Co je mikroreaktor?
Mikroreaktor je zařízení velmi malého rozsahu, ve kterém mohou probíhat chemické reakce. Obvykle měří délku a šířku menší než 2,54 cm a pravděpodobně i tloušťku menší než šestnáctina palce (1,56 mm), i když se rozměry liší. Normálně bude mít vstupní a výstupní trubice s malými kanály nebo komorami uvnitř, ve kterých se reakce odehrávají. Reaktanty a produkt jsou obvykle kapaliny - kapaliny nebo plyny - které mohou být zaváděny pomocí malých čerpadel nebo elektro-osmózy. Od roku 2011 se mikroreaktory používají pouze pro experimentální a prototypové účely, ale existuje reálná šance na jejich využití ve velkém počtu pro hromadnou výrobu užitečných chemikálií.
Zařízení je obvykle konstruováno leptáním malých kanálků na vhodný materiál podobným způsobem jako výroba integrovaných obvodů. Mohou být vyrobeny z křemíkových destiček, skla, kovu nebo keramických materiálů. Kanály nemusí být širší než lidské vlasy. Leptání může být provedeno laserem, elektrickým výbojem nebo chemickými prostředky. Mikroreaktor je často vyroben ze dvou leptaných desek spojených dohromady.
Mikroreaktory nabízejí některé významné výhody oproti tradičnějším prostředkům provádění chemických reakcí ve větším měřítku. Vysoký poměr povrchu k objemu umožňuje reakci probíhat rychleji a často při nižší teplotě, než je možné ve větších měřítcích. Vysoce exotermické reakce, které by za normálních okolností byly potenciálně nebezpečné nebo škodlivé pro zařízení, lze bezpečně provádět; veškeré vytvářené teplo se rychle rozptýlí díky mnohem menším objemům reakčních složek. Selhání v některé části tradiční chemické továrny by mohlo mít za následek uvolnění velkého množství nebezpečných chemických látek nebo úplné zastavení výroby. Na rozdíl od toho by zařízení sestávající z velkého množství mikroreaktorů nebylo významně ovlivněno selháním jedné části.
Mikroreaktory obvykle pracují s nepřetržitým tokem reakčních složek. Přestože je rychlost výstupu z jednotlivých mikroreaktorů zřejmě velmi nízká, lze ji přesto považovat za malou továrnu. Existuje potenciál zaměstnávat velmi velké množství hromadně vyráběných mikroreaktorů naskládaných do sebe, aby se poskytovaly výrobky v ekonomicky životaschopném měřítku, a řada možností se zkoumá.
Použití mikroreaktorů v organické syntéze je jednou z velmi slibných oblastí. Nabízejí rychlé míchání reakčních složek, rychlé reakční doby, zvýšené výtěžky a bezpečné zacházení s toxickými a výbušnými sloučeninami. Zvětšení z laboratorní na průmyslovou výrobu nezahrnuje žádnou změnu postupů k dosažení optimálních výtěžků - jednoduše by to bylo přidání více mikroreaktorových jednotek.
Dalším možným komerčním využitím je výroba bionafty, alternativy k fosilním palivům. Současné způsoby výroby vyžadují, aby se hlavní suroviny, rostlinný olej a methanol, smísily s katalyzátorem a nechaly se několik hodin pro dokončení reakce. V mikroreaktoru s bionaftou je reakce téměř okamžitá a opětovné rozšíření procesu na produkci užitečných množství by jednoduše zahrnovalo kombinaci velkého počtu mikroreaktorů.
Existuje však řada problémů, které musí být překonány, aby se dosáhlo ekonomické velkovýroby chemikálií pomocí mikroreaktorů. Jedním z nich je účinek stěny: reaktanty a produkty mají tendenci přilnout ke stěnám reakční komory. To je obecně nevýznamné pro tradiční chemickou výrobu za použití velkých reakčních nádob, ale v mikro-měřítku může dojít ke ztrátě významné části potenciálního výtěžku. Dalším problémem je, že je obtížné provádět reakce zahrnující pevné látky, buď jako reaktanty nebo jako produkty, v mikroreaktoru, protože mají tendenci ucpávat kanály.