Bosch Advanced Ceramics stellt den weltweit ersten 3D-gedruckten Keramik-Mikroreaktor vor

Aug 08, 2023

Bosch Advanced Ceramics hat gemeinsam mit dem Chemiekonzern BASF und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) den nach eigenen Angaben weltweit ersten 3D-gedruckten Mikroreaktor aus technischer Keramik entwickelt.

Ein Mikroreaktor ist ein kleines Gerät zur Durchführung und Erleichterung chemischer Reaktionen. Um den oft extremen Bedingungen dieser Reaktionen standzuhalten, müssen Mikroreaktoren sowohl bei hoher Hitze als auch bei korrosiven Bedingungen stabil sein, aber nur wenige Materialien bieten solche Eigenschaften.

Bosch Advanced Ceramics hat nun seine Expertise in der Keramiktechnologie mit der additiven Fertigung kombiniert, um die einzigartige Anwendung zu ermöglichen. Der Mikroreaktor wird von der BASF im Forschungsalltag eingesetzt und ermöglicht es dem Unternehmen, seine chemischen Reaktionen unter den erforderlichen Temperaturbedingungen zu überwachen.

„Um eine chemische Reaktion zu steuern und zu überwachen, muss ein Reaktor über Härte, Hitzebeständigkeit und komplexe Strukturen im Inneren verfügen“, sagt Klaus Prosiegel, Vertriebsleiter bei Bosch Advanced Ceramics. „3D-gedruckte technische Keramik bringt diese hervorragenden Eigenschaften mit sich.“

Der Markt für technische Keramik

Nach Angaben des Forschungsunternehmens Data Bridge wird der weltweite Markt für technische Keramik bis 2029 voraussichtlich einen Wert von rund 16 Milliarden Euro haben. Die Materialklasse ist äußerst vielseitig und in den unterschiedlichsten Branchen gefragt.

In der Medizin werden die Materialien von Bosch Advanced Ceramics beispielsweise zur Herstellung bipolarer Scheren verwendet, die gleichzeitig Gewebe schneiden und Blutungen stoppen können. Ein elektrischer Strom, der durch das Metall in den Klingen fließt, erhitzt das Gewebe und versiegelt es, während die technische Keramik als Isolator fungiert, um einen Kurzschluss der Metallklingen zu verhindern. Dies kann die Operation sowohl sicherer als auch schneller machen.

Auch im Energiesektor bieten die technischen Keramiken des Unternehmens eine hervorragende Hitzebeständigkeit und Ionenleitfähigkeit für den Einsatz in Brennstoffzellenstacks. Auch die Mobilitätsbranche fertigt ihre Abstandssensoren oft aus technischer Keramik und hilft Autofahrern, ihr Auto an engen Stellen zu parken.

Ein 3D-gedruckter Keramik-Mikroreaktor

Inmitten der Vielzahl fortschrittlicher Anwendungen erkannte Bosch, dass technische Keramik auch großartige Reaktionskammern herstellen kann. Die Herausforderung bestand darin, einen Produktionsprozess zu finden, mit dem die komplexen Strukturen hergestellt werden können, die für diesen speziellen Mikroreaktor erforderlich sind – Strukturen, die mit herkömmlicher Herstellung sonst nicht möglich wären.

Durch die Entscheidung für den 3D-Druck stellten die Partner fest, dass der Reaktor weniger Rohstoffe und deutlich weniger Energie benötigte als ein herkömmlicher Großreaktor. BASF nutzt das 3D-gedruckte Gerät nun, um kleinere Experimente durchzuführen und die Ergebnisse zu extrapolieren, bevor sie sich größeren Projekten zuwendet.

Prosiegel erklärt: „Das ist so, als würde ein Koch ein neues Rezept zunächst im kleinen Rahmen ausprobieren, bevor er das Gericht auf die Speisekarte setzt.“

Als nächste Schritte beabsichtigen die Partner nun, weitere 10 bis 20 Reaktoren mit exakt demselben Design für BASF in 3D zu drucken. Auch in der gesamten Chemiebranche sieht Prosiegel gute Zukunftsaussichten für die technische Keramik: Schließlich bestehe jeder Labortiegel aus technischer Keramik.

Dies mag das erste Beispiel eines 3D-gedruckten Keramik-Mikroreaktors sein, aber die Energieindustrie hat sicherlich schon zuvor 3D-gedruckte Reaktorkomponenten eingesetzt. Erst letzten Monat wurde eine Reihe additiv gefertigter Brennstoffkomponenten in Kernkraftwerken in ganz Skandinavien installiert. Die als StrongHold AM-Filter bezeichneten Kernbrennstoff-Trümmerfilter wurden von Westinghouse Electric Sweden in 3D gedruckt und sind die ersten ihrer Art, die für den Endgebrauch zugelassen wurden.

An anderer Stelle hat die in Seattle ansässige Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) kürzlich eine neuartige Methode zum 3D-Drucken von Komponenten für Kernreaktoren unter Verwendung feuerfester Materialien wie Siliziumkarbid lizenziert. Die vom Oak Ridge National Laboratory entwickelte Methode kombiniert Binder-Jet-3D-Drucktechniken mit einem chemischen Dampfinfiltrationsprozess.

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Das Bild zeigt, wie BASF eine chemische Reaktion in einer visuellen Inspektionsmaschine überwacht. Foto über Bosch Advanced Ceramics.

Kubi Sertoglu hat einen Abschluss in Maschinenbau und verbindet eine Affinität zum Schreiben mit einem technischen Hintergrund, um die neuesten Nachrichten und Rezensionen zur additiven Fertigung zu liefern.