Mikroreaktor nach Maß für chemische Synthese

Wenn es um das Bejubeln hoher Unternehmensgewinne geht, ist die Pharmaindustrie stets vorne dabei. Das liegt an den teuren Produkten, auch APIs genannt (aktive pharmazeutische Ingredienzien), die unser Leben verlängern und die Kassen der Hersteller klingeln lassen. Die APIs werden entweder mit Mikroorganismen in Reaktionskesseln mit tausenden Litern Inhalt fermentiert oder mit chemischen Synthesen hergestellt. Um die aufwändigen Produktionsverfahren zu beschleunigen und sicherer zu machen, etwa zum Vermeiden der latenten Explosionsgefahr in der organischen Synthesechemie, denkt man immer öfter an kontinuierliche Prozesse in kleinen Reaktoren mit kleinen Volumina und großen Durchsätzen, erklärt Günter Köle, Leiter der Abteilung für analytische und synthetische Chemie bei Anton Paar.

Im Forschungsprojekt namens „CC Flow“, an dem auch Pharmagrößen wie Janssen, Patheon, Astra Zeneca  oder Lonza beteiligt sind, haben die Spezialisten von Anton Paar nun einen solchen Minireaktor „gedruckt“. „Wir haben nur drei Prototypen angefertigt, bis die finalen Maße und Dimensionen festgestanden sind“, erklärt Stefan Pfanner, Spezialist für das Laser-Sinter-Verfahren, das dem Reaktor Form verlieh; landläufig spricht man von Metall-3D-Druck. Die Entwicklungsarbeit leistete das Team rund um Prof. Oliver Kappe von der Universität Graz.

Reaktor aus dem Drucker

Der Mikroreaktor aus rostfreiem Stahl (316L-Pulver) ist etwas kleiner als ein Notizblock im Format A5 (genau genommen 164x93 mm) und etwa 3 cm dick. Er besteht aus einem schlangenförmigen Kühlkörper, um den die Reaktorkanäle mit 0,8 mm Innendurchmesser und einer Gesamtlänge von vier Metern  gewickelt sind. Es gibt vier Einlässe, zwei definierte Reaktionszonen und einen Auslass. Dieser spezielle Reaktortyp ist genau für eine chemische Reaktion optimiert: Die Umsetzung von Fluoroform, einem Treibhausgas (11700-mal so klimaschädlich wie Kohlendioxid) und Abfallprodukt bei der Produktion von Teflon (Pfannenbeschichtungen, GoreTex und mehr), zu einem neuen Baustein für die chemische Synthese. Als Rohstoffe kommen neben Fluoroform noch n-Butyllithium, Diphenylacetonitril und Methanol zum Einsatz. „Rostfreier Stahl ist das beste Material wegen der chemischen, mechanischen und thermischen Widerstandsfähigkeit und vor allem der guten Wärmeleitfähigkeit“, erklärt Stefan Pfanner.

Durch das Reaktordesign wird aus einem statischen, chemischen Syntheseprozess ein kontinuierliches Verfahren, das skalierbar ist, sagt Günter Köle. Koppelt man mehrere Reaktoren, lasse sich die Produktausbeute vervielfachen. Das Ziel bei Anton Paar ist nun, Mikroreaktoren nach Maß auch für andere Anwendungen zu entwickeln und zu drucken. Das Projekt wurde eben bei der Royal Society of Chemistry veröffentlicht und stieß bereits auf weiteres industrielles Interesse.

Der Minireaktor für die Umsetzung des Treibhausgases Fluoroform zu einem Baustein für die chemische Synthese. Der Reaktor wurde mit dem Laser-Sinter-Verfahren hergestellt.