Come detto la lotta all’abbattimento delle emissioni inquinanti è un tema caldo, ma lo è ormai da trent’anni, da quando a metà degli anni ottanta si iniziò seriamente a contingentare l’utilizzo di additivi tossici prima liberamente presenti nella benzina. Il principale di questi era il piombo tetraetile, per decine di anni utilizzato come antidetonante nonostante la sua conclamata tossicità. Per lungo tempo la sua sostituzione si rivelò tecnicamente problematica, perché oltre ad innalzare il numero di ottano (anche di 10-15 punti) aveva ottime doti di lubrificante, a cui si riuscì a sopperire solo con l’avvento di materiali di nuova concezione. Una spinta a eliminare il piombo venne anche dalla necessità di adottare dispositivi antinquinamento per limitare l’emissione dei composti inquinanti di cui abbiamo parlato nella precedente puntata. Al posto del piombo per breve tempo venne utilizzato il benzene, una soluzione tampone e una cura peggiore del male (è cancerogeno), in pochi anni sostituito dal Metil-t-butil etere, un antidetonante tutt’oggi impiegato con percentuali attorno al 10%, si tratta della soluzione a più basso impatto ambientale che la ricerca chimica è riuscita a fornire.

Abbiamo accennato ai dispositivi antinquinamento, vediamo a cosa servono e come funzionano. La benzina brucia, o meglio viene ossidata e si trasforma in anidride carbonica e vapore acqueo ed in misura minore nei composti inquinanti che abbiamo già identificato: idrocarburi incombusti, monossido di carbonio ed ossidi di azoto. Questi inquinanti sono stati oggetto di una lotta serrata per abbatterne i livelli seguendo varie strade. Il primo passo è stato quello di realizzare una miscela il più possibile stechiometrica, per questo serve sapere esattamente quanta aria entra nel motore, quindi ci sono sensori di pressione e temperatura in aspirazione e sensori di posizione per capire quanto le farfalle di aspirazione sono aperte, dopo di che bisogna iniettare esattamente il quantitativo di benzina necessario, non di più e non di meno. Questa esigenza ha decretato la graduale sostituzione dei carburatori con l’iniezione elettronica, che si avvale anche di un dispositivo inserito allo scarico, la sonda lambda, che indica se la combustione che si sta realizzando è “grassa” o “magra”.

Ciò nonostante sensibili quantità di inquinanti continuano ad essere prodotte, e per abbatterle ulteriormente serve installare nello scarico un dispositivo chiamato convertitore catalitico. Quello che si vuole ottenere è forzare il monossido di carbonio e gli idrocarburi incombusti a ricombinarsi con l’ossigeno rimasto nei gas di scarico e con gli ossidi di azoto che si sono formati, in pratica si vuole rimediare a quanto di sbagliato è avvenuto in camera di scoppio. In questo modo non si otterrà un vantaggio prestazionale ma almeno si inquinerà di meno. Il catalizzatore non cede composti alla reazione chimica, la sua struttura rimane la stessa prima e dopo il processo, ma rende le condizioni “ambientali” più idonee al processo che si vuole ottenere, facendo innescare e velocizzando le reazioni di ossido riduzione “purificatrici”.

I gas di scarico passano attraverso questo oggetto che può essere immaginato come l’unione di tantissimi e sottilissimi canali che mettono i gas a contatto con una superficie catalizzante il più possibile estesa. L’ideale sarebbe che ogni singola molecola arrivasse a contatto con gli elementi catalizzatori: il rodio che riduce gli ossidi di azoto in ossigeno e azoto, il platino e il palladio che ossidano il monossido di carbonio e gli idrocarburi incombusti. Il catalizzatore quindi fa bene all’ambiente, un po’ meno alle nostre tasche, difatti dal punto di vista fluidodinamico è un filtro, un ostacolo all’uscita dei gas, quindi a parità di potenza erogata aumenteranno leggermente i consumi, ma questo è un concetto importante: inquinare meno non vuol dire necessariamente consumare meno.

Tutto semplice? Allora complichiamo un pochino la cosa: come detto nella puntata precedente in certe condizioni non è proprio possibile bruciare una miscela stechiometrica, al minimo ad esempio, oppure a motore freddo, oppure per ammorbidire la risposta del motore nelle riaperture e nelle chiusure di acceleratore si deve ingrassare il titolo della miscela, il risultato è quello di ottenere incombusti allo scarico, che non è possibile ossidare nel catalizzatore proprio perché la miscela è grassa e manca ossigeno. I tecnici allora si sono inventati un sistema comunemente chiamato “aria secondaria”, che prevede l’immissione di aria fresca prelevata dall’airbox nei condotti di scarico, in questo modo viene fornito l’ossigeno necessario a ripulire i gas. Una soluzione furba che non inficia le prestazioni del motore, poco costosa e che al massimo regala qualche piacevole scoppiettio in più allo scarico.

Da ultimo riprendiamo il punto accennato nella puntata precedente riguardante le emissioni di anidride carbonica, un problema che già adesso è importante e nei prossimi anni diventerà centrale. Per calare le emissioni di CO2 ci sono più strade, ma il concetto che deve passare è questo: contrariamente a quanto avviene per gli inquinanti, in questo caso emettere meno CO2 implica consumare meno. Prima soluzione: aumentare l’efficienza dei motori aumentando i rendimenti meccanici, fluidodinamici e termodinamici, quindi ridurre le perdite per attrito, migliorare i riempimenti delle camere di combustione e sfruttare al meglio l’energia sviluppata dalla combustione, sottraendo quanto più possibile energia ai gas di scarico.

Oltre all’utilizzo di materiali sempre migliori, nel settore auto si sono ottenuti buoni risultati ricorrendo al downsizing, ovvero all’adozione di motori di cubatura inferiore capaci delle stesse prestazioni grazie alla sovralimentazione tramite turbocompressore, una strada che sulle moto incontra non pochi ostacoli. Il secondo passo è utilizzare come combustibile degli idrocarburi con minore percentuale di carbonio, quindi a parità di potere calorifico si produrrà più vapore acqueo e meno anidride carbonica, ad esempio la benzina ha indicativamente un atomo di carbonio ogni due atomi di idrogeno, l’etanolo ha un atomo di carbonio ogni tre atomi di idrogeno; le benzine E10 vanno in questa direzione. Ovviamente non si può non accennare alla trazione elettrica, che vediamo come una alternativa possibile soprattutto per i veicoli destinati alla mobilità urbana, ammesso e non concesso che l’energia elettrica provenga da centri di produzione “virtuosi” che non sfruttino a loro volta idrocarburi.

In generale però il concetto è chiaro: meno CO2 vuol dire meno prestazioni, cosa ci riserverà il futuro molto dipende dalle scelte dei legislatori, se anche alle moto si inizierà a chiedere di contenere le emissioni di gas serra, temiamo che la corsa alle potenze ed alle prestazioni sarà sempre più ostacolata.

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