Seit der Erfindung von Nitroglycerin in der Mitte des neunzehnten Jahrhunderts haben die Menschen versucht, sicherere Wege zu finden, um den hoch instabilen flüssigen Sprengstoff herzustellen. Forscher am Fraunhofer–Institut für Chemische Technologie (ICT) in Pfintzal haben nun einen möglicherweise sichersten Ansatz gefunden: Mit Mikroreaktoren wird Nitroglycerin kontinuierlich und nicht chargenweise hergestellt. Dies ist nicht nur sicherer, sondern auch schneller und ermöglicht eine Verzehnfachung der Produktionsrate.

Nitrogylcerin wird durch Zugabe von Glycerin, einem einfachen Kohlenwasserstoff mit drei Hydroxylgruppen, zu einer Mischung aus Schwefelsäure und Salpetersäure hergestellt. Die Reaktion ist extrem exotherm, aber wenn die Temperatur zu hoch wird – irgendwo über 30 ° C zum Beispiel – kann ‚Runaway‘ auftreten, was die Explosionsgefahr dramatisch erhöht.Daher kühlen die Hersteller die Reaktionsmischung kontinuierlich ab und geben – im traditionellen Batch-Verfahren – das Glycerin tropfenweise zur Säure, um Zeit für die Wärmeableitung zu geben und einen Säureüberschuss aufrechtzuerhalten, der für die vollständige Nitrierung der alle Hydroxylgruppen.

‚Das ist ziemlich altmodische Chemie‘, sagt Stefan Löbbecke, stellvertretender Leiter für explosive Stoffe am Fraunhofer ICT. Die Umstellung auf einen kontinuierlichen Prozess in einem Mikroreaktor bedeutet, mit viel kleineren Mengen zu arbeiten – aus mehreren Gründen sicherer. Es erleichtert die Kontrolle der Gesamttemperatur und des Mischungsgrades, was wichtig ist, um lokale Temperaturschwankungen und gefährliche Hotspots zu vermeiden. Es erleichtert auch die Kontrolle der Zersetzungsprodukte. Und für den Fall, dass etwas sehr schief geht, wäre die resultierende Explosion viel kleiner.

Der Mikroreaktor ist eine handgroße klare Polymerfliese mit einem internen Kanal, der sich über die Ebene schlängelt. Der interne Kanal hat zwei Eingänge, aber nur einen Ausgang – die Reaktanten werden zu Beginn zusammengebracht und dann gemischt, während sie sich durch Turbulenzen durch den Mikroreaktor bewegen, die durch ein komplexes Muster von Rillen und Graten an den Seiten des Kanals verursacht werden.Um die Produktion zu skalieren, fügen Sie einfach mehr Mikroreaktoren parallel hinzu. Mit einem einzigen Mikroreaktor könnten 10-50 kg Nitroglycerin pro Tag hergestellt werden, sagt Löbbecke. Aber seine Gruppe hat mit einer Produktion von 2-3 Tonnen pro Woche experimentiert, indem sie die Mikroreaktoren nummeriert hat.

Dies ist jedoch kein Ansatz für die Massenproduktion von Nitroglycerin. Minderwertige Produkte, vor allem für die Bergbau- und Bauindustrie, können bereits in großen Mengen kostengünstig hergestellt werden. Wo dieser Ansatz ein echter Vorteil ist, sagt Löbbecke, liegt in der Herstellung kleinerer Mengen von Nitroglycerin und anderen Salpeterestern in sehr hohen Qualitäten für den Einsatz in der pharmazeutischen Industrie. Nitroglycerin ist nicht nur ein starker Sprengstoff, sondern auch ein wirksames Medikament (manchmal Glyceryltrinitrat genannt), das häufig zur Behandlung von Angina pectoris und anderen Herzproblemen eingesetzt wird.

Die verbesserte Sicherheit des Ansatzes senkt die Kosten für den Hersteller ebenso wie die höhere Produktionsrate. Der Mikroreaktoransatz wird bereits industriell eingesetzt, obwohl Löbbecke aufgrund kommerzieller Empfindlichkeiten nicht sagen wollte, wo.