Wat is elektrolyse?

De basisprincipes van elektrolyse

Elektrolyse is gebaseerd op het principe van de omzetting van elektrische energie in chemische energie. Het proces vindt plaats in een elektrolytische cel, die bestaat uit een positieve elektrode (de anode) en een negatieve elektrode (de kathode). Deze twee elektroden worden ondergedompeld in een elektrolyt, een vloeistof die ionen kan geleiden.

Wanneer een elektrische stroom door de elektrolytische cel wordt geleid, verplaatsen de ionen zich naar de respectievelijke elektroden. Positieve ionen bewegen naar de kathode, waar ze elektronen opnemen en worden gereduceerd. Negatieve ionen bewegen naar de anode, waar ze elektronen afgeven en worden geoxideerd.

Toepassingen van elektrolyse

Elektrolyse heeft talloze toepassingen in zowel de industrie als het dagelijks leven. Hier bespreken we enkele van de belangrijkste toepassingen.

Metaalraffinage

Een van de meest voorkomende toepassingen is in de raffinage van metalen. Door elektrolyse kunnen onzuiverheden worden verwijderd uit metalen zoals koper, aluminium en zink. In een typische elektrolytische raffinagecel wordt een onzuivere metaalplaat gebruikt als de anode, en een zuivere metaalplaat als de kathode. Wanneer stroom door de cel wordt geleid, worden de onzuiverheden aan de anode geoxideerd en neergeslagen, terwijl het zuivere metaal aan de kathode wordt afgezet.

Zoutoplossingen

Het wordt ook gebruikt voor de productie van chemische stoffen uit zoutoplossingen, een proces dat bekend staat als chloralkali-elektrolyse. Bij dit proces wordt een zoutoplossing zoals natriumchloride (NaCl) geëlektrolyseerd om chloor, natriumhydroxide en waterstof te produceren: 2NaCl+2H2O→2NaOH+H2+Cl2

Deze producten zijn van groot belang in de chemische industrie, waar ze worden gebruikt voor de productie van onder andere schoonmaakmiddelen, kunststoffen en meststoffen.

Waterstofproductie voor brandstofcellen

Een belangrijke toepassing  in de toekomst is de productie van waterstofgas voor brandstofcellen.  In een tijd waarin duurzame energie steeds belangrijker wordt, speelt waterstof een cruciale rol als schone energiebron. Door elektrolyse van water kunnen we op een milieuvriendelijke manier waterstof produceren, die kan worden gebruikt in brandstofcellen om elektriciteit op te wekken zonder schadelijke uitstoot.

De werking van een elektrolytische cel

Om elektrolyse beter te begrijpen, is het belangrijk om te weten hoe een elektrolytische cel werkt. Een elektrolytische cel bestaat uit de volgende componenten:

• De anode: Dit is de positieve elektrode waar de oxidatie plaatsvindt. Hier verliezen ionen elektronen.
• De kathode: Dit is de negatieve elektrode waar de reductie plaatsvindt. Hier nemen ionen elektronen op.
• Het elektrolyt: Dit is de oplossing die ionen bevat en elektrische stroom geleidt.

Wanneer een elektrische stroom door de cel wordt geleid, worden de ionen in de oplossing aangetrokken tot de elektroden met een tegenovergestelde lading. Aan de kathode vindt een reductiereactie plaats, terwijl aan de anode een oxidatiereactie plaatsvindt.

Elektrolyse vs. Galvanische cellen

Elektrolyse wordt vaak vergeleken met een galvanische cel, hoewel het omgekeerde processen zijn. In een galvanische cel vindt een spontane chemische reactie plaats die elektrische energie opwekt, terwijl bij elektrolyse elektrische energie wordt gebruikt om een niet-spontane chemische reactie te laten plaatsvinden.

Voordelen en nadelen van elektrolyse

Hoewel het een breed scala aan toepassingen heeft, zijn er enkele voordelen en nadelen aan verbonden.

Voordelen

• Zuiverheid van producten: Elektrolyse levert zeer zuivere producten op, vooral bij de raffinage van metalen.
• Productie van schone energie: Door de elektrolyse van water kan waterstof worden geproduceerd, een schone energiedrager.
• Veelzijdigheid: Elektrolyse kan worden toegepast op een breed scala aan materialen en processen.

Nadelen

• Energieverbruik: Elektrolyse vereist een aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie, wat het een energie-intensief proces maakt.
• Kosten: De hoge energiekosten maken elektrolyse vaak duurder dan andere productieprocessen.

Conclusie

Elektrolyse is een veelzijdig en krachtig proces dat op tal van manieren wordt toegepast, van de productie van metalen tot de opwekking van schone energie. Hoewel het proces hoge energievereisten heeft, blijft het een essentieel onderdeel van veel industriële processen. Met de voortdurende ontwikkeling van nieuwe technologieën en het gebruik van duurzame energie, zal het in de toekomst een nog belangrijkere rol spelen in onze overgang naar een koolstofarme economie.

Verdieping in het thema waterstof

Krijg je maar niet genoeg van waterstof en wil je graag je kennis verbreden rondom dit thema? Bekijk dan hier het actuele cursusaanbod van onze New Energy Business School.