La scoperta rivoluzionaria degli anodi insolubili

Negli anni '70, uno dei progressi più significativi nella chimica industriale è stato lo sviluppo della tecnologia degli elettrodi DSA®. Questi anodi metallici insolubili hanno migliorato significativamente l'efficienza energetica dei processi cloro-alcalini. Nello specifico, gli elettrodi DSA sono costituiti da una base in titanio rivestita da un sottile strato di ossidi metallici misti (MMO) che fungono da elettrocatalizzatori per un'ampia gamma di processi elettrochimici, tra cui la produzione di cloro all'anodo e la formazione di idrossido di sodio e idrogeno al catodo di una cella elettrochimica.

Prima della svolta rappresentata dagli elettrodi DSA, per gli anodi venivano utilizzati materiali carboniosi come la grafite e il carbonio amorfo, che presentavano però diversi svantaggi. Infatti, la tensione teorica per le reazioni del processo cloro-alcali basato sulla termodinamica (cioè i potenziali reversibili dell'anodo e del catodo) è leggermente superiore a 2,1 V. Tuttavia, prima dell'introduzione del DSA, la tensione effettiva era di quasi 5 V a causa della cinetica di reazione lenta, delle limitazioni del trasporto di massa e delle perdite ohmiche, con conseguente elevato consumo di elettricità e aumento dei costi di produzione. Inoltre, gli anodi di carbonio erano altamente suscettibili alla corrosione (come mostrato nell'equazione 1), causando ulteriori aumenti della tensione nel reattore nel tempo e frequenti interruzioni del processo di produzione a causa della necessaria sostituzione degli anodi.

C + 2H2O → CO2 + 4H+ + 4e- (1)

Tra gli sforzi compiuti per superare questi problemi vi furono due brevetti di Henri Bernard Beer, un ricercatore industriale olandese che studiò gli MMO ai fini della produzione di cloro nel settore cloro-alcali. Successivamente, Industrie De Nora acquistò i brevetti per la commercializzazione su larga scala degli anodi DSA®. Una svolta nel campo degli anodi DSA è arrivata con l'introduzione da parte di De Nora di un nuovo modello di business basato sul leasing degli anodi anziché sulla loro vendita diretta. Questo nuovo modello di business garantiva il rendimento di una certa produzione di cloro per lunghi periodi di tempo senza interruzioni delle operazioni, soddisfacendo così le esigenze dell'esigente industria del cloro-soda.

Gli anodi DSA possiedono stabilità meccanica, a differenza dei loro omologhi in carbonio. Nelle aree in cui gli elettrocatalizzatori tradizionali subirebbero un degrado, la base in titanio forma uno strato protettivo di ossido, esibendo una “proprietà di autorigenerazione” specifica del titanio. In particolare, la sostituzione degli anodi in carbonio con anodi insolubili DSA ha ridotto la tensione di esercizio di oltre 1 V nei punti catalizzati. Inoltre, ha fornito prestazioni stabili degli elettrodi per molti anni di vita operativa, segnando un miglioramento significativo nel settore rispetto all'uso tradizionale di anodi a base di carbonio.

DSA® è un marchio registrato di De Nora. Con il marchio DSA® offriamo un'ampia gamma di prodotti costituiti da anodi e catodi metallici rivestiti con soluzioni catalitiche di ossidi misti per una varietà di reazioni elettrochimiche. Gli elettrodi DSA hanno una lunga durata operativa, garantiscono eccellenti prestazioni elettrolitiche ed efficienza delle celle e consentono un notevole risparmio energetico e condizioni operative ottimali. Il loro design leggero e stabile consente una facile manipolazione e applicazione in apparecchiature di precisione, comprese quelle con gap elettrodico zero, eliminando al contempo i problemi di inquinamento derivanti da anodi solubili o instabili.

Gli elettrodi DSA sono ampiamente utilizzati nei processi elettrochimici grazie alla loro durata, alta efficienza e resistenza alla corrosione. Le applicazioni includono, ma non sono limitate a:

• Produzione di componenti elettronici (elettrodeposizione di fogli di rame, PCB, batterie agli ioni di litio)

• Elettrodeposizione (rame, nichel, cobalto)

• Finitura superficiale, galvanizzazione, elettrozincatura

• Processi cloro-alcalini

• Protezione catodica/prevenzione della corrosione (installazioni tradizionali, in calcestruzzo e in acqua di mare)

Un altro campo di applicazione degli anodi DSA è quello del trattamento delle acque. Infatti, i DSA vengono utilizzati per ossidare gli inquinanti organici e inorganici, trasformandoli in sostanze meno nocive. Sono particolarmente efficaci nei processi di ossidazione avanzata (AOP) per la degradazione degli inquinanti organici persistenti, difficili da rimuovere con i metodi di trattamento convenzionali. Infine, gli elettrodi DSA hanno trovato applicazione nel settore emergente della produzione di idrogeno verde, un processo elettrochimico in cui l'acqua viene scissa nei suoi costituenti, ossigeno e idrogeno.

In conclusione, l'introduzione degli elettrodi DSA ha coinciso con una crescente domanda di processi industriali più efficienti e rispettosi dell'ambiente. Mentre le industrie cercavano di ridurre al minimo gli sprechi e il consumo energetico, la tecnologia DSA ha fornito una soluzione in linea con questi obiettivi, consolidando la propria posizione come pietra miliare della moderna tecnologia elettrochimica. Oggi, l'uso del DSA continua ad espandersi in una vasta gamma di applicazioni elettrochimiche tradizionali e in altri settori, come il trattamento e la purificazione dell'acqua e la produzione di idrogeno verde, grazie alla continua ricerca e sviluppo volta a migliorarne le prestazioni e la sostenibilità.