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Mit Messgeräten gegen die Explosionsgefahr

18.03.2020 | Planet research | FoE Advanced Materials Science | Young Talents |

Von Birgit Baustädter

Doktorand Manuel Maier vom TU Graz-Institut für Prozess- und Partikeltechnik erhielt den Anton Paar Research Award für ein Messgerät, das Reaktionen von hochreaktiven Substanzen kontrolliert.

Manuel Maier (rechts) mit Professorin Heidrun Gruber-Wölfler und Kollegen Michael Leitner – dem Forschungsteam hinter dem preisgekrönten Projekt. © Lunghammer – TU Graz

Manuel Maier steht mit der Aufgeregtheit eines Gebirgssees mitten im wissenschaftlichen Trubel des Labors. Der einzige Klecks der Aufregung ist seine froschgrüne Sportjacke, die unter dem weißen Labormantel hervorlugt. Die Hände hat er in den Hosentaschen vergraben, während er ruhig von seiner Forschung erzählt, die ihm gerade den Forschungspreis des steirischen Unternehmens Anton Paar eingebracht hat.

Continuous Flow Calorimeter

„Wir forschen hier mit ziemlich grausigen Substanzen“, erklärt Maier und lächelt. „Deshalb ist es so wichtig, Messgeräte wie ein Kalorimeter zu haben, das Reaktionen genau messen und kontrollieren kann.“ Mit einem Kalorimeter kann exakt ermittelt werden, welche Wärme bei einer chemischen Reaktion frei wird. Besonders in der Pharmaindustrie und Spezialchemie wird mit hochreaktiven Substanzen gearbeitet, die nicht nur höchst effizient, sondern auch besonders empfindlich sind: „Manche dieser Substanzen entzünden sich an der Luft sofort und sind zum Teil hoch toxisch.“ Aber weil sie eben hochreaktiv sind, können sie in sehr geringen Mengen genutzt werden. Hier kommt die Mikroreaktionstechnik ins Spiel, mit der sich unter anderem das Projekt CCFlow beschäftigt. Manuel Maier ist Doktorand in diesem Projekt und für das Design kleiner, auf bestimmte Chemikalien spezialisierter Reaktoren zuständig, die im 3D-Drucker hergestellt werden. „Wir möchten von den individuellen Anforderungen der Chemie bis zu einem maßgeschneiderten Reaktor kommen, der mittels 3D-Drucker hergestellt werden kann. Mit diesem Designkonzept möchten wir die Zeit zur Entwicklung neuartiger Anlagen für die Herstellung von Wirkstoffen, in Mengen für klinische Studien, maßgeblich verringern.“ Dafür nutzt das Projekt nicht nur das hauseigene Wissen an der TU Graz und am Kompetenzzentrum RCPE, sondern auch das Know-How und die Infrastruktur der wissenschaftlichen und industriellen Partner.

Von Batch zu Flow

Momentaner Trend in der pharmazeutischen Industrie ist kontinuierliche Herstellung von Medikamenten, welche auch die Flow Chemistry beinhaltet. Herkömmlicherweise werden die gewünschten Substanzen chargenweise produziert – also in einer Art großem Rührkessel. Meist kommen dazu alle benötigten Chemikalien in einen großen Kessel und die Reaktion erfolgt Schritt für Schritt in diesem oder weiteren Rührkessel. In der Flow Chemistry stellt man diesen punktuellen, diskontinuierlichen Prozess auf einen kontinuierlichen um. Die notwendigen Chemikalien werden in ein Rohrsystem geschickt, in dem dann Reaktionsprozesse ablaufen und am Ende kontinuierlich die gewünschte Substanz abgegeben wird. „Die handelsüblichen Messgeräte sind auf Batch-Produktion ausgelegt“, erklärt Maier. „Ändert sich jetzt die Prozessmethode, dann müssen auch die Messgeräte adaptiert werden, um das gewünschte Ergebnis zu bekommen. Ohne dieses Wissen um die verwendeten hochreaktiven Substanzen könnte es sonst sogar zu Explosionen kommen.“

Nähere Informationen zum COMET K-Projekt CC Flow finden Sie auf der Projektwebsite.

Explosiv im Arbeitsalltag, ruhig im Privatleben

Im Arbeitsalltag geht es für den 28-Jährigen also nicht gerade ungefährlich zu. Privat mag es der Steirer dafür etwas ruhiger. Das Pendeln von seinem Heimatort Feldbach nach Graz nimmt er gerne in Kauf: „Die Kombination aus Arbeit in der Stadt und Leben außerhalb finde ich perfekt. Ich komme nach Hause, ziehe meine Laufschuhe an und bin in fünf Minuten im Wald. Dort ist es schön leise und entspannend.“ Maier ist auch passionierter Musiker, damit es im Privaten nicht ganz so ruhig ist: „Ich spiele Schlagzeug, da kann ich mich nach der Arbeit richtig gut abreagieren und es ist ein super Ausgleich.“

Die Zukunft liegt in der Wärmemessung

Bis zum PhD dauert es für Manuel Maier noch gut ein Jahr. Wie es danach weitergeht, ist derzeit noch nicht klar. „Ich würde aber gerne an unserem Kalorimeter weiterarbeiten. Es wäre schon toll, wenn ein Messgerät nach meinem Konzept später gebaut und auch am Markt vertrieben wird.“

Dieses Forschungsprojekt ist im Field of Expertise „Mobility & Production“ verankert, einem von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz.
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Kontakt

Manuel Christian MAIER
Dipl.-Ing. BSc
Institut für Prozess- und Partikeltechnik
Inffeldgasse 13/III
8010 Graz
Tel.: +43 316 873 30426
manuel.maiernoSpam@tugraz.at