ELETTROLISI

ELETTROLISI (XIII, p. 733; App. III, 1, p. 529)

Fra i processi elettrolitici industriali mantengono la preminenza, per entità di consumo energetico, quelli impiegati nell'industria del cloro e della soda caustica e nella fabbricazione dell'alluminio, che impegnano complessivamente quasi il 5% della produzione mondiale di energia elettrica.

Nell'ultimo decennio la fabbricazione del cloro si è concentrata in impianti di potenzialità giornaliera per lo più compresa fra 500 e 1000 t, con circuiti elettrolitici costituiti da celle di capacità unitaria fino a 500 kA. Questa economia di scala è stata resa possibile da importanti progressi tecnologici, come lo sviluppo dei raddrizzatori di corrente al silicio e la sostituzione degli anodi di grafite con quelli di titanio, provvisti di depositi elettrocatalitici per la scarica del cloro. Essi consistono di miscele di ossidi semiconduttori di metalli comprendenti il titanio e la famiglia del platino, inattaccabili dal cloro nascente. I raddrizzatori al silicio, grazie alla loro bassa caduta di tensione interna, forniscono rendimenti di conversione elevati (97 ÷ 98%) anche per tensioni di erogazione relativamente basse (200 V). Ciò consente la concentrazione, economicamente vantaggiosa, della capacità produttiva in circuiti elettrolitici di poche celle in serie, a elevato carico di corrente. In quanto agli anodi metallici, essi presentano una sovratensione di scarica per il cloro inferiore a quella su grafite, e inoltre la loro struttura, sottile e aperta, non consente l'accumulo di bolle gassose fra l'anodo e il catodo, che aumenta la polarizzazione ohmica. Ciò permette di elevare quasi del doppio la densità di corrente, e quindi anche il carico e la capacità produttiva delle celle, senza aumentarne le dimensioni e mantenendo pressoché invariato il consumo energetico per t di cloro (2700 kWh nel processo a diaframma e 3300 in quello ad amalgama). Inoltre, l'adozione degli anodi metallici nel processo a diaframma tende a renderne più decisiva, in molti casi, la convenienza economica in confronto col processo ad amalgama. Tale convenienza diverrebbe anche maggiore sostituendo il diaframma poroso di amianto con una membrana sintetica permselettiva e di sufficiente durata, che consentisse la produzione diretta di soluzione caustica quasi esente da cloruri. Tale innovazione, già adottata in scala pilota, potrebbe costituire un progresso rivoluzionario nell'immediato futuro.

La produzione di alluminio, tuttora principalmente basata sull'e. dell'allumina in bagno fuso di criolite, si è anch'essa giovata di notevoli perfezionamenti nella costruzione dei forni, la cui capacità si eleva fino a 150 kA, e nella conduzione del processo, che si avvale dei metodi moderni di automazione ed elaborazione elettronica dei dati. Il consumo energetico, che ammontava a 40 kWh per kg di alluminio all'inizio della tecnologia, si è abbassato a 14 kWh e tende a un limite pratico di 12 kWh, contro i 3,4 kWh teorici. Frattanto, non sono mancate le ricerche di processi sostitutivi, che avrebbero altresì il vantaggio di eliminare il problema ecologico dell'abbattimento dei composti fluorurati volatili, tipico dell'e. in bagno criolitico. In uno di tali processi, l'attacco dell'allumina con cloro e carbone produce cloruro di alluminio, dal quale l'alluminio viene estratto per riduzione con magnesio disciolto in alluminio fuso. Il cloruro di magnesio prodotto è sottoposto a e. sopra un catodo di alluminio. Mentre all'anodo si rigenera il cloro necessario a chiudere il ciclo, sul catodo si deposita il magnesio, formando la lega riducente che, estratta dalla cella, è inviata a ridurre il cloruro di alluminio.

Si prevede che i compiti da assegnare all'ingegneria elettrochimica debbano assumere un'importanza sempre maggiore, in una civiltà assillata dal problema della difesa ambientale e del risparmio delle riserve di combustibile fossile. Importanti processi termici per il trattamento di minerali solforati potrebbero essere sostituiti da processi idrometallurgici, miscelando il minerale con una soluzione di cloruro di sodio, in modo da solubilizzare i valori metallici per formazione di complessi col cloro attivo prodotto all'anodo e renderli atti alla deposizione catodica. Con ciò si eliminerebbe l'emissione di anidride solforosa e il consumo diretto o indiretto di combustibile, qualora l'energia elettrica fosse prodotta in centrali nucleari. Inoltre, la sostituzione delle fonti tradizionali di energia termica con quella nucleare consentirà la produzione economica d'idrogeno per scomposizione dell'acqua con mezzi elettrolitici perfezionati o altri processi. L'economia energetica futura sarà quindi basata anche sul vasto impiego dell'idrogeno quale combustibile non inquinante e di agevole produzione, sia per i consumi diretti sia come fonte di energia elettrica di riserva, prodotta in pile a idrogeno/ossigeno.

Bibl.: A. T. Kuhn, Industrial electrochemical processes, Amsterdam 1971; J. O. M. Bockris, Electrochemistry of cleaner environments, New York 1972; P. Gallone, Trattato di ingegneria elettrochimica, Milano 1973; A. Schmidt, Angewandte Elektrochemie, Weinheim 1976.