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Das Geheimnis des Filterdruckreaktors: Was ist die Kerntechnologie der industriellen Elektrochemie?
Die Elektrochemie als Zweig der chemischen Verfahrenstechnik konzentriert sich auf die technologische Anwendung elektrochemischer Phänomene, einschließlich chemischer Synthese, Metallgewinnung und -raffination, Flussbatterien und Brennstoffzellen. Gemäß der IUPAC-Definition bezieht sich der Begriff Elektrochemieingenieurwesen speziell auf Prozesse, die große Mengen elektrischer Energie in industriellen oder Energiespeicheranwendungen erfordern, und unterscheidet sich von der angewandten Elektrochemie, die kleine Batterien, Amperemetersensoren und mikrofluidische Geräte umfasst.
Mehr als 6 % des Stromverbrauchs in den USA entfallen auf elektrochemische Großbetriebe.
Umfang der Elektrochemie
Dieses Feld kombiniert das Studium des heterogenen Ladungstransfers an Elektroden-/Elektrolyt-Grenzflächen mit der Entwicklung praktischer Materialien und Prozesse. Gleichzeitig beinhaltet es auch die kinetische Analyse von Elektrodenmaterialien und Redoxsubstanzen. Um eine technologische Entwicklung zu erreichen, ist die Untersuchung elektrochemischer Reaktoren besonders wichtig. Dabei geht es um Faktoren wie deren Potenzial- und Stromverteilung, großskalige Transportbedingungen und Strömungsmechanik sowie die quantitative Bewertung der Gesamtleistung, etwa Reaktionsausbeute, Umwandlungseffizienz und Energieeffizienz.
Geschichte
Die elektrochemische Verfahrenstechnik entwickelte sich allmählich parallel zur Entwicklung der chemischen Verfahrenstechnik, insbesondere nach der Einführung elektrischer Energiequellen Mitte des 19. Jahrhunderts. Im Jahr 1833 beschrieb Michael Faraday erstmals die Gesetze der Elektrolyse und klärte den Zusammenhang zwischen der Menge der elektrischen Ladung und der umgewandelten Masse. Die Erfindung eines kostengünstigen elektrolytischen Verfahrens zur Gewinnung von Aluminium aus Erzen durch Charles Martin Hall im Jahr 1886 markierte den Beginn einer elektrochemischen Industrie im großen Maßstab.
Hamilton Kastner verbesserte daraufhin den Aluminiumherstellungsprozess und erfand die Produktion von Chlor und Natriumhydroxid durch Laugenelektrolyse in großen Quecksilberbatterien, womit er praktisch die Chlor-Alkali-Industrie begründete.
Anwendungen der elektrochemischen Verfahrenstechnik
Die Elektrochemie findet in zahlreichen Anwendungen Anwendung, unter anderem in der industriellen Wasserelektrolyse, der elektrolytischen Synthese, der Galvanisierung, in Brennstoffzellen, Redoxbatterien und der Dekontaminierung von Industrieabwässern. Unter ihnen ist das Chlor-Alkali-Verfahren ein typisches Verfahren auf Elektrolysebasis, das hauptsächlich zur Herstellung von Natriumhydroxid und Chlor verwendet wird. Es gibt viele andere anorganische Chemikalien, die durch Elektrolyse hergestellt werden können.
Perspektiven
Derzeit bestehen die Hauptaufgaben der Elektrochemie in der Entwicklung effizienter, sicherer und nachhaltiger Technologien zur Herstellung von Chemikalien, zur Metallrückgewinnung, zu Sanierungs- und Dekontaminationstechnologien sowie in der Konstruktion von Brennstoffzellen, Flussbatterien und industriellen elektrochemischen Reaktoren.
Welche Auswirkungen wird die Zukunft der elektrochemischen Verfahrenstechnik auf unseren Lebensstil und unsere industrielle Entwicklung haben?
