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Mar 07, 2023

L'aria che respiriamo

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Lo scarico del motore è uno dei principali responsabili dell’inquinamento nelle città. Ma la progettazione innovativa e la chimica catalitica intelligente di BASF contribuiscono a produrre aria più pulita

16 agosto 2017

Con le loro curve sportive e le finiture cromate, pochi non sarebbero d'accordo sul fatto che le auto classiche degli anni '60 abbiano un vantaggio estetico rispetto alle auto moderne. Ma sotto l'elegante carrozzeria si nasconde un colpevole segreto. Le emissioni tossiche di un’auto degli anni ’60 sono quasi uguali a quelle di 100 auto moderne.

Ciò è dovuto in gran parte all'invenzione del convertitore catalitico. Negli ultimi quattro decenni, questi dispositivi hanno impedito il rilascio di oltre un miliardo di tonnellate di sostanze inquinanti.

Ma i consumatori, i politici e gli attivisti vogliono di più. I moderni convertitori catalitici possono ridurre oltre il 90% delle sostanze nocive presenti nei fumi di scarico. Ora gli scienziati e gli ingegneri del colosso chimico BASF stanno lavorando per aumentare ulteriormente questa cifra per aiutare i produttori di veicoli a soddisfare le leggi sull’aria pulita sempre più esigenti.

Al centro di questo sforzo c’è il convertitore catalitico, sviluppato per la prima volta per le automobili nel 1973 dai ricercatori della Engelhard Corporation, società statunitense di raffinazione dei minerali. Il lavoro è stato innescato dal Clean Air Act statunitense del 1970 che ha costretto i produttori di automobili a ridurre drasticamente le emissioni nocive.

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I convertitori catalitici sono corpi ceramici a nido d'ape con un'enorme superficie interna. Questa superficie è rivestita con una formulazione contenente metalli, come platino, palladio e rodio, che catalizzano varie reazioni. I primi convertitori ossidavano il monossido di carbonio in anidride carbonica e gli idrocarburi incombusti in anidride carbonica e acqua. I modelli successivi, chiamati convertitori “a tre vie”, dividono anche i nocivi NOx (ossidi di azoto) in azoto e ossigeno.

Come funziona la conversione catalitica a quattro vie

Un’ulteriore regolamentazione dell’aria pulita ha fatto avanzare questa tecnologia. Tra il 1992 e il 2014, una serie di normative europee hanno ridotto di due terzi le emissioni di monossido di carbonio delle nuove auto a benzina e di quasi un ordine di grandezza le emissioni di idrocarburi e NOx.

BASF ha avuto un ruolo importante in queste riduzioni. Nel 2006 ha acquistato Engelhard e oggi è uno dei principali fornitori mondiali di convertitori catalitici per l'industria automobilistica, impiegando esperti di catalisi in tutto il mondo.

Questi esperti stanno lavorando per ridurre ulteriormente le emissioni. Una recente innovazione BASF è un catalizzatore sintetico chiamato cabazite di rame che aiuta a rimuovere il 95% dei NOx dagli scarichi diesel. Funziona in combinazione con l'urea immessa nel flusso di scarico, che si decompone in ammoniaca.

La cabasite di rame contiene pori regolarmente distanziati dove le molecole di ammoniaca e ossido di azoto reagiscono per formare azoto e acqua.

"La cabazite di rame fornisce sia l'eccellente attività catalitica necessaria per la conversione degli NOx, sia la stabilità strutturale necessaria per una durabilità a lungo termine", afferma Ahmad Moini, un membro del team che ha brevettato questa tecnologia nel 2009.

Anche il modo in cui sono realizzati i convertitori catalitici è importante. Presso l'impianto di catalizzatori delle emissioni BASF a Nienburg, in Germania, bracci robotici arancioni orchestrano il rivestimento di corpi ceramici in un impasto cremoso contenente chabazite. Il rivestimento avviene in modo preciso per garantire che i pori del materiale siano completamente e rapidamente rivestiti.

È qui che BASF ha sviluppato la prossima generazione di convertitori. Il suo team li ha progettati per soddisfare l’imminente legislazione europea che riduce di un ordine di grandezza la quantità ammissibile di fuliggine, o inquinamento da particolato, che i motori a benzina possono emettere.

Un modo per farlo è montare un filtro aggiuntivo che rimuova questa fuliggine. Ma gli scienziati BASF hanno trovato una soluzione migliore che combina il filtraggio del particolato con la convenzionale conversione catalitica "a tre vie". Il loro trucco era la catalizzazione di un filtro poroso su misura.