Elektrolyysi

Elektrolyysi on kemiallinen hajoitusprosessi, jossa sähkövirran avulla pakotetaan ei-spontaani redoxreaktio. Prosessi tapahtuu elektrolyysilaitoksessa, jossa elektrodit upotetaan elektrolyyttiin, joka johtaa ioneja. Kun virta kulkee, ionit liikkuvat: kationit kohti negatiivista katodia ja anionit kohti positiivista anodia. Katodilla tapahtuu pelkistyminen ja anodilla hapettuminen. Anodi on yleensä positiivinen elektrodi ja katodi negatiivinen.

Faradayn lait määräävät, että kulutetun sähkövarauksen suuruus on suoraan verrannollinen rekisteröidyssä määrässä oleviin aineisiin. Näin esimerkiksi voitaisiin arvioida, kuinka paljon gasua tai metalliä syntyy, kun tietty määrä sähköä kulkee elektrolyyttikennon läpi. Elektrolyysi voidaan suorittaa vesiliuoksissa tai sulissa suoloissa/oksideissa, ja käytännössä käytettävät elektrolyytit sekä elektrodit voivat vaikuttaa reaktiotapahtuman tehokkuuteen ja valikoivuuteen.

Tyypillisiä sovelluksia ovat veden elektrolyysi veden tuloksena olevaan vetyyn ja happeen, sekä teollinen kloorin tuotanto suolaliuoksesta. Lisäksi elektrolyysiä käytetään metallien tuotannossa ja puhdistuksessa (esimerkiksi alumiinin Hall-Héroult-prosessissa sekä elektrolyysi galvanoidussa pinnoituksessa ja puhdistuksessa). Elektrolyysiratkaisuja hyödynnetään myös kemiallisessa synteesissä ja ympäristötekniikassa.

Energiaintensiivisyyden vuoksi elektrolyysi on herkkä prosessi. Tehokkuuteen vaikuttavat muun muassa elektrolyytin koostumus, elektrodit, lämpötila sekä ylioppivuusreaktioiden yli- ja ohivolttimet. Käytännössä valitaan sovellukselle sopiva elektrolyysi- ja materiaaliratkaisu tasapainottamaan kustannukset, turvallisuuden ja energiankulutuksen.