Schneller forschen im Mikrowellenreaktor

3. Mai 2011, 19:46
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Das Christian-Doppler-Labor für Mikrowellenchemie der Uni Graz erhielt für die Mitentwicklung einer Labormikrowelle den Houska-Preis

Es klingt wie ein Lausbubenstreich oder wie Hobby-Laborübungen in der Garage, wenn Oliver Kappe erzählt, wie er vor über zehn Jahren begonnen hat, mit chemischen Reaktionen zu experimentieren - in der Mikrowelle. Doch was treibt einen Profi-Chemiker wie Oliver Kappe, Professor für Organische Synthesetechnologie und Leiter des Christian-Doppler-Labors der Karl-Franzens-Universität Graz, ans Küchengerät? Kappe: "Das Aufheizen mit der Mikrowelle funktioniert nicht nur in der Küche perfekt, sondern auch im Labor, und man kann damit Reaktionen besser betreiben."

Die einzigen Schönheitsfehler der Forschung im Küchengerät: Sicherheitsstandards und mangelnde Reproduzierbarkeit.

So hat sich die Grazer Firma Anton Paar, einer der Industriepartner des Christian-Doppler-Labors, in Kooperation mit Kappe daran gemacht, eine Labormikrowelle zu entwickeln, die den Ansprüchen eines Chemikers genügt. Der sogenannte Mikrowellenreaktor revolutioniert das Kochgerät zum wissenschaftlichen Reaktionsbehälter. Eine wesentliche technische Errungenschaft dabei war die Temperaturmessung. Denn in der Mikrowellenchemie, wie sich der bereits seit 1986 bestehende Forschungszweig nennt, macht nur eine präzise Temperaturmessung möglich, Experimente unter gleichen Bedingungen zu wiederholen, sprich reproduzierbar zu machen.

Effekte von Strahlung

Die Möglichkeit der exakten Temperaturmessung ermöglichte es Kappe und seinem Team außerdem, Forschung zu betreiben, die so manche Mythen entzaubert: So ging sein Team Spekulationen auf den Grund, ob Mikrowellenstrahlung noch etwas anderes tut, als aufzuheizen. Oder ob Handystrahlen, die den Mikrowellen sehr ähnlich sind, chemische Effekte auf den Körper haben könnten. Doch die beruhigend ernüchternde Erkenntnis nach zehn Jahren Forschungsarbeit: "Die Mikrowelle macht nichts anderes, als aufzuheizen."

Doch nicht nur für die Forschung sind die Mikrowellenreaktoren von Interesse - sondern auch für die Wirtschaft, und der Grund dafür hat einen Namen: Effizienz. In etlichen Branchen werden chemische Reaktionen durchgeführt, etwa in der Pharma- oder Kunststoffindustrie. Und "es gilt die alte Grundregel der synthetischen Chemie", sagt Kappe. "Jede Temperaturerhöhung um zehn Grad bedeutet die Halbierung der Reaktionszeit." So laufen Prozesse, die unter konventionellen Bedingungen mehrere Stunden in Anspruch nehmen, im Mikrowellenreaktor in wenigen Minuten ab. Denn entgegen der herkömmlichen Mikrowelle kann im Reaktor etwa Wasser statt auf maximal 100 Grad auf 200 oder gar 300 Grad erhitzt werden.

Doch wie kann man sich 300 Grad heißes Wasser vorstellen? "Das Wasser siedet zwar, doch aus dem geschlossenen Gefäß kann es nicht entweichen", sagt Kappe. Die Folge ist ein enormer Druck, ähnlich - und damit ist man wieder mitten in der Küche - einem Schnellkochtopf. "Das ist mit ein Grund, warum der Mikrowellenreaktor 20.000 Euro kostet: Sicherheitstechnik."

Kappe, der auch in der Küche ein leidenschaftlicher Nutzer der Mikrowellentechnologie ist, ist übrigens eher zufällig auf das Gebiet gestoßen. 1998 war der studierte Chemiker auf der Suche nach einem neuen Forschungsgebiet und hörte einen Vortrag eines amerikanischen Kollegen, der mit der Haushaltsmikrowelle experimentierte. Kappe war sofort begeistert, doch Explosionen und verbrannte Reaktionen ließen ihn schnell erkennen: "Das kann es nicht sein" - und so beschäftigt er sich seit dieser Zeit intensiv mit chemischen Reaktionen in Labormikrowellen.

Letzte Woche wurde das Christian-Doppler-Labor unter Kappes Leitung mit dem Houska-Preis 2010 für praxisnahe Forschung ausgezeichnet.(Tanja Traxler /DER STANDARD, Printausgabe, 04.05.2011)

 

  • Oliver Kappe, Leiter des Christian-Doppler-Labors, erhielt den Houska-Preis.
    foto: uni graz

    Oliver Kappe, Leiter des Christian-Doppler-Labors, erhielt den Houska-Preis.

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