Objavljeno: .
Ažurirano: 30. travnja 2021.

elektrokemijsko inženjerstvo, inženjerska disciplina koja povezuje znanja iz elektrokemije s principima kemijskog inženjerstva. Uključuje razvoj i izvedbu elektrokemijskih reaktora te provedbu elektrokemijskih procesa na laboratorijskoj ili industrijskoj razini.

Elektrokemijski procesi obuhvaćaju procese u kojima dolazi do pretvorbe električne energije u kemijsku (elektroliza) ili pretvorbe kemijske energije u električnu (galvanski članci i korozija). U procese elektrolize spada → galvanotehnika (sv. 1) koja uključuje elektrodepoziciju metala (galvanostegija ili elektroplatiranje) i elektroformiranje (galvanoplastika ili elektrooblikovanje), te površinska obradba metala (→ inženjerstvo površina; sv. 1), dobivanje i rafinacija metala, elektrokemijska proizvodnja organskih i anorganskih tvari, elektrokemijska obradba otpadnih voda (uklanjanje iona metala, razgradnja organskih onečišćivala), elektrodijaliza i elektroforetsko bojenje. U širem smislu elektrokemijsko inženjerstvo obuhvaća i korozijsko inženjerstvo te inženjerstvo elektrokemijskih spremnika i pretvornika energije.

Probijanje elektrolitičke kore i sakupljanje aluminija u vakuumski lonac u proizvodnom pogonu Ražine, Tvornica lakih metala Boris Kidrič

Specifičnost elektrokemijskih procesa u odnosu na kemijske jest brzina reakcije, koja je proporcionalna jakosti električne struje i ovisi o naponu. Preciznom kontrolom napona i vremena moguće je kontrolirati iskorištenje električne struje, konverziju reaktanata, čistoću produkta, debljinu prevlake istaložene na elektrodi te količinu utrošene električne energije. S obzirom na to da je potrošnja električne energije proporcionalna naponu, cilj je svakoga proizvodnog elektrokemijskog procesa postići željenu vrijednost električne struje uz što manji prenapon.

Elektrolitička ćelija (ćelija 2. generacije) u proizvodnom pogonu Ražine, Tvornica lakih metala Boris Kidrič

Razvoj

Razvoj elektrokemijskih procesa veže se uz otkriće galvanskih članaka (kraj XVIII. i početak XIX. st.) te uz otkriće zakona elektrolize Michaela Faradaya 1832. Talijanski kemičar Luigi Brugnatelli (1761–1818) osmislio je 1805. proces elektrodepozicije zlata, no njegova praktična primjena u industriji ostvarena je tek četrdesetak godina kasnije. Postupak dobivanja aluminija elektrolizom iz taline (Hall-Héroultov postupak) razvijen je 1886., a 1888. razvijeni su elektrokemijski postupci za dobivanje klora i lužine. Elektrokemijsko inženjerstvo kao zasebna disciplina počelo se razvijati nakon II. svj. rata, kada se došlo do spoznaja o utjecaju hidrodinamike elektrolita na brzinu elektrokemijske reakcije i načinima prijenosa tvari u elektrolitu i poroznim elektrodama, te postavljanja relacija za opisivanje raspodjele struje i potencijala na elektrodi. Najznačajniji doprinos u tom području dali su Carl Wagner, Veniamin Grigorijevič Levič (Levich), Norbert Ibl, Charles Tobias, Pierre Le Goff i John Newman. Elektrokemijsko inženjerstvo do tada nije znatno utjecalo na industrijske procese. Postojeći procesi bili su razvijeni metodom pokušaja i pogrešaka bez razumijevanja temeljnih fenomena. Preokret i veći utjecaj elektrokemijskog inženjerstva na industrijske procese dogodio se 1966. razvojem proton-izmjenjivačkih membrana (zaštićeni naziv Nafion) i 1968. razvojem dimenzijski stabilnih anoda (DSA). U idućim desetljećima razvijali su se kompleksniji elektrokemijski reaktori koji su imali veće prostorno-vremensko iskorištenje zbog poboljšane hidrodinamike i uvođenja trodimenzijskih elektroda. Moderno elektrokemijsko inženjerstvo usredotočeno je na razvoj novih elektrokatalitičkih materijala, gorivnih članaka, superkondenzatora, galvanskih članaka, konverziju CO2 i obradbu otpadnih voda.

Hala s elektrolitičkim ćelijama u proizvodnom pogonu Ražine, Tvornica lakih metala Boris Kidrič

Elektrokemijsko inženjerstvo u Hrvatskoj

U Hrvatskoj je razvoj elektrokemijskog inženjerstva vezan uz razvoj industrijskih postrojenja i istraživačku djelatnost na visokoškolskim ustanovama.

U Lozovcu pokraj Šibenika je 1937. otvorena prva tvornica aluminija u jugoistočnoj Europi Ivanal. Lozovac je odabran za izgradnju elektrolize zbog blizine rudnika boksita i hidroelektrane Jaruga te blizine luke i željeznice. Nakon II. svj. rata u šibenskim Ražinama osnovana je 1952. → Tvornica lakih metala (TLM) Boris Kidrič, u kojoj je pogon elektrolize pokrenut 1958., a zbog nerentabilnosti je prekinuo s radom 1964. Iste su se godine dvije šibenske tvornice aluminija objedinile u jedno poduzeće (TLM), s pogonima u Lozovcu i Ražinama. Godine 1973. u Ražinama je pokrenuto novo postrojenje elektrolize; 1987. zbog nerentabilnosti prestalo je s radom postrojenje elektrolize u Lozovcu, a 1991. i ono u Ražinama, kada su nastale znatne štete zbog raketiranja glavne trafostanice i hale elektrolize.

Hala s ćelijama za elektrolizu u Tvornici aluminija Lozovac, oko 1965.

Zatvorene elektrolitičke ćelije Söderberg (ćelije 1. generacije) u Tvornici aluminija Lozovac; ćelije su povezane s cijevima koje odvode plinove u okolinu izvan hale

Radnik probija elektrolitičku koru u proizvodnom pogonu Ražine, Tvornica lakih metala Boris Kidrič, oko 1980.

Elektrokemijski procesi primjenjivali su se i u drugim poduzećima hrvatske industrije. U → Jugovinilu iz Kaštel Sućurca (kasnije Adriavinil, odn. Adriachem) su se elektrolizom proizvodili klor i lužina (1949–2000), a u zagrebačkoj → Plivi elektroliza se prema vlastitoj patentiranoj tehnologiji rabila u procesu dobivanja vitamina C (od 1953. do 1990-ih). U Hrvatskoj su radila ili još rade mnoga postrojenja za elektrodepoziciju metala u okviru elektroindustrije ili manjih poduzeća koja se bave zaštitom metala.

Dio tvorničkog kompleksa poduzeća Jugovinil, druga polovica XX. st.

Razvoj visokoškolske nastave i istraživanja u području elektrokemijskog inženjerstva vezan je uz nekadašnji Kemijsko-tehnološki odjel Tehnološkoga fakulteta u Zagrebu (danas → Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije) i rad profesora → Branka Lovrečeka, najprije na Zavodu za fizikalnu kemiju, a od 1960. na novoosnovanome Zavodu za elektrokemiju i elektrokemijsku tehnologiju. Od 1968. na Zavodu djeluje i Đani Matić koji je 1988. objavio udžbenik Elektrokemijsko inženjerstvo. Na Kemijsko-tehnološkome fakultetu u Splitu 1991. osnovan je Zavod za elektrokemiju i zaštitu materijala, kojega je prva predstojnica bila Jagoda Radošević.

U sastavu → Hrvatskog društva kemijskih inženjera i tehnologa djeluje Sekcija za elektrokemiju i elektrokemijsko inženjerstvo koja okuplja znanstvenike i praktičare iz različitih segmenata elektrokemijskog inženjerstva: procesa elektrolize, razvoja elektrokemijskih spremnika i pretvornika energije te korozijskog inženjerstva.


Ostali podatci
Mrežne poveznice

M. Jakovljević: Moja priča o aluminiju

Iz arhive LZMK-a

R. Podhorsky: ELEKTROKEMIJA. Tehnička enciklopedija, sv. 4, 1973., str. 363–393.

elektrokemijsko inženjerstvo
Probijanje elektrolitičke kore u proizvodnom pogonu Ražine, Tvornica lakih metala Boris Kidrič

Inženjerska disciplina koje povezuje znanja iz elektrokemije s principima kemijskog inženjerstva.

Kategorije i područja