Un microreattore è un dispositivo su scala molto piccola in cui possono aver luogo reazioni chimiche. In genere, misura meno di pollice (2.54 cm) in lunghezza e larghezza e forse meno di un sedicesimo di pollice (1.56 mm) di spessore, sebbene le dimensioni varino. Normalmente avrà tubi di ingresso e di uscita, con minuscoli canali o camere all’interno, in cui avvengono le reazioni. Solitamente i reagenti e il prodotto sono fluidi – liquidi o gas – che possono essere introdotti utilizzando minuscole pompe o elettroosmosi. A partire dal 2011, i microreattori sono utilizzati solo per scopi sperimentali e di prototipazione, ma c’è una reale prospettiva di impiegarli in gran numero per la produzione di massa di sostanze chimiche utili.
Il dispositivo è normalmente costruito incidendo minuscoli canali su un materiale adatto in modo simile alla fabbricazione di circuiti integrati. Possono essere realizzati con wafer di silicio, vetro, metallo o materiali ceramici. I canali non possono essere più larghi di un capello umano. L’incisione può essere eseguita mediante laser, scarica elettrica o con mezzi chimici. Spesso il microreattore è costituito da due piastre incise a sandwich insieme.
I microreattori offrono alcuni vantaggi significativi rispetto ai mezzi più tradizionali e su larga scala per eseguire reazioni chimiche. L’elevato rapporto superficie-volume consente alle reazioni di procedere più rapidamente e spesso a una temperatura più bassa di quanto sia possibile su scale più grandi. Reazioni altamente esotermiche che normalmente sarebbero potenzialmente pericolose o dannose per le apparecchiature possono essere eseguite in sicurezza; qualsiasi calore generato si dissipa rapidamente a causa dei volumi molto più piccoli di reagenti. Un guasto in una parte di un impianto chimico tradizionale potrebbe comportare il rilascio di grandi quantità di sostanze chimiche pericolose o l’interruzione completa della produzione. Al contrario, un impianto costituito da una vasta gamma di microreattori non sarebbe significativamente influenzato dal guasto di una parte.
Di solito, i microreattori funzionano con un flusso continuo di reagenti. Sebbene la velocità di produzione di un singolo microreattore sia ovviamente molto piccola, può comunque essere considerata una piccola fabbrica. Esiste la possibilità di impiegare un numero molto elevato di microreattori prodotti in serie impilati insieme per fornire prodotti su scala economicamente fattibile e sono allo studio diverse possibilità.
L’uso dei microreattori nella sintesi organica è un’area molto promettente. Offrono una rapida miscelazione dei reagenti, tempi di reazione rapidi, maggiori rese e manipolazione sicura di composti tossici ed esplosivi. Il passaggio dalla produzione di laboratorio a quella industriale non comporta alcuna modifica delle procedure per ottenere rese ottimali: si tratterebbe semplicemente di aggiungere più unità di microreattore.
Un altro potenziale uso commerciale è nella produzione di biodiesel, un’alternativa ai combustibili fossili. Gli attuali metodi di produzione richiedono che le principali materie prime, olio vegetale e metanolo, vengano miscelate con un catalizzatore e lasciate per diverse ore per completare la reazione. In un microreattore a biodiesel, la reazione è quasi immediata e, ancora, ridimensionare il processo per produrre quantità utili comporterebbe semplicemente la combinazione di un gran numero di microreattori.
Vi sono, tuttavia, una serie di problemi che devono essere superati per ottenere una produzione economica su larga scala di sostanze chimiche utilizzando microreattori. Uno di questi è l’effetto parete: reagenti e prodotti tendono ad aderire alle pareti della camera di reazione. Questo è generalmente insignificante per la produzione chimica tradizionale che utilizza recipienti di reazione di grandi dimensioni, ma su scala micro, una percentuale significativa della resa potenziale potrebbe andare persa. Un altro problema è che è difficile eseguire reazioni che coinvolgono solidi, sia come reagenti che come prodotti, in un microreattore poiché tendono a ostruire i canali.