Language
Country/Area
No result found
Секрет электрохимической инженерии: как использовать электричество для производства химикатов?
Во многих областях научных исследований и промышленности электрохимическая инженерия, несомненно, демонстрирует свое уникальное и незаменимое положение. Эта отрасль инженерии фокусируется на технологических применениях электрохимических явлений, таких как электросинтез химических веществ, селективная экстракция и очистка металлов, разработка топливных элементов и проточных батарей, а также модификация поверхности. По данным Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), электрохимическая инженерия фокусируется на энергоемких процессах для хранения энергии и промышленного применения, что отличает ее от менее масштабных прикладных электрохимических экспериментов.
«Более 6% электроэнергии в Соединенных Штатах потребляется крупными электрохимическими предприятиями».
Область применения электрохимической инженерии
Электрохимическая инженерия охватывает не только изучение гетерогенного переноса заряда на границе раздела электрод/электролит, но и разработку практических материалов и процессов. Его фундаментальные перспективы включают электродные материалы и кинетику окислительно-восстановительных процессов. Кроме того, разработка этой технологии требует изучения профилей потенциала и тока электрохимических реакторов, условий массопереноса и количественной оценки их общей производительности по таким параметрам, как выход реакции, эффективность преобразования и энергоэффективность.
В промышленном развитии электрохимическая инженерия требует дальнейшего проектирования реакторов и процессов, методов производства, испытаний и разработки продукции для получения желаемых продуктов.
«Большинство электрохимических операций выполняются в фильтр-пресс-реакторах с параллельными пластинчатыми электродами или в мешалках с вращающимися цилиндрическими электродами».
Обзор истории
Эта отрасль машиностроения зародилась в середине XIX века и развивалась по мере распространения электроэнергии. Майкл Фарадей впервые описал законы электролиза в 1833 году, четко выразив соотношение преобразования между электрическим зарядом и массой. В 1886 году Чарльз Мартин Холл разработал недорогой электрохимический процесс извлечения алюминия из руды, который стал первой по-настоящему крупномасштабной электрохимической промышленностью.
Впоследствии Гамильтон Кастнер усовершенствовал процесс производства алюминия и вместе с Карлом Кельнером в 1892 году основал хлорщелочную промышленность, производящую хлор и каустическую соду методом электролиза. Вскоре, в следующем году, Пол Л. Холлинг подал заявку на патент на фильтрованный пьезоэлектрический химический элемент во Франции. Эта технология заложила основу для последующего развития электрохимии.
Применение электрохимической инженерии
Сегодня электрохимическая инженерия широко применяется в промышленном электролизе воды, электросинтезе, гальванопокрытии, топливных элементах, проточных батареях и многих других областях. Наиболее ярким примером электролитического процесса является хлорно-щелочной процесс, который в полной мере демонстрирует потенциал применения электрохимии в производстве гидроксида натрия и хлора.
«В настоящее время основными задачами электрохимической инженерии являются разработка эффективных, безопасных и устойчивых технологий химического производства».
С развитием науки и техники сфера электрохимической инженерии постоянно расширяется и охватывает многие области, такие как переработка металлов, технологии восстановления окружающей среды, проектирование топливных элементов и проточных батарей. Дальнейшие исследования в этой области могут предоставить новые решения для все большего числа отраслей промышленности, направленные на решение проблем устойчивого развития и охраны окружающей среды.
Однако мы не можем не задаться вопросом: поскольку способы производства химикатов в будущем продолжат совершенствоваться, станет ли электрохимическая инженерия ключевой силой в продвижении зеленой химии и устойчивого развития?
