IL SISTEMA SCR E LE NORME EURO 6
L’alta temperatura nella camera di combustione favorisce l’associazione dell’azoto (N) con l’ossigeno (O) formando monossido di azoto NO e quindi ossidi di azoto NOx. Durante l’espansione la temperatura dei prodotti della combustione diminuisce. Gli NOx che raggiungono l’equilibrio chimico al picco di temperatura, dovrebbero decomporsi in ossigeno e azoto. Tuttavia tale reazione è così lenta da non verificarsi durante il ciclo. Il monossido di azoto si combina con l’ossigeno dell’ambiente formando biossido di azoto NO2, molto più tossico del monossido di azoto NO. Per limitare le emissioni di NOx è fondamentale che la combustione avvenga nel modo più uniforme possibile, evitando picchi di temperatura. Invece, i motori diesel moderni, tutti a iniezione diretta ad alta pressione e turbocompressi, sono caratterizzati da elevate potenze specifiche e da processi di combustione molto efficienti dal punto di vista termodinamico ma non favorevoli ai fini della riduzione degli NOx.
Gli ossidi di azoto NOx in alta concentrazione hanno un effetto tossico poiché combinandosi con l’emoglobina del sangue, possono provocare paralisi. Inoltre hanno effetti irritanti per occhi e polmoni e, combinandosi con gli idrocarburi non saturi, favoriscono la formazione di smog fotochimico in atmosfera sotto l’effetto dei raggi solari.
N2 + O2 > 2NO
2NO +O2> 2NO2
La concentrazione di monossido di azoto in atmosfera varia da 0,2 a 10 µg/m3, mentre nell’aria inquinata la concentrazione di NO è in genere di 62-930 µg/m3. La concentrazione ambientale del biossido di azoto oscilla tra 1 e 9 µg/m3; nei Paesi Occidentali la media annuale è compresa fra 20 e 90 µg/m3, mentre nelle città in genere non supera i 40 µg/m3. Entro tali valori, gli effetti dannosi per la salute e l’ambiente sono comunque trascurabili.
Per rientrare nei limiti delle emissioni di NOx previste dalle normative Euro 5 ed Euro 6 (rispettivamente di 180 mg/km e 80 mg/km), in molti casi le valvole EGR non sono più sufficienti ed è necessario ricorrere al post-trattamento dei gas di scarico tramite il sistema SCR (Selective Catalyst Reduction), o in alternativa per mezzo di catalizzatori ad accumulo di NOx (NSC). Questi ultimi sono definiti anche trappole NOx , DeNOx o LNT (Lean NOx Trap). In teoria questi dispositivi dovrebbero rendere superflue le valvole EGR ma in molti motori ciò non avviene. Anzi in alcuni propulsori Euro 6 è presente una seconda valvola EGR a bassa pressione che preleva i gas a valle del filtro antiparticolato. Il sistema SCR necessita di un elemento che svolga la funzione di riducente chimico, quindi si utilizza un additivo liquido denominato “Ad Blue” o DEF (Diesel Exhaust Fluid) costituito da 32,5% urea [CO(NH2)2] e 67,5% di acqua deionizzata).
LA REAZIONE CON L’UREA NEL SISTEMA SCR
Il liquido AdBlue viene iniettato nello scarico a monte del catalizzatore SCR e si mischia con i gas di scarico per formare ammoniaca. La reazione chimica dell’ammoniaca (NH3) con gli ossidi di azoto (NOx) produce due sostanze innocue, vapore acqueo (H2O) e azoto (N). L’additivo è contenuto in un apposito serbatoio provvisto di pompa. La reazione chimica all’interno del catalizzatore avviene a temperatura elevata (265-425 °C) con un rendimento di circa l’80%. L’elemento catalizzatore è formato da un supporto ceramico poroso ricoperto di Vanadio. I componenti del sistema SCR sono molto sensibili ad eventuali impurità chimiche nel fluido, quindi il circuito è provvisto di filtro. L’AdBlue è incolore, non tossico, sicuro da maneggiare, congela a -11°C, è corrosivo per alcuni metalli, macchia i materiali e ha un odore sgradevole. Lo stoccaggio deve avvenire in un luogo fresco, asciutto e ben ventilato a una temperatura inferiore a 25 ºC.
NO + NO2 + 2NH3 > 2 N2 + 3H2O
IL SISTEMA SCR E L’ADDITIVO ADBLUE
L’elettroiniettore dell’AdBlue (sopra) è simile a quelli impiegati per i common rail ed eroga una quantità dosata di fluido nello scarico. E’ attivato da un segnale dell’ECM (Engine Control Modul) e dotato di alette per il raffreddamento. Se la temperatura supera i 160°C viene raffreddato iniettando una maggiore quantità di additivo. La temperatura dell’iniettore viene definita in base alla temperatura dei gas di scarico e alla resistenza della bobina dell’iniettore. L’iniettore viene attivato se la temperatura dell’SCR è superiore a 100°C e la velocità dell’auto è superiore a 8-10 km/h. Il consumo medio di AdBlue è circa il 3-5% del consumo di gasolio. La normativa europea prescrive che il motore non possa avviarsi nel caso di esaurimento del fluido. Quindi sul display della strumentazione appare in anticipo un segnale di basso livello di additivo. Nell’impossibilità di raggiungere un’officina è possibile rabboccare il serbatoio utilizzando i flaconi diffusi in commercio.
