Tecnologia del catalizzatore auto: come funziona il depuratore dei gas di scarico

La marmitta catalitica è un dispositivo ormai obbligatorio su tutte le auto in vendita, comprese le nuove e quelle a km 0  spinti da un motore a scoppio, grazie al quale i gas di scarico vengono in gran parte ripuliti da molti dei componenti più inquinanti e dannosi per la salute umana, animale e vegetale.
Prima di addentrarsi nel merito, serve dire che l’introduzione di questo singolo componente, tra i più costosi di serie su molte autovetture, ha esteso i suoi importanti benefici anche a monumenti e edifici storici del nostro Paese: non sono troppo lontani i tempi in cui si denunciavano i deleteri effetti delle piogge acide sull’intero patrimonio architettonico e artistico. Se la situazione è cambiata radicalmente lo si deve, oltre che alle caldaie a gas metano, al catalizzatore per auto.
Ma come funziona un catalizzatore e cosa fa ai gas di scarico?

Sommario:

Che cos'è il catalizzatore

In effetti un catalizzatore per auto non è propriamente un filtro, non esiste un vano della marmitta catalitica dove vengono trattenuti gli elementi inquinanti presenti nei gas di scarico prodotti nel motore. Il catalizzatore è un reattore chimico, non trattiene gli inquinanti, bensì li trasforma.
L’azione determinante il catalizzatore la esercita sui cosiddetti Composti Organici Volatili, i cosiddetti COV in italiano e VOC in inglese; queste sono sostanze chimiche per loro natura facilmente disperdibili nell’atmosfera per via della loro elevata pressione di vapore, una terminologia piuttosto tecnica usata per dire che volatizzano molto più facilmente di altre sostanze.</p>
In realtà i COV sono ben rappresentati nel panorama dei composti chimici, sia naturali che artificialmente prodotti dall’uomo; gli idrocarburi aromatici, come il benzenealifatici come il propanoaldeidi come la formaldeide, sono solo alcuni tra molti esempi di composti altamente volatili. 
Ridurre l’esposizione umana ai COV è fondamentale perché ad essi è associato un significativo aumento del rischio di contrarre patologie tra le più gravi, sia acute, con sensibilizzazioni indotte, sia croniche.
Il ruolo del catalizzatore è quello di modificare molti degli idrocarburi incombusti presenti nei fumi prodotti dal motore a scoppio, CnHm, degli ossidi di azoto, NOx, e del monossido di carbonio, CO, ossidandoli o riducendoli.
Grazie alla marmitta catalitica gran parte di queste pericolose sostanze vengono tramutate in anidride carbonica, CO2, acqua, H2O e azoto, N2: sostanze molto meno pericolose per la salute.

Tecnologia e funzionamento del catalizzatore

Il catalizzatore di una moderna marmitta è costituito da un involucro metallico contenente un supporto in composito ceramico dalla consistenza estremamente porosa, a sua volta appositamente arricchito con particelle di alcuni particolari metalli: principalmente palladio e platino, con aggiunte di rodio, a seconda del tipo di motorizzazione.
Questi metalli, portati a una opportuna e molto elevata temperatura di esercizio, entrando in contatto con i gas di scarico esausti provenienti direttamente dalle camere di scoppio all’interno del propulsore, inducono una reazione di ossidazione degli idrocarburi e del monossido di carbonio, oltre alla riduzione selettiva degli ossidi di azoto.
In definitiva, il risultato dell’azione del catalizzatore è la combustione completa degli idrocarburi e la trasformazione degli ossidi di azoto in azoto molecolare.

Sonda Lambda e centralina

Per garantire un funzionamento ottimale, ovvero una conversione efficiente degli scarti della combustione in composti molto meno nocivi, un convertitore catalitico deve riuscire a operare in determinate condizioni termodinamiche: la sua temperatura non deve essere inferiore ai 270 gradi centigradi, con picchi anche molto più alti. Inoltre, il tenore di ossigeno deve essere sempre commisurato alla quantità di gas di scarico da trattare.
A questo scopo è stata ideata la sonda Lambda, la quale si occupa esattamente di verificare temperatura e tenore di ossigeno e idrocarburi all’interno del circuito di scarico. Grazie alle letture di questa sonda, la centralina che presiede ai cicli di funzionamento delle varie parti del motore e in particolare di valvole e sistema di iniezione del carburante, è in grado di calibrare il giusto apporto di ossigeno e idrocarburi per rendere l’intero processo efficiente. Sia in quanto a rendimento del motore, sia per quanto attiene all’efficacia del catalizzatore.

Quanto dura una marmitta catalitica

L’efficacia del catalizzatore è sempre riconducibile all’efficienza con la quale i preziosi metalli attivi in esso contenuti, rodio, palladio e platino, riescono a innescare quelle reazioni chimiche necessarie all’abbattimento delle sostanze inquinanti che altrimenti verrebbero rilasciate nell’atmosfera.
Come abbiamo visto, la centralina dell’auto, grazie alla sonda Lambda, riesce a tenere traccia dell’efficacia con la quale la marmitta catalizzatrice svolge il suo compito. Tuttavia, con l’aumentare dei chilometri percorsi le componenti attive della marmitta tendono a ridurre la propria efficacia, sia perché continuamente esposte a temperature molto alte, sia perché l’esposizione agli agenti chimici del gas di scarico alla lunga ne modifica la struttura superficiale, degradandola. In tal modo una parte crescente dei gas incombusti, degli ossidi di azoto e del monossido di carbonio sfuggono senza subire l’inattivazione da parte del catalizzatore.
Peraltro, anche il motore comincia a subire il malfunzionamento del catalizzatore, perché la centralina, con l’input della sonda Lambda, tende a modificarne il rendimento nel tentativo di minimizzare i gas di scarico incombusti all’interno del catalizzatore.
Tuttavia, va detto che le marmitte catalitiche sono progettate per funzionare regolarmente per almeno duecento mila chilometri. Gli esperti consigliano un controllo a partire dai 160 mila chilometri, ma le revisioni biennali obbligatorie, con i test dei gas di scarico, in buona sostanza verificano anche il corretto funzionamento della marmitta catalitica.
Nel caso si stiano valutando le migliori offerte di auto usate si tengano ben presenti il chilometraggio effettivo e il tipo di manutenzione effettuata prima della messa in vendita, chiedendo eventualmente al venditore se è stata sostituita e quando la marmitta catalitica.

Fragilità della marmitta catalitica

Un aspetto cui prestare attenzione è la fragilità del catalizzatore. Sebbene l’involucro esterno sia metallico e quindi relativamente robusto, al suo interno il catalizzatore è costituito, come detto, da una ceramica porosa arricchita di metalli. Questa ceramica, essendo piuttosto fragile, in seguito a un urto con un fondo sconnesso o lo spigolo di un marciapiede si rompe con facilità.
Un catalizzatore internamente fratturato, oltre a perdere di efficacia, può perdere dei pezzi che finiscono nel circuito dei gas di scarico. In definitiva, se l’auto subisce un urto sul fondo, si consiglia di farlo controllare in officina per verificare se il catalizzatore mostra traccia di un possibile danno. In caso affermativo è preferibile sottoporre l’auto a un test dei gas di scarico, senza attendere la prossima revisione.

Perché una marmitta catalitica costa tanto?

Una delle ragioni risiede nei suoi componenti attivi, quelli che le rendono possibile la capacità di ripulire i gas di scarico, sono costituiti da materiali tecnologicamente avanzati e metalli preziosi.
Non si fraintenda, un convertitore catalitico non contiene oro e argento. Tuttavia, anche se in modeste quantità, contiene platino, palladio e spesso anche rodio, elementi piuttosto costosi, soprattutto da quando sono diventati necessari nei catalizzatori.
Considerato che una marmitta catalitica in genere contiene non più di due grammi di questi metalli preziosi, complessivamente, il prezzo è solo in parte giustificato dalla loro presenza. In effetti anche il supporto ceramico poroso, all’interno del quale circolano i gas di scarico, rappresenta significative voci di costo da considerare insieme a quelli di sviluppo e assemblaggio dell’intero componente.

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