Milli-, mikro-, modular: Chemieproduktion der Zukunft

Wir stehen am Beginn einer neuen Ära der Chemieproduktion. Verpasst eine Branche ihre eigene Zukunft, oder sind wir schon längst

  • Dr. Alexis Bazzanella, Leiter Forschungs- und Projektkoordination, DechemaDr. Alexis Bazzanella, Leiter Forschungs- und Projektkoordination, Dechema

Beim Dechema-Praxisforum „Future Production Concepts in Chemical Industry“ diskutierten Experten über Milli-, Mikro- und große Reaktoren, über PAT und modulare Anlagen.

Die großen Ziele der Hersteller: Schnelligkeit, Flexibilität, Qualität und Nachhaltigkeit. Die Time to Market zu reduzieren ist dabei auf dem globalen Markt ein wesentlicher Erfolgsfaktor. Und das nicht für einen uniformen Weltmarkt, sondern für Produkte, die auf die schnell­lebigen regionalen Märkte wie China, Südostasien oder Südamerika ausgerichtet sind. Die Zahl der Produktvarianten wächst; das Produktionsvolumen reicht dabei von Kleinmengen bis zu Hunderten von Jahrestonnen.

F&E-Aktivitäten beschleunigen
Zwei Wege dorthin liegen in der modularisierten und der kontinuierlichen Produktion. Batch-Prozesse brauchen viel Zeit für den Scale-Up vom Labormaßstab über die Pilotanlage bis zum industriellen Einsatz. Bei jedem Schritt sind hohe Investitionen, langwierige Modellierungen, Anpassungen und nicht zuletzt jede Menge Ingenieur-Know-How notwendig. Bis ein solcher Prozess Marktreife erlangt hat ist die zugrundeliegende Prognose bisweilen schon überholt. „Lange Forschungszeiten bremsen die Markteinführung und haben einen negativen Einfluss auf die Marktdurchdringung. Wir brauchen neue Strategien, um F&E-Aktivitäten in einem immer kompetitiveren Markt zu beschleunigen“, meint Andreas Müller von hte.
Kontinuierliche und modulare Verfahren können einen Ausweg bieten. Bei der kontinuierlichen Produktion sind die benötigten Anlagen viel kleiner und einfacher zu händeln, der ökologische Fußabdruck ist kleiner, die Prozesszykluszeiten kürzer, und Qualitätskontrolle und Automation lassen sich leichter integrieren. Die Betriebskosten sind niedriger, und bei einer Echtzeitkontrolle muss im Fall einer Kontamination nur eine geringe Menge entsorgt werden anstelle einer großen Charge. Sehr schnelle oder stark exotherme Reaktionen, die in der Batch-Produktion nicht nutzbar sind, lassen sich im kontinuierlichen Verfahren sicher handhaben. Damit könnten auch ganz neue feinchemische oder pharmazeutische Produkte interessant werden.

Nach Einschätzungen aus der Pharmaindustrie ist es nur eine Frage der Zeit, bis alle größeren Pharmaunternehmen über kontinuierliche Produktionsanlagen im technischen Maßstab verfügen.

Vielfältig skalierbare Standardmodule
Für größere Mengen, wie sie bei Feinchemikalien benötigt werden könnten, ist ein einzelnes Mikro- oder Milli-Reaktionssystem bisweilen nicht ausreichend. Mit modularen Systemen, die auf kontinuierlichen Verfahren beruhen, lässt sich dagegen schnell auf schwankende Nachfragen reagieren. Idealerweise handelt es sich um Standardmodule, die integrierbar und vielfältig skalierbar sind, um Modellierung und Prozessentwicklung deutlich zu beschleunigen. Kommt dafür eine Laborumgebung zum Einsatz, die der Großanlage möglichst ähnlich ist, lässt sich das endgültige Produktionsverfahren und die Anlage schon im Labor detailliert ausgestalten. Die Produktionsanlage wird dann aus vorkonfigurierten Modulen zusammengesetzt. Diese Module müssen in eine Planungsumgebung eingefügt werden, die den gesam-ten Design-Prozess von der frühen Prozessentwicklung bis zum 3-D-Modell der Anlage unterstützt.
Das gelingt nur, wenn alle an einem Strang ziehen: „Der notwendige Wandel hin zu modularisierten Produktionskonzepten in der chemischen Industrie kann nur gelingen, wenn die beteiligten Branchen und Zulieferer eng zusammenarbeiten“, sagen Dirk Schmalz von Merck und Frank Stenger von Evonik übereinstimmend.

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