Катализатор (авто катализатор)
Също: Автомобилен катализатор, Триканален катализатор, Катализатор за изгорели газове, Кат
Авто катализаторът е система за пречистване на отработените газове в автомобила, която с помощта на метали от платиновата група (платина, паладий, родий) превръща вредните продукти от горенето в нетоксични съединения.
Авто катализаторът е сред най-значимите приложения на платината и паладия в промишлеността. От въвеждането си в Европа през 80-те години на XX век той драстично намали замърсяващите емисии на автомобилите и днес е законово задължителен в почти всеки нов автомобил по света.
Принцип на действие: хетерогенна катализа
Катализаторът ускорява химичните реакции, без самият той да се изразходва. В авто катализатора тези реакции протичат по повърхността на частици благороден метал, нанесени върху керамичен или метален носител (монолит). Носителят е покрит с washcoat от алуминиев оксид (Al₂O₃) и цериев оксид (CeO₂), който създава изключително голяма активна повърхност от няколко хиляди квадратни метра на литър.
Т.нар. триканален катализатор (TWC, Three-Way Catalyst) за бензинови двигатели едновременно превръща три групи замърсители:
CO + ½ O₂ → CO₂ (окисление на въглероден оксид)
HC + O₂ → CO₂ + H₂O (окисление на неизгорели въглеводороди)
2 NO + 2 CO → N₂ + 2 CO₂ (редукция на азотни оксиди)
За окислителните реакции (CO, HC) отговарят преди всичко паладият и платината, докато родият играе ключовата роля при редукцията на азотните оксиди (NOₓ).
Трите най-важни метала от платиновата група в сравнение
| Метал | Основна функция в кат | Тип двигател | Дял на кат в общото търсене |
|---|---|---|---|
| Паладий | Окисление CO/HC, студен старт | Бензин | ~80–85 % от световното търсене |
| Платина | Редукция NOₓ, окисление | Дизел | ~35–40 % от световното търсене |
| Родий | Редукция NOₓ (високоефективно) | И двата | ~80–90 % от световното търсене |
Търсенето от автомобилната индустрия е структуроопределящо за трите метала и обяснява голяма част от тяхната историческа ценова волатилност.
Количества благороден метал и възстановяване
Точният състав на един катализатор зависи от типа автомобил, работния обем на двигателя и емисионния клас (Euro 1–7). Съвременните дизелови леки автомобили обикновено съдържат повече платина, бензиновите – повече паладий.
След края на живота на автомобила катализаторите се преработват от специализирани рафинерии. Процесът включва:
- Демонтаж и сортиране на катализатора от автомобила
- Смилане и хомогенизиране на керамичния монолит
- Стопяване или мокро-химично разтваряне (царска вода)
- Рафинационни степени за разделяне на Pt, Pd и Rh
- Връщане в първичното и вторичното производство
Калкулаторът за стопилна стойност дава ориентир, но за катализатори може да служи само като груб показател, тъй като реалното съдържание силно варира и се определя само чрез лабораторен анализ.
Пазарна значимост и ценови фактори
Секторът на авто катализаторите е с голяма разлика най-големият единичен потребител на паладий и родий. Промените в производството на автомобили – например спадът на дизеловите автомобили след дизелгейт скандала от 2015 г. – доведоха до значителни ценови движения: паладият през 2019/2020 г. временно надхвърли цената на златото, тъй като бензиновите двигатели (интензивни на паладий) увеличиха пазарния си дял.
Нарастващата електромобилност може дългосрочно да намали търсенето от катализатори, но двигателят с вътрешно горене остава глобално доминиращ в обозримо бъдеще, а хибридните автомобили също се нуждаят от катализатори. Новите емисионни разпоредби (Euro 7, China 7) по-скоро повишават натоварването с PGM на автомобил.
Накратко
Авто катализаторите са най-важният промишлен източник на търсене на платина и паладий и обвързват значителна част от глобалното годишно производство на тези метали. Тяхното възстановяване от стари автомобили е установен, икономически значим вторичен пазар.