Bei dem Steckbrief stehen folgende Abfälle im Vordergrund:

• gebrauchte Katalysatoren der chemischen (organisch und anorganisch) und pharmazeutischen Industrie,
• gebrauchte Katalysatoren aus industriellen Abgasreinigungsanlagen,
• gebrauchte Katalysatoren aus der Abgasreinigung von Kraftfahrzeugen,
• gebrauchte Katalysatoren aus Anlagen zur Wasserstoffgewinnung, Brennstoffzellen u. a.

Eine eindeutige Branchenzuordnung ist für die Abfalluntergruppe 1608 nicht gegeben.

(*) Begriffsbestimmung aus der Abfallverzeichnis-Verordnung zu AS 160802*/AS 160803: Übergangsmetalle im Sinne dieses Vorschrift sind Scandium, Vanadium, Mangan, Cobalt, Kupfer, Yttrium, Niob, Hafnium, Wolfram, Titan, Chrom, Eisen, Nickel, Zink, Zirconium, Molybdän und Tantal. Wenn diese Metalle oder ihre Verbindungen als gefährliche Stoffe eingestuft wurden, werden Katalysatoren mit diesen Stoffen als gefährliche Abfälle behandelt.

Allgemein

Katalysatoren besitzen die Eigenschaft, die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu beschleunigen, ohne dabei verbraucht zu werden. Dies geschieht durch Herab- oder Heraufsetzung der Aktivierungsenergie, was die Kinetik chemischer Reaktionen verändert, d. h. die Reaktionen laufen schneller oder langsamer ab. Das betrifft Hin- und Rückreaktionen gleichermaßen, weshalb das Gleichgewicht der chemischen Reaktion unverändert bleibt. Eine Beschleunigung einer Reaktion wird als positive Katalyse und eine Verlangsamung einer Reaktion, der gegenteilige Prozess, als negative Katalyse (auch Inhibition) bezeichnet. Katalysatoren wirken dabei selektiv, d. h. eine bestimmte gewünschte Reaktion benötigt einen bestimmten Katalysator. Etwa 80 % aller chemischen Produktionsprozesse haben mindestens einen katalytischen Schritt.

Es wird außerdem zwischen heterogener und homogener Katalyse unterschieden. Bei der homogenen Katalyse sind die Ausgangsstoffe und der Katalysator im gleichen Aggregatzustand (am häufigsten flüssig). Hierbei werden vielfach die Übergangsmetalle verwendet.

Die enzymatische Katalyse ist ein Sonderfall der homogenen Katalyse mit bioorganischen Komplexen als Katalysatoren (Biokatalysatoren), welche z. B. Enzyme sind.

Bei der heterogenen Katalyse liegen Katalysator und die Ausgangsstoffe einer chemischen Reaktion in unterschiedlichen Phasen, z. B. als Gas und Feststoff, Flüssigkeit und Feststoff oder als nicht mischbare Flüssigkeiten, vor. Am häufigsten mit ca. 80 – 85% der gesamten verwendeten Katalysatoren in Deutschland werden Feststoffkatalysatoren eingesetzt. Sie bestehen entweder vollständig aus der aktiven Komponente (Vollkatalysatoren) oder die katalytisch wirksame Komponente oder auch mehreren Komponenten ist/sind auf einem Trägermaterial aufgebracht (Trägerkatalysatoren).
Die Trägermaterialien sind:

• Formkörper wie Metalloxide in Form von Pellets oder Kugeln,
• offenporige waben- oder plattenförmige Keramikkörper aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirconiumoxid, Cordierit, Zeolithe, Aktivkohle oder Siliziumoxid,
• Metallgitter, -folien bzw. –schwämme oder
• Membranen in Brennstoffzellen (MEA, Membrane Electrode Assembly).

Die Schichtdicke der aktiven Schicht auf dem Trägermaterial liegt meist im Nanometerbereich. Häufig wird auf das Trägermaterial zunächst z. B. ein Gemisch aus Silizium- oder Metalloxiden, ein sogenannter Washcoat, aufgebracht, um eine große Oberfläche durch ein geeignetes Porensystem zu schaffen. Dadurch können nach dem Aufbringen der aktiven Komponente (z. B. Platin-, Rhodium-, Palladium-, Cerdioxid- Nanokristalle) eine hohe Anzahl von katalytisch aktiven Zentren genutzt werden.

Die Katalysatoren, insbesondere feste Katalysatoren, unterliegen einem sogenannten Alterungsprozess. Dieser Prozess ist gekennzeichnet durch:

• stoffliche Ablagerungen, wodurch Poren verstopfen, d. h. ein Durchströmen/-fließen der Ausgangsstoffe ist nicht mehr möglich,
• Brüche oder Veränderungen der Oberfläche durch z. B. Sintervorgänge infolge einer thermischen Beanspruchung,
• Maskieren oder Vergiften der aktiven katalytischen Schichten, sogenannte Katalysatorgifte verlangsamen/inhibieren häufig die gewünschte Reaktion, durch physikalische und chemische Einflüsse.

Der Zusatz von sogenannten Promotoren, z. B. Bor, Fluorid und/oder Kohlenwasserstoffe, kann den Alterungsprozess verlangsamen. Sie verhindern z. B. das Versintern, erhöhen die Festigkeit der Bindung zwischen der Aktivkomponente und dem Trägermaterial oder erhöhen die Elektronendichte bei der katalysierten Reaktion.

Hauptsächlich feste Katalysatoren werden je nach Art und Einsatzbereich regeneriert, wiederverwendet oder werkstofflich verwertet.

Biokatalysatoren

In der organischen Chemie und in der Pharmaindustrie werden zunehmend Biokatalysatoren (bioorganische Katalysatoren) eingesetzt. Es sind Biopolymere, die biochemische Reaktionen beschleunigen, z. B. Hefepilze, Ribonukleinsäuren oder Enzyme. Sie spielen bei sehr vielen Stoffwechselreaktionen in tierischen sowie pflanzlichen Organismen eine Rolle und werden auf diesen Kenntnissen aufbauend bei biotechnologischen Prozessen verwendet. Sie werden mit Hilfe von i. d. R. gentechnisch veränderten Mikroorganismen wie Bakterien (z. B. Bacillus) und Pilzkulturen (z. B. Aspergillus, Fusarium) hergestellt. Biokatalysatoren werden z. B. bei Wasch- und Reinigungsmitteln zur Verbesserung der Waschwirkung bei niedrigen Temperaturen oder als Ersatz für Chlorbleiche bei der Papier- und Zellstoffherstellung verwendet. Sie lassen sich bei sehr vielen Prozessen nicht mehr rückgewinnen, sondern sind in Nebenprodukten enthalten. Gebrauchte Biokatalysatoren fallen daher im Allgemeinen nicht unter die Abfalluntergruppe 1608, sondern als Inhaltsstoff von z. B. Schlämmen unter AS 190206 „Schlämme aus der physikalisch-chemischen Behandlung“.

Katalysatoren in der chemischen und petrochemischen Industrie

Katalysatoren werden industriell u. a. bei der Erdölverarbeitung, chemischen Produktionsprozessen oder Polymerisation eingesetzt. Sie werden nach der Katalysatorart in Edelmetallkatalysatoren, Nichtedelmetallkatalysatoren, Säure-Basen-Katalysatoren und Mineralsäuren unterteilt.

In der Petrochemie sind die gebräuchlichen katalytischen Prozesse:

• Cracken bzw. Hydrocracken
• Reforming und
• Hydrotreating.

Für das katalytische Cracken werden Zeolithe und für das katalytische Reforming modifizierte Edelmetallkatalysatoren (mit z. B. Ruthenium und Rhodium bei der Wasserstoffgewinnung aus Erd-, Bio- oder Flüssiggas) eingesetzt. Die Hydrotreating-Prozesse, die hauptsächlich der Entschwefelung neben der Entfernung von Stickstoff- und Sauerstoffgruppen von Erdölfraktionen dienen,verwenden als aktive Komponenten der Katalysatoren häufig in der Vergangenheit Platin oder Palladium und jetzt für die Synthese/Umwandlung von Wasserstoff zunehmend Kobalt-Molybdän-Sulfide bzw. Kobalt, Molybdän, Nickel oder Eisen als Metallphosphide.

Bei der Herstellung von Feinchemikalien haben die katalytischen Prozesse nur einen geringen Anteil, wobei vor allem Edel- und Nichtedelmetallkatalysatoren (z. B. zur Verbindung von zwei Kohlenstoffatomen mit löslichen Palladiumkatalysatoren, Rhodium-katalytische Hydroformylierung bei der Synthese von Aldehyden oder Hybrid-Katalysatoren mit Eisen und Barium, Magnesium oder Calcium) verwendet werden. Ursache für die geringe Verwendung ist die meist sehr aufwändige Abtrennung der Katalysatoren vom Lösungsmittel.

In der Polymerindustrie werden überwiegend Katalysatoren für die Herstellung von Polyolefinen als Initiatoren (Starter) eingesetzt, z. B. für die Herstellung von HDPE Ziegler-Natta-Katalysatoren (mit Titan- oder Vanadium- und Aluminiumverbindungen) oder von LDPE Metallocenkatalysatoren (mit u. a. Zirconium) oder von PUR Metallsalzkatalysatoren bzw. organischen Katalysatoren (mit Stickstoff). Die Polymerisationskatalysatoren werden in kleineren Mengen eingesetzt und verbleiben im Produkt oder in Nebenprodukten.

Für die Wasserstoffherstellung werden bei der dafür notwendigen Spaltung des Wassers in den Elektrolyse-Einheiten Katalysatoren mit z. B. Iridium oder Rhodium als aktiver Komponente auf oxidischem Trägermaterial (komplexe Verbindungen der Elemente Barium, Strontium, Cobalt, Eisen und Sauerstoff) oder Calciumtitanoxid (Perowskit) verwendet.

Phosphorsäure wird auch als flüssiger/gelartiger Katalysator bei der Synthese von Aspirin verwendet. Orthophosphorsäure wird als Elektrolyt und Katalysator in Brennstoffzellen eingesetzt.

Tabelle: Beispiele für Katalysatoren in chemischen und petrochemischen Prozessen. Diese Tabelle erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Verfahren/Prozess	Katalysator bzw. deren Bestandteile (herkömmlich)	Katalysator bzw. deren Bestandteile (zukünftig,tendenziell)	Katalysatorgift/Inhibitor (Bestandteile/Verbindungen von bzw. mit)
Chemische Industrie
Herstellung von Wasserstoff und Ammoniak, Dampfreforming, Methanisierung	rein oder Verbindungen von Nickel, Eisen, Ruthenium (selten Zirconium oder Aluminium)	Perowskite (enthalten u. a. Calcium und Titan), Iridium, Magnesiumoxid und/oder modifizierte Zeolithe oder ähnliches, Bornitrid, Metallorganika	Verbindungen von Schwefel, Phosphor, Arsen und Chlor
Hydrierungen z. B. von Speisefetten und Mineralölen, Hydrierung von Olefinen	modifizierte Zeolithe mit Platin und/oder Palladium; rein oder Verbindungen von Nickel, Eisen oder selten Kupfer, Chrom, Zink, Rhodium-Komplex		Verbindungen von Blei, Schwefel, bei Platin auch Verbindungen mit Kupfer, Nickel, Quecksilber
Dehydrierungen, z. B. Butadien aus Butan oder Styrol aus Ethylbenzol	rein oder Verbindungen von Chrom, Aluminium, Eisen häufig als Oxide, Magnesium	Metallfasern mit Kupfer, verschiedene Kombinationen von Kupfer-Nickel-Titan-Zirconium-Zinn-Aluminium-Eisen	Verbindungen von Schwefel
Oxidationen, z. B. Ethylenoxid, Kontakt-Schwefelsäure; von Kohlenwasserstoffen, Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) nach Kraftstoffverbrennung	Silber oder modifizierte Zeolithe mit Platin, Rhodium, Palladium oder Vanadium	Perowskite (enthalten u. a. Calcium und Titan)	Verbindungen von Schwefel, Blei, Phosphor, Arsen, Antimon, Zink, Cadmium, Bismut
organische Synthesen, z. B. Friedel-Crafts-Alkylierung	Chloride von Aluminium, Eisen, Bor oder auch Schwefel- bzw. Phosphorsäure
Polymerisationen, z. B. Herstellung von Kunststoffen wie HDPE, LDPE oder PUR	häufig organische Verbindungen (Polymere) mit Titan, Vanadium, Chrom; anorganischen Säuren, z. B. Phosphorsäure
Petrochemische Industrie
Katalytisches Cracken (ohne Wasserstoff)	modifizierte Zeolithe
katalytisches Reformieren	modifizierte Zeolithe oder Aluminiumoxid mit Platin bzw. Kombinationen aus Platin, Zinn, Rhenium		Verbindungen von Schwefel, Amine
Wasserstoffbehandlung, Entaromatisieren	Kombinationen von Cobalt-Molybdän, Nickel-Molybdän oder Nickel-Wolfram		Verbindungen von Schwefel, Amine
Katalytisches Cracken mit Wasserstoff (Hydrocracken)	modifizierte Zeolithe mit Nickel oder z. B. Rhutenium, Rhenium, Platin oder Palladium		Verbindungen von Schwefel, Koks

Katalysatoren aus der stationären Abgasreinigung

Katalysatoren für die Reinigung von Abgasen werden z. B. in Kraftwerken, Abfallverbrennungsanlagen oder bei der Glasherstellung mit beheizten Glaswannen eingesetzt. Die häufigsten katalytischen Anwendungen in der Abgasreinigung sind die Oxidation von Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffen und anderen flüchtigen organischen Verbindungen sowie die Reduktion von Stickstoffoxiden und der Einsatz in Kombination mit der Feinstaubfiltration. Die Katalysatoren werden als Pellets oder als offenporiger Körper mit einer waben- oder plattenförmigen Struktur installiert. Die Lebensdauer des Katalysators beträgt bei Kohle- und Ölfeuerung ca. 6 bis 10 Jahre, bei Gasfeuerung mehr als 10 Jahre.

Strukturierte keramische Katalysatoren, z. B. offenzellige Schaumkeramiken oder hochporöse Keramikwaben/Filter, werden aufgrund ihrer großengeometrischen Oberfläche und ihres guten Durchströmungsverhaltens in heterogen katalysierten Gasphasenprozessen der Abgasbehandlung zur Oxidation und Rauchgasentstickung (DeNO_x) eingesetzt. Dünne Schichten der aktiven katalytischen Materialien auf dem Substratkörper erreichen vergleichbare katalytische Umsätze wie die aktuell noch verwendeten Katalysatorschüttungen aus Pellets, z. B. aus kleinen Kugeln oder Zylinder.

Zur Minimierung von Stickoxiden (NO und NO₂ zusammengefasst als NO_x) in Abgasen stationärer Einrichtungen (Feuerungs-, Müllverbrennungs- und Industrieanlagen, Gasturbinen und Motoren) wird zumeist das Verfahren Selective Catalytic Reduction (SCR) angewandt.Dem Abgas wird Ammoniak (NH₃ ) oder eine wässrige Harnstoff-Lösung, die sich im Abgas zu Ammoniak zersetzt, als Reduktionsmittel zugemischt; durch die Reaktion entstehen Wasser (H₂ O) und Stickstoff (N₂ ). Die SCR- oder auch DeNO_x -Katalysatoren bestehen aus dem Basismaterial Titandioxid oder Zeolithe mit den aktiven Komponenten Vanadiumpentoxid, Wolfram- oder Molybdänoxiden.

Zur Minimierung von VOC-Emissionen werden häufig Edelmetallkatalysatoren auf Aluminiumsilicat zur katalytischen Oxidation verwendet. Als Strukturbasis dient ein Metallgitter, worauf eine hochporöse Aluminiumoxidschicht aufgebracht ist, in der die katalytisch aktive Substanz, z. B. Platin- oder Metall-Mischoxide, eingebettet ist.

Katalysatoren von Kraftfahrzeugmotoren

Bei Kraftfahrzeugen mit Otto-Motoren dient der Katalysator der Abgasentgiftung. Die im Abgas enthaltenen Schadstoffe Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide werden in die unschädlichen Verbindungen Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff umgewandelt. Die Katalysatoren für PKW wiegen im Schnitt ca. 5 bis 7 kg/Stück.

Der Kraftfahrzeugkatalysator besteht meistens aus mehreren Komponenten. Der Träger ist ein temperaturstabiler Wabenkörper aus Keramik mit vielen dünnwandigen Kanälen aus in der Regel Cordierit oder Metallfolien. Der Washcoat besteht aus porösem Aluminiumoxid (Al₂O₃) und dient der Vergrößerung der Oberfläche bis zu mehreren hundert Quadratmetern pro Gramm Katalysator. In ihm sind die je nach Katalysatortyp unterschiedlichen katalytisch aktiven Substanzen eingelagert.Bei Dreiwegekatalysatoren sind es z. B. Platin, Rhodium, Palladium oder eine Kombination aus diesen.Der keramische Träger ist mittels spezieller Lagermatten, den sogenannten Quellmatten aus z. B. Hoch-temperaturwolle oder seltener in Kombination mit Drahtgestricken, in einem metallischen Gehäuse, dem sogenannten Canning, gelagert.

Einige der künstlichen Mineralfasern in den Quellmatten stehen im Verdacht, krebsauslösend zu sein. Sie werden zunehmend durch Katalysatoren mit dem Umweltzeichen Blauer Engel (seit 2013 zur Kennzeichnung von Katalysatoren erhältlich) ersetzt, die ausschließlich gesundheitlich völlig unbedenkliche Quellmatten mit einem KI-Wert (Kanzerogenitätsindex) größer als 40 verwenden.

Werden stattdessen Metall-Katalysatoren eingesetzt, ist kein zusätzliches Canning notwendig. Das Canning ist im Abgasstrang des Fahrzeuges fest verbaut und besitzt zum Teil weitere Anschlussmöglichkeiten für z. B. Lambdasonden oder Thermoelemente. Lambdasonden sind teilweise auch schon im Katalysator integriert.

Dieselmotoren und Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung arbeiten mit Luftüberschuss, daher ist ein spezieller DeNO_x Katalysator notwendig, bei dem Metallträger, z. B. aus Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Mullit und Cordierit, mit kleinen Querschnitten oder mit strukturierten Kanälen verwendet werden. Regelmäßig wird dieser Katalysator zur Entfernung von Sulfateinlagerungen (Desulfatierung), welche die NO_x-Einlagerung blockieren, aufgeheizt. Er gehört i. Allg. zum Rußpartikelfilter, um die Zündtemperatur des Rußes für die Regeneration des Partikelfilters herabzusetzen.

Eine DeNO_x-Abgasnachbehandlung (NO_x-Speicherkatalysatorund/oder SCR-Technologie) ist auch notwendig, da infolge der fokussierten Reduzierung des Kohlendioxid-Ausstoßes mehr Stickoxide gebildet werden.

160801 gebrauchte Katalysatoren, die Gold, Silber, Rhenium, Rhodium, Palladium, Iridium oder Platin enthalten (außer 160807)

Hierunter fallen gebrauchte edelmetallhaltige Katalysatoren aus der chemischen Industrie, z. B. silberhaltige Katalysatoren aus der Herstellung von Formaldehyd, und vor allem die Kraftfahrzeugkatalysatoren, die die Edelmetalle Platin, Palladium und Rhodium enthalten. Die Katalysatoren können nur dann dem Schlüssel 160801 zugeordnet werden, wenn keine gefährlichen Bestandteile oder Anhaftungen enthalten sind, wie z. B. kanzerogene Mineralfasern in Quellmatten oder Ruß.

160802* gebrauchte Katalysatoren, die gefährliche Übergangsmetalle oder deren Verbindungen enthalten

Die Einstufung dieser Abfallfraktion als gefährlich ist davon abhängig, welche Übergangsmetalle und übergangsmetallhaltigen Verbindungen gefährlich sind. Neben den Katalysatoren aus einigen chemischen Prozessen enthalten vor allem die zur Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsanlagen verwendeten Katalysatoren des SCR-Verfahrens Titan-, Vanadium-, Wolfram- und teilweise auch Molybdänverbindungen und sind ggf. dem Abfallschlüssel 160802* zuzuordnen.

160803 gebrauchte Katalysatoren, die Übergangsmetalle oder deren Verbindungen enthalten, a. n. g.

Dem Abfallschlüssel 160803 sind die Katalysatoren aus der chemischen und petrochemischen Industrie sowie aus der Abgasbehandlung von Verbrennungsanlagen zuzuordnen, die Übergangsmetalle oder deren Verbindungen enthalten, die nicht als gefährlich eingestuft sind und die keine sonstigen gefährlichen Bestandteile enthalten. Im Einzelfall ist auf die Beschreibungen der Hersteller zurückzugreifen.

160804 gebrauchte Katalysatoren von Crackprozessen (außer 160807)

In petrochemischen Crack- und Hydrocrack-Prozessen wird eine Vielzahl unterschiedlicher Katalysatoren eingesetzt. In der Regel verwendet man ein festes Trägermaterial, z. B. Silizium- und Aluminiumoxid, modifizierte Zeolithe oder eine Mischung aus beiden. Eine Metallkomponente unterstützt den Crackprozess bzw. den Hydrierungs- und Dehydrierungsprozess, z. B. Ruthenium, Rhodium, Palladium, Platin oder Nichtedelmetallsulfide auf Basis von Molybdän, Wolfram, Cobalt, Cobalt-Molybdänsulfide, Nickel oder Eisen. Auch wenn die Katalysatoren Edelmetalle oder Übergangsmetalle enthalten, werden sie aufgrund ihrer Herkunft, dem Crackprozess, dem Abfallschlüssel 160804 zugeordnet. Wenn sie jedoch z. B. mit gefährlichen Kohlenwasserstoffen verunreinigt sind, fallen sie unter 160807*.

160805* gebrauchte Katalysatoren, die Phosphorsäure enthalten

Phosphorsäurehaltige Katalysatoren lassen sich zur selektiven Führung bei einer Vielzahl organischer Reaktionen in der chemischen, petrochemischen und pharmazeutischen Industrie verwenden, z. B. bei der Polymerisierung, der Alkylierung oder der Carbonylierung. Bei der Alkylierung von Benzol mit Propylen zu Phenol (Grundchemikalie zur Herstellung von Kunststoffen) werden z. B. Katalysatorenpellets auf Basis von Siliziumdioxid, welche mit Phosphorsäure (Massenanteil von 10 bis 20%) imprägniert sind, eingesetzt. Neben der Phosphorsäure können Promotoren, z. B. Bor oder Fluorid, und Verunreinigungen wie Kohlenwasserstoffe enthalten sein.

160806* gebrauchte Flüssigkeiten, die als Katalysatoren verwendet wurden

Flüssige Katalysatoren finden in der organischen Chemie und der Petrochemie Anwendung und bestehen in der Regel aus organischen Säuren. Einsatzbedingt sind sie mit organischen Stoffen, z. B. Kohlenwasserstoffen, verunreinigt

160807* gebrauchte Katalysatoren, die durch gefährliche Stoffe verunreinigt sind

Unter den Abfallschlüssel 160807* fallen insbesondere die Kraftfahrzeugkatalysatoren, deren Quellmatte aus kanzerogenen Mineralfasern besteht. Bei den neueren Herstellungsprozessen werden aktuell nicht-kanzerogene Materialien eingesetzt.

Dem Schlüssel 160807* werden oftmals auch die Rußpartikelfilter aus Dieselfahrzeugen zugeordnet, da sie aufgrund ihrer Verunreinigung mit Ruß als gefährlicher Abfall einzustufen sind und eine katalytische Oberfläche besitzen.

Allgemein

Die gefährlichen Eigenschaften gebrauchter Katalysatoren resultieren aus

• dem verwendeten Katalysatormaterial, z. B. toxische Metallverbindungen,
• dem Trägermaterial und Washcoat, z. B. Mineralfasermatten (Quellmatten) der Kfz-Katalysatoren, oder
• den anwendungsbedingten Verunreinigungen und Anhaftungen, z. B. Kohlenwasserstoffe und Ruß.

Beispiele für Katalysatoren in chemischen und petrochemischen Prozessen sind im Kapitel "Herkunft und charakteristische Zusammensetzung" beschrieben.

Metalle und Metallverbindungen

In Katalysatoren werden häufig Metallverbindungen verwendet, z. B. Oxide wie Vanadium(V)oxid, Sulfide wie Cobalt(IV)sulfid oder Chloride wie Platin(II)chlorid. Es handelt sich dabei in der Regel um Gefahrstoffe, die als akut toxisch, gesundheitsgefährlich, reizend, umweltgefährlich und/oder gewässergefährdend eingestuft sind. Neben den Metallverbindungen werden Metalle vielfach auch in metallischer Form eingesetzt, z. B. Iridium, Nickel, Palladium und Platin.

Die meisten Katalysatoren sind Misch- oder Mehrstoffkatalysatoren, sodass stets mit mehreren Metallen bzw. Metallverbindungen zu rechnen ist, z. B. Platin, Palladium und Rhodium in Kraftfahrzeugkatalysatoren.

Organische Schadstoffe

Bei den in der organischen Chemie häufig eingesetzten homogenen Katalysatoren handelt es sich um komplexe organische Verbindungen, z. B. Säuren, oder um in organische Lösemittel eingebettete organische Metallverbindungen. Diese Katalysatoren zur Herstellung von Polyolefinen gehen in das Produkt oder Nebenprodukt über und fallen nicht als Produktionsrückstand an.

Organische Schadstoffe treten zudem als gebrauchsbedingte Verunreinigungen oder Anhaftungen auf, z. B. Anhaftungen von Kraft- und Schmierstoffen oder Verunreinigung durch Ruß von Dieselmotoren.

Anorganische Schadstoffe

Hierunter fallen die oben erwähnten und als Katalysator verwendeten komplexen Verbindungen auf Metallbasis, z. B. Chloride, Sulfate und Sulfide. Sie sind überwiegend als Gefahrstoff eingestuft.

Ebenso können bei gebrauchten Katalysatoren produktionsbedingte Verunreinigungen oder Anhaftungen auftreten, z. B. anorganische Säuren.

Bauartbedingt können Katalysatoren anorganische Gefahrstoffe enthalten, z. B. kanzerogene Mineralfasermatten in Kraftfahrzeugkatalysatoren.

Gefährliche Abfälle sind in der Abfallverzeichnis-Verordnung (AVV) mit einem Sternchen (*) gekennzeichnet. Von ihnen wird angenommen, dass sie mindestens eine gefahrenrelevante Eigenschaft nach Anhang III der Richtlinie 2008/98/EG besitzen. Einige Abfallarten sind aufgegliedert in gefährliche (*) und in nicht gefährliche Abfälle (sogenannte Spiegeleinträge), bei denen die Einstufung als "gefährlich" vom Gehalt gefährlicher Stoffe abhängig gemacht wird.

Die Regelungen für den Abfallbereich beruhen u. a. auf den Rechtsvorschriften der Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP-Verordnung) und gelten seit dem 01.06.2015 im europäischen Recht. Im deutschen Abfallrecht ist die AVV durch die Verordnung zur Umsetzung der novellierten abfallrechtlichen Gefährlichkeitskriterien geändert worden (siehe hierzu die Rubrik - Aktuelles zur AVV).

In der folgenden Tabelle wird aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht die vollständige Stoffeinstufung dargestellt, die bei Bedarf in Stoffdatenbanken, z. B. Einstufungs- und Kennzeichnungsverzeichnis der ECHA (EU), GESTIS (DE), GisChem (DE), GSBL (DE) oder IGS (NW), verlinkt im Quellenverzeichnis, nachgesehen werden kann.

In der folgenden Tabelle sind Links zur Abfallanalysendatenbank ABANDA angegeben, mit deren Hilfe Sie Informationen zur chemischen Zusammensetzung der Abfälle erhalten. Zu jeder Abfallart ist in der Tabelle die Anzahl der vorhandenen Analysen angegeben. (Bei weniger als 10 Analysen sind keine sinnvollen statistischen Auswertungen möglich und es wird deshalb nicht nach ABANDA verlinkt).

Vermeidung

Eine Vermeidung von Katalysatoren-Abfällen ist kaum möglich, da durch die katalytische Selektivität und Spezifität sie in den verschiedenen Prozessen zur Emissionsminderung, zur Einsparung von Energie oder Vermeidung von Nebenprodukten bzw. Abfällen eingesetzt werden müssen. Teilweise machen sie einige Reaktionen überhaupt erst möglich. Allerdings werden sie je nach Katalysatorart, Einsatzbereich und Verunreinigungen/Veränderungen infolge des Alterungsprozesses mehrfach regeneriert. Der Zusatz von sogenannten Promotoren, z. B. Bor, Fluorid und/oder Kohlenwasserstoffen, kann außerdem den Alterungsprozess verlangsamen (siehe Kap. Wiederverwendung).
Bei als suspendierte Feststoffe eingesetzten Katalysatoren, wie Hydrierkatalysatoren aus Edelmetallen (Partikelgröße 0,5 bis 3 µm), wird durch eine hohe Trennschärfe bei der Filtration der Produktlösung ein größerer Verlust des Katalysators vermieden.

Sammlung und Bereitstellung

Grundsätzlich sind die als Abfall anfallenden Katalysatoren getrennt zu sammeln. Die Sammlung erfolgt entsprechend der verschiedenen in Frage kommenden Abfallschlüssel. Diese abfallartenspezifische Sammlung ermöglicht eine anschließende sachgerechte und ordnungsgemäße Verwertung bzw. Beseitigung.
Eine übliche Sortierung der zu entsorgenden Katalysatoren erfolgt nach:

• Art (z. B. fest, flüssig),
• enthaltenen gefährlichen Stoffen (z. B. lösliche Metallverbindungen),
• ad- bzw. absorbierten gefährlichen Stoffen (z. B. Lösemittel, Öle, Ruß, kanzerogene Mineralien) bzw.
• der Form und Größe bei festen Katalysatoren.

Eine Sammlung der Katalysatoren mit anderen, stofflich ähnlichen Abfällen darf aufgrund der katalytischen Oberflächen und damit möglicherweise einhergehenden unerwünschten Reaktionen nicht erfolgen.
Für die Sammlung werden unterschiedliche Behälter, die auf die chemischen Eigenschaften der Abfälle abgestimmt sind, verwendet. Es müssen Behälter verwendet werden, die beständig gegen Korrosion, Versprödung oder Bruch sind und auch vor Licht, Wärme oder Eintritt von Feuchtigkeit schützen. Es sind getrennt voneinander verschließbare Behälter aus verschiedenen Materialien im Einsatz. Es werden für flüssige Katalysatoren z. B. ASF-Behälter aus verzinktem Blech, IBC-Container oder Fässer aus PP oder lackiertem Blech verwendet. Feste Katalysatoren werden aufgrund der geringeren Gefährlichkeit als trockene, feste Abfälle in ausreichend stabilen, dicht verschließbaren Metall-/Kunststoffbehältern gesammelt. Ferner müssen die Behälter in kühlen, brandsicheren, belüfteten und abschließbaren Räumen sicher gelagert werden. Für Lagerung und Transport von Gefahrstoffen sind die Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) zu berücksichtigen (siehe Informationsangebot der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, BAUA).

Die Behälter, in denen die Abfälle gesammelt werden, müssen zudem ausreichend beschriftet sein. Anzugeben sind u. a. die Inhaltsstoffe und davon ausgehende Gefahren (HP-Kriterien), der Abfallerzeuger und ggf. die Abteilung sowie der Abfallschlüssel. Hinzukommen die jeweiligen für die Beförderung Entsorgung relevanten Gefahrensymbole nach Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und Binnenschifffahrt (GGVSEB) sowie nach Europäischem Übereinkommen über die Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR). Der Transport zur Entsorgungsanlage muss entsprechend dem Abfall- und Gefahrgutrecht (siehe hierzu auch Hinweis „Abfalltransport“) erfolgen.

Vorbereitung zur Wiederverwendung

Je nach Katalysatorart, Einsatzbereich und Verunreinigungen werden überwiegend feste Katalysatoren mehrfach verwendet, bis der Alterungsprozess wie verstopfte Poren, Brüche, Veränderungen der Oberfläche oder Maskieren der aktiven Katalysatorschicht (siehe Kap. 1) nicht mehr umkehrbar ist.

Wiederverwendung

Je nach Katalysatorart, Einsatzbereich und Verunreinigungen kann die katalytische Aktivität wiederhergestellt werden. Der Regenerationsprozess wird vor Ort in der Produktionsanlage bei Stillstand bzw. bei laufendem Betrieb bei kurzer Standzeit des Katalysators oder extern in Regenrationsanlagen durchgeführt. Im Allgemeinen werden die Folgen des Alterungsprozesses wie stoffliche Ablagerungen entfernt, die Porenstruktur gereinigt sowie Vergiftungen durch Abwaschen, Ultraschall oder Verkoken beseitigt und anschließend werden die Katalysatoren in einer Regenerationslösung durch Oxidation und/oder Reduktion wieder aufdotiert, d. h. aktiviert. In der Regel werden > 90 % der Aktivität wiederhergestellt. Industriekatalysatoren werden am Ende ihrer Standzeit zumeist regeneriert und wiederverwendet.

Eine Wiederverwendung von flüssigen bzw. homogenen Katalysatoren ist in der Regel nicht möglich, da sie zu Bestandteilen von Zwischenprodukten oder zum großen Teil vom Endprodukt werden und durch die resultierende veränderte chemische Zusammensetzung nicht erneut eingesetzt werden können.

Verwertung

Bei gealterten festen Katalysatoren, die nicht mehr regeneriert werden können, steht die Rückgewinnung von Katalysatorbestandteilen, insbesondere von Metallen, im Vordergrund. Die üblichen Schritte für feste Katalysatoren aus z. B. Kraftfahrzeugen sind:

1. Demontage bzw. Zerlegung, d. h. Trägermaterial und Gehäuse (Entmanteln) werden i. Allg. mit hydraulischen Scheren getrennt, wobei häufig gesundheitsschädliche (auch giftige) Stäube entstehen und abgesaugt werden müssen,
2. separierte andere Bestandteile wie Mineralfasermatten, die gefährliche Stoffe enthalten, werden deponiert (DK III, DK IV),
3. Gehäuse geht als Schrott (meist Chrom- oder Edelstahl) zum Stahlrecycling in Stahl-/Eisenhütten,
4. mechanische Aufbereitung des Trägermaterials (Monolythe) und auch der Stäube, die nach der Absaugung herausgefiltert werden, i. d. R. erfolgt ein Zerkleinerungsprozess, Trägermaterial und Stäube werden gemahlen und homogenisiert; für die Bestimmung der Rückgewinnungsart bzw. des monetären Wertes werden die Schwermetallgehalte analysiert und
5. Rückgewinnung und Aufbereitung der rückgewonnenen Metalle in Scheideanstalten oder Raffinerien (Metall-/Edelmetallrecyclingprozesse):
   • Hydrometallurgie,
   • Pyrometallurgie oder
   • elektrochemische Verfahren.

Filterkuchen aus kleinsten Katalysatorpartikeln (0,5 bis 3 µm) werden direkt dem Edelmetallrecycling zugeführt.

Säure-Basen-Katalysatoren mit Zeolithen werden dagegen fast vollständig in Zementwerken zu Baustoffen verwertet. Die hohen Temperaturen führen zur Verbrennung der Verunreinigungen, die Schwermetalle werden im Klinker (Ziegelsteine) eingebunden und tragen zur typischen Färbung bei.

Bei verbrauchten Katalysatoren mit Phosphorsäure steht die Rückgewinnung des Phosphors zunehmend im Fokus. Dafür gibt es erste Verfahren, wobei zunächst organische Verunreinigungen in einem Ofen verbrannt werden und der Rückstand nachfolgend mit Wasser oder Mineralsäure zur Gewinnung einer Roh-Phosphorsäure behandelt wird.

Beseitigung

Die überwiegende Zahl der flüssigen oder organischen Katalysatoren und nur wenige meist mit gefährlichen Stoffen hochbelastete feste Katalysatoren können nicht verwertet werden. Für gebrauchte Flüssigkeitskatalysatoren kommen je nach Zusammensetzung die Behandlung in chemisch-physikalischen Behandlungsanlagen oder die Sonderabfallverbrennung in Betracht. In Sonderabfallverbrennungsanlagen werden ggf. auch sonstige, überwiegend mit organischem Material verunreinigte Altkatalysatoren entsorgt. Nicht verwertbare Feststoffkatalysatoren werden, in Abhängigkeit ihrer gefährlichen Anteile, auf Deponien der Klasse DK II (Deponie für schadstoffbelastete Abfälle, jedoch nicht für gefährliche Abfälle) bis DK IV (Untertagedeponie) abgelagert.

Maßgebend für die Zuordnung zum geeigneten Beseitigungsweg ist die Zusammensetzung des verbrauchten Katalysators, d. h. die Veränderungen durch den Alterungsprozess, Ad-/Absorption von gefährlichen Stoffen oder Stoffumwandlungen werden berücksichtigt. Angaben zum unverbrauchten Katalysators sind in der Regel vom Hersteller erhältlich. Kenntnisse zum Prozess des Abfallerzeugers helfen bei der Eingrenzung der notwendigen Analytik der gefährlichen Stoffe im Rahmen einer üblicherweise notwendigen Einzelfallprüfung. Für die Ablagerung auf Deponien sind die Zuordnungskriterien und Ablagerungshinweise der Deponieverordnung (DepV), die länderspezifischen Regelungen sowie die anlagenspezifischen Genehmigungswerte zu beachten.

Hier finden Sie die im Steckbrief aufgeführten relevanten Vorschriften und Arbeitshilfen.