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giovedì, 18 Aprile 2024
  • I catalizzatori: la tecnologia al servizio dell’ambiente

    Che l’automobile sia una “macchina” (nel senso più generico del termine) inquinante è noto. Un po’ meno noto, e chiaro, è invece il perché comuni, province, regioni abbiano preso di mira le automobili come unica sorgente di inquinamento ambientale. Non è nostra consuetudine essere polemici, ma in questo caso qualche riflessione non fa certo male. Soprattutto se si considerano le condizioni critiche, per non dire drammatiche, in cui versano alcuni sistemi di riscaldamento di scuole, ospedali e, più in generale, aziende pubbliche, le cui emissioni inquinanti sono ben note anche al grande pubblico. Visto poi che ci occupiamo di trasporto su strada, aggiungiamo all’elenco tutti quei veicoli commerciali fuori da ogni controllo che emettono, durante ogni fase di accelerazione, abbondanti fumate nere contenenti quantità di particolato da “spaventare” anche il meno ambientalista degli utenti.
    Sta di fatto che questo accanimento per la ricerca della riduzione delle emissioni in campo automobilistico ha obbligato i costruttori a porre immediati rimedi, sia sul fronte dei motori a benzina sia di quelli a gasolio. All’interno di questa logica progettuale, votata alla salvaguardia dell’ambiente, i catalizzatori hanno e stanno svolgendo un ruolo di primaria importanza. Ma come ogni altro componente montato su un’automobile, anche i catalizzatori sono soggetti a deperimento e vanno quindi sostituiti. Alla luce di quanto detto analizziamo dal punto di vista tecnico lo stato dell’arte sull’argomento.

    L’inquinamento dovuto a combustione
    Le tipiche emissioni di un motore a combustione sono il monossido di carbonio (CO), gli ossidi di azoto (convenzionalmente indicati con la sigla NOx), gli idrocarburi incombusti (gli HC) e il famoso particolato, costituito da particelle portate in sospensione dai gas. La combustione è un processo che produce anche altre sostanze, prevalentemente acqua e anidride carbonica. Tecnicamente, la produzione di sostanze inquinanti è legata al cattivo processo di combustione, allo stato di manutenzione del motore, alla tipologia delle camera di combustione, al posizionamento delle candele e degli iniettori e a tantissimi altri fattori che intervengono nella fase di combustione della miscela immessa nel motore a ogni ciclo. Gli ossidi di carbonio, tanto per fare un esempio, si creano quando il processo di formazione dell’anidride carbonica non riesce a completarsi o addirittura si inverte a causa di un raffreddamento del nucleo interessato dalla combustione. Esistono però anche ragioni puramente meccaniche legate alla formazione degli inquinanti e a questo proposito ci viene subito alla mente la presenza degli idrocarburi incombusti. Questi sono sostanzialmente dovuti al fatto che non tutto il combustibile immesso in camera riesce a partecipare alla combustione. In alcuni casi, la presenza di interstizi provoca l’annidamento di particelle di combustibile che successivamente vengono rilasciate nella fase di scarico.
    Gli ossidi di azoto si formano invece quando vengono raggiunte temperature più elevate. Quando si parla di ossidi di azoto si tenga conto che, per la gran parte, si tratta di monossido di azoto.

    Catalizzatori: come funzionano?
    Gli interventi meccanici, elettrici e fluidodinamici atti a ridurre le emissioni allo scarico non possono essere esaustivi per quanto avanzati essi siano. Per questo motivi vengono introdotti i catalizzatori. I catalizzatori, come dice il loro stesso nome, sono elementi in grado di “catalizzare” (accelerare) la trasformazione chimica di alcuni componenti. Questa trasformazione chimica deve chiaramente avvenire prima che i gas vengano immessi in atmosfera.
    Possiamo quindi suddividere i catalizzatori in due categorie principali: quelli a tre vie e i convertitori DeNOx. I catalizzatori a tre vie sono così definiti perché in grado di ridurre gli ossidi di azoto ad azoto e di ossidare gli HC e i CO rispettivamente a CO2 e H2O. Nel caso di motori funzionanti con eccesso di aria, le temperature massime di ogni ciclo sono più alte e pertanto elevata è la formazione degli ossidi di azoto. Per questo motivo sono stati pensati i convertitori DeNOx, che a loro volta possono essere suddivisi in due categorie: quelli che lavorano a bassa temperatura e quelli ad alta temperatura. I primi sfruttano il platino come catalizzatore principale, mentre gli altri utilizzano ossidi metallici (platino, rame e iridio) con l’aggiunta di particolari silicati.
    Il catalizzatore, nella sua forma più primitiva, è costituito da un corpo metallico principale che al suo interno accoglie numerosi
    condotti opportunamente conformati, attraverso i quali vengono fatti fluire i gas in uscita dal motore. La superficie di questi canali è rivestita con allumina, la sostanza che al suo interno contiene gli elementi catalizzanti veri e propri (metalli nobili come platino, palladio e rodio). I primi due sono utilizzati per favorire il processo di ossidazione dei CO e degli HC; il terzo è l’elemento che interviene nel caso degli ossidi di azoto. Si tenga infine conto che il corretto funzionamento dei catalizzatori avviene solo se il rapporto aria/combustibile rimane all’interno di opportuni range. L’utilizzo delle sonde Lambda trova applicazione proprio per questo motivo. Oggi le sonde Lambda vengono poste prima e dopo il catalizzatore. In questo modo è possibile conoscere l’efficienza del processo di conversione e il rapporto di miscela. In funzione delle informazioni in arrivo dalle sonde Lambda, il sistema elettronico di gestione motore è in grado di operare la taratura degli iniettori.

    Catalizzatori in aftermarket
    Le aziende che trattano catalizzatori e sonde Lambda in aftermarket sono numerose e alcune sono anche raggiungibili via internet. A tal proposito, apriamo una parentesi per segnalare che il commercio on-line si sta sviluppando, seppur con un po’ di ritardo, anche nel nostro paese. È un sistema di acquisto interessante in virtù della sua particolare snellezza, velocità, comodità e sicurezza.
    Tornando al prodotto in sé, è bene fare una distinzione tra componenti originali e non. Chi volesse il componente originale può chiaramente farne richiesta al ricambista o direttamente al costruttore presso i centri vendita autorizzati (generalmente il reparto ricambi delle concessionarie). Diversamente sono disponibili anche prodotti non originali, adatti per chi modifica la vettura e necessita di componenti magari più performanti o con caratteristiche differenti come, ad esempio, una maggiore permeabilità (minor contropressione allo scarico).
    Concludiamo, infine, segnalando una proposta molto interessante, che arriva direttamente da una nota azienda milanese che lavora da anni nel settore delle preparazioni: Bonalume Preparazioni. I tecnici dell’azienda hanno messo a punto un’idea estremamente interessante per chi fosse interessato a sostituire il catalizzatore con uno di caratteristiche differenti, conservando però tutte le funzioni della sonda Lambda. Il sistema è applicabile a tutti i motori dotati di doppia sonda Lambda. In pratica, come si può vedere nelle immagini, il prodotto è costituito da un inserto da avvitare al posto della sonda Lambda. Quest’ultima, a sua volta, verrà montata sul lato opposto del componente fornito dalla Bonalume Preparazioni. All’interno di questo piccolo elemento è posizionato, infatti, uno strato di materiale catalizzante, che permette di mantenere, entro valori corretti, il segnale letto dalla sonda Lambda. Un’idea geniale, che permette di eliminare il problema del funzionamento non corretto del catalizzatore o di utilizzarne uno di tipo diverso senza perdere i segnali in retroazione in arrivo dalla sonda.

    Fonte: Notiziario Motoristico

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