Es gibt Gase, die als Verunreinigung der Luft wesentlich stärker zum Treibhauseffekt beitragen, als Kohlendioxid. So heizt z.B. 1 t Distickstoffmonoxid (N₂O) die Atmosphäre ca. 310 Mal stärker auf als 1 t Kohlendioxid. N₂O, landläufig auch als Lachgas bezeichnet, wird bei verschiedenen chemischen Prozessen freigesetzt, z.B. bei der Düngemittelproduktion oder der Herstellung von Kunststoffen.

N₂O wird am besten direkt nach der Entstehung neutralisiert. Dafür hat der Bereich Catalysts des Edelmetall- und Technologiekonzerns Heraeus geeignete Katalysatoren entwickelt, die das N₂O direkt in seine Bestandteile zerlegt.
Der Vorteil dieser Katalysatoren liegt darin, dass sie das Distickstoffmonoxid in rein umweltfreundliche Komponenten zerlegen - aus schädlichem Lachgas wird direkt Stickstoff und Sauerstoff gebildet, die die beiden Hauptkomponenten unserer Umgebungsluft sind. Ein weiterer Vorteil der direkten Zersetzung ist, dass keine weiteren Stickoxide wie NO und NO₂ gebildet werden.

Potentielle Lachgasemittenten
Beim Thema Lachgas denken viele zuerst an medizinische Anwendungen. Ganz früher wurde es sogar auf Jahrmärkten „verteilt" um das Publikum zu belustigen. Diese Zeiten sind vorbei und am Menschen angewendet wird es heute nur noch in Operationssälen sowie bei der Schmerztherapie. In mobilen Systemen setzen Sanitäter ein N₂O-Sauerstoff-Gemisch zur Erstversorgung von Unfallopfern ein. Um dabei das medizinische Personal vor einer erhöhten Lachgaskonzentration zu schützen, bietet es sich auch hier an, die Emissionen mittels Katalysator zu verringern.
Mit 57% Anteil der gesamten N₂O-Emission sind Anlagen zur Salpetersäureherstellung ein weitaus größerer N₂O-Produzent. Salpetersäure ist ein wichtiger Rohstoff für die Düngemittelindustrie, und bei der Herstellung werden jährlich rund 1,2 Mio. t klimaschädliches N₂O emittiert. Weitere „Lachgasproduzenten" sind Anlagen zur Adipinsäuresynthese. Adipinsäure ist u. a. ein Zwischenprodukt für Nylon und ein Lebensmittelzusatzstoff (E 355), der als Säuerungsmittel dient. Auch bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen kann neben den bekannten NOx-Emissionen zusätzlich Lachgas als Nebenprodukt auftreten.

Lange Suche nach dem richtigen System
Um die richtigen Mischungsverhältnisse für die „N₂O-Zersetzer" zu finden, haben die Katalysatoren-Spezialisten von Heraeus aus Hanau eine Vielzahl von Katalysatorkombinationen im Detail untersucht und im eigenen Teststand unter den verschiedensten Einsatzbedingungen überprüft. Bei diesen Untersuchungen standen folgende Fragestellungen im Vordergrund:
- Welches Trägermaterial ist für die besonderen Anforderungen unter den rauen Bedingungen in Industrieanlagen, als auch für moderate Umgebungen am besten geeignet und beständig?
- Welche Kombination aus Aktivkomponente und Trägermaterial ist am meisten energieeffizient und zersetzt das Lachgas bereits bei niedrigen Temperaturen?
- Wie beeinflussen die verschiedenen Luftkomponenten und enthaltenen Schadstoffe die katalytische Reaktion?
- Wie kann man eine hohe Lebenserwartung des Katalysators erreichen?
- Lässt sich der Katalysator später kosteneffizient herstellen und in bestehende Prozesse einbinden?

Die Versuche zeigten, dass es unmöglich ist, mit einem universellen Katalysator allen Anwendungen und Anforderungen gerecht zu werden. Um deshalb für die wesentlichen Anwendungsgebiete eine katalytische Lösung anbieten zu können, wurden auf den jeweiligen Fall optimierte Katalysatoren qualifiziert.

Maßgeschneiderte Lösungen
Letztendlich ist es entscheidend, für jeden Anwendungsfall eine optimale Lösung anbieten zu können. Dies ist wichtig, um zum einen die Ausbeute der eigentlichen Produkte des Prozesses (z.B. die Salpetersäure) nicht negativ zu beeinflussen und zum anderen das unerwünschte Lachgas möglichst vollständig zu entfernen.
Dazu kann der Bereich Catalysts von Heraeus unterschiedlichste Anwendungsmöglichkeiten im Haus simulieren und so schon im Vorfeld bestimmen, welcher Katalysatoraufbau für den jeweiligen Bedarf der Richtige ist. Denn keine Anlage gleicht der anderen, und deshalb arbeiten die Spezialisten sehr eng mit dem Anwender zusammen - nur so lässt sich ein richtig abgestimmtes Produkt entwickeln.
Zum Beispiel wurden für die Salpetersäureanlagen mehrere Lösungen entwickelt. Mit Katalysatormaterial, das den harten Bedingungen und hohen Temperaturen in den Ammoniak-Oxidationsreaktoren standhält, kann das Lachgas direkt nach der Entstehung noch im Reaktorraum zersetzt werden. Um auch engen Platzverhältnissen gerecht zu werden, sind die Katalysatoren flexibel als Schüttgut in Form kleiner Kugeln oder Ringe in Kassetten im Reaktor angeordnet. Dabei darf der Katalysator hochselektiv nur das unerwünschte Lachgas zersetzten, ohne das Zielprodukt anzugreifen.
Lässt sich aufgrund des Reaktoraufbaus diese Lösung nicht verwirklichen oder wird eine zusätzliche Reinigungsstufe benötigt, stehen Katalysatoren zur Verfügung, die bei wesentlich niedrigeren Temperaturen arbeiten können und im Abgasstrang vor dem Abgaskamin das Lachgas vor dem Austritt in die Atmosphäre beseitigen.
Auch für die Anwendung im medizinischen Bereich wird ein Katalysator benötigt, der bei niedrigen Temperaturen arbeiten kann, aber gleichzeitig auch den hohen Feuchtigkeitsgehalten der Atemluft Stand hält. Und für spezielle Anwendungen im Niedertemperaturbereich stehen besondere Katalysatorformulierungen zur Verfügung.

Zum Schluss noch eine N₂O-Anwendung die gewollt und bestimmt nicht der Klimaschädling schlechthin ist: die sog. Lachgaseinspritzung. Sie verwendet man, um die Leistung eines Ottomotors kurzfristig um bis zu 50% zu steigern, z.B. bei Dragster-/Beschleunigungsrennen. Aber dies ist wohl eine der ganz wenigen Anwendung, bei der man keinen Lachgas-Katalysator benötigt.