La marmitta catalitica

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E’ un oggetto alquanto misterioso e costoso che a partire dal 1992 ha rivoluzionato la vita di noi automobilisti.

Fino ad allora la stragrande maggioranza delle auto avevano ancora il carburatore, usavano super, col piombo, a 100 ottani e se si scassavano era facile ripararle, l’elettronica era poca e semplice. Poi la parola VERDE, che in tutto il mondo fa magicamente diventare innocue le peggiori fregature, colpì ancora.

Basta super col piombo, ci vuole la benzina verde, ci vuole il catalizzatore!

Da dove veniva questo piombo?

Da molto lontano nel tempo nel 1921 un ricercatore della General Motors, Thomas Midgeley jr. scoprì a Dayton (Ohio), che l'aggiunta di piombo Tetraetile alla benzina era l'aiuto che ci voleva per aumentare i rapporti di compressione e far girare più in alto, quindi più potenza, i motori. Detto fatto la Standard Oil (la casa madre della Esso) iniziò ad additivare la benzina col piombo, i motori non picchiarono più in testa e tutti furono felici e contenti, tranne l'ambiente che iniziò a inquinarsi di piombo.

All’inizio degli anni ’90 qualche burocrate stabilì che era ora di cambiare sull’inquinamento, e iniziò a inseguire pedissequamente il “Clean air act” della California, basta piombo, viva la benzina VERDE, marmitte catalitiche per tutti, via il piombo, sostituiamolo col … Benzene!!!!! E poi con il… metil-terziar-butil-etere (MTBE) e etil-terziar-butil-etere (ETBE).

L'uso di MTBE è stato recentemente bandito negli Stati Uniti per l'effetto fortemente inquinante per le falde acquifere e in quanto cancerogeno (dalla padella del piombo alla brace dei catalizzatori). L'ETBE viene preso ultimamente in maggiore considerazione in quanto parzialmente proveniente da fonte rinnovabile. Esso consiste infatti in un prodotto di reazione tra isobutilene e etanolo, che può esser di origine agricola.

Il resto da Euro 1 a Euro 4 e delle loro limitazioni è storia nota.

Parliamo ora di questo benedetto/maledetto catalizzatore.
Anzitutto cosa è un catalizzatore?

E' un dispositivo che viene installato nel primo tratto del sistema di scarico subito dopo il collettore, e che e' in grado di portare a valori bassissimi la quantità di sostanze inquinanti (ossido di carbonio, idrocarburi e ossidi di azoto) presenti in seno ai gas combusti. Le marmitte catalitiche sono di tre tipi:

ossidanti: possono solo limitare le emissioni di ossido di carbonio e di idrocarburi, trasformando questi gas in acqua e in anidride carbonica;
riducenti: scindono invece gli ossidi di azoto in ossigeno più azoto;
trivalenti: svolgono sia la funzione ossidante che quella riducente.
Una tipica marmitta catalitica e' costituita da un involucro, in acciaio inox all'interno del quale e' collocato un supporto poroso (monolite ceramico a celle passanti o supporto in lamiera di acciaio fittamente pieghettata e avvolta) sul quale viene depositato uno strato di wash-coat (un particolare tipo di ceramica in genere a base di allumina estremamente poroso, in grado di far aumentare la superficie esposta ai gas fino a 20.000 mq) che con la sua superficie fittamente "frastagliata" aumenta ancora la superficie che viene lambita dai gas, pur mantenendo un minimo, ingombro esterno. Sulla superficie del wash-coat e' incorporata una miriade di particelle di catalizzatore (in genere Platino-Rodio-Palladio).
foto 1

Affinché la marmitta catalitica trivalente abbia un elevato rendimento, ovvero per avere una elevata efficienza di conversione (superiore al 90%), e' indispensabile che il motore sia alimentato con una miscela aria-benzina avente un titolo controllato con la massima accuratezza al fine di mantenerlo all'interno di una ristretta finestra chiamata “rapporto stechiometrico”.

Per questo motivo si impiega una sonda Lambda collegata alla centralina che gestisce l'iniezione e che legge in tempo reale l’ossigeno in uscita, permettendo alla centralina di dosare istante per istante la benzina in funzione di temperatura aria, acqua di raffreddamento, posizione pedale acceleratore ecc.

Poiché la marmitta catalitica entri in funzione la sua temperatura deve superare i 250°/280°C circa. Subito dopo una partenza a freddo quindi vi e' un certo periodo (qualche minuto) durante il quale la marmitta non è in grado di funzionare a dovere. Per questo motivo i costruttori lavorano sempre per ridurre il periodo in questione e raggiungere più velocemente possibile il "light-off" (punto di entrata in funzione del catalizzatore).

I nemici delle marmitte catalitiche sono principalmente due: il surriscaldamento e l'avvelenamento. Quest'ultimo e' fondamentalmente causato dai composti a base di piombo, ma anche dal fosforo e lo zinco dei lubrificanti, pertanto si è lavorato molto sui consumi di olio dei motori. Dunque e' assolutamente fondamentale che le automobili con marmitta catalitica siamo alimentate esclusivamente con benzina “verde" (priva appunto di additivi a base di piombo). In foto 2 è visibile schematicamente quello che arriva dal motore e quello che esce.

Per evitare il surriscaldamento è fondamentale che non vi siano mancate accensioni (Misfiring) altrimenti al catalizzatore arriva benzina in eccesso che bruciando dentro allo stesso lo rovinerebbe: per questo se l’auto non parte per batteria a terra è assolutamente sconsigliato metterla in moto a spinta, occorre una seconda batteria. Per evitare il misfiring sono state messe a punto candele la cui vita media è superiore a 30.000 Km.

Tutto molto bello e tecnologico.

Resta però il problema di smaltire queste marmitte a fine vita. E resta pure il fatto che invece del piombo abbiamo tra i piedi benzene e derivati, che forse sono anche peggio del piombo.
foto 2