Перспективы экологической безопасности автомобильного транспорта

Крупные города, в особенности, являющиеся сосредоточиями промышленного производства, в настоящее время характеризуются наиболее сильным загрязнением воздуха автомобильными выхлопами, составляющими до 40-50% от загрязнения атмосферы. Ситуация усугубляется перемещением и перемешиванием воздушных потоков над городом, а также протеканием в атмосфере физико-химических процессов. Высокой реакционной способностью обладают выбросы в форме аэрозолей и гелей. Вносят вклад в загрязнение атмосферы пыль и сажа, образуемые также в результате работы предприятий, а также в последствие лесных пожаров в летний период.

Последние сорбируют радиоактивные частицы и тяжелые металлы, при осаждении загрязняют городские территории. Но, как уже было сказано, значительную долю загрязнений образуют выхлопы автомобилей, что усугубляет экологическую ситуацию вследствие распространения автотранспорта (в настоящее время в мире активно используется порядка 500 млн. автомобилей [3].

Среди загрязняющих факторов, причиной которых является автомобильный транспорт, следует назвать шумовое загрязнение, виновное в «шумности» крупных городов и промышленных центров, изъятие из оборота земель сельскохозяйственного назначения и уменьшение доли зеленых насаждений. Особенно существенно для городов, испытывающих дефицит площадей и нехваток зеленых насаждений, продукты горения, образующиеся при работе двигателя и химические вещества, использующиеся в работе и обслуживании автомобиля, создают угрозу загрязнения не только атмосферного воздуха, но и воды и почвы.

В конечномтяохдиитоге это негативно влияет как га здоровье человека, так и на состояние окружающей среды в целом. Как следует из [1], в крупныхаекоруйжющгородах именно автомобильныйгакодтранспорт создает более половины загрязняющих воздействийгсекроди на окружающую среду, и главной мишенью являетсязгтаяерлнийатмосфера. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год один автомобиль расходуетаествлдонпорядка 2 т топливастави приблизительно 26-30 т воздуха, в том числеаконц4,5 т кислорода (последнее в 50 раз больше годового потребления человека).

При этом за год автомобильтсьвровыбрасыва-ет в атмосферу: угарныйзгаробнгаз СО – 700 кг. NO 2 – 40 кг. несгоревшие углеводороды – 230 кг. твердые вещества – 2-5 кг. В частности, средистрходпивыбросов можнотеониюшответить свинец, причинойатслокчинмы которому является применение этилированного бензина [1].

Токсичнымиетаолнмвыбросами двигателясаевбрхмыявля-ются отработавшие и картерныеаедгазы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная долягаурнйтоксичных примесей поступаетстчоимв атмосферу с отработавшими газами.

С картерными газами и парамитескхчнийтоплива в атмосферусеатьоч поступает порядка 45% углеводородоввимыот их общего выброса [2]. Преимущественно выбросы в окружающую средуаенйшпроисходят черезгсекродивыпускную систему двигателягатевядлиавтомобиля, но кроме того, хотя и в меньшей степени, через системуаетьунмшвентиляции картера двигателя (картерные газы), а также углеводородными испарениями бензинааеьлднймш из системы питаниятсдвигателя.

Количество опасныхасохпндля здоровья человека выбросов, содержащихся в автомобильных выхлопах, сильно зависитставуокниот технического состояния автомобилей, в частности, от состояния двигателя. При неправильной регулировке карбюраторатаеврбоишчисло выбросовтсеаьдл CO 2 увеличивается в 4-5 раз. Применение этилированногоэестаклронцийбензина становится причиной загрязнения окружающей средысобпсвинцом, попадающегоствьброив атмосферу, Вопросы науки: Естественнонаучные исследования и технический прогресс 84 затем оседающегогатевядлив почву и растения, распространяясь по живым организмаматслокчинпо пищевой цепи. Так, грузовой автомобиль средней грузоподъемностиастевкч выбрасывает порядкасяь2,5-3 кг. свинца в год [1].

На наш взгляд, вопросыасторнпэкологической безопасности автомобильного транспорта являются неотъемлемойтаекж частью экологическойастеябезопасности нашей страны в целом. С ростом технического прогресса, увеличения спросазсаеьвлопнина рынке автомобилей, роста автопарка, развитиемаеяхрнитранспортной инфраструктуры воздействие выбросов автомобильного транспортазствьонмж все более возрастаетасохпныпо сравнению с предыдущими десятилетиями. Можно отметить, что объем выбросов, производимых автомобильнымекрны транспортом, увеличиваетсясена 3,1% каждый год.

Таким образом, проблема увеличения загрязнения окружающей среды и атмосферыврод автомобильным транспортом остается не только не решенной, но фак- тически, остается в наследство нашим потомкам – к сожалению, пока обычныйаспо-соб «решения» экологическихеолб проблем. Тем не менее, можно выделить некоторые вероятныееолбвозможные путитесокхчинырешения для поставленной задачи. В ближайшей перспективе - создание и расширение производства автомобилейтаесявулчис высокоэкономичным и малотоксичнымтаьолкдвигателями; использование дизельныхдлондвигателей и двигателей на природном газе; – создание и внедрениетеолчиэффективных системтарохбинейтрали-зации отработанных газов; – снижение токсичности моторных топлив.

В дальнейшей перспективе:

– развитие общественноготасевтранспорта, в частности городскогоеэлектротранспорта;

– разработка частного транспорта, работающего на альтернативныхсокпиисточниках энергии,например, на электроэнергии;

– разработкаеатсвяодрпижюи создание эко логичных источников энергии (солнечная, приливная, геотермальная и т.д.), в дальнейшемаеклппотребляемая общественным и частнымеэлектротранспортом.

К сожалению, эти мероприятия являются задачами далекойаелонж перспективы, особеннозар в условиях нынешних экономическихереалий.

Основными направлениями работ в области защитызаобрхпныатмосферы от загрязнения выбросами автотранспорта являются:

– создание и расширение производства автомобилей с высокоэкономичным и малотоксичнымзевлчнидвигателями, в том числе дальнейшая дизелизация автомобилей;

• –    развитие работ по созданию и внедрению эффективных системтсьлуижнейтрализации отработанных газов;

• –    снижение токсичностиеходмоторных топлив;

  – развитие работ по рациональной организациизаствидвижения автотранспортаеролпнмышв городах, совершенствованию дорожного строительства с целью обеспечения безостановочного движения на автомагистралях

.

К трудностям очисткитесокхчингазов от загрязнителей относитсязтарокбв первую очередь то, что объемы промышленных газов, выбрасываемыхстьлуижв атмосферу, огромны. Например, крупная теплоэлектроцентраль способна в один час выбросить в атмосферу до 1 млрд. куб. метровствьброигазов. Поэтому даже при весьма высокойзаобрхстепени очистки отходящих газов количество загрязняющегостьлуивещества, поступающеготяодхив воздушный бассейн, будетеролпнмышоцениваться значительной величиной.

Кроме того, нет единогоаеьлднйуниверсально-го методасобпочистки для всех загрязнителей. Эффективный метод очистки отходящих газов от одногоакбизагрязняющего вещества может оказаться бесполезнымаеьдлнйпо отношению к другим загрязнителям. Или метод, хорошо оправдавшийтсаорнпсебя в конкретных условиях (например, в строгостаорнпограничен-ных пределах изменения концентрации или температуры), в другихевуомшусловиях оказываетсясаявкоымалоэффективным. По этой причинегакод приходится использовать комбинированные методы, сочетать несколькогеспособов одновременно.Все это определяет высокую стоимостьгсеворниочистных сооружений, снижает их надежность при эксплуатации.

Вредныетесвялпримеси в отходящихводыгазах могут бытьтаекрнимпредставлены либо в виде аэрозолей, либо в газообразномастевкчили парообразном состоянии. В первом случае задача очистки состоит в извлечении содержащихся в промышленных газах, взвешенных твердыхеболи жидких примесей – пыли, дыма, капелек тумана и брызг. Во втором случаеебол– нейтрализация газо- и парообразных примесей. Очисткааекоруйот аэрозолей осуществляется применением электрофильтров, методов фильтрацииетодчерез различные пористые материалы, гравитационнойвиили инерционной сепарации, способами мокрой очистки. Очисткатарбовыбросов от газо- и парообразных примесей осуществляется методами адсорбции, абсорбции и химическими методами.

Адсорбциязаоресть процессетсявлпоглощения газа или паразьевдроповерхностью твердых тел (адсорбентов) – силикагеля, активированного углязэаколции других. В случаеетяьрпинмнизкой концентрации и правильногоеходподбора адсорбента этот метод позволяет извлекатьсаетврблю-бую примесьерос высокой степенью очистки, достигающей 99%. Адсорбенты используются в виде зерен размерометаолнм2-8 мм или в пылевидном состоянии. Загряз- ненный газ пропускается черезгсерокдислой адсорбента.

Абсорбционный способ очистки основантарохбина различной растворимоститсеаордбнком-понентов газовой смесисеяобчпнив жидкости – абсорбенте. В качестве абсорбентов, используемых для очисткизато газовых выбросов, применяются вода, растворыткродупы щелочей, этанол амины и другие жидкости. К достоинстваматьолкабсорбционной очисткигсекродиот-носятся, прежде всего, высокая степень очистки, непрерывность процесса, возможностьаеджизвлечения большогозсявиколи-чества примесей и возможностьтасорнпрегенера-ции абсорбента, а к недостаткам – громоздкость оборудования, сложностьтаекрнытех-нологических схемеочистки.

Химические методыаествлодночистки газообразных отходов заключаются в том, что к отходящим промышленнымтаегазам добавляют различные реагенты. Вступающиееатсяводрпив химические реакции с примесями. Иногда этими реагентамиеолбмогут служитьеролкомпоненты самих загрязнителей, а реакции поддерживаются применением катализаторов. В результате взаимодействиятесярпинмю образуются новыетяхо соединения, не оказывающие отрицательногоэетвкхинфывоздействия на природу. Основное достоинство химических методоваеджочистки – высокаягзабронмстепень очи- щения.

Одниматьхудшиз видов химических методов может служить термическаятаесвлодн очистка – дожиганиеаеяхрни отработавших газов. При высокиххроийш температурах происходит окисление содержащихся токсичных органическихгзатеярлний загрязнений кислородом воздуха до нетоксичных соединений. Дожигание органических примесей в газах промышленных выбросовзаеквоиыющи транспорта применяютаетсявулчи в основном в тех случаях, когдавродутилизация их нецелесообразна или невозможна. До конца двадцатого столетиятяодхидвигатель внутреннеготасяеонсгорания остаётся основнойеавьрлопинй движущей силой автомобиля. В связи с этим единственный путь решенияаходэнергетической проблемы автомобильногосеатьлдтранспорта – это создание альтернативных видов топлива. Новоезтаеьлочинго-рючее должноерпниудовлетворить очень многим требованиям: иметь необходимые сырьевые ресурсы, низкуюгстаеуопющстоимость, не ухудшать работу двигателя, как можнозствьменьше выбрасывать вредных веществ, по возможности сочетатьсязаеквоисо сложившейся системойзтеяъиснаб-жения топливом и др.

В значительнотаесвяулчибольших масштабах в качестве топлива для автомобилей будут использоваться заменителиероцинйнефти: метанол и этанол, синтетические топлива, получаемые из углей. Их использование поможеттсаворнп существенно снизитьсетлду токсичность и отрицательное воздействиестчоимавто-мобиля на окружающую среду.

Среди альтернативных видовсердитоплива в первуюзаеквоиочередь следует отметитьзаствиспирты, в частности метанол и этанол, которые можноесвдониприменять не толькоатрбокак добавку к бензину, но и в чистомзствонивиде. Их главные достоинства – высокая детонационная стойкостьтасронпми хороший КПД рабочегозебинпро-цесса, недостаток – пониженнаяесводнитепло-творная способность, что уменьшает пробег между заправкамизаорхбпны и увеличивает расходзаобрхпнтоплива в 1,5-2 разатупипо сравнению с бензином. Кроме того, из-за плохойакомис-паряемости метанолагатьвлобинми этанола затруднён запускьедвигателя.

Использование спиртов в качестве автомобильного топливастаорнп требует незначительнойзтаелним переделки двигателя. Например, для работы на метаноле достаточно пере регулировать карбюратор, установить устройствоаедждля стабилизации запуска двигателяеходи заменить некоторые подверженные коррозии материалы более стойкими. Учитываясеатьоч ядовитость чистого метанола, необходимо предусмотреть тщательную герметизацию топливоподающей системыгяавтомобиля.

Сделатьзтаевридвигатель «чистым» нетрудно. Надо лишь перевести его с бензина на сжатый воздух. Но эта идея не выдержала критики, когда речьгатевдлийзаходит об автомобильных двигателях: далеко на таком «горючем» не уедешь. И американские специалисты предложили заменитьетсокчхинысжа-тый воздух жидким азотом. Они даже разработализаорхбпныконструкцию автомобиля, в котором азот, расширяясьзсвяипри испарении, будет толкать три поршня двигателя. А чтобытаекрнимыпроцесс испаренияетодмышёл активнее, азот предлагаютгрухдивпрыскивать в особую подогревательную камеру, где сжигается небольшоезтарокбколичество дизельногозгаробнмтопли-ва. Такая схемаставуокнипри достаточной мощности обеспечит запас хода до 500 км.

Угользарявляется самымгзабронмраспространён-ным из не возобновляемых источников энергии. Ещё в 30-е годы в Германии было налаженосаевбрхмы производство синтетического автомобильного топлива из угля. Был даже период, когда за счёт него удовлетворялосьтарбохиющоколо 50% потребности страны в бензине и дизельномсвропытопливе. Однако к 1953 году почти все установки по получению синтетическоготсавуокнитоплива в Европе былиаеьдлнйш закрыты из-за нерентабельности, что объяснялось низкими ценамиеркнна импортируемую нефть. В настоящее время интересасекрнимк синтетическому топливу из угля проявляется во многих странах.

В последнее времяаенйшширокое распространение получилатескоучнимидея использования чистого водорода в качестве альтернативногогатевдлийтоплива. Интересзтаелник водородному топливу объясняетсяероцинйтем, что в отличие от других это самый распространённый в природе элемент. Водород – один из главных претендентов на звание топлива будущего. Для получения водорода могут быть применены различные термохимические, электрохимические и биохимические способы с использованием энергии Солнца, атомных и гидравлических электростанций и т.д. Экологические преимущества водорода доказаны в ходе различных испытаний. Например, проведённые фирмой «Дженерал Моторс» сравнительные испытания 63-х экспериментальных автомобилей, работающих на всевозможных видах топлива, выявили, что у водородного «Фольксвагена» отработавшие газы менее вредные, чем всасываемый двигателем воздух.

В каком виде можно применять водород? Газообразный, даже сильно сжатый водород невыгоден, так как для его хранения нужны баллоны большой массы. Более реальный вариант – использование жидкого водорода. Правда, в этом случае необходимо устанавливать дорогостоящие криогенные баки со специальной термоизоляцией.