Chemie in der Wäscheschleuder

So groß wie Waschmaschinen sind Jian-Feng Chens Reaktoren nicht. Von außen sieht man nur einen runden Metallzylinder, zwanzig Zentimeter im Durchmesser und vier Zentimeter dick. Innen drin steckt eine Trommel, die auf einer Achse gelagert ist. Sie ist mit Stahlwolle gefüllt, hat Löcher genau wie eine Wäschetrommel und lässt sich auch ebenso schnell drehen, nämlich rund 1000 Mal pro Minute.

"Wenn man diesen Reaktor dreht, erzeugt man eine höhere Beschleunigung, als die Schwerkraft der Erde hervorruft. Man nennt das eine Zentrifugalkraft","

sagt Jian-Feng Chen; er ist Professor an der Universität für Chemische Technologie in Peking. Der chinesische Forscher hat die Achse der Trommel ausgehöhlt, damit während des Drehens über Düsen Gase oder feinste Tröpfchen ins Innere des Reaktors gespritzt werden können. Sie werden durch die Zentrifugalkraft an den Rand gedrückt, genau wie beim Schleudern in der Waschmaschine. Doch die Stahlwolle sorgt dafür, dass die flüssigen und gasförmigen Reaktionspartner nicht sofort nach draußen geschleudert werden, sondern im Reaktor eine Weile fein verteilt bleiben. Das schafft optimale Bedingungen für die chemische Reaktion zwischen den Bestandteilen. Was dabei entsteht, wird schließlich durch die Löcher der Trommel gedrückt und kann aufgefangen werden. Chen:

""Die Flüssigkeit und das Gas kommen in intensiven Kontakt miteinander. Genauso kann man zwei Flüssigkeiten sehr rasch vermischen. Es geht darum, dass das so genannte Mikromischen intensiviert wird. Damit ist das Mischen in der Größenordnung von Molekülen gemeint, was für viele chemische Prozesse entscheidend ist. Chemische Reaktionen finden nur statt, wenn sich die Moleküle berühren – sonst gibt es keine Reaktion. Wir haben uns daher gefragt: Wie können wir die Reaktionspartner so rasch und intensiv vermischen, dass sie bereitwillig miteinander reagieren?"

Genau das passiert in der Schleuder, die im Fachjargon übrigens "rotierender Festbettreaktor" heißt. Darin werden die Stoffe extrem fein verteilt und reagieren dadurch viel leichter, als wenn sie einfach durchgerührt werden, wie es sonst üblich ist. Die Anwendungen sind vielfältig: Zum Beispiel kann mit Hilfe von Wassertröpfchen Kohlendioxid aus einer Gasmischung herausgeholt werden, die durch den Reaktor gepumpt wird. Denn Kohlendioxid löst sich in Wasser als Kohlensäure, vorausgesetzt, es ist fein genug verteilt. Chen:

"In China hat die Regierung ein großes Projekt aufgelegt, bei dem Kohlendioxid abgeschieden und wieder verwendet werden soll. Bei einigen chemischen Reaktionen fällt es als Verunreinigung an. Wir holen mit unserer Schleudertechnik dieses Kohlendioxid heraus und nutzen es dann, um es in ausgebeutete Ölfelder zu pressen. Kohlendioxid holt noch mehr Öl aus dem Boden. Fachleute sprechen von der ,erweiterten Ölförderung‘."

In der Industrie muss Kohlendioxid meist in 30 Meter hohen Türmen abgetrennt werden, in einem komplizierten und energieaufwändigen Verfahren. Das gleiche leisten Schleudern, die im industriellen Maßstab knapp mannshoch sind. In China tun mehrere solche Reaktoren in Unternehmen ihren Dienst. Dort laufen auch andere chemische Umsetzungen ab, bei denen es auf intensives Mischen ankommt. Chen:

"Auf der Grundlage unserer Experimente werden Nanoteilchen hergestellt, also Partikel, die nur einige Tausendstel Millimeter groß sind. Man kann sie aus vielen Materialien gewinnen. In China gibt es acht Industrieanlagen, die mit unserer Technik diese winzigen Nanopartikel produzieren."

Auch Firmen außerhalb Chinas wenden die Schleudertechnik an, darunter Dow Chemicals in den USA. In Europa ist das Verfahren bisher kaum bekannt. Das könnte sich ändern: Als Jian-Feng Chen vor kurzem seine Technik zum ersten Mal in Europa vorstellte, war er noch Stunden später von interessierten Fachkollegen umlagert.