Ultraschall gegen Klumpen im Reaktor

Löwen/Enschede (pte004/19.12.2018/06:15) - Die chemische Industrie liebäugelt mit winzigen Reaktoren, in die nur ein paar Mikroliter passen. Darin verschmelzen Chemikalien zu neuen Produkten. Hunderte oder gar tausende von ihnen produzieren parallel, sodass auch große Mengen bewältigt werden können. Doch die Winzlinge haben einen großen Nachteil: Die feinen Kanäle, durch die die Chemikalien strömen, verstopfen leicht - ein Problem, für das Forscher der Katholischen Universität Löwen http://kuleuven.be ein Lösung gefunden haben.

Höhere Frequenz als Schlüssel

Die Chemieingenieure um Simon Kuhn und Zhengya Dong setzen mit Ultraschall winzige Partikel in Bewegung, um Verstopfungen auflösen. Mit Kollegen der University of Twente http://utwente.nl haben sie es anfangs mit niederfrequentem Ultraschall probiert. "Doch diese Methode ist zerstörerisch", sagt Kuhn. Es bilden sich sogenannte Kavitationsblasen, die beim Platzen Partikel zerstören und letztlich den ganzen Reaktor. "Außerdem heizen die Wellen den Reaktor auf", so Kuhn.

Dann versuchten sie es mit Schallwellen einer höheren Frequenz. Diese mussten präzise auf die Stellen ausgerichtet werden, an denen sich Klumpen bilden. Tatsächlich entfernte dieser Ultraschall jene Partikel, die sich an die Wände der nur 0,5 Millimeter dicken Kanäle hefteten, sodass sie von der durchströmenden Flüssigkeit mitgerissen wurden. Die Reaktoren bestehen aus Silizium, in die Reaktionskammern und Kanäle eingeätzt werden. Die Ultraschallquelle positionierten die Forscher so, dass sie innigen Kontakt zum Reaktor hat.

Mikroreaktor widersteht Reaktion

Die Forscher testeten ihre beschallten Mikroreaktoren, indem sie Kalziumkarbonat und Bariumsulphat miteinander reagieren ließen. Das geschieht mit großer Heftigkeit. Es bildet sich ein anorganisches Salz, das zur Klumpenbildung neigt. Die Schallwellen lösten sie auf. Es entstand das gewünschte Produkt und der Reaktor blieb heil. "Wenn es mit diesen Chemikalien klappt, gelingt es mit allen", meint Kuhn. Freudig registrierten die Forscher, dass der Schall die Durchmischung fördert, sodass die Reaktion schneller abläuft.

Die Produktion von Chemikalien in Mikroreaktoren hat mehrere Vorteile gegenüber der heutigen Praxis, bei der sehr große Behälter eingesetzt werden. Wenn es in den Winzlingen eine Explosion gibt, sind die Folgen unspektakulär, weil es nur um kleine Mengen geht. Bei Großbehältern kann es dagegen zu Katastrophen kommen. Mit Mikroreaktoren lassen sich gewünschte Produkte in genau den Mengen herstellen, die gerade benötigt werden. Eine Lagerhaltung ist überflüssig. Außerdem entsteht weniger Abfall. "Es ist eine Technik, die für die Industrie von großer Bedeutung ist", resümiert Kuhn.

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