Proses elektrokimia untuk industri kimia

Tekanan akan dekarbonisasi mendorong meningkatnya ketertarikan terhadap proses elektrokimia

Dalam industri proses kimia, mengurangi jejak karbon dan meningkatkan efisiensi, sejalan dengan proses yang disebut “hijau”, menjadi semakin penting. Topik seperti ekonomi sirkular, daur ulang (recycling), pemanfaatan kembali kreatif (upcycling) bahan baku dan transisi energi menjadi isu sentral. Proses harus dirancang ulang agar ramah sumber daya dan berkelanjutan untuk mengatasi krisis iklim yang sedang berlangsung. Bidang elektrokimia menawarkan teknologi disruptif untuk merevolusi industri proses kimia dengan melistrikkan proses dan akan memainkan peran penting dalam kegiatan untuk mengembangkan dan memantapkan proses yang lebih efisien.

Mitos dan keprihatinan umum elektrokimia

1. Men-scale up dalam elektrokimia selalu menambah jumlah. Tidak benar – beberapa metode menggunakan susunan sel yang berbeda dan rancangan elektroda khusus.
2. Elektrokimia mempunyai bahasa sendiri yang berbeda. Ya, tetapi sebagaimana dalam memperbesar skala proses, ilmuwan kimia dan insinyur harus menjembatani bahasa yang berbeda tersebut.
3. Peralatan elektrokimia akan menyebabkan percikan api dan sengatan listrik yang membahayakan operator. Sebagian besar sel elektrokimia beroperasi dibawah 10 V d.c. Akan tetapi, untaian arus listrik dapat menjadi masalah dalam pabrik elektrokimia.
4. Elektrokimia adalah mahal. Meskipun sistem sering disesuaikan, proses elektrokimia dapat bersaing secara ekonomi karena emisi karbon yang lebih rendah.

Pemakaian listrik, bukan reagen kimia, mempunyai aplikasi dalam sintesis organik, proses pemurnian dan teknologi hilir. Menggunakan listrik, elektron dapat berpartisipasi secara langsung sebagai reagen. Metode hilir elektrokimia terapan adalah elektrodialisis, pengolahan limbah dan pemurnian elektrostatik. Inovasi elektrosintesis dapat menuju pada banyak pendekatan untuk mengoptimasi proses kimia, tetapi juga menghadapi tantangan. Pendekatan modern tidak terfokus pada sistem elektrokimia yang berdiri sendiri, tetapi memadukan sub-langkah elektrokimia sebagai bagian dari rantai proses yang lebih panjang. Ini memungkinkan implementasi bertahap inovasi elektrokimia dalam lingkungan industri.

Aspek paling penting dari proses elektrokimia yang paling berbeda dengan proses kimia klasik meliputi: keamanan, stabilitas bahan, pengotor, penyedia dan ekonomi. Keamanan setiap reaksi kimia adalah yang paling penting dalam industri kimia. Dalam memperbesar skala reaksi elektrokimia, beberapa aspek harus dipertimbangkan, yang seringkali dapat diabaikan dalam laboratorium pada skala penyaringan, karena bekerja pada kondisi laboratorium standar sudah cukup untuk konsep keamanan (Gambar 1).

Aspek pertama yang membedakan reaksi elektrokimia dengan reaksi organik standar adalah pemakaian listrik. Pada satu sisi, aspek ini menawarkan keuntungan bahwa mengakhiri reaksi yang tidak dapat diprediksi dengan mudah dilakukan dengan mematikan listrik. Akan tetapi, pemakaian listrik membawa beberapa tantangan, khususnya pada skala pilot. Pemilihan bahan dapat menyelesaikan beberapa masalah. Sebagai contoh, pemakaian pipa baja anti karat harus dihindari karena adanya untaian arus. Selain itu, harus dipastikan tanda keamanan dengan peringatan risiko listrik terpampang dengan jelas.

Kekhasan lain dalam elektrokimia adalah emisi gas. Gas tipikal yang terbentuk dalam larutan air adalah hidrogen pada katoda dan oksigen pada anoda. Karena gas tersebut dapat menciptakan lingkungan eksplosif, khususnya dalam campuran dan ketika diperkaya, konsep keamanan normal, seperti bekerja di lemari asam dan menjauhkan semua sumber nyala, tidak memadai pada skala yang lebih besar. Ketika bekerja pada skala pilot, gas tersebut harus diencerkan sampai lebih rendah daripada tingkat ledakan. Ini dapat dicapai melalui inertisasi sempurna sistem atau konsep pembilasan. Untuk menyempurnakan konsep keamanan dan memungkinkan operasi sistem tanpa pemantauan aliran terus menerus, digunakan penghentian flow-indication switch (FIS). Ini menjamin bahwa daya dimatikan ketika aliran udara berkurang. Jika sistem seperti itu tidak mencukupi, zona ledakan harus didefinisikan dalam pabrik. Selain hidrogen dan oksigen, gas beracun seperti khlor juga dapat diemisikan. Mengencerkan gas tidak cukup dalam kasus ini, dan menetralkan gas adalah perlu.

Untuk menjamin keamanan dan mencegah kontaminasi dalam air limbah atau produk, stabilitas jangka panjang bahan, misal: elektroda, harus diperhitungkan. Percobaan skala lab sering menggunakan bahan dengan kemurnian tinggi, tetapi dalam pabrik skala pilot atau industri, bahan kimia yang digunakan kemurniannya lebih rendah. Ini dapat mengarah pada isu yang tidak teramati dalam laboratorium, seperti penyumbatan partikel atau kerusakan lapisan elektroda. Kontaminasi juga dapat mengakibatkan emisi gas yang perlu didinginkan untuk menyediakan keamanan.

Sistem proses elektrokimia membutuhkan rancangan yang harus disesuaikan, yang menyebabkan unit paket standar tidak dapat digunakan. Ini menyebabkan proses pembesaran skala menjadi kompleks dan mahal. Untuk memantapkan elektrokimia sebagai teknologi yang bisa bersaing, kebersaingan ekonomi dengan proses standar yang dioptimasi adalah krusial. Selain membandingkan biaya operasi (OPEX), biaya emisi karbon juga harus diperhitungkan.

Parameter kimia dan pengaruh lingkungan bukan satu-satunya faktor penentu keputusan dalam lingkungan industri. Faktor yang paling penting adalah scalability dan kelayakan teknis dari proses. Ada beberapa contoh proses elektrokimia telah diimplementasikan pada skala industri dalam proses industri kimia. Produksi Lysmeral oleh BASF adalah sebuah contoh elektrokimia organik pada skala industri dengan kapasitas beberapa puluh ribu ton per tahun, selain elektrolisa khlor-alkali.

Disarikan dari: https://www.chemengonline.com/industrial-electrochemistry/?pagenum=1