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Il segreto del reattore a filtro-pressione: qual è la tecnologia fondamentale dell'elettrochimica industriale?
L'ingegneria elettrochimica, come branca dell'ingegneria chimica, si concentra sulle applicazioni tecnologiche dei fenomeni elettrochimici, tra cui la sintesi chimica, l'estrazione e la raffinazione dei metalli, le batterie a flusso e le celle a combustibile. Secondo la definizione IUPAC, il termine ingegneria elettrochimica si riferisce specificamente ai processi che richiedono grandi quantità di energia elettrica in applicazioni industriali o di accumulo di energia, ed è diverso dall'elettrochimica applicata, che comprende piccole batterie, sensori amperometrici e dispositivi microfluidici.
Le operazioni elettrochimiche su larga scala sono responsabili di oltre il 6% del consumo di elettricità negli Stati Uniti.
Ambito dell'ingegneria elettrochimica
Questo campo combina lo studio del trasferimento di carica eterogeneo alle interfacce elettrodo/elettrolita con lo sviluppo di materiali e processi pratici. Allo stesso tempo, include anche l'analisi cinetica dei materiali degli elettrodi e delle sostanze redox. Per raggiungere lo sviluppo tecnologico, è particolarmente importante lo studio dei reattori elettrochimici, compresi fattori quali il loro potenziale e la distribuzione della corrente, le condizioni di trasporto su larga scala e la meccanica dei fluidi, nonché la valutazione quantitativa delle prestazioni complessive, come la resa di reazione, l'efficienza di conversione e l'efficienza energetica.
Storia
L'ingegneria elettrochimica è emersa gradualmente, di pari passo con lo sviluppo dell'ingegneria chimica, soprattutto dopo l'emergere delle fonti di energia elettrica a metà del XIX secolo. Nel 1833, Michael Faraday descrisse per primo le leggi dell'elettrolisi, chiarendo la relazione tra la quantità di carica elettrica e la massa convertita. L'invenzione di un processo elettrolitico economico per estrarre l'alluminio dal minerale da parte di Charles Martin Hall nel 1886 segnò l'inizio di un'industria elettrochimica su larga scala.
Successivamente Hamilton Kastner migliorò il processo di produzione dell'alluminio e inventò la produzione di cloro e idrossido di sodio tramite elettrolisi della liscivia in grandi batterie al mercurio, creando di fatto l'industria del cloro-alcali.
Applicazioni dell'ingegneria elettrochimica
L'ingegneria elettrochimica ha un'ampia gamma di applicazioni, tra cui l'elettrolisi dell'acqua industriale, la sintesi elettrolitica, la galvanica, le celle a combustibile, le batterie a flusso e la decontaminazione delle acque reflue industriali. Tra questi, il processo cloro-alcali è un tipico processo basato sull'elettrolisi, utilizzato principalmente per la produzione di idrossido di sodio e cloro. Esistono molte altre sostanze chimiche inorganiche che possono essere prodotte tramite elettrolisi.
Prospettive
Attualmente, i compiti principali dell'ingegneria elettrochimica sono lo sviluppo di tecnologie efficienti, sicure e sostenibili per la produzione di prodotti chimici, il recupero dei metalli, le tecnologie di bonifica e decontaminazione, nonché la progettazione di celle a combustibile, batterie a flusso e reattori elettrochimici industriali.
In che modo il futuro dell'ingegneria elettrochimica influenzerà il nostro stile di vita e lo sviluppo industriale?
