دانشگاه معدن سنت پترزبورگ امپراطور کاترین دوم به مجموعه ای از آزمایشات با هدف ایجاد یک فناوری اساسی جدید برای تولید آلومینیوم ادامه می دهد.
چنین قرار دادن الکترودها اجازه می دهد تا از توزیع پایدار جریان در کل سطح آنها اطمینان حاصل شود که شرط اساسی فرآیند تولید فلز است. با این حال، تجهیزات ایجاد شده بر اساس این اصل دارای تعدادی معایب قابل توجه است. مهمترین آنها مصرف برق بالا است. در نتیجه این وضعیت، صنعت آلومینیوم به شدت به قیمت برق وابسته است. اگر آنها خیلی سریع افزایش پیدا کنند، هزینه تولید به شدت افزایش می یابد و کارخانه های ذوب با ضرر شروع به کار می کنند، همانطور که سال گذشته در بسیاری از کشورهای اروپایی اتفاق افتاد، جایی که موارد انبوه ورشکستگی یا تعطیلی موقت شرکت های تخصصی ثبت شد.
دانشمندان به خوبی می دانند که چگونه می توان این گره را شکست و آن هم برای مدتی طولانی. به سادگی از الکترودهایی که به صورت عمودی مرتب شده اند استفاده کنید. این نه تنها مصرف انرژی را کاهش می دهد، بلکه بهره وری ویژه را نیز به طور چشمگیری افزایش می دهد. از این گذشته، با کاهش اندازه الکترولیزها می توان تعداد آنها را افزایش داد و 5-6 برابر فلز بیشتری در همان مناطق بدست آورد. یعنی به جای 50-55 کیلوگرم در هر متر مساحت در روز حدود 320 تولید شود. با این حال، این در تئوری است، اما هنوز امکان عملی کردن آن وجود ندارد .
"مدیریت دانشگاه وظیفه ایجاد فناوری برای یکسان کردن توزیع کلان و میکرو چگالی جریان در الکترولیزهای آلومینیومی در کل سطح الکترودهای مرتب شده به صورت عمودی را بر عهده ما گذاشت. اوگنی گورلانوف، معاون مرکز علمی "مشکلات پردازش منابع معدنی و فناوری" معدن سنت پترزبورگ گفت: برای ایجاد یک ماده کامپوزیت اساسا جدید و دادن شکلی به آن که به ما امکان می دهد توزیع ناهموار بار الکتریکی را حذف کنیم.
دانشمندان در حال حاضر پیشرفت قابل توجهی به سمت هدفی داشته اند که برای چندین دهه دست نیافتنی به نظر می رسید. برای مثال، آنها یک الکترود کامپوزیتی بر پایه تیتانیوم و ترکیبات آن به دست آوردهاند که برای نسل جدید الکترولیزها مناسبتر است و همچنین در جریان آزمایشها دریافتهاند که بهترین شکل آن بیضی خواهد بود. این کار باعث از بین رفتن هر متمرکز کننده جریان می شود که توزیع یکنواخت جریان را در سراسر کاتد دشوار می کند، مانند لبه های تیز، گوشه ها یا برآمدگی ها. علاوه بر این، روشی نوآورانه برای صاف کردن سطح محصول با تشکیل یک پوشش ویژه برای جلوگیری از زبری ایجاد شد.
این فناوری قبلاً مرحله مطالعات آزمایشگاهی را پشت سر گذاشته است. آنها کارایی الکترودهای کامپوزیت بیضوی را تایید کردند و همچنین نشان دادند که سرعت انحلال آند در صورت استفاده از آنها نسبت به آنالوگ های مستطیلی سه برابر کاهش می یابد. یعنی، در میان چیزهای دیگر، استفاده از آنها به شما امکان می دهد تا به میزان قابل توجهی در مواد مصرفی صرفه جویی کنید.
مرحله بعدی آزمایشات، الکترولیز با استفاده از الکترودهای مرتب شده عمودی بر روی یک واحد نسبتاً کوچک 100 آمپر خواهد بود. در صورت موفقیت، برنامه ریزی شده است که این پروژه از طریق آزمایش های نیمه صنعتی افزایش یابد. آنها هستند که پاسخ نهایی به این سؤال را خواهند داد: آیا بشر در آینده قابل پیش بینی واقعاً قادر خواهد بود فناوری بسیار مقرون به صرفه تری را برای ساخت فلز ایجاد کند و هزینه آن را کاهش دهد.
اوگنی گورلانوف تاکید کرد:
"مطالعات آزمایشگاهی که ما انجام دادهایم واقعاً به ما امکان میدهد روی این موضوع حساب کنیم. به ویژه، ما انتظار داریم که مصرف انرژی تولید در صورت آرایش الکترود عمودی در الکترولیزها از 13.5 کیلووات ساعت فعلی به ازای هر کیلوگرم آلومینیوم به 11.5 کاهش یابد. حدود 15% کاهش می یابد. علاوه بر این، هزینه سرمایه خاص ساخت و ساز 5-6 برابر کاهش می یابد. کاهش شدید انتشار دی اکسید کربن از اهمیت کمتری برخوردار نیست، سطح آنها ممکن است تا 90٪ کاهش یابد."
وی تصریح کرد: اثر کاهش حجم انتشار CO2 با استفاده از مواد کامپوزیت در تولید کاتد حاصل می شود. در صورت استفاده از آنالوگ های به اصطلاح بی اثر، یعنی آنالوگ های کم مصرف به جای آندهای کربن کلاسیک، این شاخص به صفر می رسد.
اکنون دانشمندان در سراسر جهان در تلاش هستند تا چنین نوآوری را از سرامیک ها یا آلیاژهای مختلف ایجاد کنند، زیرا ظاهر آن تأثیرات انسانی بر محیط زیست را به طور چشمگیری کاهش می دهد. با این حال، تاکنون تمام تحقیقات در این راستا منجر به کاهش سودآوری فرآیند شده است که در درجه اول به دلیل مصرف انرژی بیشتر است. بنابراین، پیدایش کارخانههای ذوب آلومینیوم بدون کربن، احتمالاً چشمانداز بسیار دورتری نسبت به راهاندازی کارخانههای پیشرفته است که در آن فرآیند الکترولیز در دستگاههایی با الکترودهای مرتب شده بهصورت عمودی انجام میشود.