die Tür zu spannenden Produkten aufgestoßen werden, die bislang nicht möglich waren. Gleichzeitig rückt die EU damit in eine technologische Vorreiterrolle und trägt auf diese Weise wesentlich zum wirtschaftlichen Wohlstand der europäischen Länder und ihrer Bürgerinnen und Bürger bei.
Schlüsselbegriffe
Flammsprühpyrolyse, Nanopartikel, Metalloxid, Industrieproduktion, industrielle Fertigung
