En katalysator trenger platina, rhodium og palladium for å kunne rense avgassene fra en forbrenningsmotor. (Bilde: The RedBurn (CC BY 3.0))

PLATINAMETALLER TIL BILINDUSTRIEN

Disse metallene må graves opp for å gjøre bilen mer miljøvennlig

Opptil to og et halvt tonn malm må sprenges ut for å gi nok materiale til én eksoskatalysator.

Skal du kjøre så miljøvennlig som mulig, er elbilen det eneste reelle alternativet i dag. 

En elbil har et større karbonavtrykk enn en bil med forbrenningsmotor når den er produsert, men i løpet av noen måneder passeres den av en tilsvarende fossilbil.

Likefullt er en elbil avhengig av grunnstoffet litium i batteriet, og dette må enten graves opp eller fordampes fra saltsjøer. Det har sin miljøpåvirkning, enten det er åpne sår i landskapet, eller partikkelforurensing fra saltanlegg.

Men biler med forbrenningsmotorer er og knyttet til utvinning av sjeldne metaller. 

Bilenes katalysatorer er nemlig helt avhengige av metaller i platinagruppen, som platina, rhodium og palladium, for å rense avgasser. Katalysator er pålagt på nye biler. Dermed går svært mye av disse metallene til bilindustrien.

Platina er også en nøkkelkomponent i hydrogenbrenselcellebiler, hvor metallet fungerer som katalysator for reaksjonen mellom hydrogen og oksygen.

Katalysatorer

En katalysator har som oppgave å bidra til å konvertere stoffer i eksosen fra motoren til mindre giftige stoffer gjennom katalyse. Selve katalysatoren er en del av den kjemiske reaksjonen, men ikke av produktet.

Altså skal ikke katalysatoren permanent forandres etter at den kjemiske reaksjonen har funnet sted.

De første bilene med katalysator kom på markedet i 1975, og et påbud kom i 1989.

Det finnes flere typer katalysator, men i en moderne bil er treveiskatalysatorer det vanlige. 

Katalysatoren omgjør nitrogenoksider, karbonoksider og uforbrente hydrokarboner til nitrogen, vann og karbondioksid.
Katalysatoren omgjør nitrogenoksider, karbonoksider og uforbrente hydrokarboner til nitrogen, vann og karbondioksid. Illustrasjon: Erlend Tangeraas Lygre

 

Reaksjonsligningene

1: 2CO + O2 → CO2
2: CxHy + O2 → CO2 + H2O
3: 2NO → N2 + O2

Treveiskatalysatoren utfører følgende:

  • Nitrogenoksider (NOx) reduseres til nitrogen (N) og oksygen (O).
  • Karbonmonoksid (CO) oksideres til karbondioksid (CO2).
  • Uforbrente hydrokarboner (HC) oksideres til karbondioksid (CO2) og vann (H2O). 

Optimalisering av gasser

Katalysatoren er effektiv innenfor et gitt intervall, så en avgassensor montert før katalysatoren vil sørge for at motoren har en så optimal forbrenning som mulig.

Temperaturen er også viktig, for katalysatoren vil ikke fungere før den er varm. Det er årsaken til at kaldstart forurenser langt mer enn varmstart. Dieselmotorer forbrenner på lavere temperatur enn bensinmotorer, noe som gjør at katalysatoren ikke er så effektiv med tanke på reduksjon av nitrogenoksid. Derfor har dieselbiler også partikkelfilter som reduserer mengden nitrogenoksid som slipper ut.

Ut av eksosrøret kommer derfor stort sett karbondioksid, oksygen, nitrogen, og vanndamp.

CO2 er et biprodukt av både forbrenningen i motoren og oksideringen i katalysatoren.

Sånn sett bidrar ikke katalysatoren til å redusere utslippet av klimagasser. Den hjelper først og fremst mot lokal forurensing.

For å få til reaksjonene, passerer eksos fra motoren gjennom en keramisk «bikube»-formasjon, typisk 2Mg.2Al2O3. 5SiO2. Denne er dekket med materialet som fungerer som katalysator, og utformingen gjør at eksosen passerer over et stort areal.

Når molekylene passerer over overflaten, blir de midlertidig fanget og holdt nær hverandre, slik at de får tid til å reagere. Jo større overflate med katalysator, jo flere molekyler får anledning til å reagere.

Snitt fra keramisk katalysator med edelmetaller.
Snitt fra keramisk katalysator med edelmetaller. Foto: Public domain

Katalysatoren består som regel av to eller tre edle metaller. Ett metall skal fungere som katalysator til reduksjon, mens ett eller to skal fungere som katalysator til oksidering. 

Så mye edelmetall er i en katalysator

Elektronmikroskopavbilding av en katalysator fra bil.
Elektronmikroskopavbilding av en katalysator fra bil. Foto: Galadrid (CC BY 3.0)

En typisk katalysator for personbiler inneholder mellom to og seks gram platinagruppemetall. 

Større biler med større motor, som en stor SUV eller en lastebil, kan ha inntil 30 gram platinagruppemetall.

Eldre biler har gjerne mer metall enn nyere. 

Generelt består de fleste katalysatorer i dieselbiler av platina og rhodium, mens det er vanligst med platina, palladium og rhoudium i bensinbiler.

Palladium har etterhvert erstattet noe av bruken av platina i katalysatorer i bensinbiler. 

Her finner man platinametaller

Platinamalm.
Platinamalm. Foto: USGS (PD)

Platinametaller er svært sjeldne. Det finnes 0,005 deler per milliard i jordskorpen. 

De fleste forekomster er som regel biprodukter av kopper- og nikkeldrift. Her opptrer de blant annet som sulfider, kjent som cooperitt. Cooperitt er påvist i gullfunn i Finnmark.

I motsetning til for eksempel litium, er platinaforekomster ofte rene. Det vil si at platinametall ofte ikke er kjemisk bundet til andre materialer. Det opptrer imidlertid ofte i legeringer med jern og andre platinagruppemetaller.

Platina finnes i større konsentrasjoner i meteoritter og på månen. Derfor er det ofte mulig å finne noe høyere konsentrasjoner steder hvor meteoritter har slått ned. 

Den største forekomsten av platinametaller er i Sør-Afrikas nordvestlige provins, i det såkalte platinabeltet.

Her er det nok metall til å forsyne verden i overskuelig fremtid. Å gjøre forsyningen avhengig av én geografisk forekomst er imidlertid problematisk.

Det har vært mange og lange streiker ved gruver i platinabeltet. Det påvirker prisen.

Så mye utvinnes årlig

I 2015 ble 125 tonn platina, palladium og rhodium gjenvunnet globalt. 55 tonn kom fra amerikansk gjenvinning av katalysatorer fra biler alene. 

Likevel går mesteparten av verdens platinametallutvinning til bilindustrien. I tillegg brukes en stor del i kjemisk prosessindustri og spesielt petroleumsraffinering. Elektronikkindustrien er også en viktig forbruker, blant flere.

178 tonn platina ble utvunnet i 2015. Den største produsenten var Sør-Afrika. For palladium var tallet 208 tonn, med Russland som største produsent. 

Det er ifølge Investorintel.com ventet at Russland vil spille en vesentlig mindre rolle på palladiummarkedet fremover. Man antar at reservene er i ferd må å gå tomme. Hvor store reserver Russland sitter på er ukjent. Estimater gjengitt i Daily Mail sier mellom 217 og 808 tonn. Det vil i så fall kunne holde til så lite som ett år.

Hoveddelen av palladiumforsyningen kommer fra gruveselskapet Norilsk Nickel. 

Verdens identifiserte reserver er 66.000 tonn. 63.000 tonn finnes i Sør-Afrika.

Mesteparten av platinagruppemetallet i katalysatorer kan gjenvinnes.


Fra nikkel- og palladiumgruve nær Norilsk-Talnakh i Russland.

Slik utvinnes platinagruppemetaller

Det må graves mye for å skaffe platinametaller. Typisk får man ut mellom 2,5 til 6 gram platina per tonn malm.

Som nevnt tidligere, trengs inntil seks gram platinametall i katalysatoren til en vanlig personbil. Dermed må det utvinnes mellom ett og 2,5 tonn malm for hver katalysator.

Men siden råvareprisen jevnt over er høy, kan lønnsomheten være god likevel. Og siden alle biler må ha katalysator, er det stort behov for metallene.

Platinametaller finnes typisk i magnetjernstein, hvor gull og sølv også finnes. Her finner man gjerne platina og palladium i silikater. 

De andre platinametallene finnes kun som legeringer med gull og platina, og må metallurgisk behandles.

Snitt av en katalysator.
Snitt av en katalysator. Foto: Public domain

Små forekomster kan finnes i vannkilder, som elver og innsjøer. Større forekomster hentes ut ved hjelp av gruvedrift. Dette kan være både under bakken, og i store åpne gruver. 

Malm tas videre til et prosessanlegg, hvor metallene fysisk og kjemisk skilles ut. Her knuses det til fint pulver.

Videre prosessering skjer ved hjelp av skumflotasjon, siden enkelte materialer fester seg lett til skum på overflaten. Platina vil da falle til bunnen.

En annen metode er å sprøyte luft i vannet, slik at malmen samler seg i en slurry på toppen av vannet, som så kan behandles videre.

Videre må malmen prosesseres for å skille ut andre metaller. Her brukes kongevann, en blanding av saltsyre og salpetersyre. Gull, platina og palladium løser seg i denne blandingen. De andre platinametallene løser seg ikke i kongevann, så metoden kan også brukes til å skille metaller.

Kort sagt brukes enten hydrometallurgiske eller pyrometallurgiske metoder. 

Etter at løsningen er konsentrert og renset, gjøres den om til rent metall. Dette gjøres ved smelting, reduksjon, filtrering, elektrolyse eller vasking. 

Enkelt sagt resirkuleres platinametaller ved å ta i bruk de samme metodene.

Platinagruven Mogalakwena i Sør-Afrika, verdens største platinagruve.

Miljøpåvirkning

Om en forekomst er stor nok til at det lønner seg å sette den i produksjon, vil gruven kunne være i drift svært lenge. 

For platina er Sør-Afrika største produsent, med omtrent 75 prosent av produksjonen.

Ifølge en rapport publisert av den sør-afrikanske avdelingen av aktivistgruppen People's Health Movement (PHM), er det i hovedsak tre kilder til miljøpåvirkning og forurensing: Knusing og fresing av malm, produksjon av konsentrater, og gjenvinning av platina fra konsentrat.

Det produseres 580.000 tonn overskuddsmasse per tonn produsert platina, som må håndteres.

Vannforbruket er i snitt 400 kubikkmeter per kilogram platinametall.

Energiforbruket er mellom 168 og 256 gigajoule per kilogram platinametall.

CO2-utslippet tilsvarer 40 til 50 tonn per kilogram platinametall.

Det virvles opp støv fra gruvedriften. Slik støv har helsepåvirkning på de som utsettes for det, tilsvarende som for svevestøv fra veitrafikk.

Ved de aktuelle gruvene i Sør-Afrika prosesseres metallet ved hjelp av oppvarming. I denne prosessen slippes det ut svoveldioksid. 

Luftveissykdommer har økt med 80 prosent i Rustenburg, en by i nærheten av to av verdens største platinagruver, ifølge en artikkel i sør-afrikanske The Journalist

Gruvearbeidere opplever å få redusert lungekapasitet. 

Priser på platinametall

Platinakrystaller.
Platinakrystaller. Foto: Jurii (CC BY 3.0)

Råvareprisene på platinametaller er jevnt over høye. Det siste året har prisen på platina ligget på rundt 30 til 35 dollar per gram, ifølge infomine.com.

Historisk sett har prisene på platina vært nede mot 10 dollar per gram på 90-tallet, og har økt mye i pris på 2000-tallet.

Palladium ligger nå på rundt 18 dollar per gram, mens rhodium har ligget på rundt 23 dollar per gram det siste året.

Til sammenligning har gull kostet rundt 30 dollar per gram det siste året.

Prisene endrer seg etter etterspørselen, men siden forsyningene er så avhengige av gruvedriften i Sør-Afrika, vil hendelser her i stor grad påvirke prisen.

I 2008 gikk prisene i taket, delvis på grunn av problemer med elektrisitetsforsyningen til gruvene her.

De høye prisene på metallene, og dermed også på selve katalysatorenhetene til biler, har gjort at tyveri av katalysatorer ikke er et ukjent problem

Kilder: Potential for recovery of cerium contained in automotive catalytic converters (USGS 2013, PDF), USGS mineral commodity summary 2016 (PDF), Open.edu, MIT.edu, Wikipedia.org, Health and enviromental impacts of platinum mining: Report from South Africa (Eugene Cairncross, PHM 2014, PDF), thejournalist.org.za

Få med deg «Nordic EV Summit 2017» den 7. februar 2017.

Kommentarer (9)

Kommentarer (9)