¿Qué es un microrreactor?
Un microrreactor es un dispositivo a muy pequeña escala en el que pueden producirse reacciones químicas. Por lo general, mide menos de una pulgada (2.54 cm) de largo y ancho y quizás menos de un dieciseisavo de pulgada (1.56 mm) de grosor, aunque las dimensiones varían. Normalmente tendrá tubos de entrada y salida, con pequeños canales o cámaras en el interior, en los que tienen lugar las reacciones. Por lo general, los reactivos y el producto son fluidos, líquidos o gases, que pueden introducirse usando pequeñas bombas o electroosmosis. A partir de 2011, los microrreactores se utilizan solo con fines experimentales y de creación de prototipos, pero existe una posibilidad real de emplearlos en grandes cantidades para la producción en masa de productos químicos útiles.
El dispositivo se construye normalmente grabando pequeños canales en un material adecuado de manera similar a la fabricación de circuitos integrados. Pueden estar hechos de obleas de silicio, vidrio, metal o materiales cerámicos. Los canales pueden no ser más amplios que un cabello humano. El grabado puede realizarse mediante láser, descarga eléctrica o por medios químicos. A menudo, el microrreactor está hecho de dos placas grabadas juntas.
Los microrreactores ofrecen algunas ventajas significativas sobre los medios más tradicionales y de mayor escala para llevar a cabo reacciones químicas. La alta relación superficie-área-volumen permite que las reacciones se desarrollen más rápidamente y, a menudo, a una temperatura más baja de lo que es posible a escalas más grandes. Las reacciones altamente exotérmicas que normalmente serían potencialmente peligrosas o perjudiciales para el equipo pueden llevarse a cabo de manera segura; cualquier calor generado se disipa rápidamente debido a los volúmenes mucho más pequeños de reactivos. Una falla en alguna parte de una planta química tradicional podría resultar en la liberación de grandes cantidades de químicos peligrosos o detener por completo la producción. En contraste, una planta que consiste en una gran variedad de microrreactores no se vería afectada significativamente por la falla de una parte.
Por lo general, los microrreactores funcionan con un flujo continuo de reactivos. Aunque la tasa de salida de un microrreactor individual es obviamente muy pequeña, puede considerarse como una pequeña fábrica. Existe el potencial de emplear un gran número de microrreactores producidos en masa apilados juntos para proporcionar productos en una escala económicamente viable, y se están investigando varias posibilidades.
El uso de microrreactores en síntesis orgánica es un área muy prometedora. Ofrecen una mezcla rápida de reactivos, tiempos de reacción rápidos, mayores rendimientos y manejo seguro de compuestos tóxicos y explosivos. La ampliación de la producción de laboratorio a nivel industrial no implica ningún cambio en los procedimientos para lograr rendimientos óptimos; simplemente se trata de agregar más unidades de microrreactores.
Otro uso comercial potencial es en la producción de biodiesel, una alternativa a los combustibles fósiles. Los métodos actuales de producción requieren que las principales materias primas, aceite vegetal y metanol, se mezclen con un catalizador y se dejen durante varias horas para completar la reacción. En un microrreactor de biodiésel, la reacción es casi inmediata y, nuevamente, ampliar el proceso para producir cantidades útiles simplemente implicaría combinar una gran cantidad de microrreactores.
Sin embargo, hay una serie de problemas que deben superarse para lograr una producción económica de productos químicos a gran escala utilizando microreactores. Uno de estos es el efecto de pared: los reactivos y los productos tienden a adherirse a las paredes de la cámara de reacción. Esto es generalmente insignificante para la fabricación química tradicional que utiliza grandes recipientes de reacción, pero en la microescala, se puede perder una proporción significativa del rendimiento potencial. Otro problema es que es difícil realizar reacciones que involucren sólidos, ya sea como reactivos o como productos, en un microrreactor, ya que tienden a obstruir los canales.