Le marmitte catalitiche funzionano grazie alla riduzione chimica degli inquinanti, che passano a stretto contatto con materiali altamente specifici e costosi quali palladio, platino e rodio, metalli che ad alte temperature sono in grado di spezzare i legami delle molecole inquinanti riducendole in composti meno dannosi per la salute degli organismi viventi. Parlando molto schematicamente, i metalli catalizzatori contribuiscono alla riduzione degli ossidi di azoto in azoto molecolare, contemporaneamente aiutano la reazione di ossidazione di monossido di carbonio e idrocarburi incombusti per trasformarli in CO2 e acqua. La reazione di riduzione e quella di ossidazione avvengono in ambienti chicamente diversi in natura, la sfida tecnologica consiste nel far avvenire queste reazioni nello stesso ambiente chimico e a temperature relativamente basse. Infatti le reazioni che smantellano gli inquinanti hanno un rendimento ottimale intorno ai 500°C. Per raggiungere determinate temperature in tempi brevi si possono preriscaldare i gas di scarico con resistenze elettriche, ma ciò non basta a lasciar sfuggire una buona dose di inquinanti quando la marmitta è ancora fredda.
Per loro natura, le marmitte catalitiche hanno bisogno di operare in determinate condizioni di concentrazione aria-combusto; motivo per cui si sono dovuti adottare sistemi automatici di immissione dei combustibili ed è caduto in disuso il consumo della benzina con piombo, elemento molto inquinante che rovina velocemente ed irreversibilmente il funzionamento dei metalli catalizzatori, inizialmente usato anch'esso come catalizzatore, ma nella reazione di combustione nel cilindro del motore.
Una scelta costosa, quindi, non solo in materia di realizzazione, ma anche di ricerca tecnologica e scelta dei combustibili che ha comportato la revisione del sistema di alimentazione delle nostre automobili.
Altri accorgimenti tecnologici sono stati adottati per ridurre la produzione di ossidi di azoto, nella fattispecie dei motori diesel che sono costretti a lavorare a regimi differenti da quelli a benzina. In questo caso si adottano accorgimenti tecnici quali l'EGR (Exaust Gas Recirculation), ovvero l'emissione di una piccola quantità di gas di scarico nella camera di scoppio. Questo basta ad abbassare la temperatura nella camera di scoppio e abbatte notevolmente la produzione di NOx.
Il motore diesel, purtroppo, ha uno svantaggio non trascurabile: l'emissione del particolato, che consiste in piccoli nuclei di carbone a cui sono attaccati idrocarburi, metalli, composti dello zolfo, ecc. Tali particelle sono diventate sempre più piccole grazie alle innovazioni tecnologiche di iniezione di combustibile, come il Common Rail, fino a raggiungere le dimensioni di qualche millesimo di millimetro, che le fa rientrare nella categoria dei PM10.
Per questo motivo le case automobilistiche hanno introdotto il FAP, ovvero il filtro antiparticolato, che trattiene le polveri sottili grazie alla sua particolare struttura e, periodicamente, viene ripulito bruciando le polveri intrappolate in modo del tutto automatico. Le particelle intrappolate nel filtro bruciano naturalmente ad una temperatura di circa 500°C, abbassata a 450°C dall'ossido di cerio, o cerina, per evitare eccessivi stress termici; inoltre la cerina aiuta la formazione di particelle di dimensione maggiore che ne facilita la cattura. In città, dove le temperature dei gas di scarico non superano i 200°C ci si avvale di una centralina di micro post-inizione, che permette al combustibile di cominciare a bruciare nel cilindro del motore e finire la combustione in prossimità del filtro per poter innescare la reazione di combustione delle particelle intrappolate.
Le controversie sono parecchie: innanzitutto il FAP non interviene efficacemente sull'emissione di polveri ultrafini e nanopolveri, prodotte anche dalla combustione di PM10, la cui capacità inquinante è ancora in fase di studio, ma sicuramente sono molto pericolose in quanto sono più difficili da bloccare per le difese naturali degli organismi viventi; inoltre l'efficenza del motore e del filtro stesso non è garantita efficacemente durante il periodo antecedente alla rigenerazione, ovvero quando il motore deve far fronte ad una maggiore pressione del gas in uscita. I consumi nella fase di rigenerazione del filtro sono sicuramente più alti, alcune fonti parlano addirittura del doppio, mentre si parla anche di malfunzionamenti nelle zone urbane dove i gas di scarico non raggiungono mai le temperature necessarie alla combustione delle polveri intrappolate.
Questi essenzialmente sono i motivi per cui le case automobilistiche stanno cercando di spingere la ricerca verso l'eliminazione del problema alla sorgente: abbattere la produzione degli inquinanti nel momento in cui vengono generati, cioè nella camera di scoppio, rendendo sempre più efficente la reazione di combustione.
