Efficient building blocks

Im Use Case »Efficient Building Blocks« entwickeln mehrere Partnerinstitute gemeinsam eine modulare kontinuierliche Prozesstechnik für die point-of-use und on-demand Bereitstellung von hochreaktiven Reagenzien für Folgeprozesse. Dies ermöglicht im Bereich der Fein- und Spezialitätenchemikalien die Realisierung von atomeffizienten organochemischen Synthesen und signifikant verkürzte Synthesewege. Auf diese Weise werden sowohl bei den Abfallmengen als auch bei den Energie- und Lösungsmittelverbräuchen deutliche Reduktionen erreicht.

Als reaktive Building Blocks werden Reagenzien aus der Gruppe der Diazo-Verbindungen betrachtet, mit denen hochwertige Spezialchemikalien und Vorstufen, beispielsweise für Pharma- und Agroprodukte, mit hervorragender Atomeffizienz, geringer Anzahl von Reaktionsstufen und unter äußerst milden Reaktionsbedingungen synthetisiert werden können.

Eine breite Anwendbarkeit wird durch ein flexibles und modulares Prozesskonzept erreicht, das sowohl die Erzeugung unterschiedlicher Diazo-Bausteine (Diazoester, Diazonitrile, Diazoalkane) als auch deren Nutzung für unterschiedliche Folgereaktionen ermöglicht.

Die Nutzung von hochreaktiven Verbindungen birgt grundsätzlich ein gewisses Gefahrenpotenzial, das die Gewährleistung einer hohen Prozesssicherheit erfordert, insbesondere vor dem Hintergrund einer möglichen Aufskalierung solcher Prozesse. Dies wird in ShaPID durch die Nutzung von kontinuierlicher Prozessführung erreicht, die durch Einsatz mikroverfahrenstechnischer Ansätze und durch in-situ Umsetzung von reaktiven Intermediaten im geschlossenen Reaktionssystem ein äußerst geringes Reaktionsvolumen ermöglicht. Die kontinuierliche Prozessführung ist zudem ein wichtiger Bestandteil der Prozessintensivierung und ermöglicht die Nutzung neuer Prozessfenster, um Limitierungen traditioneller Verfahrenskonzepte, beispielsweise bei der Nutzung von reaktiven Intermediaten, zu überwinden. Mikrostrukturierte Reaktoren werden bereits in kleinem Maßstab für das Screening von Reaktionen eingesetzt und liefern in Kombination mit spektroskopischen und reaktionskalorimetrischen Prozessanalysemethoden die Datenbasis für das Prozessdesign.

Neben dem Einsatz smarter Prozesstechnik für die Prozessintensivierung soll die Virtualisierung durch Modellierung, Simulation und Optimierung als wesentlicher Bestandteil für eine effiziente Betriebsführung etabliert werden. Dies beginnt bei der Optimierung des Apparate-, Modul- und Prozessdesigns im Rahmen der Prozessentwicklung und soll zudem für die Virtualisierung des Prozessbetriebs fortentwickelt werden, die eine intelligente Automatisierung und idealerweise autonome, selbstoptimierende Prozessführung ermöglicht.