Grotendeels, de chemische industrie volgt nog steeds zeer uitgebreide procedures bij de productie van actieve farmaceutische ingrediënten en andere complexe stoffen. Vaak, elk tussenproduct moet op een aparte manier worden geproduceerd in grote reactorvaten. Chemici van de Universiteit van Bielefeld werken samen met internationale projectpartners aan een alternatief:de flow-methode. Dit combineert de productiestappen en verloopt in microreactoren waarin de gewenste stof kan worden geproduceerd zonder tussentijdse isolaties. Het onderzoeksprogramma van de Europese Unie financiert het project 'ONE-FLOW' met in totaal vier miljoen euro. De Universiteit van Bielefeld is er nu in geslaagd een wetenschapper van de gerenommeerde Keio University (Japan) voor het project te werven. Dr. Yasunobu Yamashita is begin augustus aan het project begonnen.

Professor Dr. Harald Gröger van het Centrum voor Biotechnologie (CeBiTec) en voorzitter van Organische Chemie I van de Universiteit van Bielefeld is het hoofd van het Duitse ONE-FLOW-subproject. De wetenschapper uit Bielefeld is actief op het gebied van 'groene chemie' met als doel milieuvriendelijke chemische reacties te ontwikkelen. De Technische Universiteit Eindhoven (Nederland) coördineert het gehele ONE-FLOW-project met acht partners. Het onderzoeksteam van Gröger werkt bijzonder nauw samen met het team van prof.dr. Volker Hessel uit Eindhoven. Hessel is de projectcoördinator en expert op het gebied van microreactietechnologie en stromingschemie.

Economisch aantrekkelijke en duurzame productie

'Vanwege de vele productiefasen, de huidige vattechnologie van het batchreactortype is bijzonder tijdrovend. Een verder nadeel is dat opwerking en isolatie van tussenproducten tot veel afvalproducten leidt. Vandaar, de technologie maakt niet efficiënt gebruik van grondstoffen, ' zegt Groger. Na elke productiefase, het tussenproduct wordt typisch gezuiverd. Dit kan aanzienlijke hoeveelheden oplosmiddel vereisen die vervolgens afvalproducten worden. 'De flow-methode biedt een manier om de behoefte aan hulpbronnen te verminderen en afval te besparen, waardoor de productie niet alleen economisch aantrekkelijker, maar ook duurzamer wordt, ', zegt de chemicus en biotechnoloog.

Gröger en zijn collega's halen hun inspiratie voor de stromingstechnologie uit de natuur. In biologische cellen, chemische processen verlopen gelijktijdig en als zogenaamde 'dominoreacties' – en ze blijven dit constant doen. De omstandigheden in cellen blijven altijd hetzelfde:de druk, de temperatuur, en het oplosmiddel (water). In de cellen, enzymen zorgen ervoor dat de reacties worden gestart en beëindigd. 'We willen de principes van de cel toepassen op productie in microreactoren, ' zegt Groger.

Het productievolume is eenvoudig te vergroten

Een ander voordeel van de nieuwe productiemethode is dat er veel minder energie en ruimte voor nodig is dan de conventionele manier om de gewenste chemicaliën te produceren. Als microreactoren, de onderzoekers gebruiken meestal plug-flow reactoren met 'flow tubes' met een gemiddelde diameter van beduidend minder dan een millimeter. 'Het bijzondere is dat we ook op kleine schaal grote hoeveelheden materiaal kunnen produceren. Dit stelt ons in staat om zonder veel moeite de stof in een specifiek gewenste hoeveelheid te krijgen, ' zegt Groger. 'Als we het bedrag willen verhogen, we voegen gewoon extra microreactoren toe. Vandaar, problemen met opschaling verdwijnen.'

Reacties beheersen zichzelf dankzij katalysatoren

Voordat de zaken dit stadium bereiken, Harald Groger, zijn nieuwe collega Yasunobu Yamashita, en hun collega's hebben wat voorbereidend werk te doen. Om meerdere reacties gelijktijdig uit te voeren in de geminiaturiseerde stromingsbuis, deze mogen elkaar niet hinderen. 'We ontwikkelen methoden die ervoor zorgen dat elke reactie wordt afgeschermd, ' zegt Groger. Om reacties op gang te brengen, the chemists are using catalysts. Although these particles are part of the reaction, they return to their initial state at the end of the process. Als resultaat, they can be used repeatedly. 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 contrast, 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.