1800년대에 알루미늄은 금이나 은보다 더 가치 있는 것으로 여겨졌는데, 그 이유는 이 금속을 어떤 양으로 생산하든 생산 비용이 너무 많이 들었기 때문입니다. 홀-에루트 제련 공정1886년 알루미늄 산화물의 전기화학적 환원을 개척한 이후, 전기화학의 발전으로 알루미늄은 더 쉽게 구할 수 있고 저렴해졌으며, 항공기, 전선, 식품 보관 용기 등의 제조에 사용되는 핵심 소재로 빠르게 변모했습니다.
사회가 오늘날 우리가 직면한 절박한 기후 위기에 맞서 움직이면서 우리는 환경 문제를 해결하기 위한 변혁적 솔루션을 모색하고 있습니다. 전기화학이 알루미늄 생산을 현대화한 것처럼 과학은 그 열쇠를 쥐고 있습니다. 철강 및 철 제조에 혁명을 일으키다.
전기화학은 지구를 구하는 데 도움이 될 수 있습니다
세계가 기후 위기를 해결하기 위해 풍력 터빈, 전기 자동차, 태양광 패널과 같은 깨끗한 에너지 솔루션을 받아들이면서 제조에 대한 접근 방식을 바꾸는 것이 중요해지고 있습니다. 화석 연료를 1,600°C를 초과하는 온도에서 연소하여 광석을 철로 전환하는 데 상당한 양의 에너지가 필요한 전통적인 강철 생산은 현재 약 지구 연간 CO의 10%2 배출. 기존 방식을 고수하면 환경 목표를 향한 진전이 훼손될 위험이 있습니다.
과학자들은 이미 전기화학을 적용하고 있습니다. 이는 산화-환원 반응의 직접적인 전기적 제어를 제공하며, 광석을 철로 전환합니다. 전환은 강철 생산에 필수적인 단계이며 가장 많은 배출물을 배출하는 부분입니다. 전기화학 엔지니어는 최적화를 재고하고 우선순위를 재지정하여 더 깨끗한 강철 및 철 산업으로의 전환을 추진할 수 있습니다.
제가 1998년에 처음으로 공학 열역학을 공부했을 때, 1줄(Joule)당 가격이 5배나 되는 전기는 절대적으로 필요할 때만 사용해야 하는 고급 에너지로 여겨졌습니다.
그 이후로 전기 가격은 꾸준히 하락했습니다. 하지만 배출은 이제 훨씬 더 해롭고 비용이 많이 드는 것으로 알려져 있습니다.
오늘날 엔지니어는 에너지 효율성보다 대량 효율성을 우선시하는 새로운 솔루션을 개발하기 위해 현재 받아들여지는 관행을 조정해야 합니다.
더 깨끗한 철강 산업을 위해 노력하는 전기화학 엔지니어 외에도 기술의 발전과 저렴한 재생 에너지는 여러 부문에 변화를 약속하는 “전기화학적 순간”에 우리를 데려왔습니다.
그만큼 폭락하는 비용 예를 들어 태양광 패널과 풍력 터빈의 발전은 더 저렴한 재생 가능 전기로 이어졌습니다. 전기 자동차용으로 설계된 전기 분배 시스템의 발전은 모듈형 전기화학 반응기에 재활용될 수 있습니다.
전기화학은 배터리, 전해조, 연료 전지를 넘어 깨끗하고 친환경적인 인프라 개발을 지원할 잠재력을 가지고 있습니다. 전기화학 공정과 방법은 이전에 열화학 공정에 예약되었던 규모에서 금속, 세라믹, 복합재, 심지어 폴리머를 생산하도록 확장될 수 있습니다. 충분한 노력과 사고로, 전기화학 생산 수십억 톤의 금속, 콘크리트, 플라스틱으로 이어질 수 있습니다. 그리고 전기화학은 화학에 근본적인 전자 전달에 직접 접근하기 때문에 동일한 재료를 재생 에너지를 사용하여 재활용할 수 있습니다.
재생 에너지가 차지할 것으로 예상됨 전 세계 전기 확장의 90% 이상 향후 5년 동안 전기화학에 집중하는 과학자와 엔지니어는 저렴한 풍력과 태양열 에너지를 가장 잘 활용하는 방법을 알아내야 합니다.
복합 산화물, 내식성 금속, 고전력 정밀 전력 변환기를 포함한 전기화학 시스템의 핵심 구성 요소는 이제 전기화학 공학의 차세대를 위한 흥미로운 도구 세트입니다.
이전 세대의 과학자들은 안정적인 일련의 구성 요소를 만들어냈습니다. 차세대 전기화학 엔지니어는 이를 이용해 미래의 공정을 생산하는 세련되고 안정적인 반응기와 기타 시스템을 만들어야 합니다.
30년 전만 해도 전기화학 공학 과정은 대부분 선택 과목과 대학원 수준이었습니다. 지금은 거의 모든 기관의 최고 순위 R&D 센터에 전기화학 공학의 전체 트랙이 있습니다. 이 분야에 관심이 있는 학생은 전기분석 화학과 전기화학 방법 수업과 전기화학 에너지 저장 및 재료 처리 과정을 모두 수강해야 합니다.
규모 있는 전기화학 생산이 가능하지만, 필연적인 것은 아닙니다. 그 잠재적 규모에 도달하려면 차세대 엔지니어의 공동 노력이 필요할 것입니다.
과학자들이 풍부하고 한때는 얻을 수 없었던 알루미늄의 잠재력을 끌어내는 방법을 발견한 것처럼, 엔지니어들은 이제 더 깨끗하고 지속 가능한 미래를 형성할 기회를 얻었습니다. 전기화학은 깨끗한 에너지로 전환할 수 있는 힘을 가지고 있어 환경적 조화와 산업적 진보가 함께하는 세상을 위한 길을 열었습니다.
