Language
Country/Area
No result found
I segreti dell'ingegneria elettrochimica: come usare l'elettricità per produrre sostanze chimiche?
In molti campi della ricerca scientifica e industriale, l'ingegneria elettrochimica dimostra senza dubbio la sua posizione unica e indispensabile. Questa branca dell'ingegneria si concentra sulle applicazioni tecnologiche dei fenomeni elettrochimici, come l'elettrosintesi di sostanze chimiche, l'estrazione selettiva e la raffinazione dei metalli, lo sviluppo di celle a combustibile e batterie a flusso e la modifica delle superfici. Secondo l'Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata (IUPAC), l'ingegneria elettrochimica si concentra sui processi ad alto consumo energetico per l'accumulo di energia e le applicazioni industriali, il che la distingue dagli esperimenti elettrochimici applicati su scala più piccola.
"Più del 6% dell'elettricità negli Stati Uniti viene consumata da grandi operazioni elettrochimiche."
Ambito dell'ingegneria elettrochimica
L'ingegneria elettrochimica comprende non solo lo studio del trasferimento di carica eterogeneo all'interfaccia elettrodo/elettrolita, ma anche lo sviluppo di materiali e processi pratici. Le sue prospettive fondamentali includono i materiali degli elettrodi e la cinetica delle specie redox. Inoltre, lo sviluppo di questa tecnologia richiede lo studio dei profili di potenziale e di corrente dei reattori elettrochimici, delle condizioni di trasporto di massa e la quantificazione delle loro prestazioni complessive rispetto a parametri quali la resa di reazione, l'efficienza di conversione e l'efficienza energetica.
Nello sviluppo industriale, l'ingegneria elettrochimica richiede un'ulteriore progettazione di reattori e processi, metodi di produzione, test e sviluppo del prodotto per ottenere i prodotti desiderati.
"La maggior parte delle operazioni elettrochimiche vengono eseguite in reattori a filtropressa con elettrodi a piastre parallele o in serbatoi agitati con elettrodi cilindrici rotanti."
Revisione della storia
Questa branca dell'ingegneria risale alla metà del XIX secolo e si è evoluta con la diffusione dell'energia elettrica. Michael Faraday descrisse per primo le leggi dell'elettrolisi nel 1833, esprimendo chiaramente la relazione di conversione tra carica elettrica e massa. Nel 1886, Charles Martin Hall sviluppò un processo elettrochimico poco costoso per estrarre l'alluminio dal minerale, che divenne la prima vera industria elettrochimica su larga scala.
Successivamente Hamilton Kastner migliorò il processo di produzione dell'alluminio e, insieme a Karl Kellner, fondò nel 1892 la Chloro-Alkali Industry, producendo cloro e soda caustica tramite elettrolisi. Presto, Paul L. Holling fece domanda di brevetto per la cella chimica piezoelettrica filtrata in Francia l'anno seguente. Questa tecnologia gettò le basi per il successivo sviluppo dell'elettrochimica.
Applicazioni dell'ingegneria elettrochimica
Oggi l'ingegneria elettrochimica è ampiamente utilizzata nell'elettrolisi industriale dell'acqua, nell'elettrosintesi, nella galvanica, nelle celle a combustibile, nelle batterie a flusso e in molti altri campi. L'esempio più importante di processo elettrolitico è il processo cloro-alcali, che dimostra appieno il potenziale applicativo dell'elettrochimica nella produzione di idrossido di sodio e cloro.
"Attualmente, i compiti principali dell'ingegneria elettrochimica includono lo sviluppo di tecnologie di produzione chimica efficienti, sicure e sostenibili."
Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, il campo di applicazione dell'ingegneria elettrochimica è stato costantemente ampliato per coprire molti campi quali il riciclaggio dei metalli, la tecnologia di bonifica ambientale, la progettazione di celle a combustibile e batterie a flusso. Ulteriori ricerche in questo ambito potrebbero fornire nuove soluzioni a un numero sempre maggiore di settori per affrontare le sfide ambientali e di sostenibilità.
Tuttavia, non possiamo fare a meno di chiederci: poiché il modo in cui vengono prodotte le sostanze chimiche continuerà a innovarsi in futuro, l'ingegneria elettrochimica diventerà una forza chiave nella promozione della chimica verde e dello sviluppo sostenibile?
