Загрязнение автомобилями атмосферного воздуха

Введение

Проблемы экологической  безопасности автомобильного транспорта являются составной частью экологической  безопасности страны. Значимость и  острота этой проблемы растет с каждым годом. Рост автопарка, изменение форм собственности и видов деятельности существенно не повлияли на характер воздействия автотранспорта на окружающую среду. Вызывает тревогу тот факт, что, несмотря на проводимую работу, выбросы  загрязняющих веществ в атмосферу  от автотранспортных средств увеличиваются  в год в среднем на 3,1%.

Необходимо отметить, что  остро стоит проблема загрязнения  не только атмосферного воздуха, но и  воздуха салона автотранспортного средства (АТС).

Под воздействием автотранспорта на окружающую среду следует понимать влияние его на гидросферу, атмосферу, здоровье населения.

Согласно ФЗ № 7 "Об охране окружающей среды" от 10 января 2002 года, каждый гражданин имеет право  на благоприятную окружающую среду, каждый обязан сохранять природу  и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам, которые  являются основой устойчивого развития, жизни и деятельности народов, проживающих  на территории Российской Федерации.

Среди отраслей экономики  России транспортный комплекс является крупнейшим загрязнителем окружающей среды. В масштабах страны доля транспорта в суммарных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу от всех источников достигает 45%, в выбросах парниковых газов - примерно 10%, в массе промышленных отходов - 2%, в сбросах вредных  веществ со сточными водами - около 3%, в потреблении озоноразрушающих веществ - не более 5%.

Основная причина загрязнения  воздуха от автотранспорта заключается  в неполном и неравномерном сгорании топлива. Объемы загрязнений зависят  от вида применяемых топлив, режимов  работы двигателя, его технического состояния и условий движения автомобиля.

По оценке специалистов, автомобили в России за год выбрасывают  в окружающую среду почти 17 млн. т  вредных веществ, что представляет серьезную угрозу для населения и природы.

В среднем один автомобиль за год эксплуатации выделяет в атмосферу  около 200 кг CO, 60 кг NOx, 40 кг CxHy, 3 кг металлической и резиновой пыли, 2 кг SO2, 0,5 кг Pb, а также до 2 г бенз (а) пирена. Все это сопровождается выделением большого количества теплоты (до 60 ГДж) и акустическим загрязнением.

На окружающую среду все  увеличивающееся отрицательное  влияние транспортный комплекс оказывает  как на локальном и региональном, так и на глобальном уровне. На локальном  уровне - токсичные выбросы и сбросы в атмосферу и гидросферу, в первую очередь, крупных городов, в которых сосредоточена большая часть автотранспорта, акустические и вибрационные воздействия легкового и грузового автотранспорта на прилегающие к автотрассам населенные пункты, загрязнение акваторий и подземных вод, загрязнение почв, особенно вдоль автомобильных дорог. На региональном уровне - выпадение кислотных дождей из-за выбросов оксидов азота и серы двигателями транспортных машин, вывод из сельскохозяйственного оборота земель вдоль автомобильных трасс, а также земель под объектами добычи полезных ископаемых, используемых при производстве и эксплуатации объектов автотранспортного комплекса. Влияние на глобальном уровне также связано с воздействием автотранспорта на озоновый слой, с парниковым эффектом. Кроме того, обеспечение производства и эксплуатации транспортных машин связано с ежегодным перемещением миллиардов тонн горных пород.

Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от автомобильного транспорта превышает  таковой от всех других источников, особенно в крупных городах. Данное обстоятельство отрицательно сказывается  на здоровье городского населения.

Наибольший вред наносят  личные автомобили, так как загрязнение  среды при поездке на автобусе в пересчете на одного пассажира  примерно в 4 раза меньше.

Вредное воздействие автотранспортного  средства на человека следует оценивать  не только по фоновому загрязнению  воздуха, загрязнению воздушной  среды над проезжей частью дорог, но и как оказалось в салонах  автомобильно-транспортных средств, так  как загрязнение воздушной среды  над проезжей частью дорог значительно  выше фонового, а в салонах АТС  оно может быть в несколько  раз больше, чем снаружи.

1.1 Анализ загрязнения  окружающей среды автотранспортом в мире

В последние годы проблема загрязнения воздуха автотранспортом  в городах большинства стран  мира принимает угрожающий характер.

Одним из элементов автотранспортного  комплекса (АТК) является непрерывно растущий автомобильный парк: в настоящее  время в мире эксплуатируется  более 800 млн. автомобилей, в Европе - свыше 100 млн., в России - 33,4 млн. Из них 83-85 % составляют легковые автомобили и 15-17 % - грузовые и автобусы. Ежегодное  производство легковых автомобилей  в мире за последние 50 лет увеличилось  в 5,5 раза и, например, в 2002 г. составило 60 млн. ед., в том числе в странах  ЕС - 16,9 млн. При этом рост объемов  выпуска АТС продолжается. В результате они ежегодно потребляют 2,1 млрд. т  топлива и выбрасывают в атмосферу ~700 млн. т вредных веществ, т.е.1,3 т/год  на один среднестатистический автомобиль. Поэтому и доля автомобильного транспорта в общем загрязнении атмосферы в развитых странах достигала в среднем 45-50 %, России - 40, городах - 50-60, мегаполисах - до 85-90 %. А если взять загрязнения, вносимые всеми видами транспорта, то они у нас распределяются следующим образом: автомобильный - 85,0 %, морской и речной - 5,3, воздушный - 3,7, железнодорожный - 3,5, сельскохозяйственный - 2,5 %. Вторым элементом АТК является производственно-техническая база (ПТБ), включающая в себя: грузовые терминалы; автовокзалы; автозаправочные станции; автостоянки; гаражно-строительные кооперативы; автомойки; автотранспортные предприятия; станции технического обслуживания автомобилей и другие технические объекты, предназначенные для погрузочно-разгрузочных работ, перевозки пассажиров, заправки, хранения, мойки, технического обслуживании и ремонта АТС. Третий элемент АТК - автомобильные дороги, представляющие собой один из важнейших объектов транспортно-коммуникационной инфраструктуры.

Россия присоединилась к  Женевскому соглашению и обязана  выполнять Европейские нормативы  по выбросу вредных веществ автотранспортом, которые периодически ужесточаются (Стокгольмская конвенция, 2002). Истощение  природных энергоресурсов, связанное  с постоянным ростом мирового автомобильного парка, делает актуальной проблему создания экологически безопасных энергетических установок автотранспортных средств.

В Европе в рамках Женевского соглашения в 1970 г. приняты правила 15 и 40 Европейской экономической  комиссии ООН, в которых нормировались выбросы оксида углерода и углеводородов с отработавшими газами (ОГ) автомобилей массой до 3,5 т соответственно.

Автомобильный транспорт  эксплуатируется в различных  климатических условиях, оказывающих  большое влияние на его экологические  показатели. Исследования, проведенные  в США и европейских странах, показали, что выброс оксида углерода и углеводородов при эксплуатации автомобилей с искровым зажиганием при минусовых температурах увеличивается  в 6-10 раз (Звонов и др., 2001). Поэтому  в США и Канаде введено нормирование выбросов оксида углерода при отрицательной температуре предварительно охлажденного до - 7 0С автомобиля. Автомобили, не удовлетворяющие этим нормам, облагаются дополнительным налогом (Быков и др., 2008). В странах ЕС постоянно ужесточаются требования к содержанию в автомобильных бензинах серы, бензола, вводятся нормы на содержание олефиновых и ароматических углеводородов, обязательно применение моющих.

Благодаря улучшению экологических  показателей автомобильных бензинов, изменению углеводородного состава, введению оксигенатов, моющих присадок и т.д. на 30-40 % сокращается содержание токсичных веществ в ОГ. Использование бензинов с улучшенными экологическими показателями позволяет повысить динамические характеристики автомобильного двигателя, значительно увеличить его ресурс и на 2-4 % снизить расход горючего.

Без применения специальных  устройств очистки (фильтров, нейтрализаторов  и др.) при использовании EURO топлива  можно достичь значительного  снижения выбросов твердых частиц и  СО. Существенно снижаются выбросы СО2 (почти в 2 раза). Очевидно, что снижение выбросов сажи может снизить выбросы и наиболее токсичных компонентов, таких, как бенз (а) пирен, количественный выход которого связывают с повышенным содержанием сажи в ОГ транспортных дизелей.

В России расчет выбросов загрязняющих веществ транспортными потоками при движении автомобилей по городским  магистралям проводится в соответствии с требованиями "Методики расчетов выбросов в атмосферу загрязняющих веществ автотранспортом на городских  магистралях.М., 1996", утвержденной Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ и Министерством транспорта РФ. Методика основана на требованиях ОНД – 86.

Выбросы углеводородов, поступающие  в атмосферный воздух от дизельных  автомобилей, нормируются по керосину, от карбюраторных автомобилей - по бензину, от газобаллонных автомобилей, работающих на сжатом природном газе, - по метану.

Согласно ст.22 Федерального закона № 96 "Об охране атмосферного воздуха" установлена обязательность инвентаризации выбросов вредных веществ  и их источников, результаты которой  являются базовой основой работ  и по нормированию выбросов, и по всей воздухоохранной деятельности.

Истощение мировых запасов  нефти и повышение цен на традиционные моторные топлива вынуждают двигателестроителей искать им замену. К этому же подталкивает и постоянно ужесточающиеся требования к токсичности отработавших газов двигателей. В итоге все чаще стали применять так называемые альтернативные топлива - сжатый и сжиженный газы; топлива, получаемые из природного газа, угля и, что самое главное, из возобновляемых источников энергии. Не случайно ЕЭК ООН уже приняла резолюцию о переводе к 2020 г.23 % европейского автотранспорта именно на альтернативные топлива, в том числе 10 % - на природный газ, 8 - на биогаз и 5 % - на водород.

Для описания истории топлива  применяется концепция "от источника  до колеса" (well-to-wheel). Топливная цепь состоит из пяти стадий: выращивание сырья, его транспортировка, производство топлива, его распространение и, наконец, использование в автомобиле.

Загрязнение окружающей среды  выбросами энергетических установок  и транспорта диктует необходимость  перехода на новый вид теплоносителя - водород. Одно из направлений развития экологичной водородной энергетики - комбинированное производство водорода на пылеугольных ТЭС. При этом в топливно-энергетический баланс дополнительно вводится уголь. В качестве топлива может применяться неочищенный водород, например, из коксовых печей, где водород содержит примеси метана. Предполагается в будущем устанавливать водородные двигатели на судах, грузовых автомобилях, автобусах.

Биотопливо в настоящее время разделяется на две категории: этанол, который совместим с бензиновыми двигателями, и биодизельное топливо, которое совместимо с дизельными двигателями на нефтяной основе. Многие виды растений могут давать подходящие для биотоплива урожаи. Этанол в настоящее время изготовляется из двух основных видов исходного сырья: исходного сырья на основе крахмала, такого как кукуруза, зерновые, пшеница, ячмень и сорго обыкновенное; и исходного сырья на основе сахара, такого как сахарный тростник, сахарная свекла, фрукты, цитрусовая меласса и сорго сахарное. Биодизельное топливо имеет более разнообразные виды исходного сырья, чем этанол. Оно получается из масличных культур, главным образом рапса, подсолнечника, сои и пальмового масла, а также животных жиров и отходов растительного происхождения.

Экологически благоприятным  свойством биодизеля является его высокая биоразлагаемость. С экологической точки зрения, самое большое препятствие для использования биодизеля - это заметное увеличение выхлопов NOx при не очень существенном сокращении выбросов других компонентов. Исключением является CO2, по отношению к которому биотопливо считается нейтральным, то есть эти газы находятся на балансе природных процессов: они поглотятся растениями и снова превратятся в растительное сырье.

Этанол несовместим с  некоторыми материалами (пластики, эластомеры, металлы, например, сталь, алюминий и  магний), используемыми в двигателях. Его агрессивность по отношению  к металлам значительно возрастает в присутствии примеси воды.

Этанол подвергается биоразложению, поэтому не представляет особой опасности с точки зрения загрязнения воды и почвы в случае проливов.

Достижение поставленных целей по снижению выброса диоксида углерода требует совершенствования  конструкции автомобиля с целью  снижения расхода топлива, а также  применения альтернативных топлив. Основная роль в снижении выбросов CO2 отводится  повышению топливной экономичности  автомобилей. Вторым по значимости для  снижения выбросов CO2 можно назвать  направление применения биотоплив.

Таким образом, примерно 80-90 % топлива в мире используется в  коммерческих целях на основе близких  технологий. Тем не менее, экологические  показатели процесса использования  топлива для разных стран могут  различаться более чем на порядок.

Проблема утилизации изношенной автомобильной техники имеет  неодинаковую приоритетность в промышленно-экологической  политике различных стран мира. Если, скажем, Россия на переходном этапе  к рыночным отношениям склонна эту  проблему не признавать в качестве первоочередной, то, к примеру, Япония уже не может пренебрежительно относиться к ней и должна придать (и придает) ей надлежащую приоритетность. Но наиболее серьезно решают ее в странах ЕС и, в частности, в Германии, где  практически каждая семья имеет  один или несколько автомобилей  и меняет их в среднем через 5-12 лет. В итоге из эксплуатации ежегодно выводится 2,5 млн. только легковых АТС, которые дают 5 млн. т отходов, реализуемых  в соответствии с решением властей, принятым в 1998г., в формах, не вредящих окружающей среде и подлежащих повторному полезному использованию. Одновременно здесь действует и постановление  о порядке сдачи непригодных  машин на утилизацию, в соответствии с которым работает специализированное объединение, включающее 16 головных предприятий  по бесплатному приему автомобилей  со сроком эксплуатации до 12 лет.

Воздействия, оказываемые  на окружающую среду автомобилями, вышедшими из эксплуатации и неутилизированными, очень разнообразны и разнородны по своей природе (Грачев, 2006). Составляющие автомобиль материалы загрязняют атмосферный  воздух, почву и воду. Это, в свою очередь, приводит к токсическому воздействию  на человека и экосистемы, изменению  климата, эвтрофикации (загрязнению водоёмов водорослями), неприятному запаху и т.д. С другой стороны, автомобиль, вышедший из эксплуатации, а также отходы от автотранспортного комплекса являются источником вторичных ресурсов. Неиспользование этих материалов ведет к истощению абиотических ресурсов (руды, нефти, природного газа, других полезных ископаемых), истощению биотических ресурсов (ресурсов растительного и животного происхождения - дерево, бумага, картон, натуральная кожа), истощению почвы, а также к выводу почвы из сельскохозяйственного обращения из-за организации свалок.