O que é um micro-reator?
Um micro-reator é um dispositivo de escala muito pequena no qual reações químicas podem ocorrer. Normalmente, mede menos de 2,54 cm de comprimento e largura e talvez menos de 1,56 mm (1,56 mm) de espessura, embora as dimensões variem. Normalmente, possui tubos de entrada e saída, com minúsculos canais ou câmaras no interior, nas quais as reações ocorrem. Geralmente, os reagentes e o produto são fluidos - líquidos ou gases - que podem ser introduzidos usando pequenas bombas ou eletro-osmose. A partir de 2011, os micro-reatores são usados apenas para fins experimentais e de prototipagem, mas existe uma perspectiva real de empregá-los em grande número para a produção em massa de produtos químicos úteis.
O dispositivo é normalmente construído gravando pequenos canais em um material adequado, de maneira semelhante à fabricação de circuitos integrados. Eles podem ser feitos de bolachas de silicone, vidro, metal ou materiais cerâmicos. Os canais podem não ser mais amplos que um cabelo humano. A gravação pode ser realizada a laser, descarga elétrica ou por meios químicos. Freqüentemente, o microrreator é feito de duas placas gravadas juntas.
Os micro-reatores oferecem algumas vantagens significativas em relação aos meios mais tradicionais e de maior escala de realizar reações químicas. A alta relação superfície-área / volume permite que as reações prossigam com mais rapidez e frequência a uma temperatura mais baixa do que é possível em escalas maiores. Reações altamente exotérmicas que normalmente seriam potencialmente perigosas ou prejudiciais ao equipamento podem ser realizadas com segurança; qualquer calor gerado se dissipa rapidamente devido aos volumes muito menores de reagentes. Uma falha em alguma parte de uma planta química tradicional pode resultar na liberação de grandes quantidades de produtos químicos perigosos ou interromper completamente a produção. Por outro lado, uma planta que consiste em uma grande variedade de microrreatores não seria significativamente afetada pela falha de uma parte.
Geralmente, os micro-reatores operam com um fluxo contínuo de reagentes. Embora a taxa de saída de um micro-reator individual seja obviamente muito pequena, ela pode ser considerada uma pequena fábrica. Existe o potencial de empregar um número muito grande de microrreatores produzidos em massa, empilhados juntos para fornecer produtos em uma escala economicamente viável, e várias possibilidades estão sob investigação.
O uso de micro-reatores na síntese orgânica é uma área muito promissora. Eles oferecem uma mistura rápida de reagentes, tempos de reação rápidos, rendimentos aumentados e manuseio seguro de compostos tóxicos e explosivos. A ampliação da produção em laboratório para a produção industrial não envolve nenhuma alteração nos procedimentos para obter rendimentos ótimos - seria apenas uma questão de adicionar mais unidades de micro-reatores.
Outro uso comercial potencial está na produção de biodiesel, uma alternativa aos combustíveis fósseis. Os métodos atuais de produção exigem que as principais matérias-primas, óleo vegetal e metanol, sejam misturadas com um catalisador e deixadas por várias horas para concluir a reação. Em um micro-reator de biodiesel, a reação é quase imediata e, novamente, aumentar o processo para produzir quantidades úteis envolveria simplesmente a combinação de um grande número de micro-reatores.
Há, no entanto, vários problemas que devem ser superados para alcançar a produção econômica em larga escala de produtos químicos usando microrreatores. Um deles é o efeito da parede: reagentes e produtos tendem a se agarrar às paredes da câmara de reação. Isso geralmente é insignificante para a fabricação química tradicional usando grandes vasos de reação, mas na microescala, uma proporção significativa do rendimento potencial pode ser perdida. Outro problema é que é difícil realizar reações envolvendo sólidos, como reagentes ou como produtos, em um micro-reator, pois eles tendem a entupir os canais.