Hoe werkt een katalysator en wat zit erin?

Een katalysator is een onderdeel van het uitlaatsysteem van een voertuig. Het zit tussen de motor en de geluiddemper in, en heeft als taak om schadelijke uitlaatgassen te neutraliseren voordat ze de lucht in gaan. Zonder katalysator zou een auto aanzienlijk meer koolmonoxide, stikstofoxiden en koolwaterstoffen uitstoten, stoffen die slecht zijn voor de luchtkwaliteit en de gezondheid.

De katalysator is in de jaren zeventig in Amerika geintroduceerd als reactie op steeds strengere milieuwetgeving. In Europa werd hij eind jaren tachtig en begin jaren negentig verplicht. Sindsdien hebben elke nieuwe auto met een verbrandingsmotor er een, en zijn de eisen alleen maar strenger geworden. Euro 6, de huidige norm voor nieuwe voertuigen, vereist een aanzienlijke reductie van NOx-uitstoot ten opzichte van eerdere normen, wat de katalysator alleen maar belangrijker maakt.

Hoe werkt het?

Binnen in de katalysator zit een keramische of metalen drager met een honingraatstructuur. Die structuur is gekozen omdat hij een enorm oppervlak combineert met een lage tegendruk: de uitlaatgassen kunnen er doorheen stromen zonder dat de motor er teveel last van heeft. Dit oppervlak is bedekt met een dunne laag washcoat (aluminiumoxide met enkele toevoegingen) waarin de edelmetalen platina, palladium en rhodium fijn verdeeld zitten.

Als hete uitlaatgassen langs dit oppervlak stromen, vinden chemische reacties plaats die schadelijke stoffen omzetten in onschadelijkere verbindingen:

• Koolmonoxide (CO) wordt geoxideerd tot kooldioxide (CO2)
• Stikstofoxiden (NOx) worden gereduceerd tot stikstof (N2) en zuurstof (O2)
• Onverbrande koolwaterstoffen (HC) worden omgezet in water en CO2

De edelmetalen fungeren hierbij als katalysator: ze versnellen de chemische reactie zonder zelf verbruikt te worden. Daarom blijft het PGM in een gebruikte katalysator ook na honderdduizenden kilometers nog steeds aanwezig en bruikbaar, op een fractie die door slijtage of vergiftiging verloren is gegaan na.

Wat zit er precies in?

De hoeveelheid edelmetalen in een katalysator is klein, maar niet verwaarloosbaar. Afhankelijk van het type voertuig en het bouwjaar kan een katalysator tussen de 2 en 10 gram aan platinagroepmetalen bevatten. Bij grotere voertuigen, zoals vrachtwagens of bussen, liggen die hoeveelheden hoger. De verhouding tussen platina, palladium en rhodium hangt sterk af van het type motor: dieselkatalysatoren bevatten meestal meer platina, benzinekatalysatoren meer palladium, en alle drie de metalen komen in verschillende mate voor.

Naast edelmetalen bevat de drager ook keramisch materiaal (cordieriet of siliciumcarbide) en de eerder genoemde washcoat van aluminiumoxide, ceriumoxide en zirkoonoxide. Deze toevoegingen helpen om het katalytisch oppervlak zo groot mogelijk te maken, slaan zuurstof tijdelijk op en stabiliseren de structuur bij hoge temperaturen. Een katalysator kan tijdens normaal gebruik temperaturen van 400 tot 800 graden bereiken.

In ons eigen laboratorium gebruiken we XRF-analysetechniek (X-Ray Fluorescentie) om exact te bepalen welke en hoeveel edelmetalen er in een specifieke katalysator zitten. We malen het keramische materiaal eerst tot een fijn poeder van minder dan 1500 micron, mengen dat tot een homogene massa en meten dan de concentratie van platina, palladium en rhodium in parts per million (ppm). Zo weten we tot op de gram nauwkeurig wat een partij waard is.

Wanneer is een katalysator aan vervanging toe?

Een katalysator gaat normaal gesproken 150.000 tot 250.000 kilometer mee. Slijtage, vergiftiging door loodhoudende brandstof of olie, of mechanische schade kunnen de levensduur verkorten. Een defecte katalysator herken je aan verhoogd brandstofverbruik, een brandende geur, een verminderd motorvermogen of een storingsmelding op het dashboard. Soms hoor je ook gerinkel: dat duidt op een gebroken keramische drager binnenin. Daarna komt de katalysator in aanmerking voor professionele recycling, waarbij de edelmetalen weer worden teruggewonnen voor hergebruik in nieuwe katalysatoren of andere toepassingen.

Een afgedankte katalysator is verre van waardeloos. De edelmetalen erin zijn herwinbaar en hebben nog steeds marktwaarde, vaak honderden euros per stuk afhankelijk van het type voertuig en de actuele metaalkoersen. Voor garages en sloperijen kan een verzamelde partij flink wat opleveren, mits je weet bij wie je moet zijn. Meer weten over welke metalen precies zo waardevol zijn en waarom hun prijzen zo sterk kunnen fluctueren?