Soprattutto, l'industria chimica segue ancora procedure molto estese nella produzione di principi attivi farmaceutici e altre sostanze complesse. Spesso, ogni intermedio deve essere prodotto in modo separato all'interno di grandi reattori. I chimici dell'Università di Bielefeld stanno lavorando a un'alternativa insieme a partner di progetto internazionali:il metodo del flusso. Questo unisce le fasi di produzione e procede in microreattori in cui la sostanza desiderata può essere prodotta senza isolamenti intermedi. Il programma di ricerca dell'Unione Europea sta finanziando il progetto 'ONE-FLOW' con un totale di quattro milioni di euro. L'Università di Bielefeld è ora riuscita a ottenere uno scienziato dalla rinomata Università di Keio (Giappone) per il progetto. Il Dr. Yasunobu Yamashita ha iniziato il suo lavoro sul progetto all'inizio di agosto.

Il professor Dr. Harald Gröger del Centro di biotecnologia (CeBiTec) e cattedra di chimica organica I dell'Università di Bielefeld è a capo del sottoprogetto tedesco ONE-FLOW. Lo scienziato di Bielefeld è attivo nel campo della "chimica verde" con l'obiettivo di sviluppare reazioni chimiche rispettose dell'ambiente. La Eindhoven University of Technology (Paesi Bassi) sta coordinando l'intero progetto ONE-FLOW con otto partner. Il team di ricerca di Gröger sta lavorando a stretto contatto con il team del professor Dr. Volker Hessel di Eindhoven. Hessel è il coordinatore del progetto ed esperto di tecnologia delle microreazioni e chimica del flusso.

Produzione economicamente attraente e sostenibile

'A causa delle numerose fasi della produzione, l'attuale tecnologia dei recipienti del tipo a reattore batch è particolarmente dispendiosa in termini di tempo. Un ulteriore svantaggio è che l'elaborazione e l'isolamento degli intermedi portano a molti prodotti di scarto. Quindi, la tecnologia non utilizza le materie prime in modo efficiente, "dice Gröger. Dopo ogni fase della produzione, l'intermedio viene tipicamente purificato. Ciò potrebbe richiedere quantità significative di solvente che poi diventano prodotti di scarto. "Il metodo del flusso offre un modo per ridurre il fabbisogno di risorse e risparmiare rifiuti, rendendo così la produzione non solo economicamente più attraente ma anche più sostenibile, ' dice il chimico e biotecnologo.

Gröger e i suoi colleghi traggono ispirazione dalla natura per la tecnologia del flusso. Nelle cellule biologiche, i processi chimici procedono contemporaneamente e come le cosiddette 'reazioni domino' – e continuano a farlo costantemente. Le condizioni nelle cellule rimangono sempre le stesse:la pressione, la temperatura, e il solvente (acqua). Nelle cellule, gli enzimi assicurano che le reazioni siano avviate e concluse. 'Vogliamo applicare i principi della cellula alla produzione nei microreattori, "dice Gröger.

Il volume di produzione è facile da aumentare

Un ulteriore vantaggio del nuovo metodo di produzione è che richiede molta meno energia e spazio rispetto al modo convenzionale di produrre i prodotti chimici desiderati. Come microreattori, i ricercatori utilizzano principalmente reattori plug-flow con "tubi di flusso" con un diametro medio nettamente inferiore a un millimetro. 'La particolarità è che possiamo produrre anche grandi quantità di materiale su piccola scala. Questo ci consente di ottenere la sostanza in una quantità specificatamente desiderata senza grandi sforzi, "dice Gröger. 'Se vogliamo aumentare l'importo, aggiungiamo semplicemente microreattori extra. Quindi, i problemi con l'upscaling scompaiono.'

Le reazioni si controllano grazie ai catalizzatori

Prima che le cose raggiungano questo stadio, Harald Groger, il suo nuovo collaboratore Yasunobu Yamashita, e i loro colleghi hanno del lavoro preparatorio da fare. Per condurre più reazioni contemporaneamente nel tubo di flusso miniaturizzato, questi non devono interferire tra loro. "Stiamo sviluppando metodi che assicureranno che ogni reazione sia protetta, "dice Gröger. Per avviare reazioni, i chimici usano catalizzatori. Sebbene queste particelle facciano parte della reazione, tornano allo stato iniziale alla fine del processo. Di conseguenza, possono essere usati ripetutamente. One of Yasunobu Yamashita's goals in the project is to work out how to ensure that these particles will perform its optimal activity under the chosen reaction conditions. Gröger's research team is specialized in the combination of bio- and chemo-catalysts. In nature, biocatalysts are found in the form of enzymes. Chemocatalysts, in contrasto, are developed artificially. 'By combining chemo- and biocatalysts in a flow reactor, we want to efficiently produce pharmaceutically relevant products at room temperature and thereby produce them in a more sustainable and specific mode, ' says Gröger.