Samochód to dobro masowe. Aby utrzymać cenę na przystępnym poziomie, większość aut wykonana jest z masowych materiałów. Jednak bez względu na model, w układzie wydechowym skryte są jedne z najcenniejszych ziemskich pierwiastków: platyna, pallad i rod. W niewielkich ilościach znajdują się w katalizatorach (zwanych fachowo reaktorami katalitycznymi) i są niezbędne do tego, by urządzenia te spełniały swoje funkcje – zamieniały szkodliwe produkty spalania paliwa w bardziej obojętne dla środowiska związki.

– Metale szlachetne działają w tym przypadku jak katalizatory: przyspieszają reakcje spalania, jednocześnie się nie zużywając. Bez metali szlachetnych spaliny po prostu przeleciałyby przez katalizator – tłumaczy dr inż. Agnieszka Fornalczyk z Politechniki Śląskiej.
Problem polega na tym, że metale szlachetne są rzadkie, a przez to drogie. W 2014 r. na świecie wydobyto 14,5 tony platyny, choć globalne zapotrzebowanie wyniosło 22,8 tony. Brakującą ilość uzyskuje się dzięki recyklingowi, m.in. biżuterii. Największym źródłem metali szlachetnych z drugiej ręki są jednak katalizatory samochodowe, z których udało się odzyskać 5,6 tony platyny (branża motoryzacyjna jest także największym konsumentem tego metalu, zużywając w ub.r. 9 ton; wszystkie dane pochodzą od World Platinum Investment Council).
Obecnie w Polsce nikt nie zajmuje się odzyskiem metali szlachetnych na przemysłową skalę. Wszystkie takie urządzenia trafiają na Zachód, gdzie swoje instalacje ma m.in. potentat tej branży, belgijska firma Umicore. – Ich technologia zakłada jednak stosowanie wielkich pieców, podczas gdy nasze rozwiązanie można skalować w zależności od potrzeb – tłumaczy dr hab. inż. Roman Przyłucki, który pracował nad rozwiązaniem razem z dr inż. Fornalczyk i dr hab. inż. Mariolą Saternus.
Katalizatory w samochodach składają się z ceramicznej obudowy o kształcie walca, wewnątrz której znajduje się struktura przypominająca plaster miodu. Cząstki metali szlachetnych pokrywają ścianki tych tuneli o kształcie sześciokątów. Dzięki zastosowaniu takiej struktury znacznie większa jest powierzchnia kontaktu metali z przepływającymi przez katalizator spalinami. Wewnątrz do nieszkodliwej postaci sprowadzane są trzy typy zanieczyszczeń: tlenek węgla, tlenki azotu i węglowodory. Ten pierwszy jest spalany do dwutlenku węgla. Te drugie są doprowadzane do tlenu i azotu atmosferycznego. Z kolei z trzeciej grupy powstają dwutlenek węgla i woda.
Eureka DGP: Zegar węglowy
Eureka DGP: Zegar węglowy

Zobacz również
Standardowo odzysku platynowców dokonuje się metodą metalu zbieracza, czyli topi się zmielone katalizatory z innym metalem w piecu. Metal zbieracz razem z platyną stworzy stop, który poddaje się później działaniu kwasu, by rozpuścić metal zbieracz. Metale szlachetne nie rozpuszczają się w kwasie, więc otrzymane zostaną jako osad. Z kolei ceramiczna część katalizatora tworzy, łatwy do usunięcia, żużel. Naukowcy z Politechniki Śląskiej pomyśleli, że zamiast katalizator kruszyć i wrzucać do pieca, wystarczyłoby go „przepłukać” ciekłym metalem. Ich metoda zakłada więc, że wycięte elementy układa się wzdłuż okrężnej rynny wypełnionej stopionym ołowiem, który następnie wprawiany jest w ruch (zaczyna płynąć) pod wpływem pola elektromagnetycznego wytwarzanego w cewkach dookoła rynny. Jako ciekawostkę można podać fakt, że wykorzystywane jest tutaj zjawisko magnetohydrodynamiczne (ultracichy napęd wykorzystujący to samo zjawisko miał radziecki okręt podwodny w „Polowaniu na Czerwony Październik”).
Ciekły ołów przepływając przez kanaliki w katalizatorze wypłukuje metale szlachetne. Powstały w ten sposób stop, podobnie jak w przypadku metody standardowej, trzeba poddać działaniu kwasu. – Z przeprowadzonych przez nas badań wynika, że optymalny czas trwania procesu to ok. 10 min. Udało się nam przeprowadzić ok. 85 proc. metali szlachetnych z katalizatora do metalu zbieracza – mówi dr Saternus.
Nikt nie wie, ile rocznie w Polsce generuje się zużytych katalizatorów. Biznes na tych elementach jest jednak na tyle intratny, że do wielu warsztatów samochodowych co jakiś czas zaglądają pośrednicy skupujący takie zużyte elementy na wagę. Wiele osób próbuje też dobrać się do cennych metali na własną rękę, topiąc w zaciszu własnego garażu katalizatory w wodzie królewskiej (mieszaninie kwasu solnego i azotowego w stosunku objętościowym 3:1, która rozpuszcza praktycznie wszystko, w tym metale szlachetne, ale nieużywany także w katalizatorach rod; co ciekawe, nie reaguje także z dwoma metalami nieszlachetnymi, niobem i tantalem). W wyniku takiej reakcji powstają sole wiążące platynę i pallad; domorośli chemicy muszą te metale jeszcze z nich „wydobyć”. W katalizatorze, w zależności od rozmiaru urządzenia, można znaleźć od 2 g do 8 g metali szlachetnych.
Obecnie technologia opracowana przez naukowców z Politechniki Śląskiej nie nadaje się jeszcze do komercjalizacji. Problemem jest przede wszystkim ołów, czyli metal, który ma kiepski wpływ na nasze zdrowie; musiałby go zastąpić inny metal, np. miedź. To niestety oznacza wzrost rachunków za prąd, bo miedź topi się w wyższej temperaturze niż ołów. Wynalazek w tej chwili musi też być obsługiwany ręcznie; aplikacja komercyjna wymagałaby opracowania zestawu robotycznych ramion, które umieszczałyby i wyjmowały katalizatory z rynny, aby poprawić efektywność procesu. Sama wielkość urządzenia (testowe rozmiarami przypomina pralkę) również musiałaby ulec powiększeniu.
Generalnie jednak naukowcy są pewni, że znajdą pieniądze na badania wdrożeniowe, a także że uda im się zainteresować tą technologią zewnętrznych inwestorów. – Wiemy na pewno, że opracowana przez nas metoda sprawdza się i jest skuteczna. Wszystko, co teraz musimy zrobić, to doprowadzić ją do możliwie rynkowego etapu – mówi dr Fornalczyk.

Eureka! DGP

Trwa druga edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”. Jego celem jest promocja polskiej nauki i potencjału twórczego naszych wynalazców. Co tydzień do 5 czerwca w Magazynie DGP opisujemy wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 54 nadesłanych przez 17 uczelni oraz 26 zgłoszonych przez 13 instytutów badawczych. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi w czerwcu. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma – oraz kampania promocyjna o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora. W tym roku wszyscy uczestnicy konkursu zostaną zaproszeni do prezentacji swoich wynalazków podczas III Międzynarodowych Targów Innowacji i Nowych Technologii INNO-TECH EXPO, które odbędą się w dniach 15–16 października 2015 r. Prezentacja wynalazków na Targach Kielce będzie doskonałą okazją do nawiązania współpracy biznesowej, która zwiększy możliwości szybkiego wprowadzenia nowych produktów na rynek.