Загрязнение окружающей среды автотранспортом

А также в ближайшее время объемы потребления энергетических ресурсов останутся на нынешнем уровне очень близко к абсурду. Потому что за последние пятьдесят лет развитие технологий потребовало увеличения объемов потребляемой энергии в пять раз.

В настоящее время  только российский автопарк (более 34 млн. ед.) ежегодно с отработавшими газами выбрасывает 14 млн. т. вредных веществ (СО, СН и др.), что составляет 40% от промышленных выбросов в атмосферу. Загрязняют отработавшими газами атмосферу и двигатели внутреннего сгорания дорожно-строительных и сельскохозяйственных машин. В результате этого в Российской Федерации в среднесрочной перспективе до 2015 года будут наблюдаться следующие тенденции: существенное ухудшение качества жизни в Москве, Санкт - Петербурге, а также и в других городах миллионщиках из-за резкого увеличения неблагоприятных экологических факторов; ухудшение здоровья горожан; отток населения в пригороды городов; принятие на государственном уровне действенных мер по контролю над выбросами вредных веществ в атмосферу. Возможно для решения этой проблемы, а также и проблемы теплового загрязнения атмосферы, например, создание межгосударственного органа по экологическому контролю.

Истощение и загрязнение природной  среды ведут к разрушению экологических связей, образованию районов и регионов с полностью или частично деградированной природной средой, не способной осуществлять обмен веществ и энергии. Наиболее ярким примером такой деградации является Арал, который медленно умирает из-за отсутствия необходимого стока вод от двух мощных среднеазиатских рек. Деградированы степи Калмыкии в результате нерационального использования земли, перегрузки пастьбой скота, что полностью лишило почвы растительности, которая удерживала почвенный покров.

 

• Меры по снижению загрязнения  воздуха

 

Мероприятия по охране атмосферы разделяются  на три группы. К первой группе относятся  мероприятия по снижению вредных  веществ поступающих в атмосферу. Для этого улучшают качество топлива, для полного сжигания топлива используют присадок к топливу, обеспечивающий быстрое сгорание топлива. К мерам борьбы с загрязнением воздуха выхлопными газами автомобиля относятся улучшение карбюрации, электронная схема сжигания, использование роторных двигателей. Сейчас данные меры по экологизации машин проводится крупными масштабами, особенно автомобильными компаниями такими как Тойота и Форд.

Вторая группа включает в себя мероприятия  по защите окружающей среды с помощью  обработки и удаления вредных  выбросов. К ним относятся:

1. Очистные сооружения (фильтры, пылеулавливатели) 
2. Бактериальное размножение загрязнителей 
3. Растительное поглощение загрязнителей (отбор растений поглощающих вредные вещества)

4. Сооружения на промышленных  предприятиях сверхвысоких труб

5. Гидротермические и турбулентных условий нейтрализации и рассеяния вредных выбросов. При слабой турбулентности воздуха над городом образуется смог.

Третья группа мероприятий  предполагает правильное размещение “грязных” производств вдали от природных богатств. 

Вот рейтинг первых 20 способов улучшения экологии Земли: 
 
1.Повысить эффективность электрического энергопотребления. 
2.Религиозные лидеры должны сделать сферу экологии главной для своих концессий. 
3.Широко использовать экологически чистую солнечную энергию во всем мире. 
4.Соблюдать соглашение об уменьшении парникового эффекта, связанного с выбросом в атмосферу промышленных отходов и грозящего глобальным потеплением. 
5. Поощрять домашние хозяйства использовать собственные, экологически чистые источники энергии. 
6. Ввести налоговые стимулы для поощрения «зеленой энергии». 
7.Решить проблему быстрого роста углеродной эмиссии в авиации. 
8.Освободиться от нефтяной зависимости. 
9.Поощрять потребителей покупать меньше несущественных для жизни предметов. 
10.Улучшить работу общественного транспорта. 
11.Избавляться от излишеств моды и стремиться к «минимальной», экологически чистой культуре. 
12.Ввести эффективное энергопотребление во всех жилых домах и учреждениях. 
13.Ввести модель экономического успеха, при котором соблюдены все требования экологии. 
14.Использовать огромный британский потенциал для производства возобновляемой энергии. 
15.Искать альтернативные источники энергии. 
16.Снизить образование углекислого газа на электростанциях. 
17.Поощрять создание водородного топлива для автомобилей. 
18.Разработать политику правительств по управлению приростом населения. 
19.Достигнуть международного соглашения по сохранению тропических лесов. 
20.Создать стимулы для снижения домашнего энергопотребления.

 

Единственным выходом  из создавшейся ситуации является развитие технологий по использованию альтернативной энергетики, основанной на использовании возобновимых энергоисточников, таких как солнечный свет, ветер и биогаз. Теоретические объемы получения энергии из них просто колоссальны. Например, Россия получает за три дня солнечной энергии больше, чем генерируется всеми ее вместе взятыми электростанциями. Только вот присвоить такую энергию – главная проблема. Но самое широкое распространение в Европе получило ветроэнергетика. Возродившийся в середине 20 века интерес к разработке установок ветроэнергетики привел к тому, что пейзаж северных равнинных районов Германии сейчас сложно представить без торчащих из земли белоснежных ветряков, размеренно вращающих своими лопастями.

•  Меры по снижению загрязнения воздуха выбросами автотранспорта

 

Диметиловый эфир. Альтернативным, но пока не перспективным топливом для дизельных двигателей является диметиловый эфир. Он производится из природного газа, из которого сначала получают метанол, а затем диметиловый эфир. ДМЭ имеет свойства аналогичные свойствам дизельного топлива.

Работа дизельного двигателя внутреннего  сгорания на ДМЭ обеспечивает снижение содержания в отработавших газах: СН в 3 раза; СО в 5 раз; NО_х в 2,5 раза. В состав двухтопливной системы, работающей на дизтопливе либо на диметиловом эфире, который впрыскивается в камеры сгорания под давлением примерно 10-15 кгс/см² работающей на сжиженном нефтяном газе.

Биотопливо. Вопросы внедрения биотоплива относятся, в основном, к пока медленно развиваемой у нас биоэнергетике. Перспективным альтернативным топливом для двигателей является биотопливо. Недостатком его является некоторое загрязнение атмосферы при его производстве. Необходимо отметить, что наиболее значительными продуктами биотоплива являются биоэтанол – жидкое спиртовое топливо (безводный спирт) и биодизель – эфиры растительных масел или животных жиров, получаемых в результате химической реакции масла или жира с метанолом.

Водород. Перспективным альтернативным топливом для двигателй примерно к 2020 г. может стать водород.

Водород, используемый в виде жидкости. Она может храниться на АТС в емкостях (в сжиженном состоянии). При сжижении объем водорода уменьшается в 60 раз, что приводит к сжатию его до давления 60 МПа. Жидкий водород находится в емкости под давлением примерно 6 кгс/см² и подобен газообразному, сжатому до 60 МПа. Криогенные емкости, обычно представляют собой баки, вставленные один в другой, причем между которыми находится вакуум, а также имеется и порошковая изоляция. Водород во внутреннем баке находится в сжиженном охлажденном примерно до — 160°С состоянии. Суточная испаряемость сжиженного водородного топлива составляет примерно 3% от объема хранимого в баке топлива. С течением времени часть расширившегося водорода может поступать либо в двигатель, либо через соответствующий клапан стравливаться в атмосферу.

Имеются двигатели, в которых жидкий водород может сжигаться аналогично сжатому природному газу, причем при этом в атмосферу поступает безвредный водяной пар.

Для заправки автотранспортного  средства жидким водородом необходимо создание криогенных заправочных станций.

Недостатком является то, что при  насыщении металлических деталей двигателя водородом они становятся хрупкими. Кроме того, недостатком является и то, что смесь газообразного водорода с кислородом воздуха в широком диапазоне концентраций образует взрывоопасный гремучий газ, поэтому требуется полная герметизация системы топливоподачи, а также следует для сброса избыточного давления в баке и исключения утечек водорода при его заправке применять системы с каталитическими дожигателями.

Также имеются двигатели Стирлинга, которые могут работать на водородном топливе, но разработки их пока не завершены.

Сланцевый газ, компримированный (сжатый) и сжиженный природный газ, сжиженный нефтяной газ. Сланцевый газ добывается из сланцевых пород, запасы которых в Российской Федерации и за рубежом огромны. При добыче этого газа сначала выполняется бурение наклонных (почти вертикальных) скважин в сланцевой породе, через которые производятся микровзрывы («гидровзрывы пласта»), а при этом через пробуренные скважины добывается сланцевый газ. Он пригоден для работы двигателей и используется пока в основном в США. Для его успешного использования у нас необходимо значительное количество буровых, перемещаемых на специальных прицепах, а также наличие в местах добычи развитой газопроводной сети. Следует отметить, что, например, в условиях штата Техас (США) его использование не наносит ущерба экологии, но, например, если пласты сланцевых пород залегают на территориях, где имеется промышленное производство, дома, то добывать сланцевый газ там не представляется возможным.

Бензиновый (карбюраторный) двигатель

Улучшение экологических  характеристик бензинового двигателя, прежде всего, связано с уменьшением  основных газов эмиссии: углеводородов  СН, угарного газа СО и окислов азота NOx .

Для комплексной системы  контроля эмиссии на автомобиле должны использоваться:

- соответствующее топливо

- система электронного контроля зажигания

- *каталитический конвертер

- бортовая диагностическая система

При этом подразумевается  правильное содержание и эксплуатация автомобиля. В противном случае использование  технических средств не будет иметь результата.

*Каталитический конвертер - устройство выхлопной системы автомобиля преобразующее токсичные газы выхлопов в безвредные путем химической реакции.

При использовании каталитического  конвертера необходимо использовать бензин без содержания свинца Pb для предотвращения засорения катализатора свинцом (С октановым числом не ниже АИ-95).

При использовании таких  систем количество вредных выбросов минимально. Иногда при плохом качестве окружающего воздуха выхлопные  оказываются газы даже чище.

Однако, даже оснащенный такими комплексными системами, автомобиль имеет очень высокую эмиссию  в первые минуты поездки, когда двигатель  еще не прогрелся до рабочей температуры  и катализатор не функционирует. В настоящее время, усилия технологов сконцентрированы именно на этом отрезке цикла движения автомобиля. Но уже сегодня возможно достичь прогрева до рабочей температуры для начала действия катализатора менее чем через 500 метров пути, при старте автомобиля с холодным двигателем.

 

 

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель - наиболее распространенная альтернатива бензинового  двигателя. Эффективность использования  топлива в нем улучшена с 30% (30е  годы) до 45% (сегодня).

Сравнительная эффективность  карбюраторных двигателей сегодня  немногим более 30%.

Улучшение достигалось в четыре последовательных этапа:

- прямое впрыскивание

- *турбокомпрессор

- комбинация турбокомпрессора с теплообменником промежуточного охлаждения

- турбодвигатель

*Турбокомпрессор - устройство, позволяющее повысить мощность двигателя с минимальным увеличением массы. Турбокомпрессор забирает тепловую энергию выхлопных газов и использует ее для сжатия воздушно-топливной смеси, существенно увеличивая мощность двигателя.

За последние 10 лет  эмиссия окислов азота и твердых  составляющих от работы дизельного двигателя была уменьшена примерно на 50%. Понижая температуру вспышки, уровень выбросов окислов азота может быть сокращен еще больше.

Так же, как и бензин, дизельное топливо нуждается  в лучшей очистке. Стандартное дизельное  топливо содержит слишком высокий уровень ароматических углеводородов и серы. Однако в последнее время продолжается работа по созданию “экологического дизельного топлива”, в котором содержание серы уже уменьшено с 0.1-0.3% до 0.001%, т.е. в 1000 раз.

При использовании топлива с низким содержанием серы становится возможным использовать окисляющий каталитический конвертер совместно с дизельными двигателями. При этом содержание углеводородов и угарного газа в эмиссии уменьшается до уровня, достигнутого карбюраторными двигателями.

• Воздействие  газов на человеческий организм

 

Влияние озона на организм человека.

Озон — газ, токсичный  при вдыхании. Он раздражает слизистую  оболочку глаз и дыхательных путей, повреждает сурфактант легких. Последовательность болезненных проявлений при вдыхании озона была описана Флюгге. Сначала наступает сонливость, затем изменяется дыхание: оно становится глубоким, неритмичным. В конце появляются перерывы в дыхании. Смерть наступает, видимо, в результате паралича дыхания. 
 
 Патологоанатомические исследования показали характерную картину отравления озоном: кровь не свертывается, легкие пронизаны множеством сливных кровоизлияний. 
 
 Вследствие этого установлена предельно допустимая концентрация (ПДК) озона в воздухе рабочего помещения 0,1 мг/м2, что в 10 раз больше обонятельного порога для человека. При наружном (на кожные покровы и раневую поверхность), энтеральном и парентеральном введении в терапевтическом диапазоне концентраций озон не оказывает токсического действия на организм человека.