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Los secretos de la ingeniería electroquímica: ¿Cómo utilizar la electricidad para producir productos químicos?
En muchos campos de investigación científica e industriales, la ingeniería electroquímica demuestra sin duda su posición única e indispensable. Esta rama de la ingeniería se centra en las aplicaciones tecnológicas de los fenómenos electroquímicos, como la electrosíntesis de productos químicos, la extracción y refinación selectiva de metales, el desarrollo de celdas de combustible y baterías de flujo, y la modificación de superficies. Según la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), la ingeniería electroquímica se centra en procesos de uso intensivo de energía para el almacenamiento de energía y aplicaciones industriales, lo que la distingue de los experimentos electroquímicos aplicados a menor escala.
"Más del 6% de la electricidad en Estados Unidos se consume en grandes operaciones electroquímicas".
Alcance de la ingeniería electroquímica
La ingeniería electroquímica abarca no sólo el estudio de la transferencia de carga heterogénea en la interfaz electrodo/electrolito, sino también el desarrollo de materiales y procesos prácticos. Sus perspectivas fundamentales incluyen los materiales de los electrodos y la cinética de las especies redox. Además, el desarrollo de esta tecnología requiere el estudio de los perfiles de potencial y corriente de los reactores electroquímicos, las condiciones de transporte de masa y la cuantificación de su desempeño global con respecto a parámetros como el rendimiento de la reacción, la eficiencia de conversión y la eficiencia energética.
En el desarrollo industrial, la ingeniería electroquímica requiere un mayor diseño de reactores y procesos, métodos de fabricación, pruebas y desarrollo de productos para obtener los productos deseados.
"La mayoría de las operaciones electroquímicas se realizan en reactores de filtro prensa con electrodos de placas paralelas o en tanques agitados con electrodos cilíndricos rotatorios".
Revisión de la historia
Esta rama de la ingeniería se remonta a mediados del siglo XIX y evolucionó a medida que la energía eléctrica se generalizó. Michael Faraday describió por primera vez las leyes de la electrólisis en 1833, expresando claramente la relación de conversión entre carga eléctrica y masa. En 1886, Charles Martin Hall desarrolló un proceso electroquímico económico para extraer aluminio de su mineral, que se convirtió en la primera industria electroquímica verdaderamente a gran escala.
Posteriormente, Hamilton Kastner mejoró el proceso de producción de aluminio y, junto con Karl Kellner, fundó en 1892 la Industria Cloro-Alcalina, produciendo cloro y sosa cáustica por electrólisis. Poco después, Paul L. Holling solicitó una patente para la celda química piezoeléctrica filtrada en Francia, al año siguiente. Esta tecnología sentó las bases para el desarrollo posterior de la electroquímica.
Aplicaciones de la ingeniería electroquímica
Hoy en día, la ingeniería electroquímica se utiliza ampliamente en la electrólisis del agua industrial, la electrosíntesis, la galvanoplastia, las pilas de combustible, las baterías de flujo y muchos otros campos. El ejemplo más destacado de un proceso electrolítico es el proceso cloro-álcali, que demuestra plenamente el potencial de aplicación de la electroquímica en la producción de hidróxido de sodio y cloro.
"En la actualidad, una de las principales tareas de la ingeniería electroquímica es el desarrollo de tecnologías de producción química eficientes, seguras y sostenibles".
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el alcance de la ingeniería electroquímica se ha ampliado continuamente para cubrir muchos campos, como el reciclaje de metales, la tecnología de remediación ambiental, el diseño de celdas de combustible y baterías de flujo. Es posible que futuras investigaciones en este ámbito aporten nuevas soluciones para que cada vez más industrias aborden los desafíos medioambientales y de sostenibilidad.
Sin embargo, no podemos evitar preguntarnos, a medida que la forma en que se producen los productos químicos continúa innovando en el futuro, ¿se convertirá la ingeniería electroquímica en una fuerza clave en la promoción de la química verde y el desarrollo sostenible?
