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Focus: Tecnica auto
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Catalizzatore: cos’è e come funziona nell’auto

In parole povere, se vi piegate e guardate sotto la zona posteriore della vostra macchina (a patto che non sia elettrica) troverete una sorta di rigonfiamento del tubo di scarico che si trova nella parte terminale dello stesso, poco prima dell’uscita del tubo.

Quella che banalmente è conosciuta come marmitta, al suo interno contiene una componente chiamata catalizzatore, essenziale per abbattere le emissioni degli autoveicoli. Questa componente venne introdotta introdotta e resa obbligatorio dal 1° gennaio 1993, quando entrarono in vigore le normative anti-inquinamento europee, note oggi come Euro 1, le “nonne” delle attuali Euro 6E.

Il funzionamento del catalizzatore (o meglio, della marmitta catalitica: questo è il nome ufficiale di questo dispositivo) si basa su reazioni chimiche che vi spieghiamo in questo articolo, ed è montato su tutte le vetture prodotte negli ultimi 31 anni. 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 una fase di ossidazione degli idrocarburi incombusti, sostanze quali monossidi di carbonio, anidride carbonica e ossidi di azoto.

L’obiettivo è ridurre al minimo i gas nocivi e emettere solo anidride carbonica, acqua sotto vapore e azoto. 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. Tornando alla marmitta catalitica, si tratta del primo strumento utilizzato dall’Unione Europea nei suoi Paesi membri come tentativo di salvaguardare l’ambiente, basandosi su una tecnologia nata già negli anni ‘70 che si prefigge l’obiettivo, tramite reazioni chimiche, di abbassare l’emissione di gas nocivi nell’atmosfera e, in particolare, nell’habitat cittadino.

Sommario

Che cos’è il catalizzatore di un’auto

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. L’Unione Europea, infatti, decise di inasprire le regole per prevenire le emissioni di inquinanti nocivi per gli esseri umani e l’ambiente, e per farlo sono stati presi diversi provvedimenti, tra i quali spicca l’obbligo di montare il catalizzatore su tutte le automobili di nuova produzione.

Il catalizzatore, però, non è nato negli anni ’90: i primi prototipi, anzi, sono nati in Francia sul finire del XIX secolo, e 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. Tornando al protagonista di oggi, il catalizzatore, il suo nome è frutto della reazione (catalisi) che si attiva dentro la marmitta, più precisamente nel classico rigonfiamento che si trova in corrispondenza del tubo nella sua sezione finale.

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. Dentro la struttura a nido d’ape delle marmitte sono presenti reagenti ed elementi ceramici o metallici di tipo poroso (palladio, platino e rodio) che non fanno altro che accelerare le reazioni atte a trasformare i gas di cui sopra in acqua sotto forma di vapore e anidride carbonica.

Ne esistono diversi tipi (ossidante, riducente e trivalente) e solitamente vengono scelti in base al tipo di carburante. Viste le diverse condizioni di esercizio, infatti, nei motori Diesel (dove l’obbligo è stato introdotto solo a partire dal 1997) sono stati via via introdotti ulteriori sistemi per diminuire gli elementi dannosi per l’aria, complice la “crociata” che ha visto protagonisti i motori alimentati a gasolio dopo lo scoppio del fenomeno del Dieselgate.

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. 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. Alcune case, come Toyota, hanno risposto inserendo veri e propri scudi per prevenire i furti.

Leggi anche: Cos'è il servosterzo e come funziona?

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. In questa struttura sono presenti diversi metalli complici di questo fenomeno chimico.

Se ne ricordano principalmente tre: la prima è l’ossidazione bivalente, che permette di trasformare il monossido di carbonio in anidride carbonica, molto meno dannosa per l’ambiente grazie all’aggiunta di un atomo di ossigeno. Lo stesso fenomeno trasforma, inoltre, gli idrocarburi usciti incombusti dalla camera di scoppio sempre in anidride carbonica e vapore acqueo.

Infine, delle tre reazioni che avvengono dentro un catalizzatore il riducente riguarda la trasformazione degli ossidi di azoto in azoto, perché agisce su un solo agente che contribuisce all’inquinamento, forse il più dannoso tra tutti e causa del progressivo abbandono dei motori Diesel (gli ossidi di azoto).

Il tutto viene ottimizzato da una sonda lambda che monitora continuamente i gas di scarico in uscita dal motore e in entrata dal catalizzatore. Per funzionare a dovere, il catalizzatore deve lavorare a temperature elevate (nel range 300-400°C) ma progressivamente si sono studiati sistemi che riescano a diventare subito efficienti anche in un range di temperature minore, quindi poco dopo l’avviamento del veicolo.

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. Tra le novità che dovrebbero arrivare potrebbero esserci dei nuovi catalizzatori elettrici per abbreviare notevolmente i tempi di riscaldamento per far sì che avvengano subito le reazioni chimiche responsabili della riduzione degli elementi nocivi per l’ambiente.

FAQ

Il catalizzatore di una macchina serve a ridurre l’incidenza dei gas nocivi per l’ambiente grazie al fenomeno della catalisi. Dentro una marmitta catalitica sono presenti diversi metalli che, una volta raggiunta la temperatura ideale, trasformano i gas in uscita dal motore in altri gas semplificati e meno dannosi per l’aria. Un esempio sono i pericolosi ossidi di azoto che, grazie all’effetto riducente, vengono trasformati in “semplice” azoto, uno degli elementi più diffusi nell’aria che respiriamo.

Il catalizzatore, nella maggior parte dei casi, si trova nella parte terminale dell’impianto di scarico. I collettori raccolgono i gas in uscita dalla camera di combustione che, prima di venire rilasciati nell’ambiente, passano per l’appunto dalla marmitta per ridurre i loro effetti nocivi verso l’ambiente.

Il catalizzatore della macchina è lo strumento tecnico dentro il quale avviene il fenomeno reattivo da cui prende il nome questa componente. Obbligatorio dal 1° gennaio 1993 sulle auto a benzina Euro 1, serve per ridurre l’emissione dei gas nocivi come ossidi di azoto e monossido di carbonio.

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