Bosch Advanced Ceramics presenta il primo microreattore ceramico stampato in 3D al mondo

Jan 14, 2024

Bosch Advanced Ceramics, insieme all’azienda chimica BASF e al Karlsruhe Institute of Technology (KIT), ha sviluppato quello che sostiene sia il primo microreattore stampato in 3D al mondo realizzato in materiale ceramico tecnico.

Un microreattore è un dispositivo su piccola scala progettato per ospitare e facilitare le reazioni chimiche. Per resistere alle condizioni spesso estreme create da queste reazioni, i microreattori devono essere stabili sia in condizioni di calore elevato che corrosive, ma pochi materiali offrono tali proprietà.

Bosch Advanced Ceramics ha ora combinato la sua esperienza nella tecnologia della ceramica con la produzione additiva per consentire un’applicazione unica nel suo genere. Il microreattore viene utilizzato da BASF nelle applicazioni di ricerca quotidiane, consentendo all'azienda di monitorare le proprie reazioni chimiche alle condizioni di temperatura necessarie.

"Per controllare e monitorare una reazione chimica, un reattore deve avere durezza, resistenza al calore e strutture complesse al suo interno", afferma Klaus Prosiegel, direttore vendite di Bosch Advanced Ceramics. "La ceramica tecnica stampata in 3D porta in tavola queste eccellenti proprietà."

Il mercato della ceramica tecnica

Secondo la società di ricerca Data Bridge, entro il 2029 il mercato globale della ceramica tecnica dovrebbe valere circa 16 miliardi di euro. Si tratta di una classe di materiali altamente versatile e richiesta in un'ampia varietà di settori.

Ad esempio, in medicina, i materiali di Bosch Advanced Ceramics vengono utilizzati per produrre forbici bipolari in grado di tagliare i tessuti e arrestare contemporaneamente il sanguinamento. Una corrente elettrica che scorre attraverso il metallo delle lame riscalda il tessuto sigillandolo, mentre la ceramica tecnica funge da isolante per evitare cortocircuiti delle lame metalliche. Ciò può rendere l’intervento chirurgico più sicuro e più veloce.

Allo stesso modo, nel settore energetico, le ceramiche tecniche dell'azienda offrono un'eccellente resistenza al calore e conduttività ionica per l'uso negli stack di celle a combustibile. Anche l’industria della mobilità realizza spesso i suoi sensori di distanza con la ceramica tecnica, aiutando gli automobilisti a parcheggiare l’auto in spazi ristretti.

Un microreattore ceramico stampato in 3D

In mezzo alla pletora di applicazioni avanzate, Bosch riconobbe che la ceramica tecnica poteva anche creare ottime camere di reazione. La sfida era trovare un processo di produzione in grado di fabbricare le complesse strutture necessarie per questo particolare microreattore, strutture che altrimenti sarebbero impossibili utilizzando la produzione tradizionale.

Optando per la stampa 3D, i partner hanno scoperto che il reattore richiedeva meno materie prime e molta meno energia rispetto a un grande reattore convenzionale. BASF sta ora utilizzando il dispositivo stampato in 3D per condurre esperimenti su scala ridotta ed estrapolare i risultati prima di passare a progetti su scala più ampia.

Prosiegel spiega: "È proprio come uno chef che prova una nuova ricetta su piccola scala prima di inserire il piatto nel menu".

Per quanto riguarda i prossimi passi, i partner intendono ora stampare in 3D altri 10-20 reattori con lo stesso identico design per BASF. Prosiegel vede un futuro brillante anche per la ceramica tecnica nel settore chimico nel suo insieme, poiché ogni crogiolo da laboratorio è fatto di ceramica tecnica.

Questo potrebbe essere il primo esempio di un microreattore ceramico stampato in 3D, ma l’industria energetica ha sicuramente già avuto componenti di reattori stampati in 3D. Proprio il mese scorso, una serie di componenti di combustibile prodotti con la produzione additiva sono stati installati nelle centrali nucleari di tutta la Scandinavia. Denominati filtri StrongHold AM, i filtri per i detriti del combustibile nucleare sono stati stampati in 3D da Westinghouse Electric Sweden e sono i primi nel loro genere ad essere approvati per l'uso finale.

Altrove, la Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) con sede a Seattle ha recentemente concesso in licenza un nuovo metodo per stampare in 3D componenti per reattori nucleari utilizzando materiali refrattari come il carburo di silicio. Sviluppato dall’Oak Ridge National Laboratory, il metodo combina tecniche di stampa 3D a getto di legante con un processo di infiltrazione di vapore chimico.