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Countdown 37: Ganz groß und ganz klein

Das Spektrum der Produkte, die im Bio- und Chemieingenieurwesen hergestellt werden, ist vergleichsweise groß. In einzelnen Anlagen werden Grundchemikalien im Umfang von mehreren Tausend Tonnen pro Jahr hergestellt, in anderen Spezialchemikalien oder Pharmazeutika dagegen im Umfang von nur wenigen Kilogramm pro Jahr. Bei einer Fahrt durch das Ruhrgebiet trifft man daher auf Produktionsanlagen mit Reaktoren und Destillationskolonnen, die eine Höhe von über 50 Metern erreichen und sich über Flächen von mehreren Hektar ausdehnen. Andere Anlagen passen von ihrer Größe her in eine Garage.

Das Spektrum der Produkte, die im Bio- und Chemieingenieurwesen hergestellt werden, ist vergleichsweise groß. In einzelnen Anlagen werden Grundchemikalien im Umfang von mehreren Tausend Tonnen pro Jahr hergestellt, in anderen Spezialchemikalien oder Pharmazeutika dagegen im Umfang von nur wenigen Kilogramm pro Jahr. Bei einer Fahrt durch das Ruhrgebiet trifft man daher auf Produktionsanlagen mit Reaktoren und Destillationskolonnen, die eine Höhe von über 50 Metern erreichen und sich über Flächen von mehreren Hektar ausdehnen. Andere Anlagen passen von ihrer Größe her in eine Garage.

Diese große Bandbreite spiegelt sich auch in den Laboratorien und Technika der Fakultät BCI wider. So steht in der Halle des Lehrstuhls „Fluidverfahrenstechnik“ eine Destillationskolonne, die sich über drei Stockwerke erstreckt. Hier werden im großtechnischen Maßstab Versuche im Rahmen von Forschungsprojekten durchgeführt. Der klassische Anwendungsfall ist die Destillation von Alkohol. Ein ähnlich großer Einzelapparat ist der Sprühtrockner des Lehrstuhls „Feststoffverfahrenstechnik“. Dort werden körnige Materialien wie Waschpulver mit möglichst gleich großen Körnern hergestellt.

Auf der anderen Seite wird auch an sehr kleinen Anlagen und Komponenten geforscht. In der Mikrofluidik , der Strömungsmechanik, werden beispielsweise nicht nur die Verhältnisse bei mehrphasigen Strömungen in großen Industrieanlagen betrachtet, sondern auch die Mechanismen in hauchdünnen Kanälen untersucht, die beispielsweise bei Implantaten zur kontinuierlichen Versorgung von Patienten mit Insulin genutzt werden. Zwischen den Durchmessern liegen mehrere Zehnerpotenzen. Natürlich wird die Messtechnik dabei den jeweils auftretenden Strömungsphänomenen angepasst.

Durch den Einzug der Biotechnologie in die Fakultät BCI hat sich der Blick auf Größe nochmals geändert. Bei der mikrobiologischen Produktion von Wirkstoffen in Fermentern mit mehreren zig Kubikmetern finden sich Zelldichten im Bereich von Milliarden Mikroben pro Liter. Da aber verstanden werden soll, wie die einzelne Zelle auf Änderungen der Umgebungsbedingungen reagiert, wird ein einzelnes Individuum von wenigen tausendstel Millimetern isoliert, fixiert und analysiert. Bild links: Fixierung einer Einzelzelle unter dem Mikroskop.

Ein gegenläufiger Trend ist bei den an der Fakultät untersuchten bzw. als Modellsystem verwendeten Molekülen festzustellen.Während früher vornehmlich mit vergleichsweise kleinen Molekülen, bestehend aus wenigen Atomen, gearbeitet wurde, stehen heute oftmals Proteine als große Biomoleküle mit tausend Mal größeren molaren Massen im Fokus der Forschung.

Insgesamt geht der Trend weg von großen hin zu miniaturisierten Versuchsanlagen. Dieses ist vor allem durch die Verbesserung theoretischer Modelle und durch leistungsfähigere Computer, die eine Vielzahl von Variationen vorausberechnen können, möglich. Dadurch lässt sich die Anzahl der Versuche deutlich reduzieren und die Maßstabsvergrößerung zur Errichtung großtechnischer Anlagen treffsicher voraussagen.



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