Catalizzatore

Il catalizzatore è un dispositivo per il controllo delle emissioni inserito nell'impianto di scarico del veicolo per depurare i sottoprodotti nocivi della combustione prima che raggiungano l'atmosfera. Diffuso sulle automobili di larga serie a partire dagli anni Settanta e reso di fatto universale sui motori a benzina dall'inasprimento delle normative sulle emissioni, agisce sui gas che la sola combustione non può evitare di generare: monossido di carbonio, idrocarburi incombusti e ossidi di azoto. La sua comparsa ha trasformato la qualità dell'aria nelle città, facendo del tubo di scarico, da grande fonte di inquinamento tossico, un'uscita assai più pulita.

All'interno del suo involucro in acciaio inox si trova un monolite a nido d'ape, in genere ceramico, rivestito da un sottile strato attivo che porta i metalli preziosi. Mentre i gas di scarico caldi attraversano le migliaia di minuscoli canali, i catalizzatori favoriscono le reazioni chimiche senza consumarsi essi stessi. Un catalizzatore trivalente, il tipo impiegato sulle auto a benzina, svolge due compiti contemporaneamente: ossida monossido di carbonio e idrocarburi in anidride carbonica e acqua, e riduce gli ossidi di azoto riportandoli a innocui azoto e ossigeno. Ogni metallo ha il suo ruolo: platino e palladio governano le reazioni di ossidazione, mentre il rodio si occupa della riduzione degli ossidi di azoto.

Perché le reazioni del trivalente avvengano in modo efficiente, il motore deve funzionare molto vicino al rapporto aria-combustibile chimicamente ideale, detto stechiometrico. È per questo che il catalizzatore lavora in stretta sinergia con le sonde lambda e la centralina di gestione motore, che correggono di continuo la miscela per mantenerla entro la stretta finestra in cui ossidazione e riduzione possono coesistere. Una miscela troppo ricca non offre ossigeno sufficiente a ossidare il monossido di carbonio; troppo magra, e la riduzione degli ossidi di azoto vacilla. Il catalizzatore è quindi parte integrante dell'anello di controllo del motore tanto quanto è un filtro passivo.

Un limite fondamentale è che il catalizzatore diventa efficace solo dopo aver raggiunto la temperatura di innesco, in genere intorno ai 250-400 gradi Celsius. Finché il dispositivo non si scalda, l'efficienza di conversione è scarsa, motivo per cui il primo minuto o due dopo un avviamento a freddo pesa in misura sproporzionata sul totale delle emissioni di un tragitto. I progettisti contrastano il fenomeno collocando il catalizzatore vicino al motore e adottando strategie che lo riscaldino rapidamente, ma l'inquinamento a freddo resta una debolezza intrinseca della tecnologia.

Il catalizzatore è un anello di una catena più ampia di post-trattamento dei gas di scarico. I motori diesel, che funzionano in magro e non possono usare un trivalente per gli ossidi di azoto, ricorrono invece alla riduzione catalitica selettiva con additivo a base di urea, mentre i moderni motori a benzina aggiungono un filtro antiparticolato per trattenere la fuliggine. Tutti questi sistemi esistono per rispettare normative come l'Euro 6. I metalli preziosi all'interno dei catalizzatori li rendono anche bersaglio dei furti, e il catalizzatore può essere avvelenato dal carburante con piombo o contaminato dall'olio bruciato: un motore in salute è quindi essenziale per una lunga vita del dispositivo.