Nachhaltige Chemie in Miniatur
Katalysatoren sind Zusatzstoffe für chemische Reaktionen, welche die Reaktionsgeschwindigkeiten beschleunigen, die Ausbeuten steigern und die Reinheit der Endprodukte verbessern. Noch aktivere, stabilere und selektivere Katalysatoren sind ein bedeutendes Forschungsziel, hiner dem ein großer globaler Markt steht. Die EU-finanzierte Initiative POLYCAT (Modern polymer-based catalysts and microflow conditions as key elements of innovations in fine chemical syntheses) zielte darauf ab, neue Nanopartikelkatalysatoren zu erschaffen, die mit nachhaltigeren Lösungsmitteln innerhalb neuartiger Mikroreaktorbauformen eingesetzt werden können. Die Wissenschaftler entwickelten hier verschiedene Nanopartikelkatalysatoren, die für die Industrie von Nutzen sein könnten. Zusätzlich setzte man bei POLYCAT auf verschiedene biologische und synthetische Polymere, um Träger bzw. Gerüste für die Katalysatoren innerhalb eines Mikroreaktors zu erschaffen. Die Projektmitglieder entwickelten außerdem Verfahren, mit denen die Katalysatoren in die polymeren Träger einzufügen sind. Das Konsortium reichte mehrere Patentanmeldungen für diese neuartigen Katalysatorsysteme ein. Im nächsten Schritts konzipierte POLYCAT mehrere Mikroreaktoren und optimierte diese für verschiedene Prozesse, auf deren Grundlage Katalysatoren eingesetzt wurden. Mikroreaktoren sind miniaturisierte mikrofluidische Bauelemente, welche die präzise Steuerung der Reaktionsvariablen ermöglichen und minimale Mengen an Reagenzien verbrauchen. Die Wissenschaftler erprobten und bewerteten diese Mikroreaktorsysteme im Labor, bevor sie in einer industriellen Pilotanlage hochskaliert wurden. Außerdem konzipierte und erprobte das Team mit Erfolg ein Containeranlagenkonzept mit der Bezeichnung ECoTrainer. Kostenermittlung und Lebenszyklusanalysen lassen erahnen, dass die Projektresultate die Umweltbelastung um bis zu 20 % reduzieren und die Produktionskosten um 10 % senken könnten. Das ganzheitliche POLYCAT-Konzept für die chemische Synthese unter Einsatz neuartiger Katalysatorsysteme sollte weitgehenden Einfluss auf die EU-Feinchemie ausüben.
Schlüsselbegriffe
Katalysatoren, Feinchemikalien, Polymer, Nanopartikelkatalysatoren, Mikroreaktor, mikrofluidisch
