Il problema dell’inquinamento è sempre più di attualità e coinvolge tutti noi. Oramai in Italia, in special modo nei periodi invernali, si è sempre meno sicuri di poter circolare liberamente con il proprio mezzo. Sempre più comuni pongono limiti parziali o totali di circolazione.

Anche se il capro espiatorio lo fanno le nostre automobili sappiamo che le maggiori fonti di inquinamento sono da ricercarsi in impianti industriali, centrali termoelettriche piuttosto che in vecchi impianti di riscaldamento e veicoli commerciali. Non dimentichiamo il trasporto pubblico, spesso non ammodernato, fatto salva qualche rara eccellenza.

I trasporti sono il peggiore settore dal punto di vista delle emissioni e degli impegni di Kyoto che rischia seriamente di compromettere il raggiungimento di questi obiettivi. Le emissioni dai trasporti negli Stati Membri sono aumentate del 36% tra il 1990 e il 2007.(ref:lega ambiente 2008)

Le case automobilistiche dal canto loro hanno fatto innumerevoli progressi nell’equipaggiare le proprie auto con sistemi di abbattimento delle emissioni sempre più efficaci.

Vediamo quindi da un punto di vista tecnico quali sono state queste evoluzioni.

Considerando che la maggioranza dei veicoli utilizza combustibili derivati dal petrolio, che siano liquidi o gassosi si deve fare il conto con le emissioni prodotte dalla loro combustione, eccezion fatta per il metano.

Precisiamo: una combustione perfetta produce vapore acqueo (H2O) e anidride carbonica (CO2), che benché responsabile dei cambiamenti climatici non è assolutamente tossica.

Purtroppo quello che succede nella camera di scoppio dei nostri motori è ben lontano da essere una combustione perfetta.

Aggiungiamo che i combustibili contengono impurità, come lo zolfo ad esempio , e altri additivi e abbiamo come risultato l’immissione nell’atmosfera di sostanze inquinanti.
Sostanze che possono essere raggruppate in quattro famiglie: il monossido di carbonio (CO), gli idrocarburi incombusti (HC), gli ossidi di azoto (NOx) e tipicamente nei motori Diesel il particolato (PM10).

 

Semplificando si può asserire che gli HC nascono da una mancata combustione, il CO e il particolato quando questa avviene ma è incompleta. Ultimi, ma non certo per importanza, gli NOx che sono sprigionati dalle alte temperature nel cilindro.

La produzione di tutti questi inquinanti si può ridurre sia agendo sulla combustione affrontando la causa del problema, oppure lavorando sui gas di scarico e quindi ricorrere i sintomi. Quest’ultima pare sia la soluzione più gettonata…

Andiamo ora a spiegare come funzionano questi dispositivi.

Marmitta catalitica:

Precisiamo subito che il catalizzatore (marmitta catalitica) non è un filtro di tipo meccanico come può essere quello delle sigarette o il filtro dell’aria di un aspirapolvere ma è uno strumento che tramite reazioni chimiche va a trasformare delle sostanze nocive in qualcosa di meno pericoloso e inquinante.

Internamente può essere realizzata in due modi: con molti finissimi fogli metallici arrotolati uno sull’altro per formare tanti piccoli canali oppure con una struttura a nido d’ape in ceramica.

In tutti e due casi le superfici in questione vengono rivestite con tre metalli rari e quindi molto costosi: platino, palladio e rodio (i veri catalizzatori!).

Ma cos’è un catalizzatore?

Un catalizzatore è una sostanza in grado di accelerare una reazione chimica che avverrebbe comunque ma a temperature e pressioni più elevate.

Da qui il nome di marmitta catalitica che grazie ai tre metalli soprammenzionati trasforma gli inquinanti (HC, CO e NOx) in sostanze meno nocive senza il bisogno di alte temperature.

Spiegato in modo molto sintetico all’interno della marmitta catalitica hanno luogo due reazioni chimiche, una riguarda il rodio che “strappa” gli atomi di ossigeno (O) agli ossidi di azoto (NOx) che quindi diventano dell’innocuo azoto (N2).

Il platino e il palladio, tramite l’ossidazione, cedono gli atomi di ossigeno strappati dal rodio al monossido di carbonio (CO) e agli idrocarburi incombusti (HC) trasformandoli in acqua (H2O) e anidride carbonica (CO2).

E’ per questa capacità di trasformare simultaneamente tre sostanze che la marmitta viene chiamate a tre vie, anche se sarebbe più corretto definirla ad azione trivalente.

Per quanto spiegato schematicamente sopra si deduce che una combustione povera di ossigeno favorirà la prima reazione (quella dove partecipa il rodio) che avrà meno atomi di ossigeno da strappare ma penalizzerà la seconda, che si troverà a disposizione meno atomi di ossigeno da cedere per trasformare gli HC e CO in acqua e anidride carbonica.

Il rapporto stechiometrico diventa così un fattore importante per ottenere dalla marmitta catalitica il massimo rendimento. Così importante da portare alla lenta scomparsa dei carburatori a favore dei sistemi di iniezione controllata, sistemi diventati obbligatori per le vetture con marmitta catalitica.

Rapporto Stechiometrico: rapporto tra massa d’aria e di carburante per avere una combustione ottimale. Per i motori a benzina è di 14,7 kg di aria per 1 kg di carburante. 14,5 per il gasolio.

Il motore Diesel, aspirando più aria di quello a ciclo Otto, avrà più ossigeno anche nei gas di scarico e quindi la marmitta trasformerà solo gli idrocarburi incombusti (HC) e il CO mentre per trattare gli ossidi di azoto (NOx) si adottano sistemi come la valvola EGR che rimanda nella camera di una parte di gas combusti con lo scopo di abbassare la temperatura massima in fase di combustione, causa principale della formazione di NOx.

Con il motore Diesel ci scontriamo anche con l’ultima sostanza inquinante regolamentata,

il temuto e famoso particolato.

Ma cos’è questa sostanza di cui tanto se ne parla? E in cosa si producono gli sforzi per il suo abbattimento?

Il particolato è il residuo di una combustione non completa del gasolio.

Una volta, con i vecchi motori, si vedeva una bella fumata nera quando si schiacciava a fondo l’acceleratore; oggi con i sistemi ad iniezione diretta common rail, quelle particelle sono diventate praticamente invisibili in quanto sono di dimensione inferiore a 10 millesimi di millimetro (pm10).

A partire dall’anno 2000 le case automobilistiche (Peugeot e Citroen sono state le prime) hanno dotato i loro mezzi con il Filtro Anti Particolato (F.A.P.).

Questo funziona come un vero e proprio filtro e trattiene le microparticelle che altrimenti si liberano nell’aria.

Viene da pensare che dopo un po’ di tempo questo si intasi andando a “tappare” il motore; questo non accade perché periodicamente il filtro viene rigenerato bruciando le particelle imprigionate al suo interno.

Anche in questo caso una corretta combustione garantisce un ottimale funzionamento del filtro e ne evita la prematura sostituzione.

Concludendo, tutti questi accorgimenti tecnologici hanno reso le nostre vetture meno inquinanti ma agiscono sugli effetti della combustione, quindi a “danno” fatto.

Sarebbe interessante intervenire anche durante la fase di combustione per renderla il più possibile vicina ai valori ideali, guadagnando sia sull’ambiente che sui consumi.

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