Elektroliza membranowa vs. rtęciowa – przemysłowe metody produkcji wodorotlenku sodu

„Metoda membranowa to najbardziej obiecująca i najszybciej rozwijająca się technika produkcji chloru i alkaliów, która bez wątpienia zastąpi z czasem obie pozostałe techniki ( przeponową i rtęciową)”^[1]

Nowoczesna technologia membranowa jest lepsza od rtęciowej, ponieważ:

• zapobiega przedostawaniu się rtęci do środowiska naturalnego,
• jest bardziej ekonomiczna (mniejsze zużycie energii),
• instalacja membranowa nie wymaga tak częstej konserwacji jak rtęciowa.

Metoda membranowa zastępuje metodę rtęciową

Proces rtęciowy był powszechnie wykorzystywany w Europie przez ponad 100 lat. Początek rozwoju technologii membranowej, a właściwie membran jonowymiennych, sięga lat 70. XX wieku. Proces membranowy na szeroką skalę zaczęto wykorzystywać do produkcji wodorotlenku sodu w roku 1987. Od tego czasu popularność elektrolizy membranowej powoli rosła, dzięki czemu coraz więcej zakładów chemicznych przekształcało instalacje rtęciowe na membranowe.

Konwersja technologii rtęciowej na membranową zachodziła jednak w Europie bardzo powoli, głównie ze względu na wysokie koszty kapitałowe modernizacji. Jeszcze w 2001 r. 55% zainstalowanych na naszym kontynencie mocy produkcyjnych do wytwarzania chloroalkaliów korzystało z technologii rtęciowej, a tylko 20% z nich – z membranowej. Dopiero wprowadzone zmiany regulacji prawnych wymusiły na producentach ostateczną rezygnację z technologii rtęciowej. Zgodnie z zapisami obowiązującej od 2013 r. dyrektywy o emisjach przemysłowych rok 2017 był ostatnim, w którym w państwach należących do UE można było stosować metodę rtęciową w ramach produkcji chloroalkaliów, w tym wodorotlenku sodu.

Głównymi powodami kompletnego wycofania elektroliz rtęciowych z krajów UE są:

• wymogi prawne,
• względy ekonomiczne – wysokie koszty produkcji,
• wzrost zapotrzebowania na ług sodowy,
• zły stan techniczny instalacji.

Najważniejszym powodem zmiany instalacji rtęciowej na membranową są koszty i warunki zużycia oraz konserwacji systemów produkcyjnych, a także stan środowiska oraz zdrowie ludzkie. W przypadku firmy PCC Rokita dostosowywanie się do nowych norm prawnych rozpoczęło się już w 2010 r., kiedy to w Brzegu Dolnym oddano do użytku pierwszą instalację elektrolizy membranowej. Druga część została uruchomiona w 2015 r. wraz z ostatecznym zamknięciem instalacji wykorzystującej metodę rtęciową.

Na czym polega elektroliza membranowa?

W procesie produkcji wodorotlenku sodu metodą membranową obie elektrody (tytanową anodę i stalową lub niklową katodę) oddziela membrana, która przewodzi uwodnione jony. W przestrzeni anodowej jony chlorkowe z solanki zostają utlenione do gazowego chloru, natomiast jony sodu migrują przez membranę do przestrzeni katodowej, przez którą przepływa ług sodowy. Do obiegu katolitu dodawana jest woda, która zostaje zużyta w procesie produkcji do wytworzenia jonów wodorotlenowych i gazowego wodoru. Powstałe w ten sposób aniony wodorotlenowe i kationy sodu tworzą wodorotlenek sodu. Zwykle taki roztwór jest recyrkulowany przed odprowadzeniem go z elektrolizera w celu zatężenia do 32-35%. Osiągnięcie stężenia 50% jest możliwe poprzez odparowanie ługu sodowego przy użyciu pary wodnej.

Przewaga elektrolizy membranowej nad rtęciową

Otrzymywanie wodorotlenku sodu przy użyciu elektrolizy membranowej niesie ze sobą wiele korzyści w porównaniu z metodą rtęciową. Są to między innymi:

• działanie przy mniejszym napięciu zaciskowym w porównaniu do elektrolizerów rtęciowych,
• niższe zużycie energii elektrycznej oraz energii w postaci pary wodnej,
• możliwość dobowej zmiany obciążenia prądowego, co pozwala w pełni wykorzystać tańszą taryfę nocną,
• zminimalizowanie ryzyka skażenia środowiska.

Czy metoda rtęciowa jest bezpieczna?

W metodzie rtęciowej materiałem katodowym jest rtęć. Bierze ona udział w procesie elektrolizy, w którym powstaje ług sodowy. Niestety jej stosowanie jest bardzo niebezpieczne, ponieważ rtęć:

• działa destrukcyjnie na organizm człowieka – gromadzi się w nerkach i uszkadza je, niszczy błony biologiczne i łączy się z białkami organizmu, zakłócając procesy biochemiczne; zatrucie rtęcią może prowadzić do śmierci z powodu niewydolności oddechowej, krążeniowej czy zapalenia błon śluzowych,
• powoduje skażenie środowiska – podczas produkcji wodorotlenku sodu występują straty rtęci, która przedostaje się do wody, powietrza, gleby, odpadów i samego produktu.

Z tych względów stosowanie metody rtęciowej w produkcji ługu sodowego jest coraz mniej popularne na rzecz elektrolizy membranowej na całym świecie. Metoda membranowa jest sposobem otrzymywania wodorotlenku sodu o wysokiej jakości z uwzględnieniem aspektów ekologicznych i ekonomicznych.

[1] Najlepsze Dostępne Techniki (BAT) Wytyczne dla branży Chemicznej w Polsce. Przemysł Chloro-Alkaliczny. Ministerstwo Środowiska, Opracowanie: Zespół Specjalistów Technicznej Grupy Roboczej ds. Przemysłu Chemicznego, Warszawa, sierpień 2005 r., str. 42.