Vad är en mikroreaktor?
En mikroreaktor är en mycket småskalig anordning där kemiska reaktioner kan äga rum. Vanligtvis mäter den mindre än 2,54 cm) i längd och bredd och kanske mindre än en sextonde tum (1,56 mm) i tjocklek, även om dimensioner varierar. Det kommer normalt att ha ingångs- och utgångsrör, med små kanaler eller kamrar inuti, där reaktionerna äger rum. Vanligtvis är reaktanterna och produkten vätskor-vätskor eller gaser-som kan införas med små pumpar eller elektro-osmos. Från och med 2011 används mikoreaktorer endast för experimentella och prototyper, men det finns en verklig möjlighet att använda dem i stort antal för massproduktion av användbara kemikalier.
Anordningen är normalt konstruerad genom etsning av små kanaler på ett lämpligt material på liknande sätt för att tillverka integrerade kretsar. De kan tillverkas av kiselskivor, glas, metall eller keramiska material. Kanalerna kanske inte är bredare än ett mänskligt hår. Etsning may utföras av laser, elektrisk urladdning eller med kemiska medel. Ofta är mikroreaktorn tillverkad av två etsade plattor som är inklämda tillsammans.
Microreactors erbjuder några betydande fördelar jämfört med mer traditionella, större skala sätt att genomföra kemiska reaktioner. Det höga ytan-till-volymförhållandet gör det möjligt för reaktioner att fortsätta snabbare och ofta vid en lägre temperatur än vad som är möjligt vid större skalor. Mycket exotermiska reaktioner som normalt skulle vara potentiellt farliga eller skadliga för utrustning kan utföras säkert; Varje värmegenererad försvinner snabbt på grund av de mycket mindre volymerna reaktanter. Ett misslyckande i någon del av en traditionell kemisk anläggning kan leda till frisättning av stora mängder farliga kemikalier eller helt stänga av produktionen. Däremot skulle en växt som består av en stor mängd mikroreaktorer inte påverkas avsevärt av misslyckandet meden del.
Vanligtvis arbetar mikoreaktorer med ett kontinuerligt flöde av reaktanter. Även om utgångshastigheten från en enskild mikroreaktor uppenbarligen är mycket liten, kan den ändå betraktas som en liten fabrik. Det finns potential att använda mycket stort antal massproducerade mikroreaktorer staplade tillsammans för att tillhandahålla produkter i en ekonomiskt hållbar skala, och ett antal möjligheter undersöks.
Användningen av mikoreaktorer i organisk syntes är ett mycket lovande område. De erbjuder snabb blandning av reaktanter, snabba reaktionstider, ökade utbyten och säker hantering av toxiska och explosiva föreningar. Uppskjutningen från produktion av laboratorium till industriell nivå innebär inte någon förändring av procedurerna för att uppnå optimala utbyten - det skulle helt enkelt handla om att lägga till fler mikroreaktorenheter.
En annan potentiell kommersiell användning är i produktion av biodiesel, ett alternativ till fossila bränslen. Nuvarande produktionsmetoder kräver huvudetRåvaror, vegetabilisk olja och metanol, som ska blandas med en katalysator och lämnas i flera timmar för att slutföra reaktionen. I en biodieselmikroreaktor är reaktionen nästan omedelbar och återigen att skala processen upp för att producera användbara mängder helt enkelt innebära att kombinera ett stort antal mikoreaktorer.
Det finns emellertid ett antal problem som måste övervinnas för att uppnå ekonomisk storskalig produktion av kemikalier med hjälp av mikroreaktorer. En av dessa är väggeffekten: reaktanter och produkter tenderar att klamra sig fast vid reaktionskammarens väggar. Detta är i allmänhet obetydligt för traditionell kemisk tillverkning med stora reaktionsfartyg, men på mikroskalan kan en betydande del av det potentiella utbytet gå förlorat. Ett annat problem är att det är svårt att utföra reaktioner som involverar fasta ämnen, antingen som reaktanter eller som produkter, i en mikroreaktor när de tenderar att täppa till kanalerna.