Hva er en mikroreaktor?
En mikroreaktor er en meget liten anordning der kjemiske reaksjoner kan finne sted. Vanligvis måler den mindre enn 2,54 cm i lengde og bredde og kanskje mindre enn en sekstende tomme (1,56 mm) i tykkelse, selv om dimensjonene varierer. Det vil normalt ha inngangs- og utgangsrør, med bittesmå kanaler eller kammer inne, der reaksjonene finner sted. Vanligvis er reaktantene og produktet væsker - væsker eller gasser - som kan innføres ved hjelp av bittesmå pumper eller elektro-osmose. Fra 2011 brukes mikroreaktorer bare til eksperimentelle og prototypeformål, men det er reelle utsikter til å ansette dem i stort antall for masseproduksjon av nyttige kjemikalier.
Enheten er normalt konstruert ved å etse bittesmå kanaler på et passende materiale på en lignende måte som produksjonen av integrerte kretsløp. De kan være laget av silisiumskiver, glass, metall eller keramiske materialer. Kanalene er kanskje ikke bredere enn et menneskehår. Etsingen kan utføres ved laser, elektrisk utladning eller ved kjemiske midler. Ofte er mikroreaktoren laget av to etsete plater som er klemt sammen.
Mikroreaktorer tilbyr noen betydelige fordeler fremfor mer tradisjonelle, større skalaer for å utføre kjemiske reaksjoner. Det høye forholdet mellom overflate og volum gjør det mulig for reaksjoner å gå raskere og ofte ved en lavere temperatur enn det som er mulig ved større skalaer. Svært eksoterme reaksjoner som normalt kan være potensielt farlige eller ødelegge for utstyr, kan utføres trygt; all varme som genereres forsvinner raskt på grunn av de mye mindre volumene av reaktanter. En svikt i en del av et tradisjonelt kjemisk anlegg kan føre til frigjøring av store mengder farlige kjemikalier eller fullstendig stanse produksjonen. I kontrast til dette, ville en plante som består av et stort utvalg av mikroreaktorer ikke bli vesentlig påvirket av svikt i en del.
Vanligvis arbeider mikroreaktorer med en kontinuerlig strøm av reaktanter. Selv om ytelsen fra en individuell mikroreaktor åpenbart er veldig liten, kan den likevel betraktes som en liten fabrikk. Det er potensialet å ansette meget store masseproduserte mikroreaktorer stablet sammen for å skaffe produkter i økonomisk levedyktig skala, og en rekke muligheter er under utredning.
Bruken av mikroreaktorer i organisk syntese er et veldig lovende område. De tilbyr rask blanding av reaktanter, raske reaksjonstider, økte utbytter og sikker håndtering av giftige og eksplosive forbindelser. Oppskalering fra laboratorium til industrielt nivå innebærer ingen endring i prosedyrene for å oppnå optimale utbytter - det vil ganske enkelt være et spørsmål om å legge til flere mikroreaktorenheter.
En annen potensiell kommersiell bruk er i produksjon av biodiesel, et alternativ til fossilt brensel. Aktuelle produksjonsmetoder krever at de viktigste råvarene, vegetabilsk olje og metanol, blandes med en katalysator og får stå i flere timer for å fullføre reaksjonen. I en biodiesel-mikroreaktor er reaksjonen nærmest øyeblikkelig, og igjen, å skalere prosessen opp for å produsere nyttige mengder, vil ganske enkelt innebære å kombinere et stort antall mikroreaktorer.
Det er imidlertid en rekke problemer som må overvinnes for å oppnå økonomisk storstilt produksjon av kjemikalier ved bruk av mikroreaktorer. En av disse er veggeffekten: reaktanter og produkter har en tendens til å feste seg til reaksjonskammerets vegger. Dette er generelt ubetydelig for tradisjonell kjemisk fremstilling ved bruk av store reaksjonsbeholdere, men i mikroskala kan en betydelig andel av potensielt utbytte gå tapt. Et annet problem er at det er vanskelig å utføre reaksjoner som involverer faste stoffer, enten som reaktanter eller som produkter, i en mikroreaktor når de har en tendens til å tette opp kanalene.