Hvad er en mikroreaktor?
En mikroreaktor er en meget lille skala, hvor kemiske reaktioner kan finde sted. Typisk måler den mindre end 2,54 cm i længde og bredde og måske mindre end en sekstendedel af en tomme (1,56 mm) i tykkelse, selvom dimensioner varierer. Det vil normalt have indgangs- og udgangsrør med små kanaler eller kamre indeni, hvor reaktionerne finder sted. Normalt er reaktanterne og produktet væsker - væsker eller gasser - som kan indføres ved hjælp af små pumper eller elektro-osmose. Fra 2011 bruges mikroreaktorer kun til eksperimentelle og prototype formål, men der er reelle udsigter til at anvende dem i stort antal til masseproduktion af nyttige kemikalier.
Enheden er normalt konstrueret ved at etse små kanaler på et passende materiale på en lignende måde som fremstillingen af integrerede kredsløb. De kan være fremstillet af siliciumskiver, glas, metal eller keramiske materialer. Kanalerne er måske ikke bredere end et menneskehår. Ætsningen kan udføres ved laser, elektrisk udladning eller ved kemiske midler. Ofte er mikroreaktoren lavet af to ætsede plader, der er klemt sammen.
Mikroreaktorer tilbyder nogle væsentlige fordele i forhold til mere traditionelle, større skalaer til at udføre kemiske reaktioner. Det høje forhold mellem overfladeareal og volumen gør det muligt for reaktionerne at gå hurtigere og ofte ved en lavere temperatur, end det er muligt ved større skalaer. Meget eksoterme reaktioner, der normalt ville være potentielt farlige eller ødelægge udstyr, kan udføres sikkert; al frembragt varme spredes hurtigt på grund af de meget mindre mængder reaktanter. En svigt i en del af et traditionelt kemisk anlæg kan resultere i frigivelse af store mængder af farlige kemikalier eller helt nedlukke produktionen. I modsætning hertil ville en plante, der består af en lang række mikroreaktorer, ikke blive væsentligt påvirket af svigt i en del.
Normalt arbejder mikroreaktorer med en kontinuerlig strøm af reaktanter. Selvom outputhastigheden fra en individuel mikroreaktor åbenlyst er meget lille, kan den ikke desto mindre betragtes som en lille fabrik. Der er potentiale til at ansætte et meget stort antal masseproducerede mikroreaktorer stablet sammen for at levere produkter i økonomisk levedygtig skala, og en række muligheder undersøges.
Brugen af mikroreaktorer i organisk syntese er et meget lovende område. De tilbyder hurtig blanding af reaktanter, hurtige reaktionstider, øget udbytte og sikker håndtering af giftige og eksplosive forbindelser. Opskalering fra produktion til laboratorie til industrielt niveau indebærer ingen ændring af procedurerne for at opnå optimale udbytter - det vil simpelthen være et spørgsmål om at tilføje flere mikroreaktorenheder.
En anden potentiel kommerciel anvendelse er produktion af biodiesel, et alternativ til fossile brændstoffer. Aktuelle produktionsmetoder kræver, at de vigtigste råmaterialer, vegetabilsk olie og methanol, blandes med en katalysator og henlades i flere timer for at afslutte reaktionen. I en biodiesel-mikroreaktor er reaktionen næsten øjeblikkelig, og at en skalering af processen for at producere nyttige mængder ville simpelthen involvere en kombination af et stort antal mikroreaktorer.
Der er imidlertid en række problemer, der skal overvindes for at opnå økonomisk storstilet produktion af kemikalier ved hjælp af mikroreaktorer. En af disse er vægvirkningen: reaktanter og produkter har en tendens til at klæbe fast på reaktionskammerets vægge. Dette er generelt ubetydeligt til traditionel kemisk fremstilling ved anvendelse af store reaktionsbeholdere, men i mikroskala kan en betydelig del af det potentielle udbytte gå tabt. Et andet problem er, at det er vanskeligt at udføre reaktioner, der involverer faste stoffer, enten som reaktanter eller som produkter, i en mikroreaktor, da de har en tendens til at tilstoppe kanalerne.