Notiuni introductive despre ingineria si tehnologia proceselor electrochimice (ITPE)

Notiuni introductive despre ingineria si tehnologia proceselor electrochimice (ITPE)

Rolul principal al tehnologiilor chimice, incluzand deci si tehnologiile electrochimice este de a contribui direct la efortul societatii pentru utilizarea resurselor naturale si energetice, limitate, in mod rational.

Tehnologiile electrochimice sunt larg raspandite in lume si consuma sau genereaza energia electrica.

ITPE are la baza Electrochimia ca stiinta fundamentala si ocupa un loc important in societatea industrializata contemporana.

Procesele electrochimice prezinta urmatoarele avantaje:

- obtinerea unor produsi de puritate ridicata,

- selectivitate,

- simplitate, datorita absentei unor reactivi, electrozii servind drept sursa (catodul) sau consumator (anodul) de electroni,

- absenta unor sub-produsi de cele mai multe ori inutilizabili,

- se desfasoara intr-o singura etapa si

- impact poluant minim.

Cercetarea proceselor electrochimice, presupune elucidarea problemelor teoretice, de inginerie si tehnologie electrochimica. Ingineria electrochimica este cea care face legatura dintre electrochimia teoretica si industria electrochimica (tab.1), iar legaturile industriei electrochimice cu celelalte stiinte sunt prezentate schematic in tabelul 2.

Tabelul 1. Interdependenta Electrochimie - Inginerie electrochimica - Industrie electrochimica

Echilibru ion-solvent

ELECTROCHIMIE TEORETICa Transportul ionic

Interfata electrod-electrolit

Cercetarea fundamentala Termodinamica chimica

Cinetica electrochimica

Electrocataliza

Bioelectrochimie

Transportul de masa

INGINERIA ELECTROCHIMICa Bilantul de materiale

Transferul de energie

Experiente pe instalatii pilot Bilantul de energie

Proiectarea reactorului

Stiinta materialelor

Testarea prototipurilor Elemente de proiectare a instalatiilor

semi-industriale si industriale

Operarea sistemelor

Studiul pietei

Proiectarea, executia si montajul instalatiei

INDUSTRIA ELECTROCHIMICa Pornirea si probele tehnologice ale instalatiei

Exploatarea instalatiei

Intretinerea instalatiei si prevenirea accidentelor

Tabelul 2. Bazele industriei electrochimice

Trasaturile specifice industriei electrochimice:

I.             Solicita curent electric continuu, de tensiune scazuta si amperaj ridicat pentru desfasurarea reactiilor electrochimice;

II.                  Productia masica este guvernata de legile lui Faraday;

III.              Reactia electrochimica are loc (i) omogen la electrozi, (ii) eterogen sau (iii) in fondul electrolitic, cand transferul de sarcina este mediat;

IV.               Procesele electrochimice si vitezele lor pot fi controlate de electrozi (efecte electrocatalitice), de electrolit si de conditiile de operare cum sunt potentialul de electrod sau densitatea de curent, regimul hidrodinamic, transferul de energie termica etc.

In urmatoarele decenii, dezvoltarea electrochimiei, a ingineriei si a tehnologiei electrochimice se va baza pe colaborarea cu specialisti in fizica solidului, in automatizare, in tehnica de calcul, in stiinta materialelor si in biologie.

Directiile de cercetare profitabile

- modelarea si simularea proceselor complexe, vizand optimizarea si imbunatatirea selectivitatii in reactiile electrochimice cuplate cu reactii chimice;

- operarea in conditii periodice (curent sau potential pulsant);

- automatizarea si controlul instalatiilor si al proceselor;

- modelarea dinamica;

- proiectarea si optimizarea proceselor complexe;

- intensificarea proceselor;

- electrochimia mediului.

In tehnologiile electrochimice se vor valida tehnici noi, cum ar fi:

- electrochimia organica foto-asistata;

- electropolimerizarea

- bioelectrosintezele si procesele electroenzimatice;

- depunerile de metale induse prin LASER;

- va creste interesul pentru electrosinteza electrocatalitic mediata in faza omogena, precum si in faza eterogena cu sisteme redox imobilizate;

- elaborarea de materiale noi cum sunt electrocatalizorii din generatii superioare, oxizi micsti supraconductori, conductorii ionici solizi, noi membrane schimbatoare de ioni (bipolare), polimerii conductori si nanomateriale;

- elaborarea de noi tehnici de caracterizare a suprafetei si a materialelor pentru procese de electroliza in saruri topite.