Language
Country/Area
No result found
أسرار الهندسة الكهروكيميائية: كيفية استخدام الكهرباء لإنتاج المواد الكيميائية؟
في العديد من المجالات البحثية العلمية والصناعية، تثبت الهندسة الكهروكيميائية بلا شك مكانتها الفريدة التي لا غنى عنها. يركز هذا الفرع من الهندسة على التطبيقات التكنولوجية للظواهر الكهروكيميائية، مثل التركيب الكهربائي للمواد الكيميائية، والاستخلاص الانتقائي وتكرير المعادن، وتطوير خلايا الوقود وبطاريات التدفق، وتعديل الأسطح. وفقًا للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC)، تركز الهندسة الكهروكيميائية على العمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة لتخزين الطاقة والتطبيقات الصناعية، وهو ما يميزها عن التجارب الكهروكيميائية التطبيقية على نطاق أصغر.
"يتم استهلاك أكثر من 6% من الكهرباء في الولايات المتحدة من خلال العمليات الكهروكيميائية الكبيرة."
نطاق الهندسة الكهروكيميائية
لا تشمل الهندسة الكهروكيميائية دراسة نقل الشحنة غير المتجانسة عند واجهة القطب/الإلكتروليت فحسب، بل تشمل أيضًا تطوير المواد والعمليات العملية. وتشمل وجهات نظرها الأساسية مواد الأقطاب الكهربائية وحركية أنواع الأكسدة والاختزال. علاوة على ذلك، يتطلب تطوير هذه التكنولوجيا دراسة الإمكانات والقدرات الحالية للمفاعلات الكهروكيميائية، وظروف نقل الكتلة، وتقدير أدائها الإجمالي فيما يتعلق بمعلمات مثل إنتاج التفاعل، وكفاءة التحويل، وكفاءة الطاقة.في التطوير الصناعي، تتطلب الهندسة الكهروكيميائية مزيدًا من تصميم المفاعل والعملية، وطرق التصنيع، والاختبار وتطوير المنتج للحصول على المنتجات المطلوبة.
"يتم إجراء معظم العمليات الكهروكيميائية في مفاعلات الترشيح بالضغط باستخدام أقطاب كهربائية ذات صفائح متوازية أو في خزانات متحركة باستخدام أقطاب كهربائية أسطوانية دوارة."
مراجعة التاريخ
يعود تاريخ هذا الفرع من الهندسة إلى منتصف القرن التاسع عشر وتطور مع انتشار الطاقة الكهربائية. كان مايكل فاراداي أول من وصف قوانين التحليل الكهربائي في عام 1833، معبرًا بوضوح عن العلاقة التحويلية بين الشحنة الكهربائية والكتلة. في عام 1886، قام تشارلز مارتن هول بتطوير عملية كهروكيميائية غير مكلفة لاستخراج الألومنيوم من خامه، والتي أصبحت أول صناعة كهروكيميائية واسعة النطاق حقًا. قام هاميلتون كاستنر بعد ذلك بتحسين عملية إنتاج الألومنيوم، وقام مع كارل كيلنر بتأسيس صناعة الكلورو القلوي في عام 1892، لإنتاج الكلور والصودا الكاوية عن طريق التحليل الكهربائي. وبعد فترة وجيزة، تقدم بول إل هولينج بطلب للحصول على براءة اختراع للخلية الكيميائية الكهرضغطية المفلترة في فرنسا في العام التالي. وقد أرست هذه التكنولوجيا الأساس للتطور اللاحق في مجال الكيمياء الكهربائية.تطبيقات الهندسة الكهروكيميائية
اليوم، يتم استخدام الهندسة الكهروكيميائية على نطاق واسع في تحليل المياه الصناعية، والتركيب الكهربائي، والطلاء الكهربائي، وخلايا الوقود، وبطاريات التدفق والعديد من المجالات الأخرى. إن المثال الأكثر بروزًا لعملية التحليل الكهربائي هو عملية الكلور القلوي، والتي توضح تمامًا إمكانات تطبيق الكيمياء الكهربائية في إنتاج هيدروكسيد الصوديوم والكلور.
"تتضمن المهام الرئيسية للهندسة الكهروكيميائية حاليًا تطوير تقنيات إنتاج كيميائية فعالة وآمنة ومستدامة."
مع تطور العلوم والتكنولوجيا، تم توسيع نطاق الهندسة الكهروكيميائية بشكل مستمر لتغطية العديد من المجالات مثل إعادة تدوير المعادن، وتكنولوجيا معالجة البيئة، وتصميم خلايا الوقود والبطاريات المتدفقة. وقد توفر الأبحاث الإضافية في هذا المجال حلولاً جديدة لعدد متزايد من الصناعات لمعالجة تحديات الاستدامة والبيئة.
ومع ذلك، لا يسعنا إلا أن نتساءل، مع استمرار الابتكار في طريقة إنتاج المواد الكيميائية في المستقبل، هل تصبح الهندسة الكهروكيميائية قوة رئيسية في تعزيز الكيمياء الخضراء والتنمية المستدامة؟
