Το επιστημονικό πεδίο της  Ηλεκτροχημείας (άλληλομετατροπή ηλεκτρικής και χημικής ενέργειας) βρίσκει πολλές εφαρμογές, τόσο στην παραγωγή χημικών και στην επεξεργασία υλικών, όσο και στην προστασία περιβάλλοντος, στη χημική ανάλυση και, βέβαια, στην παραγωγή και αποθήκευση ενέργειας. Στις περισσότερες περιπτώσεις οι ηλεκτροχημικές τεχνικές είναι περιβαλλοντικά φιλικές («πράσινες») και αποδοτικότερες σε σχέση με τις αντίστοιχες συμβατικές.

Ανάμεσα στις ευρύτατα διαδεδομένες ηλεκτροχημικές εφαρμογές, αξίζει να αναφερθούν οι ακόλουθες:

  • H ηλεκτρολυτική παραγωγή χλωρίου-αλκάλεως (chlor-alkali industry) που αποτελεί την κύρια βιομηχανική μέθοδο παραγωγής χλωρίου και καυστικής σόδας
  • Επιμεταλλώσεις (διακοσμητικές και αντιδιαβρωτικές επιστρώσεις, υλικά με επιθυμητές ιδιότητες, ηλεκτρονικά κυκλώματα κ.α.)
  • Διάβρωση/παθητικοποίηση και αντιδιαβρωτική προστασία μεταλλικών δομών, εξαρτημάτων και εργαλείων
  • Ηλεκτροχημική αντιρρύπανση (ανάκτηση μεταλλοϊόντων, οξείδωση οργανικών ρύπων, ηλεκτροδιάλυση/αφαλάτωση)
  • Ηλεκτροχημικοί αισθητήρες (π.χ. γλυκόζης για διαβητικούς, pH, οξυγόνου, εκλεκτικά ηλεκτρόδια ιόντων)
  • Ηλεκτρολυτική παραγωγή υδρογόνου (ως εναλλακτικού καυσίμου)
  • Κυψέλες καυσίμου και μπαταρίες (για μικροσυσκευές, οικιακή χρήση και αυτοκίνηση)
  • Φωτοηλεκτροχημεία ημιαγωγών/ετερογενής φωτοκατάλυση, φωτοηλεκτροκατάλυση. (Αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή υδρογόνου και για τη προστασία του περιβάλλοντος)

 

Ιδιαίτερη μνεία πρέπει να γίνει για τις δύο τελευταίες εφαρμογές που έχουν αναβιώσει παγκοσμίως το ενδιαφέρον για την ηλεκτροχημεία ως εναλλακτική πηγή ενέργειας. Η συνεχής μείωση των συμβατικών ενεργειακών αποθεμάτων, σε συνδυασμό με την ποιοτική υποβάθμιση του περιβάλλοντος (αέρας, νερό, έδαφος) τα τελευταία 50 χρόνια, ως αποτέλεσμα της έντονης βιομηχανικής/αγροτικής δραστηριότητας, καθώς και της αλόγιστης καθημερινής χρήσης, καθιστούν επιτακτική την ανάγκη, εκτός από την πιο σώφρονα διαχείριση των ήδη υπαρχόντων αποθεμάτων, την εύρεση εναλλακτικών μεθόδων ικανών να επιλύουν τα εμφανιζόμενα προβλήματα χωρίς όμως τη δημιουργία νέων.

Η χρήση του υδρογόνου ως καυσίμου για τα μέσα μεταφοράς και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, μέσω κυψελίδων καυσίμου, αποτελεί μια ελκυστική επιλογή για βιώσιμη ανάπτυξη. Το υδρογόνο όμως παράγεται στις μέρες μας κατά κύριο λόγο από μη ανανεώσιμες πηγές με διεργασίες που συνοδεύονται από υψηλές εκπομπές CΟ2 (φαινόμενο του θερμοκηπίου). Οι κυψέλες καυσίμου αποτελούν ίσως το πιο καινοτόμο ηλεκτροχημικό σύστημα μετατροπής και αποθήκευσης ενέργειας με πλήθος εφαρμογών στην αποκεντρωμένη ή κεντρική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, στην αυτοκίνηση και σε φορητές μικροσυσκευές. Οι τεχνολογίες των κυψελών καυσίμου, με χρήση υδρογόνου ως καύσιμο ή ως μέσο αποθήκευσης ενέργειας, συγκαταλέγονται στις βασικές καινοτομίες τις οποίες θα πρέπει να βασιστεί μια οικονομία χαμηλών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Το υδρογόνο είναι ένας φορέας ενέργειας όπως ο ηλεκτρισμός αλλά με το απαράμιλλο πλεονέκτημα ότι μπορεί να αποθηκευτεί σε διάφορες μορφές και να μεταφερθεί με διάφορους τρόπους. Σε συνδυασμό με μια κυψέλη καυσίμου, το υδρογόνο παρέχει τη δυνατότητα για μια ασφαλή μετάβαση στην παραγωγή ενέργειας χωρίς εκπομπές ενώσεων άνθρακα (carbon-free), επιτρέποντας την ευέλικτη και αποκεντρωμένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για πολλαπλές εφαρμογές. Η τεχνολογία κυψελών καυσίμου είναι καθοριστικής σημασίας για την ευρωπαϊκή και παγκόσμια ενεργειακή πολιτική (π.χ. για την αποθήκευση και την αξιοποίηση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας) και στην ευρωπαϊκή πολιτική αειφόρων, καθαρών μεταφορών. Για τους λόγους αυτούς, οι κυψέλες καυσίμου αποτελούν ένα αντικείμενο με έντονη ερευνητική δραστηριότητα αλλά και μεγάλο επενδυτικό ενδιαφέρον από κορυφαίες εταιρείες που δραστηριοποιούνται στον ενεργειακό τομέα, στην αυτοκίνηση και στη χημική βιομηχανία. Η εκπαίδευση επιστημονικού προσωπικού με υψηλή εξειδίκευση στις τεχνολογίες κυψελών καυσίμου αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για την ευρεία εφαρμογή και τη διείσδυση της τεχνολογίας στην κοινωνία.

Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή έχει αναγνωρίσει τη σημασία των μπαταριών, ιδιαίτερα για την αυτοκίνηση, θεωρώντας την ανάπτυξη και παραγωγή τους στην ΕΕ ως «στρατηγικό στόχο» και πιστεύει ότι «οι σημαντικές επιχειρηματικές αποφάσεις σχετικά με τις επενδύσεις σε μπαταρίες πρέπει να ληφθούν γρήγορα». Για τον λόγο αυτό επενδύει σημαντικά ποσά στην έρευνα και ανάπτυξη μπαταριών μέσω του χρηματοδοτικού πλαισίου για την Έρευνα και την Καινοτομία «Ορίζοντας 2020». Ταυτόχρονα όμως, προκειμένου να καλύψει το κενό με τις Ιαπωνικές και Κορεατικές εταιρείες που δεσπόζουν στον χώρο παραγωγής μπαταριών (LG, Panasonic, Samsung), η ΕΕ αλλά και μεμονωμένες κυβερνήσεις, όπως η Γερμανική, σε συνεργασία με κορυφαίες βιομηχανίες (BASF, VAG, Daimler, BMW, ThyssenKrupp) σκοπεύουν να επενδύσουν κεφάλαια της τάξεως μερικών δισεκατομμυρίων ευρώ για την ανάπτυξη μπαταριών και εργοστασίων παραγωγής τους. Στόχος είναι να μπορεί να καλυφθεί η μελλοντική ανάγκη για την κατασκευή εκατομμυρίων ηλεκτροκίνητων αυτοκινήτων (το 2021 οι πωλήσεις ηλεκτροκίνητων αυτοκινήτων αναμένεται να ξεπερνούν τα 1.7 εκατομμύρια, ενώ το 2038 προβλέπεται ότι θα ξεπεράσουν σε πωλήσεις τα αυτοκίνητα με κινητήρες εσωτερικής καύσης).

Η φωτοσύνθεση (αναγωγή του CO2 προς βιομάζα και παραγωγή O2) αποτελεί τη βασική πηγή ενέργειας τόσο για τους ζώντες οργανισμούς, όσο και για τον πλανήτη γενικά και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σημείο αναφοράς σχετικά με τους τρόπους με τους οποίους ο άνθρωπος θα μπορούσε να αξιοποιήσει τις δυνατότητες που του παρέχει ο ήλιος. Η κατανόηση των φωτοσυνθετικών διεργασιών μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη τεχνητών συστημάτων, ικανών να δεσμεύουν και να μετατρέπουν την ηλιακή σε ωφέλιμη ενέργεια. Η κατανόηση όμως αυτών των διεργασιών, παρά την έντονη ερευνητική προσπάθεια που καταβάλλεται παγκοσμίως, είναι ιδιαίτερα δύσκολή, διότι πρόκειται για ένα σύστημα υψηλής μοριακής οργάνωσης, το οποίο στη σημερινή του μορφή, είναι αποτέλεσμα εξελικτικών προσπαθειών της φύσης δισεκατομμυρίων ετών. Η φωτοηλεκτροχημεία των ημιαγωγών, η οποία στη βιβλιογραφία φέρει και το όνομα Τεχνητή Φωτοσύνθεση αποτελεί ένα σχετικά καινούργιο πεδίο της κλασσικής ηλεκτροχημείας το οποίο πραγματεύεται τις ηλεκτροχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στις επαφές ημιαγώγιμων υλικών με ηλεκτρολυτικά διαλύματα, απουσία και παρουσία φωτισμού. Οι ιδιαιτερότητες που παρουσιάζουν οι ετεροεπαφές ημιαγωγός/ηλεκτρολύτης σε σχέση με τις αντίστοιχες μέταλλο/ηλεκτρολύτης παρουσία φωτός κάνουν τα ημιαγώγιμα υλικά ιδιαίτερα ελκυστικά για εφαρμογές στον τομέα της αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας, της προστασίας του περιβάλλοντος, της χημικής απόξεσης, της αντιδιαβρωτικής προστασίας και πολλών άλλων. Οι δυνατότητες που παρέχονται από τη φωτοηλεκτροχημεία για την άμεση μετατροπή του ηλιακού φωτός σε χημική ή ηλεκτρική ενέργεια μέσω των φωτοηλεκτροχημικών στοιχείων είχαν ως αποτέλεσμα τη ραγδαία ανάπτυξή της μετά τη δεκαετία του 1970. Τα ανωτέρω στοιχεία αποτελούν μία ενδιάμεση κατάσταση μεταξύ των κοινών γαλβανικών στοιχείων και των φωτοβολταϊκών κυψελών και επιτυγχάνουν με κατάλληλες τροποποιήσεις, πλην της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική, την απευθείας διάσπαση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο.  Μεταξύ πολλών άλλων εφαρμογών, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η αξιοποίηση του φωτοηλεκτρο-χημικού φαινομένου στην προστασία του περιβάλλοντος και συγκεκριμένα στην αδρανοποίηση τοξικών ουσιών και παθογόνων μικροοργανισμών στο νερό και στον αέρα με αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας (ετερογενής φωτοκατάλυση, φωτοηλεκτροκατάλυση), πεδίο με ιδιαίτερα έντονη ερευνητική δραστηριότητα την τελευταία δεκαπενταετία.

Είναι προφανές ότι, η εξειδίκευση Ελλήνων επιστημόνων στη ραγδαία αναπτυσσόμενη περιοχή της Ηλεκτροχημείας και των εφαρμογών της είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη της τεχνογνωσίας αυτής στη χώρα, ώστε η Ελλάδα να εξελιχθεί σε δυναμικό εταίρο στην παγκόσμια επιστημονική, τεχνολογική και βιομηχανική πρόοδο του πεδίου.