Skarby ukryte w katalizatorach samochodowych cz.1

Stowarzyszenie Europejskich Producentów Samochodów (ACEA) już w 2015 roku oszacowało, że w Polsce statystycznie co drugi mieszkaniec naszego kraju posiada samochód. Okazuje się, że pod względem ilości pojazdów przypadających na 1000 mieszkańców przekroczyliśmy już średnią dla całej Unii Europejskiej. Warto zauważyć, że w strumieniu spalin emitowanych z układu wydechowego każdej „osobówki” bez względu na wiek, model, prędkość znajdują się takie szkodliwe związki chemiczne, takie jak: tlenki azotu, węglowodory, tlenki węgla oraz śladowe ilości wodoru. Jednak emisja do środowiska tej szkodliwej grupy zanieczyszczeń ograniczana jest przez konwertery gazów spalinowych, popularnie nazywane katalizatorami. Katalityczne konwertery posiadają zdolność do przetwarzania szkodliwych produktów spalania paliwa w bardziej przyjazne dla środowiska związki dzięki zastosowaniu platynowców, pełniących funkcje katalityczne. Blisko 95% katalizatorów samochodowych zbudowanych jest z jednego lub dwóch bloków ceramicznego wypełnienia, chronionego przez metalową obudowę układu wydechowego. Każdy wsad ceramiczny w kształcie walca posiada strukturę przypominającą sito, tak, by przepływający strumień spalin zanim trafi do atmosfery musiał pokonać wiele tuneli i przeszkód. Powierzchnia kontaktu spalin ze ściankami każdego tunelu pokryta jest metalami szlachetnymi tworzącymi tak zwaną warstwę katalityczną, która składa się najczęściej z kombinacji platyny, palladu i rodu, a także tlenków metali nieszlachetnych oraz metali ziem rzadkich, które zapobiegają zużywaniu się katalizatora. To właśnie metale z grupy platynowców decydują o cenie katalizatora, a także o jego wartości jako potencjalnego surowca wtórnego. Katalizatory samochodowe pracują ze zdefiniowaną skutecznością przez okres odpowiadający przejechaniu około 80-90 tysięcy kilometrów, w praktyce pracują one znacznie dłużej, jednak po określonym czasie wszystkie wymagają zagospodarowania. Zawartość platynowców w katalizatorach zależy od producenta pojazdu, modelu, pojemności silnika a nawet numeru seryjnego. Niezależnie od tego, czy procentowy udział platynowców w masie całkowitej katalizatora jest duży czy też zaledwie rzędu dziesiętnych części procenta, są to surowce naturalne mające duże znaczenie gospodarcze. Platynowce, łącznie z 20 innymi strategicznymi surowcami, znajdują się na liście zdefiniowanych w 2014 roku przez Unię Europejską „surowców krytycznych” ze względu na fakt, iż istnieje ryzyko, że podaż tych surowców będzie niewystarczająca by zaspokoić rosnące na nie zapotrzebowanie, głównie z powodu uwarunkowań ekonomicznych i politycznych, a także z powodu utrudnionego dostępu do ich źródeł w przyrodzie (m.in. wielomiesięczne strajki górników w RPA, rosnące koszty wydobycia platyny z większych głębokości itp.).
Bez względu na to, czy regularnie co 5 lat tj. po każdych przejechanych 80 tysiącach kilometrów wymieniamy katalizator w samochodzie czy też nie, ilość zarejestrowanych w 2013 roku pojazdów w Polsce zgodnie z raportem Polskiego Związku Przemysłu Motoryzacyjnego wyniosła 25,58 mln sztuk. Mając na uwadze informacje dostępne w PGM Market Report opublikowany przez Johnson Matthey Plc, produkcja katalizatorów samochodowych w 2015 roku pochłonęła niemal 41,8% wyprodukowanej platyny, 79,8% wyprodukowanego palladu oraz aż 83,4% wyprodukowanego rodu. Śledząc informacje dostępne w raportach, publikacjach, analizach rynkowych powstaje pytanie: czy platynowców starczy w przyszłości dla wszystkich branż i sektorów? Czy znaczący rozwój rynku motoryzacyjnego w dalszym ciągu będzie zużywał ponad połowę wydobytych platynowców? Najwięcej informacji na temat możliwych form wykorzystania platynowców w przemyśle można odszukać w corocznym raporcie przygotowywanym przez Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk. Pierwiastki z grupy platynowców dzięki swoim specyficznym właściwościom szeroko stosowane są w produkcji:
• katalizatorów zarówno tych samochodowych, jak i tych utleniających amoniak w sektorze nawozów sztucznych,
• biżuterii,
• mieszadeł, tygli, parownic (sprzęt laboratoryjny),
• tzw. łódek szklarskich, które sprzedawane są do zakładów wytwarzających włókno szklane przeznaczone na materiały izolacyjne,
• termoelementów i styków (w urządzeniach elektronicznych),
• łuków, klamer, drucianych aparatów ortodontycznych (w stomatologii),
• ceramiki (porcelana stołowa, płytki ceramiczne.
W Polsce zapotrzebowanie na platynowce pokrywane jest przede wszystkim importem oraz w mniejszym stopniu przetwarzaniem odpadów zawierających te metale (głównie siatek katalitycznych wykorzystywanych w branży chemicznej). W kontekście rosnącego popytu i ograniczonej podaży, zasadne wydaje się intensywniejsze inwestowanie środków w technologie umożliwiające odzysk platynowców z surowców wtórnych, między innymi takich jak katalizatory samochodowe. Prace nad skonstruowaniem urządzenia do odzyskiwania tych metali szlachetnych ze zużytych katalizatorów samochodowych prowadzone są m.in. przez interdyscyplinarny zespół naukowców Politechniki Śląskiej, który angażuje na rzecz opracowania dedykowanego rozwiązania oraz promocji własnych wyników badań środki przyznane przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej na podstawie umowy nr 145/U/SKILLS/2015 (FSD/23/RM2/2015/516) o wykorzystanie Nagrody przyznanej w konkursie IMPULS w ramach projektu SKILLS współfinansowanego z Europejskiego Funduszu Społecznego”.