Die Rolle von De Nora im Chloralkali-Prozess

Das Chlor-Alkali-Verfahren ist ein industrielles Verfahren zur Elektrolyse von Natriumchlorid oder Sole (NaCl) zur Herstellung von Chlorgas und Natriumhydroxidlösung (Ätznatron oder NaOH). Ursprünglich wurde Natriumhydroxid durch die Reaktion von gelöschtem Kalk und Soda hergestellt. Im Jahr 1892 wurde die Elektrolyse von Sole als Verfahren zur Herstellung von sowohl Natriumhydroxid als auch Chlor entdeckt. Dieses Verfahren wird seitdem angewendet, und in den 1960er Jahren wurde die Elektrolyse zur vorherrschenden Technik zur Herstellung dieser beiden wichtigen Chemikalien.

Chlor wurde erstmals 1774 vom deutschen Chemiker Scheele entdeckt und 1810 von dem englischen Wissenschaftler Davy als Element identifiziert. Natronlauge, auch Natriumhydroxid genannt, ist seit 1853 ein wichtiger Industriechemikalie. Bei der Elektrolyse von Natriumchlorid, bei der sowohl Chlorgas als auch eine Natriumhydroxidlösung erzeugt werden, wird Natriumchlorid an die Anode einer elektrochemischen Zelle geleitet, wo die Chloridionen oxidiert werden und Elektronen abgeben, wodurch Chlorgas entsteht (1):

2Cl− → Cl2 + 2e- (1).

An der Kathode wird Wasser durch die von der Kathode gelieferten Elektronen zu Wasserstoffgas reduziert, wobei Hydroxidionen in die Lösung freigesetzt werden (2):

2Na+ + 2H2O + 2e- --> H2 + 2NaOH

Die gesamte chemische Reaktion ist unten dargestellt (3):

2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH (3).

Es gibt drei elektrolytische Verfahren, die jeweils unterschiedliche Methoden anwenden, um das an der Anode entstehende Chlor von der an der Kathode entstehenden Natronlauge zu trennen. In chronologischer Reihenfolge gehören dazu Diaphragmazellen, Quecksilberkathoden- oder „Amalgam“-Zellen und Membranzellen.

Aus diesen Gründen begannen Quecksilberkathodenzellen, mit Diaphragmazellen zu konkurrieren. Quecksilberzellen erzeugen ein wesentlich reineres und konzentrierteres Laugenprodukt, das in den meisten Fällen ohne weitere Aufbereitung verwendet werden kann. Quecksilber hat jedoch schwerwiegende ökologische Folgen, weshalb diese Technologie in jüngster Zeit verboten wurde und nur noch sehr wenige Anlagen, die diese Technologie nutzen, tatsächlich in Betrieb sind.

Die Membrantechnologie wurde entwickelt, um die ökologischen Herausforderungen zu bewältigen, die sowohl bei Diaphragma- als auch bei Quecksilberzellen bestehen. In diesem Fall wird eine Membran – ein synthetischer Kationenaustausch-Separator – verwendet, um den Anolyt vom Katholyt zu trennen, während die Natriumionen von der Anode zur Kathode wandern können und so die NaOH-Lösung bilden. Neben dem Nachhaltigkeitsvorteil besteht der Vorteil von Membranzellen darin, dass 1. die erzeugte Natriumhydroxidlösung rein und relativ hochkonzentriert ist und 2. der Strombedarf geringer ist als bei Diaphragma- oder Quecksilberzellen.

Heute ist die Membrantechnologie die einzige Technologie, die bei Neuanlagen zum Einsatz kommt. Seit den 1970er Jahren ist De Nora ein Pionier und hat eine zentrale Rolle bei der Entwicklung der Membrantechnologie gespielt – zunächst durch die Entwicklung und Vermarktung eines eigenen Elektrolyseurs und in jüngerer Zeit durch die Zusammenarbeit mit thyssenkrupp Nucera bei der Entwicklung der innovativsten Membranzelltechnologien, die derzeit auf dem Markt sind (BM Generation 6 und e-BiTAC v7). Gleichzeitig entwickelte De Nora seine eigenen Beschichtungsformulierungen für Anoden und Kathoden, die heute als Referenz für die Branche gelten und den hohen Auslegungsstromdichten moderner Membranelektrolyseure standhalten. Sie bieten:

• überlegene Leistungen in Bezug auf Spannungseinsparungen (spezifischer Energieverbrauch),

• Gas- und Natronlaugequalität

• sowie Langlebigkeit.

Die Herstellung und Produktion von Chlor (als reines Element) und Natronlauge ist ein Wirtschaftszweig mit langer Tradition. Diese Stoffe kommen in einer Vielzahl unterschiedlicher Branchen zum Einsatz, darunter unter anderem im Bauwesen, in der Kunststoff- und Textilindustrie, in der Papierindustrie sowie im Bereich Reinigung und Desinfektion. Unsere Wurzeln in der Chlor-, Natronlauge- und Kalilaugeindustrie reichen zurück bis zur Entwicklung der ersten kommerziellen Diaphragmazellen in den 1920er Jahren, der ersten Quecksilberzellen in den 1940er Jahren und der Entwicklung der allerersten Membranzelle in den 1970er Jahren.

Mit einer jährlichen Produktionskapazität von mehr als 400.000 m² beschichteter Elektroden ist De Nora nicht nur ein bewährter und qualifizierter Entwickler, sondern auch ein globaler Hersteller und Lieferant von aktivierten Kathoden und Anoden für die Chlor- und Laugenindustrie. Dank seiner weltweiten Präsenz mit Standorten in Europa, Asien, Südamerika und Nordamerika kann De Nora seinen Kunden zudem Dienstleistungen in Echtzeit anbieten, unabhängig davon, wo sich diese befinden.