Производство хлора и щелочи исчисляется ежегодно десятками миллионов тонн, и на него расходуется около 100 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Почти весь хлор—99 процентов! — производится электрохимическим способом. Этот традиционный для электрохимии способ производства постоянно совершенствуется. Когда-то, например, при электролизе рассолов поваренной соли применялись ртутные катоды, но с увеличением цен на ртуть выгоднее стал диафрагменный электролиз. На смену графитовым анодам пришли более стойкие аноды, содержащие окислы титана, рутения и других элементов. Их применение повысило стабильность электролиза, чистоту продуктов и снизило энергоемкость процесса.
Такова судьба наиболее крупного электрохимического производства —технического способа электролиза хлоридов, запатентованного еще в 1879 г. русским изобретателем Николаем Гавриловичем Глуховым и его сотрудником Федором Ващуком.
Свободный фтор был получен в 1886 г. французским химиком Анри Муассаном (1852—1907). Получил Муас-сан его электролизом расплавленных солей фтористоводородной кислоты, и с тех пор электрохимический метод остался единственным способом производства этого самого активного из неметаллических соединений.
Фтор идет на производство растворителей, смазочных масел, стойких пластмасс. Используют его также и как окислитель жидкого ракетного топлива. Обогащать урановое топливо невозможно без шестифтористого урана, получаемого из электролизного фтора.
Электрохимическим путем получают не только галоиды— хлор и фтор. Электролиз боратов дает нам бор, необходимый для изготовления износостойкой стали и мелкозернистых цветных металлов, абразивных материалов, защиты от нейтронного излучения.
Ценнейший химический продукт водород, широко используемый в металлургии — для прямого восстановления руд, в химии—для производства аммиака, удобрений, синтетических волокон, моющих средств, в машиностроении и строительстве — для сварки и резки металлов, получают в основном при конверсии природных газов и при производстве хлора и других окислителей.
Электролизом воды, а точнее, растворов щелочей для получения водорода пользуются только там, где имеется дешевая электроэнергия, хотя преимущества такого способа получения водорода были ясны еще в 1888 г., когда русский физик и электротехник Дмитрий Александрович Лачинов (1842—1902) разработал первый электролизер Электролитический водород не содержит никаких примесей и каталитических ядов, поэтому он был бы очень хорош как топливо, особенно в топливных элементах.
Считается, что получение кислорода при электролизе воды — побочный процесс. Но разве можно переоценить важность самого кислорода? Когда-то Берцелиус сказал: «Кислород является центром, вокруг которого вращается вся химия». Это высказывание применимо и к промышленной химии: трудно найти химическое производство, в котором не использовались бы окислительные свойства кислорода воздуха. Для интенсификации процессов все чаще применяют чистый кислород. Особенно распространены такие процессы в цветной и черной металлургии, где они дают большой экономический эффект. Так, применение обогащенного кислородом дутья на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате позволило значительно снизить расход топлива и флюсов и в конечном счете, несмотря на затраты, связанные с производством кислорода, дало многомиллионную экономию.
Электролиз воды может быть особенно рентабелен, когда нужно, помимо водорода и кислорода, получать еще и тяжелую воду, используемую как замедлитель нейтронов в ядерных реакторах. Тяжелая вода была впервые получена в середине 30-х годов американцем Гильбертом Льюисом (1875—1946) и Александром Ильичем Бродским (1895—1969) именно методом электролиза. Оказалось, что она разлагается током в пять раз медленнее обычной и поэтому концентрируется в электролизере.
Вернемся, однако, к водороду. Учитывая, что он важен не только как химический продукт, но и как топливо для двигателей внутреннего сгорания и для топливных элементов, ученые ищут способы повышения рентабельности его электролитического производства. Это ведь самое, как мы уже сказали, калорийное и экологически чистое горючее. Есть ли у электролитического водорода будущее, пока неясно: он дорог. Но ясно, что последнее слово в получении водорода еще не сказано. Привлекателен и, возможно, перспективен способ прямого преобразования солнечной энергии в химическую — фотолиз. При попадании кванта света на полупроводник генерируются свободные электроны; покидая свое место, они оставляют «дырку» — носитель положительного заряда.