Негативное влияние автотранспорта на окружающую среду

Страны, присоединившиеся к Соглашению, используют Правила ЕЭК при сертификационных испытаниях дорожных транспортных средств. Каждая сторона вправе принять все правила или часть их, о чем она по установленной процедуре уведомляет ЕЭК ООН за год до прекращения использования того или иного правила, направляя уведомление на имя Генерального секретаря ООН.

Среди правил ЕЭК и  так называемые Европейские стандарты  на загрязнения, производимые автомобильным  транспортом. Согласно этим правилам и  поправкам к нимвыделяют несколько типов стандартов "Евро" (Euro), которые отличаются предельными значениями загрязняющих веществ, производимых автомобильным транспортом.

Европейские экологические  стандарты (нормы "Евро") регламентируют содержание в выхлопе автомобилей  углеводородов, оксидов азота, угарного газа и твердых частиц. Содержание в выхлопе углекислого газа не оговаривается, однако Еврокомиссия предлагает ввести с 2012 года норму в 120 г/км. Различаются нормы для дизельных и бензиновых моторов, а также для легковых, легких коммерческих автомобилей разной массы, грузовиков и автобусов.

Стандарт "Евро–1" предусматривает  выброс бензиновым двигателем оксида углерода (СО) не более 2,72 г/км, углеводородов (СН) – не более 0,72 г/км, оксидов азота (NO) – не более 0,27 г/км. "Евро–1" действовал в Европе с 1992 года, а в 1995 году его сменил более жесткий – "Евро–2".

В стандарте "Евро–2" были ужесточены почти в 3 раза нормы  по содержанию в выхлопе углеводородов, они стали равны 0,29 г/км. Экологический  стандарт "Евро–2" был принят правительством России осенью 2005 года.

Стандарт "Евро–3" –  это снижение уровня выбросов по сравнению  с "Евро–2" на 30–40 %. В "Евро–3" предусматривается максимальный выброс СО в количестве 0,64 г на километр пробега для легковых автомобилей.

По данным специалистов, "Евро–3" позволяет снизить уровень "грязных" выбросов по сравнению с "Евро–2" на 20 %. Стандарт "Евро–3" был введен в Евросоюзе в 1999 году, в России – с 1 января 2008 года.

Стандарт "Евро–4" жестче уровня "Евро–3" на 65 – 70%. Он был  введен в Евросоюзе в 2005 году. Стандарт "Евро–4" позволяет снизить выброс в атмосферу вредных веществ на 40 % по сравнению со стандартом "Евро–3".

Стандарт "Евро–4" предусматривает  снижение выбросов СО по сравнению  с "Евро–3" в 2,3 раза, а углеводородов  – в 2 раза.

"Евро–4" уменьшает  содержание окиси азота в выхлопе  на 30%, а твердых частиц – на 80%, содержание серы на 0,005%, ароматических  углеводородов на 35%, бензола на 1%.

Стандарт "Евро–5" предусматривает  для бензиновых двигателей снижение окисей азота и углеводородов на 25%, а для дизельных – снижение на 80% выбросов сажи и на 20% - окисей азота.

"Евро–5" также предусматривает  сокращение выброса твердых частиц  в выхлопных газах с нынешних 25мг/км ("Евро–4") до 5 мг/км. Это  касается прежде всего дизелей.  Содержание угарного газа в выхлопе дизелей должно сократиться на 20%, а у бензиновых двигателей – на 25%. Кроме того, уменьшены сроки эксплуатации катализаторов и установлены сроки эксплуатации для сажевых фильтров.

Стандарт "Евро–5" был  введен в 27 странах ЕС 1 cентября 2009 года [2].

4.2 Использование альтернативных видов топлива, как способ уменьшения токсичности отработавших газов

 

Растущий интерес к  альтернативным видам топлива для  легковых и грузовых автомобилей  обусловлен тремя существенными  соображениями:

 -альтернативные виды топлива, как правило, дают меньше выбросов, усиливающих смог, загрязнение воздуха и глобальное потепление;

-большинство альтернативных видов топлива производится из неисчерпаемых запасов;

-использование альтернативных видов топлива позволяет любому государству повысить энергетическую независимость и безопасность [18].

1) Природный газ.

Природный газ представляет собой альтернативный вид топлива, которое полностью сгорает и уже сейчас повсеместно доступно потребителям многих стран за счет снабжения природным газом домов и производственных объектов. При использовании в транспортных средствах, работающих на природном газе (автомобилях и грузовиках со специально спроектированными двигателями), природный газ дает значительно меньше вредных выбросов, чем бензин или дизельное топливо [19].

2) Электричество.

Электричество может  использоваться в качестве альтернативного вида топлива для транспортных средств с питанием от аккумуляторных батарей, или работающих на топливных элементах. Работающие от батарей электрические транспортные средства накапливают энергию в батареях, которые заряжаются путем подключения транспортного средства к стандартному источнику питания. Транспортные средства на топливных элементах работают на электрической энергии, которая вырабатывается за счет электрохимической реакции, имеющей место при соединении водорода и кислорода. Топливные элементы производят электроэнергию без внутреннего сгорания и загрязнения окружающей среды [20].

3) Водород.

Водород можно смешивать  с природным газом для создания альтернативного вида топлива для  транспортных средств, в которых  используются некоторые виды двигателей внутреннего сгорания. Водород также используется в транспортных средствах с топливными элементами, работающими на электричестве, вырабатываемом в результате реакции, которая происходит при соединении водорода и кислорода в топливной ячейке [19].

4) Пропан.

Пропан, также называемый сжиженным нефтяным газом, представляет собой побочный продукт переработки  природного газа или сырой нефти. Он уже широко используется в качестве топлива при приготовлении пищи и для отопления; пропан также  является распространенным альтернативным видом топлива для транспортных средств. При использовании пропана производится меньше вредных выбросов в атмосферу, чем при использовании бензина, кроме того, имеется высокоразвитая инфраструктура для транспортировки, хранения и распространения пропана.

5) Биодизельное топливо.

Биодизельное топливо  представляет собой альтернативный вид топлива на основе растительных масел или животных жиров, даже тех, которые остаются в ресторанах после  приготовления пищи. Двигатели транспортных средств можно модифицировать так, чтобы можно было сжигать биодизельное топливо в чистом виде; биодизельное топливо можно также смешивать с углеводородным дизельным топливом и использовать в неадаптированных двигателях. Биодизельное топливо безопасно, поддается биохимическому разложению и снижает содержание веществ, загрязняющих воздух таких как, твердые примеси, монооксид углерода и углеводороды.

6) Метанол.

Метанол, также известный, как древесный метиловый спирт, может использоваться в качестве альтернативного вида топлива в транспортных средствах с универсальной топливной системой, которые спроектированы для работы на M85, смеси, содержащей 85% метанола и 15% бензина. Но в наши дни не производят транспортных средств с метаноловыми двигателями. Тем не менее, в будущем метанол может стать важным альтернативным видом топлива в качестве источника водорода, который необходим для работы топливных элементов.

7) Этанол.

Этанол (еще называется этиловым спиртом или хлебным  спиртом) представляет собой альтернативный вид топлива, его можно смешивать с бензином для получения топлива с более высоким октановым числом и меньшим содержанием вредных веществ в выбросах по сравнению с чистым бензином. Этанол производится за счет брожения зерновых продуктов таких как: кукуруза, ячмень или пшеница; и дистилляции. Также его можно производить из многих видов трав и деревьев, хотя здесь технология будет более сложной, в таком случае эго называют биоэтанолом.

В соответствии с Законом  об энергетической политике от 1992 г. смеси, содержащие не менее 85% этанола, считаются альтернативными видами топлива.

E85, смесь состоящая  на 85% из этанола и на 15% из бензина,  используется в транспортных  средствах с универсальной топливной  системой, которые предлагаются  большинством производителей транспортных средств. Транспортные средства с универсальной топливной системой могут работать на бензине, E85, или на любом сочетании этих двух видов топлива.

Смеси с большим содержанием  этанола, такие как E95, также являются отличными альтернативными видами топлива. Смеси с более низкими концентрациями этанола, такие как E10 (10% этанола и 90% бензина), иногда используются для увеличения октанового числа и повышения качества выбросов, но они не рассматриваются как альтернативные виды топлива.

8) Виды топлива серии P.

Топливо серии P представляет собой смесь этанола, газоконденсатной жидкости и метилтетрагидрофурана, вспомогательного растворителя, полученного  из биомассы. Виды топлива серии P представляют собой прозрачные альтернативные виды топлива с высоким октановым числом, которые можно использовать в транспортных средствах с универсальной топливной системой. Топлива серии P можно использовать в чистом виде или в смеси с бензином в любом соотношении путем простого добавления бензина в бак [21].

 

4.3 Рациональная организация движения автотранспорта.

 

Развитие работ по рациональной организации движения автотранспорта в городах, совершенствование дорожного строительства должно обеспечить безостановочного движения на автомагистралях. Значительное влияние на количество выбросов (не считая сжигания топлива и времени) играет организация движения автомобилей в городе (значительная часть выбросов происходит в пробках и на светофорах). При удачной организации возможно применение менее мощных двигателей, при невысоких (экономичных) промежуточных скоростях [22].

 

4.4 Совершенствования системы питания автомобилей.

 

 

Методы, используемые для  снижения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием, делятся на две основные категории: конструктивные методы и очистка отработавших газов. Основные промышленно развитые страны стремятся внедрить у себя строгие нормы предельной токсичности отработавших газов. Выполнение этих норм требует использования систем снижения токсичности, включающих трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, который уже доказал свою эффективность в США, Европе и Японии [23].

Снижение токсичности  методом дозирования топлива. Рабочая смесь, качество которой определяется коэффициентом избытка воздуха λ, оказывает решающее влияние на состав отработавших газов. Двигатель обеспечивает получение максимального крутящего момента при λ = 0,9 – эта величина обычно программируется для режима полной нагрузки двигателя. Оптимальная топливная экономичность достигается при смесях, характеризующихся λ = 1,1. Это совпадает с возможностью получения низких выбросов CO и CH. Однако выбросы оксидов азота (NOx) при этом оказываются максимальными. Коэффициент избытка воздуха λ = 0,9 … 1,05 выбирается для режима холостого хода двигателя. Слишком обедненная смесь приводит к появлению пропусков воспламенения, а так как смесь постепенно обедняется и далее, это влечет за собой быстрое увеличение выбросов СН. Для предотвращения работы двигателя на сверхвысоких оборотах, когда требуется постоянное использование богатой смеси, осуществляется полное прекращение подачи топлива к двигателю. Системы впрыска топлива позволяют добиться более точного контроля за составом смеси и значительно снизить количество выбросов отработавших газов [24].

Снижение токсичности  отработавших газов точным смесеобразованием. Однородность смеси, ее послойное распределение и температура в зоне свечи являются основными факторами при определении способности смеси к воспламенению и последующему сгоранию с соответствующим влиянием на состав отработавших газов. Однородные смеси и регулируемое послойное смесеобразование (богатая смесь у свечи зажигания и бедная смесь вблизи стенок камеры сгорания) представляют два пути совершенствования процесса смесеобразования. На двигателях с одноточечным впрыском топлива для предотвращения отложения пленки топлива на стенках впускного трубопровода используется предварительный нагрев воздуха и впускного трубопровода [25].

Изменение фаз  газораспределения. Большой угол перекрытия клапанов (при раннем открытии впускного клапана) позволяет увеличить внутреннюю рециркуляцию отработавших газов и поэтому может помочь в снижении выбросов NOx. Однако, так как рециркулирующие отработавшие газы вытесняют свежую топливовоздушную смесь, то раннее открытие впускного клапана также ведет к уменьшению максимального крутящего момента. Кроме того, чрезмерная рециркуляция отработавших газов, особенно при работе двигателя на холостом ходу, может стать причиной перебоев в зажигании, что, в свою очередь, приводит к увеличению выбросов  углеводородов . Оптимальным решением является применение изменяемых фаз газораспределения, когда фазы газораспределения варьируются для оптимального  приспосабливания процесса сгорания к условиям работы двигателя. Влияние степени сжатия на количество токсичных компонентов отработавших газов. Ранее считалось, что повышение термического коэффициента полезного действия путем роста степени сжатия представляется эффективным мероприятием для улучшения топливной экономичности. Однако при этом одновременно увеличивается и максимальная температура сгорания, которая вызывает более высокую концентрацию выбросов NOx [24].

Конструкция камеры сгорания. Снижение выбросов CH обеспечивается компактной камерой сгорания, имеющей минимальную площадь поверхности с отсутствием выемок. Центральное расположение свечи зажигания обеспечивает короткий путь распространения пламени, позволяя получить быстрое и относительно полное сгорание рабочей смеси, что приводит, кроме низких выбросов CH, к пониженному расходу топлива. Турбулизация рабочей смеси в камере сгорания обеспечивает более быстрое сгорание. Кроме создания двигателей, способных работать на обедненных смесях, оптимизация формы камеры сгорания дает возможность снизить концентрацию CH при λ = 1. Создания вихревого движения смеси во впускном канале и оптимизация формы камеры сгорания позволяют использовать переобедненные рабочие смеси (λ = 1,4…1,6). Такие двигатели характеризуются низкой токсичностью и очень хорошей экономичностью, они не нуждаются в каталитической очистке отработавших газов. Разработки в области снижения выбросов NOx у двигателей, работающих на переобедненных смесях, еще находятся в начальной стадии. Такие двигатели вплоть до настоящего времени с успехом применялись в Европе и Японии. Имелось только несколько моделей, использующих концепцию обедненных смесей, когда достигался компромисс между токсичностью отработавших газов и расходом топлива [23].