Optimalisatie van het warmtetransport bij 3D geprinte mini-reactoren

PROBLEEMSCHETS
Fijnchemicaliën worden vandaag voornamelijk centraal, op grote schaal geproduceerd. Deze manier van produceren is logistisch complex en vereist veel startkapitaal waardoor stoffen, die slechts in kleine volumes nodig zijn, relatief duur zijn om te produceren. Daarom is men op zoek naar alternatieve productiemethoden.

Recent werd aangetoond dat '3D printing' hierin een sleutelrol kan spelen. Labschaal synthesen kunnen via het ontwerp van printbare reactiemodules worden vertaald in een digitale 3D-printercode. Deze code stuurt de productie aan van een 3D plastic reactorsysteem dat met behulp van eenvoudige operaties op milligramschaal fijnchemicaliën kan produceren. Dit concept opent de weg naar meer lokale en goedkopere productie van chemicaliën wat een interessante aanvulling zou zijn op de huidige productiemodellen.

In het bestaande onderzoek wordt er veelal gewerkt met basis reactorsystemen. Uit voorgaand onderzoek (zie bijv. onderzoeksproject 3D-printen bij minireactoren, 2019-2021) blijkt dat warmtetransport bij dergelijke 3D-geprinte reactoren een groot probleem vormt.
Warmtetransport van en naar een reactorsysteem betreft een zeer complex verhaal dat verder onderzoek vereist.

ONDERZOEKSVRAAG
We stellen ons de volgende onderzoeksvraag: Hoe kunnen we een nieuw reactorsysteem ontwerpen en 3D printen waarbij er ook aandacht is voor warmtetransport van en naar het systeem?

OPZET EN METHODOLOGIE
Met het oog op het beantwoorden van de centrale onderzoeksvraag zal er een gefaseerde onderzoeksaanpak worden gehanteerd. Concreet zal het gegeven van warmtetransport (i.c. ontwikkeling van printbare warmtewisselaars) in drie fases worden bestudeerd:
- In een eerste fase (conceptualisering) wordt er een warmtewisselaarsysteem uitgedacht waardoor we de reactor op een bepaalde temperatuur kunnen houden.
- In een tweede fase (evaluatie) wordt de warmteoverdrachtcapaciteit bepaald met behulp van temperatuurmetingen voor en na de warmtewisselaar. Op deze manier wordt de efficiëntie van het systeem bepaald.
- In een derde fase (optimalisatie) wordt op basis van de gegevens uit de tweede fase het systeem verder geoptimaliseerd. Ook zal er gekeken worden of de ontwikkelde reactoreenvoudig inzetbaar is voor verscheidene reacties en toepassingen.