Gas di scarico, quali sono e cosa c’è da sapere sulle emissioni inquinanti

I motori a combustione interna sono, oggi più che mai, bersaglio delle misure e dei sistemi antinquinamento. Il contenimento delle emissioni inquinanti rappresenta senz’altro il fattore che, a partire dagli anni ’90, ha dato il maggiore impulso all’evoluzione dei motori a combustione interna, tanto da modificarne radicalmente la filosofia di progetto. Il trasporto stradale rappresenta la più ampia fetta di inquinamento ambientale nelle aree ad alta industrializzazione. Da qui la necessità di regolamentare la produzione dei gas di scarico dei motori a combustione interna. La crescente sensibilità nei riguardi della salvaguardia dell’ecosistema, e soprattutto della salute pubblica, ha spinto molti paesi ad emanare norme antinquinamento che pongono severi limiti alla concentrazione delle sostanze inquinanti allo scarico dei motori. Per dare qualche cenno storico, la prima legge nazionale sul contenimento delle emissioni dei motori endotermici fu emanata nel 1963 negli Stati Uniti quando il Congresso estese a livello nazionale alcuni provvedimenti già vigenti nello stato della California.

Capiamo allora nel dettaglio cosa sono i gas di scarico, da cosa sono composti e perché sono dannosi e correlati all’inquinamento dell’aria che respiriamo. Le sostanze inquinanti emesse dai motori endotermici si originano durante il processo di combustione. Senza entrare nei dettagli chimici della formazione di ogni sostanza inquinante, illustriamo comunque quali sono quelle principali e i relativi meccanismi di formazione.

- Monossido di carbonio (CO): è prodotto dalla combustione incompleta dei combustibili organici (sia la benzina che il gasolio sono combustibili organici). Combustione incompleta significa che gli idrocarburi presenti nel carburante non arrivano ad ossidarsi completamente formando quindi CO 2 , ma si ha una ossidazione parziale, con la conseguente formazione di CO. La formazione del CO è favorita dalla combustione di miscele ricche, ovvero con eccesso di combustibile rispetto all’ossigeno presente. L’eccesso d’aria è quindi un importante parametro motoristico per controllare la formazione di CO. Il CO rappresenta una sostanza particolarmente pericolosa per la salute: è un gas velenoso, incolore, inodore e insapore. L’emoglobina del sangue si lega con il CO, ostacolando l’afflusso di ossigeno ai tessuti.

- Ossidi di azoto (NO x ): sono principalmente prodotti dal comburente, ossia dall’aria atmosferica. Nonostante l’azoto biatomico dell’aria (N 2 ) sia un gas teoricamente inerte, le elevatissime temperature raggiunte in camera di combustione portano alla rottura della molecola di N 2 . L’azoto monoatomico (N) così formatosi si lega all’ossigeno dell’aria, formando NO ed NO 2 . Gli ossidi di azoto sono sostanze inquinanti per l’atmosfera e sono causa di malattie alle vie respiratorie e cardiache.

- Idrocarburi incombusti (HC): sono la conseguenza dell’incompleta ossidazione del combustibile. La formazione di idrocarburi incombusti è favorita sia dalla combustione di miscele troppo ricche (a causa dell’eccesso di combustibile presente) che di miscele troppo magre (a causa della ridotta velocità di combustione che porta a combustioni incomplete).

- Particolato (soot): è un inquinante solido, costituito da particelle carboniose che sono prodotte durante il processo di combustione e che non sono ossidate prima dell’espulsione dalla camera di combustione. Il particolato è formato dalla combustione di miscele ricche ad alta temperatura. A causa delle dimensioni microscopiche delle particelle che lo costituiscono, il particolato risulta dannoso per la salute in quanto, una volta inalato, si deposita nei polmoni provocando danni all’apparato respiratorio. Il particolato è un inquinante tipico dei motori Diesel. L’emissione di tale sostanza è attualmente regolamentata sia per quanto riguarda la massa complessiva emessa (PM), che per il numero di particelle misurate allo scarico (PN).

- Anidride carbonica (CO 2 ): è uno dei prodotti di combustione completa degli idrocarburi. È quindi indice che nel motore sta avvenendo una combustione corretta. Nonostante ciò, siccome la CO 2 è responsabile dell’aumento dell’effetto serra, le quantità emesse dai veicoli stradali sono tali da avere reso necessario normare anche le emissioni riferite a tale prodotto presente nei gas di scarico.

Abbiamo quindi visto quali sono gli inquinati prodotti durante il funzionamento di un motore endotermico, sia che esso come carburante utilizzi il Diesel o la benzina. Nel prossimo articolo vedremo quali sono le tecniche di abbattimento che si mettono solitamente in atto per ridurre le emissioni e rimanere quindi all’interno dei limiti imposti dalle stringenti normative europee.