Ci sono milioni di auto in circolazione negli Stati Uniti e ognuna è fonte di inquinamento atmosferico. Soprattutto nelle grandi città, la quantità di inquinamento che tutte le auto producono insieme può creare grossi problemi.
Per risolvere questi problemi, le città, gli stati e il governo federale creano leggi sull'aria pulita che limitano la quantità di inquinamento che le automobili possono produrre. Nel corso degli anni, le case automobilistiche hanno apportato molti perfezionamenti ai motori delle automobili e ai sistemi di alimentazione per stare al passo con queste leggi. Uno di questi cambiamenti è avvenuto nel 1975 con un interessante dispositivo chiamato convertitore catalitico . Il compito del convertitore catalitico è convertire gli inquinanti nocivi in emissioni meno nocive prima che lascino il sistema di scarico dell'auto.
I convertitori catalitici sono dispositivi incredibilmente semplici, quindi è incredibile vedere quanto grande sia l'impatto che hanno. In questo articolo imparerai quali inquinanti sono prodotti da un motore e come un convertitore catalitico tratta ciascuno di questi inquinanti per ridurre le emissioni dei veicoli.
ContenutiAl fine di ridurre le emissioni, i moderni motori delle automobili controllano attentamente la quantità di carburante che bruciano. Cercano di mantenere il rapporto aria-carburante molto vicino allo stechiometrico punto, che è il rapporto ideale tra aria e carburante. Teoricamente, con questo rapporto, tutto il carburante verrà bruciato utilizzando tutto l'ossigeno nell'aria. Per la benzina, il rapporto stechiometrico è di circa 14,7:1, il che significa che per ogni libbra di benzina verranno bruciati 14,7 libbre di aria. La miscela di carburante in realtà varia un po' dal rapporto ideale durante la guida. A volte la miscela può essere magra (un rapporto aria-carburante superiore a 14,7) e altre volte la miscela può essere ricca (rapporto aria/carburante inferiore a 14,7).
Le principali emissioni del motore di un'auto sono:
Queste emissioni sono per lo più benigne, anche se si ritiene che le emissioni di anidride carbonica contribuiscano al riscaldamento globale. Poiché il processo di combustione non è mai perfetto, nei motori delle automobili vengono prodotte anche quantità minori di emissioni più nocive. I convertitori catalitici sono progettati per ridurre tutti e tre:
Nella prossima sezione, vedremo esattamente cosa succede all'interno del convertitore catalitico.
I tosaerba sono i prossimi?Gallo per gallone, i nuovi motori dei tosaerba contribuiscono a emissioni di smog 93 volte superiori rispetto alle auto nuove. Non c'è da stupirsi che l'EPA e le autorità di regolamentazione statali della California si stiano sforzando di inserire convertitori catalitici delle dimensioni di una pallina da golf in tosaerba e altri piccoli motori. Tuttavia, proprio come negli anni '70, i legislatori incontrano una potente lobby. Briggs &Stratton, il principale produttore di piccoli motori, afferma che queste normative renderebbero un prodotto non sicuro che emette troppo calore. Quattro piccoli produttori di motori per tosaerba hanno confutato questa accusa. Briggs &Stratton sostiene inoltre che il surriscaldamento potrebbe causare incendi di cespugli se i tosaerba vengono lasciati in funzione e fermi. I democratici della California e l'EPA pensano che abbia più a che fare con i profitti. Le normative in sospeso proposte in California potrebbero ridurre le emissioni dell'equivalente di 800.000 auto al giorno [fonte:Barringer].
In chimica, un catalizzatore è una sostanza che provoca o accelera una reazione chimica senza che essa stessa ne risenta. I catalizzatori partecipano alle reazioni, ma non sono né reagenti né prodotti della reazione che catalizzano. Nel corpo umano, gli enzimi sono catalizzatori naturali responsabili di molte reazioni biochimiche essenziali [fonte:Chemicool].
Nella marmitta catalitica sono al lavoro due diversi tipi di catalizzatore, un catalizzatore di riduzione e un catalizzatore di ossidazione . Entrambi i tipi sono costituiti da una struttura ceramica rivestita con un catalizzatore metallico, solitamente platino, rodio e/o palladio. L'idea è quella di creare una struttura che esponga la massima superficie del catalizzatore al flusso di scarico, riducendo al minimo la quantità di catalizzatore richiesta, poiché i materiali sono estremamente costosi. Alcuni dei convertitori più recenti hanno persino iniziato a utilizzare l'oro mescolato con i catalizzatori più tradizionali. L'oro è più economico degli altri materiali e potrebbe aumentare l'ossidazione, la reazione chimica che riduce gli inquinanti, fino al 40 percento [fonte:Kanellos].
La maggior parte delle auto moderne è dotata di convertitori catalitici a tre vie . Questo si riferisce alle tre emissioni regolamentate che aiuta a ridurre.
Il catalizzatore di riduzione è il primo stadio del catalizzatore. Utilizza platino e rodio per aiutare a ridurre le emissioni di NOx. Quando una molecola di NO o NO2 entra in contatto con il catalizzatore, il catalizzatore strappa l'atomo di azoto dalla molecola e lo trattiene, liberando l'ossigeno sotto forma di O2. Gli atomi di azoto si legano con altri atomi di azoto che sono anch'essi attaccati al catalizzatore, formando N2. Ad esempio:
2NO => N 2 + O 2 o 2NO 2 => N 2 + 20 2
Il catalizzatore di ossidazione è il secondo stadio del catalizzatore. Riduce gli idrocarburi incombusti e il monossido di carbonio bruciandoli (ossidandoli) su un catalizzatore di platino e palladio. Questo catalizzatore aiuta la reazione della CO e degli idrocarburi con l'ossigeno rimanente nel gas di scarico. Ad esempio:
2CO + O2 => 2CO2
Esistono due tipi principali di strutture utilizzate nei convertitori catalitici:nido d'ape e perline di ceramica . La maggior parte delle auto oggi utilizza una struttura a nido d'ape.
Nella prossima sezione, esamineremo la terza fase del processo di conversione e come puoi ottenere il massimo dal tuo convertitore catalitico.
La terza fase della conversione è un sistema di controllo che monitora il flusso di scarico e utilizza queste informazioni per controllare il sistema di iniezione del carburante. C'è un sensore di ossigeno montato a monte del convertitore catalitico, il che significa che è più vicino al motore rispetto al convertitore. Questo sensore dice al computer del motore quanto ossigeno c'è nello scarico. Il computer del motore può aumentare o diminuire la quantità di ossigeno nello scarico regolando il rapporto aria-carburante. Questo schema di controllo consente al computer del motore di assicurarsi che il motore funzioni vicino al punto stechiometrico e anche di assicurarsi che ci sia abbastanza ossigeno nello scarico per consentire al catalizzatore di ossidazione di bruciare gli idrocarburi incombusti e la CO.
Il convertitore catalitico fa un ottimo lavoro nel ridurre l'inquinamento, ma può comunque essere notevolmente migliorato. Uno dei suoi maggiori difetti è che funziona solo a temperature abbastanza elevate. Quando avvii la tua auto a freddo, il convertitore catalitico non fa quasi nulla per ridurre l'inquinamento nello scarico.
Una semplice soluzione a questo problema è avvicinare il convertitore catalitico al motore. Ciò significa che i gas di scarico più caldi raggiungono il convertitore e si riscalda più velocemente, ma ciò può anche ridurre la durata del convertitore esponendolo a temperature estremamente elevate. La maggior parte delle case automobilistiche posiziona il convertitore sotto il sedile del passeggero anteriore, abbastanza lontano dal motore per mantenere la temperatura a livelli che non lo danneggino.
Preriscaldamento il convertitore catalitico è un buon modo per ridurre le emissioni. Il modo più semplice per preriscaldare il convertitore è utilizzare resistenze elettriche. Sfortunatamente, i sistemi elettrici a 12 volt sulla maggior parte delle auto non forniscono energia o potenza sufficienti per riscaldare il convertitore catalitico abbastanza velocemente. La maggior parte delle persone non aspetterebbe diversi minuti che il convertitore catalitico si riscaldi prima di avviare la propria auto. Le auto ibride dotate di grandi pacchi batteria ad alta tensione possono fornire energia sufficiente per riscaldare il convertitore catalitico molto rapidamente.
Convertitori catalitici nei motori diesel non funzionano altrettanto bene nella riduzione di NOx. Uno dei motivi è che i motori diesel funzionano a temperature inferiori rispetto ai motori standard e i convertitori funzionano meglio quando si riscaldano. Alcuni dei principali esperti di auto ambientali hanno escogitato un nuovo sistema che aiuta a combattere questo. Si iniettano una urea soluzione nel tubo di scarico, prima che arrivi al convertitore, per evaporare e mescolarsi con lo scarico e creare una reazione chimica che ridurrà gli NOx. Urea, nota anche come carbammide , è un composto organico costituito da carbonio, azoto, ossigeno e idrogeno. Si trova nelle urine di mammiferi e anfibi. L'urea reagisce con gli NOx per produrre azoto e vapore acqueo, eliminando oltre il 90 percento degli ossidi di azoto nei gas di scarico [fonte:rapporto sulle innovazioni].
Furto del catalizzatoreIn tutto il paese, SUV e camion stanno diventando obiettivi per gli opportunisti che cercano di incassare i preziosi metalli preziosi utilizzati all'interno dei convertitori catalitici. Un convertitore catalitico standard contiene diverse centinaia di dollari di platino, palladio e rodio. L'altezza da terra di camion e SUV facilita l'accesso ai convertitori, quindi tutto ciò di cui un ladro ha bisogno è un seghetto alternativo e circa 60 secondi. Questa tendenza ha la polizia all'erta in molte parti del paese dove questo tipo di furto è stato un problema. La polizia avverte i conducenti di SUV e camion di parcheggiare in aree trafficate e ben illuminate.
Pubblicato originariamente:8 novembre 2000
