1800-aisiais aliuminis buvo laikomas vertingesniu už auksą ar sidabrą, nes buvo labai brangu gaminti bet kokį metalą. Dėl Hall-Héroult lydymo proceso, kuris 1886 m. buvo elektrocheminio aliuminio oksido redukavimo pradininkas, dėl elektrochemijos pažangos aliuminis tapo prieinamesnis ir prieinamesnis, greitai paverčiant jį pagrindine medžiaga, naudojama orlaivių, elektros linijų, maisto laikymo konteinerių gamyboje. ir daugiau.
Visuomenei sutelkiant dėmesį į slegiančią klimato krizę, su kuria šiandien susiduriame, mes ieškome transformuojančių sprendimų, kaip spręsti aplinkosaugos iššūkius. Panašiai kaip elektrochemija modernizavo aliuminio gamybą, mokslas turi raktą į plieno ir geležies gamybos revoliuciją.
Elektrochemija gali padėti išsaugoti planetą
Pasauliui priėmus švarios energijos sprendimus, tokius kaip vėjo turbinos, elektrinės transporto priemonės ir saulės baterijos, skirtos klimato krizei spręsti, labai svarbu pakeisti požiūrį į gamybą. Tradicinė plieno gamyba, kuriai reikia daug energijos, norint sudeginti iškastinį kurą aukštesnėje nei 1600 °C temperatūroje, kad rūda virstų geležimi, šiuo metu sudaro apie 10 procentų planetos metinio CO.2 išmetamųjų teršalų. Tęsiant įprastus metodus gali būti pakenkta pažangai siekiant aplinkosaugos tikslų.
Mokslininkai jau taiko elektrochemiją, kuri suteikia tiesioginį elektrinį oksidacijos-redukcijos reakcijų valdymą, kad rūdą paverstų geležimi. Konversija yra esminis plieno gamybos etapas ir daugiausiai išmetamų teršalų išskirianti dalis. Elektrochemijos inžinieriai gali paskatinti perėjimą prie švaresnės plieno ir geležies pramonės, permąstydami ir nustatydami optimizavimo prioritetus.
Kai 1998 m. pirmą kartą studijavau inžinerinę termodinamiką, elektra, kuri buvo penkis kartus didesnė už šilumos džaulį, buvo laikoma aukščiausios kokybės energijos forma, kurią reikia naudoti tik tada, kai to tikrai reikia.
Nuo to laiko elektros kaina nuolat mažėjo. Tačiau dabar žinoma, kad emisijos yra daug kenksmingesnės ir brangesnės.
Šiandien inžinieriai turi pakoreguoti šiuo metu priimtą praktiką, kad sukurtų naujus sprendimus, kuriuose pirmenybė teikiama masės efektyvumui, o ne energijos vartojimo efektyvumui.
Be elektrochemijos inžinierių, dirbančių siekiant švaresnės plieno ir geležies pramonės, technologijų pažanga ir pigesni atsinaujinantys energijos šaltiniai atvedė mus į „elektrocheminį momentą“, kuris žada pokyčius keliuose sektoriuose.
Pavyzdžiui, dėl mažėjančios fotovoltinių plokščių ir vėjo turbinų kainos atsirado pigesnė atsinaujinanti elektros energija. Elektros paskirstymo sistemų, skirtų elektrinėms transporto priemonėms, pažanga gali būti panaudota moduliniams elektrocheminiams reaktoriams.
Elektrochemija turi potencialą remti švarios, ekologiškos infrastruktūros kūrimą, be baterijų, elektrolizatorių ir kuro elementų. Elektrocheminiai procesai ir metodai gali būti pritaikyti gaminant metalus, keramiką, kompozitus ir net polimerus tokiomis mastelėmis, kurios anksčiau buvo skirtos termocheminiams procesams. Įdėjus pakankamai pastangų ir apgalvojus, elektrocheminė gamyba gali sukelti milijardus tonų metalo, betono ir plastiko. Ir kadangi elektrochemija tiesiogiai pasiekia elektronų perdavimo pagrindą chemijai, tas pačias medžiagas galima perdirbti naudojant atsinaujinančią energiją.
Kadangi per ateinančius penkerius metus tikimasi, kad atsinaujinantys energijos šaltiniai sudarys daugiau nei 90 procentų pasaulinės elektros energijos plėtros, mokslininkai ir inžinieriai, susitelkę į elektrochemiją, turi išsiaiškinti, kaip geriausiai panaudoti pigią vėjo ir saulės energiją.
Pagrindiniai elektrocheminių sistemų komponentai, įskaitant sudėtingus oksidus, korozijai atsparius metalus ir didelio galingumo tikslius galios keitiklius, dabar yra jaudinantis įrankių rinkinys kitai elektrocheminės inžinerijos raidai.
Anksčiau atvykę mokslininkai sukūrė stabilų statybinių blokų rinkinį; naujos kartos elektrochemijos inžinieriai turi juos naudoti kurdami elegantiškus, patikimus reaktorius ir kitas sistemas, kurios gamintų ateities procesus.
Prieš tris dešimtmečius elektrochemijos inžinerijos kursai dažniausiai buvo pasirenkami ir absolventai. Dabar beveik kiekvienas institucinis aukščiausio rango tyrimų ir plėtros centras turi visas elektrocheminės inžinerijos studijas. Šia sritimi besidomintys studentai turėtų lankyti tiek elektroanalitinės chemijos, tiek elektrocheminių metodų pamokas, tiek elektrocheminio energijos kaupimo ir medžiagų apdirbimo kursinius.
Nors elektrocheminė gamyba yra įmanoma, ji nėra neišvengiama. Norint pasiekti potencialų mastą, reikės bendrų naujos kartos inžinierių pastangų.
Lygiai taip pat, kaip mokslininkai rado būdą, kaip atskleisti gausaus, kadaise nepasiekiamo aliuminio potencialą, inžinieriai dabar turi galimybę sukurti švaresnę, tvaresnę ateitį. Elektrochemija turi galią pakeisti švarią energiją, atverdama kelią pasauliui, kuriame aplinkos harmonija ir pramonės pažanga dera koja kojon.