Il catalizzatore, spesso chiamato banalmente marmitta catalitica, è una componente essenziale nel sistema di scarico dei veicoli moderni, con l'obiettivo primario di abbattere le emissioni nocive. Questo dispositivo, la cui presenza è diventata obbligatoria a partire dalle normative Euro 1 per i veicoli omologati dall'inizio del 1993, rappresenta un punto cardine nella salvaguardia dell'ambiente e nella conformità alle stringenti regolamentazioni sulle emissioni.
Per comprendere appieno la sua importanza, basta piegarsi e guardare sotto la zona posteriore di un'automobile (non elettrica): si noterà un rigonfiamento del tubo di scarico, poco prima dell'uscita. Quella è la sede del catalizzatore, un convertitore catalitico che, grazie a complesse reazioni chimiche, trasforma i gas di scarico tossici in sostanze meno dannose.
Che cos'è il catalizzatore di un'auto: origini e ruolo
Questo dispositivo all'interno del terminale di scarico riveste un'importanza fondamentale nelle auto prodotte dal 1993 in avanti. Questa è infatti la data di pubblicazione delle normative Euro per regolamentare le emissioni delle automobili. Tuttavia, il catalizzatore non è nato negli anni '90: i primi prototipi, anzi, sono nati in Francia sul finire del XIX secolo. Il brevetto sulla prima marmitta catalitica è stato pubblicato negli anni '30 dal francese Eugene Houdry, nata per l'utilizzo su auto e su impianti di riscaldamento.
Dopo decenni di affinamenti, il primo catalizzatore di grande serie nacque nel 1973 negli Stati Uniti, e divenne di fatto obbligatorio in America già dal 1975, quando l'EPA, l'Agenzia per la Protezione Ambientale americana, decise di regolamentare le emissioni nocive delle automobili. La sua funzione è ridurre in elementi "semplici" e meno dannosi per l'ambiente i vari ossidi di azoto (NOx), monossidi di carbonio (CO) e vari idrocarburi incombusti nella camera del cilindro. L'obiettivo è ridurre al minimo i gas nocivi e emettere solo anidride carbonica, acqua sotto forma di vapore e azoto.
Dalla Ruota all'Auto: La Vera Storia dell'Automobile
Come funziona il catalizzatore auto e perché è importante
Tutto ciò che avviene dentro questa fondamentale componente auto si rifà al processo che permette ai gas in uscita dal motore di passare dentro a una struttura a nido d'ape. I gas provenienti dalla camera di combustione dei cilindri dei motori a combustione interna finiscono nel catalizzatore, dove una serie di elementi contribuiscono all'attivazione di una fase di ossidazione degli idrocarburi incombusti, sostanze quali monossidi di carbonio, anidride carbonica e ossidi di azoto. La marmitta catalitica è un convertitore catalitico che si colloca nell'impianto di scarico, al cui interno avviene una reazione chimica. Il convertitore è costituito da un corpo in ceramica o in metallo con una struttura nidificata e corredata da diversi canali.
La marmitta catalitica ha lo scopo di ridurre le emissioni nocive per la salute e l'ambiente. Questa finalità è perseguita tramite un processo di trasformazione chimica che converte le sostanze nocive in gas innocui, con un minore impatto per l'ambiente. Se ne ricordano principalmente tre tipi di reazioni:
- Ossidazione bivalente: questa reazione permette di trasformare il monossido di carbonio (CO) in anidride carbonica (CO2), molto meno dannosa per l'ambiente grazie all'aggiunta di un atomo di ossigeno.
- Ossidazione degli idrocarburi incombusti: gli idrocarburi non bruciati completamente durante la combustione vengono convertiti in anidride carbonica e acqua.
- Riduzione degli ossidi di azoto (NOx): gli ossidi di azoto, altamente inquinanti, vengono scissi in azoto (N2) e ossigeno (O2), gas innocui.
Il tutto viene ottimizzato da una sonda lambda che monitora continuamente i gas di scarico in uscita dal motore e in entrata dal catalizzatore. Questa sonda invia segnali alla centralina del motore, che regola di conseguenza la miscela aria/carburante per garantire l'efficienza massima del catalizzatore.
A oggi il catalizzatore funziona quando si raggiunge una temperatura tra 250 e 270 gradi Celsius, ovvero circa 5 minuti dopo l'avviamento del veicolo. Questo intervallo di temperatura è cruciale per l'efficacia delle reazioni chimiche al suo interno. Il catalizzatore è importante, nonché fondamentale, per ridurre le emissioni degli inquinanti e poter omologare il veicolo secondo le norme Euro 6 oggi in vigore. Si parla già di Euro 7 e con esso cambieranno i criteri di considerazione di quali siano gli elementi inquinanti emessi da un'autovettura.
Quando fu introdotto l'obbligo europeo della presenza della marmitta catalitica, molte case produttrici non fecero in tempo ad agire sul motore e introdussero quindi il retrofit, una sorta di convertitore semplificato (e solo adatto per veicoli a benzina) nel quale però le conversioni chimiche avvenivano solo a temperature elevate. Con il corso degli anni le cose sono cambiate e si sono evolute e a oggi la marmitta catalitica funziona in maniera più efficiente per ridurre le emissioni.
Tipologie di catalizzatori per auto
Esistono diversi tipi di catalizzatori (ossidante, riducente e trivalente) e solitamente vengono scelti in base al tipo di carburante.
Catalizzatori Ossidanti
Questi catalizzatori sono progettati per promuovere reazioni di ossidazione, convertendo monossido di carbonio (CO) in anidride carbonica (CO2) e idrocarburi incombusti (HC) in anidride carbonica e acqua. Sono stati tra i primi tipi di catalizzatori ad essere introdotti e sono particolarmente efficaci nel ridurre queste specifiche emissioni.
Catalizzatori Riducenti
I catalizzatori riducenti hanno il compito di convertire gli ossidi di azoto (NOx) in azoto gassoso (N2) e ossigeno (O2). Questa reazione richiede un ambiente riducente, spesso facilitato dalla presenza di agenti riducenti specifici.
Catalizzatori Trivalenti (o a Tre Vie)
Il catalizzatore a tre vie è il tipo più comune e avanzato, in grado di effettuare contemporaneamente le tre reazioni principali: ossidazione di CO, ossidazione di HC e riduzione di NOx. Questo è possibile grazie a una combinazione di metalli preziosi come platino, palladio e rodio, che agiscono come catalizzatori per le diverse reazioni.
Catalizzatori SCR (Selective Catalyst Reduction)
Sugli Euro 6 Diesel, ad esempio, si trovano i catalizzatori SCR che richiedono il famoso AdBlue come reagente per convertire chimicamente gli ossidi di azoto scindendoli in azoto e vapore acqueo. L'AdBlue, una soluzione acquosa di urea, viene iniettato nel flusso dei gas di scarico prima del catalizzatore, dove reagisce con gli NOx.
Prima di tutto, sui veicoli diesel l'obbligo del catalizzatore è arrivato più tardi, ovvero dal 1° gennaio 1997. Inoltre, ci sono anche da considerare le recenti direttive in materia di diesel e in particolare i provvedimenti attuati per ridurre ulteriormente le emissioni inquinanti NOx. Per fare questo, nei nuovi motori diesel Euro 6 sono presenti i catalizzatori SCR, acronimo che sta per Selective Catalyst Reduction, che tradotto significa "Catalizzatore a riduzione selettiva", e che per funzionare si avvale dell'additivo AdBlue.
A partire dagli anni '00 sui motori Diesel, e negli ultimi 5 anni anche sugli altri motori termici, le marmitte catalitiche sono state affiancate da altre tipologie di filtri, come il più famoso FAP, o Filtro Anti-Particolato, un dispositivo nato per affinare ulteriormente la capacità di pulizia dei gas di scarico. Se il protagonista del nostro articolo è stato introdotto di pari passo all'omologazione degli Euro 1 dall'inizio del 1993, il FAP, invece, è diventato obbligatorio a partire dai Diesel Euro 5.
Il catalizzatore e la verniciatura: il ruolo del componente B
Le vernici 2K, o bicomponenti, sono quelle che necessitano di un catalizzatore per il loro corretto funzionamento. Il componente A è la vernice, come un fondo riempitivo, uno stucco o un trasparente, e il componente B è il catalizzatore. A volte si tende a sottovalutare il ruolo del catalizzatore e il suo uso corretto nei processi di riparazione dell'officina di carrozzeria.
In funzione del tipo di prodotto e del catalizzatore, la proporzione della miscela varierà. I criteri di miscelazione previsti nella scheda tecnica devono essere rispettati e non variati arbitrariamente. Base e catalizzatore reagiscono rapidamente tra di loro formando un nuovo polimero e seguendo un preciso processo chimico che dà luogo ad una struttura altamente reticolata. I prodotti monocomponenti sono già pronti all'uso e non richiedono l'aggiunta di indurenti o catalizzatori.
Pot-life del prodotto
Secondo il tipo di catalizzatore che useremo, il pot-life del prodotto varierà. Il pot life è il tempo utile di applicazione di un prodotto. Una volta miscelati base e induritore inizia il processo di polimerizzazione, che origina un tempo massimo entro cui deve essere applicata la miscela A+B (base + induritore) di un prodotto bicomponente. Essendo inversamente proporzionale alla temperatura (diminuisce con l'aumentare del calore), per prolungare il pot life occorre agire eventualmente sulla temperatura stessa. Il pot life indicato nelle schede tecniche è sempre riferito ad una temperatura d'esercizio di 20°C.
Tempo di essiccazione e scelta del catalizzatore
La scelta del catalizzatore per trasparenti e fondi in carrozzeria è una fase cruciale per ottenere risultati di alta qualità nel processo di verniciatura e rifinitura. I catalizzatori devono essere innanzitutto compatibili con il prodotto che si sta utilizzando perché sono progettati per reagire in modo specifico con un certo tipo di resina o formulazione chimica. Il tempo di essiccazione è un altro parametro chiave.
- Catalizzatori a essiccazione rapida: sono indicati in condizioni di bassa temperatura o quando è necessario ridurre i tempi di esposizione ai contaminanti esterni.
- Catalizzatori a essiccazione lenta: sono preferibili quando si lavora in ambienti caldi o durante l'applicazione su superfici estese, poiché offrono più tempo per stendere e uniformare la vernice o il trasparente.
È importante non confondere il ruolo che il catalizzatore riveste sul processo generale di asciugatura del prodotto verniciante: il catalizzatore non incide infatti sull'essicazione completa della vernice ma solo sull'asciugatura della pellicola superficiale (fuori polvere). Un catalizzatore rapido quindi ridurrà i tempi di esposizione del prodotto ai contaminanti esterni ma contemporaneamente bloccherà anche l'evaporazione di solventi nella vernice sottostante. Se si applicano strati sottili si può utilizzare un catalizzatore ad essicazione più rapida in quanto ci sarà meno materiale da far asciugare.
L'asciugatura per temperatura: il processo di asciugatura è naturalmente facilitato dalla temperatura: aumentando la temperatura si accorciano i tempi necessari per l'essicazione.
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Il fenomeno dei furti di catalizzatori
La marmitta catalitica è spesso l'oggetto del desiderio dei ladri. Perché? Vista la presenza di metalli rari al suo interno, questi sono diventati molto popolari tra i ladri per la presenza dei metalli rari sopra citati. Platino, palladio e rodio, infatti, sono metalli preziosi e quotati sul mercato dei metalli, rendendo il catalizzatore un obiettivo lucrativo per i malviventi. La facilità con cui possono essere rimossi dal veicolo, unita al loro valore, ha portato a un aumento dei furti di questi componenti.
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