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Trappola LNT vs Catalizzatore SCR

Trappola LNT per abbattere gli NOx

La trappola LNT (Lean NOx Trap) altro non è che un catalizzatore ad accumulo di NOx che opera quindi in maniera discontinua nella trattazione degli ossidi di azoto. In pratica, l’idea è quella di intrappolare gli ossidi di azoto formando un composto chimico nell’interno del catalizzatore. Grazie, infatti, alla sua struttura monolitica gli ossidi di azoto vengono prima accumulati, poi ossidati e infine ridotti. Al suo interno troviamo nello specifico una trappola cosparsa di solfati di bario (siti di nitrati di bario) e una base di Platino utilizzato come catalizzatore ossidante di NO e NO2. Durante l’accumulo (funzionamento del motore con miscela magra lambda > 1) all’interno della trappola gli ossidi di azoto si combinano con l’ossido di bario andando a formare i nitrati di bario che rimangono attaccati alla superficie della matrice della trappola. L’NO presente viene prima ossidato in NO2 dall’azione catalitica del Platino e poi accumulato come nitrato di metalli alcalini. Questa procedura continua fino a quando la capacità di accumulo della trappola si è talmente ridotta da compromettere la generale efficienza di accumulo e conversione.

LNT Trap

A quel punto si innesca la necessità di rigenerare il filtro LNT perché intasato e per farlo si sposta il funzionamento del motore da lambda > 1 (miscela magra), durante la quale gli NOx erano immagazzinati a formare i nitrati, a lambda < 1 (miscela grassa), durante la quale gli NOx verranno ridotti a N2 e rilasciati. In questa fase (brevi intervalli di 2 secondi ogni 60 secondi di funzionamento motore) è presente una tale quantità di sostanze di riduzione (prodotti di parziale combustione CO, H2 e HC) in grado di fissare l’O2 eventualmente penetrato negli elementi di accumulo, produrre il rilascio degli NOx (trasformando i nitrati in carbonati) e, grazie all’azione catalitica del Rodio, ridurre gli NOx rilasciati in N2. In pratica il combustibile assorbe l’ossigeno contenuto nel composto attaccato al nitrato di bario e allo scarico esce azoto semplice. Per ottenere il passaggio da lambda > 1 a lambda < 1 nei motori diesel di solito o si incrementa il ricircolo dei gas di scarico tramite la valvola EGR oppure si esegue una iniezione ritardata oppure ancora si attua uno strozzamento dell’aria in aspirazione.

Catalizzatore SCR per abbattere gli NOx

Il catalizzatore SCR (Selective Catalyst Reduction) è un ulteriore sistema di post trattamento dei gas di scarico che consente l’abbattimento degli NOx. Il sistema SCR, a contrario della trappola LNT, adotta una conversione costante e continua degli NOx in N2. La riduzione catalitica selettiva si basa sul fatto che determinate sostanze in presenza di ossigeno sono in grado di ridurre selettivamente gli ossidi di azoto. Selettivamente significa che in questa situazione l’ossidazione delle sostanze avviene privilegiando l’ossigeno degli ossidi di azoto e non l’ossigeno molecolare presente in percentuale assai maggiore nei gas di scarico. Per funzionare il catalizzatore SCR necessita di un riducente chimico simile all’ammoniaca ma meno tossico. Tali caratteristiche sono state ritrovate nell’Urea o meglio in una soluzione di Urea (32,5%) e di acqua deionizzata (67,5%) denominata AdBlue. Questo additivo liquido viene iniettato nello scarico a monte del catalizzatore SCR dove si mischia con i gas di scarico per formare l’ammoniaca e CO2 per un processo di idrolisi e di termolisi.

SCR Cat

Successivamente l’ammoniaca reagisce con l’ossigeno degli NOx tramite un processo di catalisi per portare gli NOx a N2. Infine, l’ammoniaca tramite un processo di ossidazione reagisce di nuovo con l’ossigeno degli NOx formando H2O e N2. Questo processo però comporta l’introduzione di uno e a volte anche di due ulteriori catalizzatori ossidanti. Non va dimenticato, infatti, che l’adozione di un catalizzatore ossidante a monte del catalizzatore SCR, in grado di ossidare gli NO in NO2, consente un funzionamento ottimale del catalizzatore SCR aumentando del 50% la trasformazione chimica degli NO2 in NOx. La stessa adozione di un catalizzatore ossidante, posto questa volta a valle del catalizzatore SCR, permette di ossidare l’eventuale ammoniaca infiltrata allo scarico in N2 e H2O evitando che questa possa uscire dallo scarico stesso.

LNT VS SCR

EGR Valve

Ma quindi quale delle due soluzioni è la migliore? Una risposta definitiva non la si può dare ma è di certo possibile valutarne gli aspetti positivi e negativi in base alla specifica situazione e allo specifico motore su cui andranno utilizzati. La trappola LNT risulta sicuramente meno complessa e meno ingombrante perché non necessita dell’iniezione di AdBlue, ma d’altro canto necessita di essere installata molto a ridosso del motore o del gruppo di sovralimentazione per poter raggiungere l’esatta temperatura di funzionamento e causa inoltre un maggiore consumo di carburante (+5%) e un aumento degli HC allo scarico per le continue post iniezioni utili a spostare il funzionamento del motore verso una miscela grassa. Il catalizzatore SCR dal canto suo è certamente un sistema più complesso, soggetto a verifica periodica e manutenzione. Presuppone un sistema aggiuntivo sia per lo stoccaggio che per l’iniezione di AdBlue nel sistema e lavora con un additivo che causa corrosione sui metalli, macchia, produce un odore sgradevole, va smaltito seguendo precise regole e congela facilmente sotto i -11° centigradi.

Archivio immagini: Isuzu

 

Author

Matteo Di Lallo

http://www.matteodilallo.tech
Laureato in Ingegneria Meccanica e forte appassionato di motori. Collabora attualmente per alcune realtà del mondo dell'editoria automotive: Autotecnica, Trasporto Commerciale, Giornale del Meccanico, La Mia Auto, Omniauto, Quattroruote, Motori Agricoli, Evo Italia, Automobilismo ed EngBook.

3 Replies to “Trappola LNT vs Catalizzatore SCR”

  1. Come posso ridurre gli ossidi azoto in un auto euro 4 che non ha filtro dpf. I lubrificanti antifumo gasolio riducono anche gli ossidi azoto. Dpf e Lnt hanno la stessa funzione, cioè si tratta di sigle che identificano il medesimo filtro. Rocco Stefanelli da Giuliano di Lecce LE 3920903017

    1. Gli ossidi d’azoto vengono trattati o dal catalizzatore SCR o dalla trappola LNT. Non vengono invece trattati dal filtro antiparticolato (DPF o FAP). I lubrificanti antifumo sono solo una trovata commerciale. DPF e LNT non sono la stessa cosa e non hanno la stessa funzione, il primo tratta il particolato mentre il secondo gli ossidi d’azoto (Nox). L’unico modo per ridurre gli ossidi d’azoto su un auto euro 4 è quello di modificare il sistema di post trattamento dei gas di scarico installandone uno più restrittivo. Ammesso di riuscire a trovarne uno che si possa adattare, la spesa non sarà sicuramente trascurabile.

      1. Perciò i lubrificanti antifumo gasolio cosa fanno….
        Come posso ridurre gli ossidi….
        Utilizzando carburante biodiesel e bioetanolo in % gli ossidi si riducono….

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