Luftschadstoffe

CO ist ein farbloses, geruchloses Gas und besteht aus einem Kohlenstoffatom, das an ein Sauerstoffatom gebunden ist. Es wird durch die unvollständige Verbrennung von Kraftstoffen durch Stromerzeugungsquellen wie Gasturbinen, stationäre Dieselmotoren und stationäre Gasmotoren in die Atmosphäre abgegeben. CO kann auch ein Nebenprodukt der chemischen Produktion, der Lebensmittelverarbeitung und vieler anderer Anwendungen sein. Sobald es in der Atmosphäre ist, kann CO schädliche Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen verursachen, indem es die Sauerstoffzufuhr zu den Organen und Geweben des Körpers reduziert. In hoher Konzentration kann es sogar zum Tod führen. Aus diesem Grund haben viele Länder und lokale Regierungen strenge Emissionsnormen, die den CO-Ausstoß regulieren, eingeführt, wie zum Beispiel die nationalen Luftqualitätsnormen für CO der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde EPA. Um unseren Kunden die Einhaltung dieser CO-Emissionsstandards zu ermöglichen, hat Johnson Matthey mehrere fortschrittliche Katalysatortechnologien entwickelt, wie z. B. unsere Oxidationskatalysatoren (2-Wege) und unsere Dreiwegekatalysatoren, die CO in inertes Kohlenstoffdioxid umwandeln. Diese Katalysatortechnologien können auch mit Systemlösungen wie unseren Katalysatoren Modulex™ und DualOx™ gekoppelt werden.

NOx besteht eigentlich aus zwei Stickstoffoxiden: Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂). Stickstoffmonoxid besteht aus einem Stickstoffatom, das an ein Sauerstoffatom gebunden ist, während Stickstoffdioxid ein Stickstoffatom aufweist, das an zwei Sauerstoffatome gebunden ist. NOx wird während der Verbrennung bei hohen Temperaturen unter Sauerstoffüberschuss gebildet. Beide Arten existieren im Gleichgewicht. Bei hohen Temperaturen wird die Bildung von NO begünstigt und bei niedrigen Temperaturen die von NO₂. Zu den NOx-Quellen gehören stationäre Diesel- und Gasmotoren zur Stromerzeugung, Kohle- und Gasturbinen für Stromversorger sowie andere industrielle, kommerzielle und private Quellen, die Brennstoffe verbrennen.

Stickstoffoxide haben mehrere nachteilige Auswirkungen auf den menschlichen Körper, zum Beispiel Entzündungen des Atmungssystems. Darüber hinaus tragen sie zur Bildung von bodennahem Ozon bei, was auch gesundheitliche Probleme verursacht. Aus diesem Grund werden NOx-Emissionen aus Verbrennungsquellen von mehreren lokalen und nationalen Regierungen auf der ganzen Welt reguliert. Eine der wirksamsten Technologien zur Reduzierung der NOx-Emissionen ist die selektive katalytische Reduktion (Selective Catalytic Reduction, SCR) von NOx mit Ammoniak. Johnson Matthey liefert SCR-Systeme sowie SINOx®-SCR-Wabenkatalysatoren und SCR-Plattenkatalysatoren, die die NOx-Emissionen von Industrie- und Stromerzeugungsquellen nahezu eliminieren.

Distickstoffoxid oder Lachgas, wie es gewöhnlich genannt wird, besteht aus zwei Stickstoffatomen, die linear an ein Sauerstoffatom gebunden sind. Bei Raumtemperatur ist es ein farbloses, geruchloses Gas und ein starkes Oxidationsmittel. Es wird durch industrielle, energieerzeugende und landwirtschaftliche Prozesse in die Atmosphäre abgegeben. Häufige N₂O-Quellen sind die Salpetersäureherstellung, die Verbrennung von Brennstoffen in stationären Diesel-und Gasmotoren sowie der Einsatz von Düngemitteln.

Obwohl Distickstoffoxid nicht als toxisch gilt, ist es ein sehr starkes Treibhausgas mit einem Treibhauspotenzial von 298 (100 Jahre). Zum Vergleich: Kohlendioxid [1] hat ein Treibhauspotenzial von 1. Um die Auswirkungen der globalen Erwärmung zu verlangsamen, müssen daher die N₂O-Emissionen begrenzt werden. Es gibt bereits einige Vorschriften, wie die EPA-Verordnung über Treibhausgasemissionen von Pkw und Lkw [2]. Allerdings wird erwartet, dass in den kommenden Jahren weitere Regulierungen folgen, die sich sowohl auf mobile als auch auf stationäre Emissionsquellen auswirken werden.

Obwohl N₂O unter bestimmten Bedingungen durch Katalysatoren zur Emissionskontrolle erzeugt werden kann, hat Johnson Matthey jahrelang an der Entwicklung fortschrittlicher Katalysatoren zur Emissionskontrolle, die die Menge an erzeugtem N₂O minimieren, gearbeitet. Zum Beispiel gewährleisten unsere fortschrittlichen Ammoniak-Schlupfkatalysatoren (ASC), die über einen weiten Temperaturbereich eingesetzt werden können, eine sehr geringe N₂O-Bildung. Die ASC-Technologie wurde in viele unserer fortschrittlichen SCR-Systeme für Anwendungen wie stationäre Diesel-und Gasmotoren integriert.

[1] EPA-Website - https://www.epa.gov/ghgemissions/overview-greenhouse-gases

[2] EPA-Website - https://www.epa.gov/regulations-emissions-vehicles-and-engines/regulations-greenhouse-gas-emissions-passenger-cars-and

Dioxin ist eigentlich ein allgemeiner Begriff zur Beschreibung einer großen Gruppe von aromatischen (Ringstrukturen enthaltenden) Kohlenwasserstoffverbindungen, die als Umweltschadstoffe bekannt sind. Dioxine sind langwirkende organische Schadstoffe, da ihr Abbau sehr lange dauert und sie sich daher in der Nahrungskette ansammeln. Dioxine entstehen als Nebenprodukte von industriellen Prozessen, bei denen mit Chlor gearbeitet wird, wie die Herstellung von Chemikalien, Pestiziden, PVC-Kunststoffen und Papierprodukten. Eine weitere häufige Dioxinquelle ist die Verbrennung von Siedlungsabfällen in Müllverbrennungsanlagen. Dioxine sind hochgiftig, krebserregend und beeinflussen viele Teile des menschlichen Körpers, einschließlich des Fortpflanzungs- und Immunsystems.

Viele lokale und nationale Regierungen haben bereits Regelungen zur Begrenzung der Emissionen von Dioxinen aus Anlagen wie Müllverbrennungsanlagen eingeführt. Die SCR-Waben- und SCR-Plattenkatalysatoren von Johnson Matthey, die in Müllverbrennungsanlagen zur Reduzierung von NOx installiert werden, reduzieren auch Dioxine erheblich. Johnson Matthey liefert auch Mischoxid-Pelletkatalysatoren, die speziell zur Reduzierung von Dioxinen und anderen chlorierten Kohlenwasserstoffen aus Industrieabgasen entwickelt wurden.

Formaldehyd ist ein farbloses, wasserlösliches Gas, das aus einem an zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom gebundenes Kohlenstoffatom besteht. Da es eine der am häufigsten verwendeten kommerziellen Chemikalien ist, wird CH₂O oft getrennt von anderen flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) betrachtet. CH₂O wird bei der Herstellung von Harzen und einer Vielzahl von Chemikalien, als Bindemittel für Baustoffe und als Konservierungsmittel verwendet. Der Großteil der CH₂O-Emissionen stammt aus der Herstellung von CH₂O selbst und aus den chemischen Herstellungsprozessen, für die CH₂O ein Ausgangsmaterial ist. CH₂O wird auch als Nebenprodukt von Raffinerien und Verbrennungsprozessen freigesetzt. Es ist ein bekanntes Karzinogen, das Reizungen der Haut, der Augen, der Nase und des Rachens verursacht.

Eine Möglichkeit zur Eliminierung von CH₂O besteht darin, es über einem Oxidationskatalysator zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren. Johnson Matthey verfügt über mehrere hochmoderne Oxidationskatalysatoren, wie unsere Mischoxid-Katalysatoren, die mit Pellets oder Waben zur Verfügung stehen, und unsere Edelmetall-basierten Oxidationskatalysatoren, die zur Behandlung von CH₂O-Emissionen aus stationären Gasmotoren eingesetzt werden.

Quecksilber kommt natürlich in der Luft, im Wasser und im Boden vor. Es ist eines von nur zwei Metallen, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Quecksilber ist auch eines der flüchtigsten schweren Elemente, was bedeutet, dass es leicht verdampfen und in die Atmosphäre emittiert werden kann. Es gibt mehrere Quellen für Quecksilberemissionen, wie zum Beispiel den industriellen Goldabbau in kleinem Maßstab, die Zementherstellung und Kohlekraftwerke.

Da Hg so flüchtig ist, kann es sich im Wasser oder im Boden absetzen, wo Mikroorganismen es in Methylquecksilber umwandeln können – eine hochgiftige Form, die sich bei Tieren, insbesondere bei Fisch, ansammelt. Diese Tiere werden dann von Menschen gegessen, sodass sie den Auswirkungen von Methylquecksilber ausgesetzt sind: Schädigung des Gehirns, der Nieren, der Lunge und des Immunsystems. Die Regulierungsbehörden haben begonnen, die Menge an Quecksilber, die von diesen Quellen in die Luft emittiert wird, zu begrenzen. Gesetze wie die Mercury Air Toxicity Standards (MATS) in den USA und das Large Combustion Plants Best Available Techniques Reference Document (BREF) in Europa haben Grenzen für die Hg-Emissionen von Kohlekraftwerken festgelegt.

Johnson Matthey hat mehrere Lösungen, um Versorgungsunternehmen dabei zu helfen, ihre Hg-Emissionen zu senken, wie etwa unseren SCR-Katalysator für die Hg-Oxidation. Darüber hinaus bietet Johnson Matthey als Teil unserer standardmäßigen Katalysatorevaluierungs- und -probenahmeservices eine vollständige Bewertung der Hg-Oxidationsleistung des Katalysators. 

Methan, ein farbloses und geruchloses Gas, ist der leichteste und stabilste Kohlenwasserstoff. Es besteht aus einem Kohlenstoffatom, das an vier Sauerstoffatome gebunden ist, und ist die Hauptkomponente von Erdgas. Methan wird bei vielen menschlichen Aktivitäten wie landwirtschaftlichen und industriellen Prozessen emittiert. Diese industriellen Prozesse umfassen die Methan-Dampfreformierung, den Kohlebergbau, die Öl- und Gasexploration und die unvollständige Verbrennung von Brennstoffen, die Gasturbinen und stationäre Gasmotoren antreiben.

Obwohl Methan nicht giftig ist, ist es sehr leicht entflammbar und kann bei Kontakt mit Luft zu Explosionen führen. Es ist auch ein erstickendes Gas, das in engen Räumen die Luft verdrängt. Das größte Problem ist jedoch sein Potenzial, die globale Erwärmung zu verstärken, da Methan über einen Zeitraum von 100 Jahren ein 25-mal so hohes Treibhauspotenzial wie Kohlendioxid hat.

Methan kann katalytisch zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert werden. Johnson Matthey verfügt über verschiedene Technologien zur Reduzierung von Methanemissionen, wie etwa unser Ventilation Air Methane (VAM) Katalysatorsystem für aktive und stillgelegte Kohlegruben. Weitere JM-Technologien zur Methanreduzierung sind Oxidationskatalysatoren (2-Wege) für Gasturbinen, stationäre Gasmotoren mit Magerbrennverfahren und Dreiwegekatalysatoren (TWCs) für stationäre Verbrennungsanlagen. 

Ammoniak ist ein farbloses Gas und hat einen stechenden Geruch. Es besteht aus einem Stickstoffatom, das an drei Wasserstoffatome gebunden ist. In der Natur kommt es durch den Zerfall von organischem Material vor und es stammt aus kleineren, von Menschen verursachten Quellen wie Düngemitteln, Abfallentsorgung und industriellen Prozessen. Ammoniak ist sehr giftig. Es reizt die Augen, die Nase, den Rachen und die Atemwege und kann, wenn es in hohen Konzentrationen eingeatmet wird, zum Tod führen.

Ammoniak-Emissionen sind für fast jede Anwendung geregelt und durch alle Technologien zur Emissionskontrolle begrenzt. Ammoniak wird als Reduktionsmittel bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von NOx verwendet. Johnson Mattheys SCR-Systeme nutzen Dosierungssteuerungsstrategien, um zu gewährleisten, dass die genaue Menge an Ammoniak (oder Harnstoff, der sich in Ammoniak zersetzt) zum SCR-Wabenkatalysator oder zum SCR-Plattenkatalysator, die die Ammoniakemissionen in die Atmosphäre minimieren, transportiert wird. Ammoniak-Schlupfkatalysatoren (ASCs) werden oft mit SCR-Katalysatoren gekoppelt, wenn sowohl die NOx-Umwandlungsanforderungen als auch die Grenzwerte für die Ammoniakemissionen außergewöhnlich streng sind.