Aus den VDI-Nachrichten (c) VDI
Pkw-Katalysatoren senken die Abgasemissionen. Hat der Kat aber auch als Produkt eine ökologische Bilanz? Eine neue Studie zeigt: Je nach Herkunft der Metalle reduziert sich der ökologische Nutzen eines Katalysators bezogen auf seine Lebensdauer um bis zu 25%.
Rund 43 t beträgt die weltweite Platin-Produktion jährlich. Rund ein Drittel davon wird inzwischen für die Produktion von Pkw-Katalysatoren verwendet. Bis zu 2 g Platin und ca. 0,4 g Rhodium sind in einem herkömmlichen Dreiwegekatalysator auf der Oberfläche eines Keramik-Trägers verteilt. Neue Katalysatoren enthalten weniger Platin, dafür aber bis zu fünf Gramm Palladium. Rund 90% der im Autoabgas vorhandenen umweltschädlichen Stickoxide, Kohlenwassersstoffe und Kohlenmonoxid wandelt der Kat in unschädliche Stoffe um.
Trotz dieser eindeutig positiven Auswirkungen hat Platin für die Umwelt auch seine Schattenseiten. Forscher haben inzwischen festgestellt, dass ein Pkw-Katalysator im laufenden Betrieb Platin emittiert, das sich in Boden- und Luftstaub anreichert (VDI nachrichten 41/99). Auch die Herstellung des Katalysators ist mit Belastungen der Umwelt verbunden, angefangen von Energie- und Rohstoffverbrauch bis hin zu Emissionen, die bei der Gewinnung und Verarbeitung der benötigten Katalysator-Bestandteile entstehen.
Den weitaus größten Anteil an der Umweltbelastung hat dabei die Gewinnung der Edelmetalle Platin, Rhodium und Palladium, meist als Platingruppenelemente (PGE) zusammengefasst. Wissenschaftler des Darmstädter Öku-Institutes haben daher in einer Studie die ökologischen "Kosten" der PGE-Gewinnung mit dem "Nutzen", also der Verminderung schädlicher Emissionen verglichen und in einer sogenannten Ökobilanz zusammengefasst.
Die Platingruppenelemente kommen in geringen Beimengungen von bis zu 20 g pro Tonne in Kupfer- und Nickelerzen vor, die in erster Linie in Russland, Südafrika, Kanada und den USA abgebaut werden. Aus den Erzen – den Sauerstoff- und Schwefelverbindungen der entsprechenden Metalle – werden die Edelmetalle neben den Hauptprodukten Kupfer und Nickel gewonnen. Dabei entsteht außer Schlacke und anderen Nebenprodukten auch Schwefeldioxid SO2, ein Gas, das ebenso wie die Stickoxide zum sauren Regen und zur Versauerung des Bodens beiträgt. Da bei diesen Prozessen mehrere Metalle auf einmal hergestellt werden, müssen alle in die Ökobilanz einbezogenen Parameter, also Rohstoffe, Energie und Emissionen, auf die hergestellten Metalle aufgeteilt werden, um die Umweltauswirkungen eines einzelnen Metalls zu ermitteln. Die Gewichtung der Parameter auf die einzelnen Metalle erfolgte dabei entsprechend den Weltmarktpreisen.
Um den ökologischen Effekt des Kats berechnen zu können, setzen die Forscher das bei der PGE-Herstellung frei werdende SO2 mit dem vom Katalysator verhinderten Stickoxid-Ausstoß in Beziehung, wobei alle Säure bildenden Verbindungen wie Schwefel- und Stickoxide in Säureäquivalente umgerechnet wurden. Nach ihren Ergebnissen entsprechen die bei der Herstellung der Edelmetalle durchschnittlich freiwerdenden Säureäquivalente den während der ersten 4900 km "eingesparten" Säureäquivalent-Emissionen. Dies bedeutet, dass ein mit einem Katalysator ausgerüsteter Pkw während seiner ersten 4900 gefahrenen Kilometer bei der Umwelt im "Soll" steht, also die Herstellung seines Kats mehr Umweltbelastungen verursacht hat, als er bis dahin einspart. Ab 4900 km überwiegt die Schadstoff-Verminderung die bei der Herstellung der Platingruppenelemente entstehenden Emissionen.
Drastisch senken ließe sich dieser sogenannte Break-even-Wert bei der Verwendung von Recycling-Platin aus Altautos. Im Moment liegt dieser Anteil nach Angaben der Branche nur bei wenigen Prozent des insgesamt verarbeiteten Platins, unter anderem weil der Rücklauf alter Platin-Kats noch spärlich ist. "Dieser wird in Deutschland in den nächsten Jahren sicher deutlich zunehmen", schätzt Christian Hochfeld vom Darmstädter Öko-Institut und Hauptautor der Studie.
Auch die Herkunft der Edelmetalle hat einen bedeutenden Einfluss auf seine Umweltverträglichkeit. Wird die Platin- und Rhodium-Herstellung in Russland ausgeklammert, so vermindert sich der Break-even-Wert auf unter 1500 km. Grund dafür ist die Umwelt belastende Platin-Herstellung in Russland, das jährlich etwa 15% des weltweit hergestellten Platins produziert. "Es gibt dort keine Rauchgasentschwefelungsanlagen", betont Hochfeld, "die pusten alle Abgase ungefiltert in die Luft." Der Schwefeldioxid-Ausstoß pro hergestellten Gramm Platin ist dort etwa 18-mal höher als in der übrigen Welt. Dementsprechend liegt der Break-even-Wert für einen aus russischem Platin hergestellten Katalysator erst bei 25 000 km. Eine durchschnittliche Katalysator-Lebensdauer von 100 000 km vorausgesetzt, bedeutet dies, dass der Katalysator das erste Viertel seiner Nutzungsdauer für die Umwelt nicht rentabel ist.
Fragt sich, welcher Herkunft das Platin ist, das sich in den Katalysatoren deutscher Autos findet. "Wir verwenden zum größten Teil Platin aus Südafrika und ein wenig aus Russland", sagt Christina Wilker vom Katalysator-Hersteller Engelhard Technologies in Hannover: Michael Hoffmann, Firmensprecher von Degussa-Hüls in Frankfurt, betont, dass sein Unternehmen "natürlich" auch recyceltes Platin verwendet. Den Anteil an der Gesamtmenge aber mag er ebenso wenig nennen wie die Herkunft des übrigen Edelmetalls. Einzige Auskunft: Es kommt primär aus Südafrika, Russland und den USA."
Unsichere Lieferländer: Edelmetalle am politischen Tropf
Die westlichen Industrieländer sind bei der Produktion der Autokatalysatoren von politisch sehr unsicheren Exportländern abhängig: Über 90% der Platingruppenelemente (PGE) werden in Russland und Südafrika abgebaut. Die instabile politische Situation in Russland hat in der Vergangenheit bereits zu Lieferungsschwierigkeiten geführt, vor allem für Palladium, dessen Hauptlieferant Russland mit rund 65% der jährlich geförderten Menge ist. Da edelmetallverarbeitende Unternehmen aus Kostengründen keine Vorratshaltung betreiben, werden PGE, wenn auch teilweise mehrere Jahre im voraus vertraglich vereinbart, dann beschafft, wenn sie benötigt werden. Da der Palladiumbedarf von den anderen PGE-exportierenden Ländern nicht gedeckt werden kann, führen russische Lieferschwierigkeiten zum direkten Anstieg des Weltmarktpreises und damit zu großen Unsicherheiten für die edelmetallverarbeitenden Firmen und ihre Kunden. Marktführer Degussa-Hüls hat bereits erste Konsequenzen gezogen und stellte vor wenigen Monaten einen neuen Kat vor, der anstelle von Palladium Platin enthält. Neben technischen Neuerungen, so das Unternehmen, sei dieser Katalysator durch eine höhere Preisstabilität und Planungssicherheit für die Automobilindustrie gekennzeichnet.
