Последствия воздействия и пути снижения отрицательного влияния транспортных и погрузочно-разгрузочных средств на окружающую среду

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Экология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Введение

автомобилизация окружающий экологический среда

Тема реферата «Последствия воздействия и пути снижения отрицательного влияния транспортных и погрузочно-разгрузочных средств на окружающую среду» по дисциплине «Охрана окружающей среды».

Современный мир трудно представить без автомобилей и другой техники, основной энергетической установкой которых являются двигатели внутреннего сгорания. Большая часть этой техники — машины и механизмы, предназначенные для погрузочно-разгрузочных работ (краны, ковшовые погрузчики, экскаваторы, автопогрузчики и др.) и строительства, в том числе дорожного (бульдозеры, грейдеры, скреперы и др.).

В настоящее время в мире насчитывается более 700 млн. автомобилей, а к 2015 году их количество по прогнозам возрастет до одного миллиарда. Автомобильный парк страны вплотную приблизился к отметке в 25 млн. автотранспортных средств (АТС) и при существующих темпах роста, составляющих 7−10% в год, через 15 лет их количество превысит 60 миллионов единиц. В пересчете на тысячу жителей уже сейчас в США приходится 800 автомобилей, Канаде, Германии, Италии, Японии, Франции, Великобритании 500−700 автомобилей, в России более 150 автомобилей.

Цель написания реферата — показать последствия воздействия и пути снижения отрицательного влияния транспортных и погрузочно-разгрузочных средств на окружающую среду.

1. Отрицательные экологические последствия автомобилизации

При огромном позитивном влиянии автомобилизации на человечество рост численности автотранспортных средств и объемов транспортных услуг приводит к заметному увеличению негативно го воздействия автотранспорта на природу нашей планеты, а автомобиль становится конкурентом человека за жизненное пространство в среде обитания.

Спектр воздействия такого сложного процесса как автомобилизация на окружающую среду широк и многогранен. Он практически затрагивает все сферы жизни и деятельности человека, который, производя и эксплуатируя технику, взаимодействует с природой по трем основным направлениям: потребляя природные ресурсы, загрязняя окружающую среду и вызывая различные негативные социальные последствия (рис. 1).

Оценить весь ущерб от воздействия автотранспортной и другой техники на окружающую среду можно только при системном под ходе к данной проблеме и за весь жизненный цикл изделия, начиная от добычи полезных ископаемых до его утилизации. В рамках данной работы охарактеризуем лишь проблемы, связанные с загрязнениями окружающей среды, возникающими при эксплуатации автотранспорт ной и погрузочно-разгрузочной техники.

Рис. 1. Воздействие автомобилизации на окружающую среду

Автомобильный транспорт является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды. В масштабах страны его доля в суммарных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу всеми техногенными источниками достигает 43%, в выбросах парниковых газов — порядка 10%. Во многих крупных городах страны концентрации вредных веществ в воздухе на порядок выше предельно допустимых. Состояние двух третей водных источников не отвечает установленным нормативам. Увеличиваются объемы токсичных промышленных отходов, большая часть которых вывозится на свалки бытовых отходов. Идет опасное загрязнение подземных вод. Растет акустическая нагрузка (транспортный шум).

Функционирование автотранспортной и погрузочно-разгрузочной техники сопровождается комплексом экологических проблем, наибольшую опасность из которых представляют:

— токсичность отработавших и картерных газов, испарений топлив, масел, кислот и щелочей;

— продукты износа шин, асбестовых и металлических материалов;

— жидкие и твердые отходы, возникающие при эксплуатации (отработанные жидкие масла, технические жидкости, консистентные смазки, использованные аккумуляторы, фильтры и их элементы, изношенные шины, промасленная ветошь и др.);

— автотранспортные и погрузочно-разгрузочные средства, их аг регаты и запчасти, пришедшие в негодность;

— сточные воды от мойки техники, шлам очистных сооружений;

— акустическое, тепловое, электромагнитное и вибрационное воз действие;

— отвод земель, в том числе пригодных для сельскохозяйственного использования, для строительства автомобильных дорог и объектов транспортной инфраструктуры (автотранспортных и автосервисных предприятий, АЗС, автостоянок, моек и т. п.).

Основной экологической проблемой при эксплуатации транс портных средств, несомненно, являются отработавшие газы, наносящие наибольший урон окружающей среде.

В подавляющем большинстве областных и промышленных центров нашей страны доля загрязнений атмосферного воздуха, приходящаяся на выбросы отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания, установленных на автотранспортной и другой технике, составляет примерно 50−70%. Стоит заметить, что всего лишь четверть века назад эта цифра не превышала 13%. Повышенному риску и необратимой потере здоровья в результате загрязнения атмосферного воздуха авто транспортом подвержено примерно 5 млн. горожан.

Кроме отработавших газов, на долю которых приходится 95 -99% вредных выбросов современных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), последние загрязняют атмосферу картерными газами и топливными испарениями.

В связи с тем, что атмосферный воздух, являющийся окислителем топлив, на 78,09% состоит из азота и на 20,95% - из кислорода, то при идеальном сгорании стехиометрической смеси углеводородного топлива с воздухом в продуктах сгорания должны присутствовать лишь N2, С02 и Н20. Однако в реальных условиях этого не происходит и отравляющие газы (ОГ), представляющие собой аэрозоль сложного, зависящего от режима работы двигателя состава, содержат также продукты неполного сгорания топлива.

Общее количество компонентов, входящих в состав ОГ, приближается к 280, из которых можно выделить следующие вещества:

— нетоксичные - азот, кислород, водород, водяной пар, кислый газ;

— токсичные — оксид углерода СО, оксиды азота NOх, углеводороды СпНт (парафины, олефины, ароматики и др.), альдегиды, сажа;

— канцерогенные — полициклические ароматические углеводороды, наиболее активный из которых бенз (а)пирен.

Кроме того при сгорании сернистых топлив образуются неорганические газы — сернистый ангидрид S02 и сероводород H2S. В случае применения бензинов, этилированных тетраэтилсвинцом, образуются токсичные соединения свинца. Состав отработавших газов бензиновых и дизельных двигателей приведен в табл. 1. Из таблицы видно, что состав ОГ этих двух типов двигателей существенно различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания таких, как СО, СпНт и саже. К основным токсичным компонентами ОГ бензиновых двигателей относятся СО, C"Hm, N0х и соединения свинца, дизелей — NOx, сажа.

Ежегодно в нашей стране автомобильные двигатели потребляют примерно 8% кислорода, который генерируется в атмосфере, и выбрасывают в нее:

СО… 20−27 млн. т;

С02… 200−230 млн. т;

СпНт… 2,0−2,5 млн. т;

NOх… 6−9 млн. т;

Соединений серы… до 190 т;

Сажи… до 100 тыс. т;

Соединений тяжелых металлов… около 13 тыс. т.

Таблица 1. Состав отработавших газов автомобильных двигателей

Компоненты ОГ

Содержание компонентов ОГ в объеме двигателей, %

бензиновых

дизельных

N2

74−77

76−78

О2

0,3−0,8

2,0−18,0

Н2О

3,0−5,5

0,5−4,0

СО2

5,0−12,0

1,0−10,0

СО

0,1−10,0

0,01−0,5

NOх

0,1−0,5

0,001−0,4

СnНm

0,2−3,0

0,009−0,5

Альдегид

0,0−0,2

0,01−0,09

SO2

0,0−0,002

0,0−0,03

Сажа, г/м

0,04

0,01−1,1

Бенз (а)пирен

До 0,02

До 0,01

Сегодня основным источником загрязнения воздуха являются двигатели легкого топлива (бензиновые и газовые). Это связано с тем, что этими силовыми установками в Европе оснащаются при мерно 70% всех АТС, а в США, из-за относительно дешевого бензина, все 90%. Автомобиль с бензиновым двигателем при годовом пробеге в 15 тыс. км в среднем потребляет 1,2 т бензина и 4,3 т кислорода, а выбрасывает в атмосферу 3,2 т углекислого газа, 0,5 т оксида углерода, 100 кг углеводородов, 30 кг оксидов азота и др.

Необходимо обратить внимание также и на то, что наибольшая доля выбросов вредных веществ (около 54%), приходится на грузовые транспортные средства, хотя их количество в общем парке АТС составляет около 17−20%.

Токсичные вещества, выбрасывающиеся в атмосферу с ОГ, мо гут сохраняться в ней в течение длительного времени и переноситься воздушными потоками на значительные расстояния. В ряде случаев дальнейшее взаимодействие токсических компонентов с кислородом воздуха и друг с другом, приводит к образованию новых веществ: сульфатов, нитратов, озона, кислот, фотооксидантов и других, токсичность которых может значительно превышать токсичность исходных компонентов. Например, при переходе NO в N02 в атмосферном воздухе масса вредного вещества возрастает в 1,5 раза, а токсическое действие — в 7 раз. Оксиды и азота, и серы, находясь в атмосферном воздухе от 2 до 5 суток соответственно и перемещаясь с воздушным потоком на расстояние до 1000 км, мо гут превращаться в кислоты и выливаться на землю в виде кислотных дождей.

Исследования, проведенные в последние годы отечественными и зарубежными специалистами, показали, что наряду с ОГ серьезную экологическую опасность представляют продукты износа шин (шинная пыль) и газообразные продукты, выделяющиеся из шин при их хранении и эксплуатации.

В мире эксплуатируется примерно 5−6 миллиардов различных типов шин. По оценкам американских ученых от каждой шины в результате износа за год образуется больше одного килограмма пыли. На некоторых магистралях Европы ежегодно масса резиновой пыли доходит до 250 кг на каждый километр дороги, а почва в придорожных полосах содержит около 2% резиновых частиц. Эко логическая опасность усугубляется тем, что количество выделяемой в окружающую среду шинной пыли постоянно растет с увеличением количества АТС. При движении автомобилей по дорогам с асфальто- или цементобетонным покрытием от шин отделяются очень маленькие частицы, которые переносятся по воздуху. Размеры примерно 60% шинной пыли не превышают 10 мкм, что позволяет им свободно и глубоко проникать в легкие человека, вызывая в ряде случаев аллергические заболевания, в том числе астму.

Высокая экологическая опасность шин обусловлена, с одной стороны, токсическими свойствами применяемых при их изготовлении материалов и содержащихся в них примесей, а с другой стороны, свойствами более 100 видов химических веществ, образующихся в процессе вулканизации резин и выделяющихся в окружающую среду при эксплуатации, обслуживании и хранении шин. Все они проявляют токсические свойства, но наиболее опасны вы делающиеся из шин канцерогены: бенз (а)пирен и другие полиароматические углеводороды (из 18 известных соединений этого класса в шинах обнаружено 15), а также N — нитрозамины (обнаружено 4 вида этих веществ из 12 известных). Все эти вещества входят в список сильнейших токсикантов, утвержденный Международной организацией по исследованию рака (IARC) и Агентством по охра не окружающей среды.

Долгое время в порядке вещей было то, что по истечении срока эксплуатации, шины выбрасывались на свалку. В последнее время в экономически развитых странах число использованных шин, выброшенных на свалку после их выхода из строя, существенно сокращалось. Это связано с осознанием обществом экологических проблем и созданием целого ряда предприятий по вторичной переработке шинной резины. К сожалению, в России ежегодно скапливается свыше 1 млн. т изношенных автомобильных шин. Эти рези новые отходы природа не может включить в свой извечный кругооборот, а вторичная переработка шин в России и других странах СНГ практически отсутствует, поэтому рост шинных свалок происходит достаточно интенсивно. Выбрасывая миллионы тонн из ношенных шин, эти государства не только загрязняют окружающую среду, но, в сущности, тратят впустую миллионы тонн энергетических и сырьевых ресурсов, которые могли бы быть использованы для полезных целей.

Отдельную экологическую проблему представляют отходы производственной деятельности объектов инфраструктуры авто транспортного комплекса. Это связано с тем, что загрязнение окружающей среды происходит не только при работе техники, но и при ее заправке горюче-смазочными материалами и техническими жидкостями, техническом обслуживании, ремонте, мойке, хранении и т. д. Удельный вес этих загрязнений, в зависимости от разных факторов, может достигать 7−30% от общего загрязнения автотранспортного комплекса. Состав и размеры загрязнения зависят от видов объектов и объемов, выполняемых каждым объектом работ и услуг, связанных с функционированием парка автотранспортных и погрузочно-разгрузочных средств.

Ежегодно масса отработавших масел и специальных жидкостей составляет около 300 тыс. т. Общая масса твердых отходов достигает 3 млн. т в год, в том числе лом и отходы черных металлов -- 1,4 млн. т, отходы резины — 1,16 млн. т, свинцовые аккумуляторы — около 200 тыс. т. Каждый год необходимо утилизировать примерно 1,2 млн. отслуживших свой срок АТС.

Величина суммарного экологического ущерба от функционирования автотранспортного комплекса уже достигает 4 5 млрд. долларов в год, что составляет примерно 1,5−2% от валового внутреннего продукта и продолжает возрастать. Ущерб от вредных выбросов автотранспорта в стране в среднем в 8−10 раз превышает показатели других стран, а на восстановление экологии тратится больше средств, чем на превентивные меры.

Если из всех ингредиентных загрязнений, наибольший урон окружающей среде наносят выхлопные газы, то одним из наиболее опасных параметрических загрязнений, несомненно, является транспортный шум, генерируемый работающими автотранспортными и погрузочно-разгрузочными средствами. Доля автотранспорта в акустическом воздействии на население городов в наши дни уже составляет 85−95%, а проблема транспортного шума при обретает социальное значение, так как человек находится в условиях постоянного дискомфорта.

Кроме шума, работающие AT и ПРС загрязняют окружающую среду вибрацией, тепловым и электромагнитным излучением.

Вибрация возникает как от неуравновешенных масс при работе агрегатов и узлов AT и ПРС, так и при движении последних от не ровностей дорожного покрытия, покрытия погрузочно-разгрузочных площадок или полов складов. Эти колебания передаются на элементы конструкции AT и ПРС (например, кузов, кабина), води теля, грузы, пассажиров, а также через дорожное или другое покрытие и грунт — на окружающие объекты.

Тепловые излучения возникают из-за того, что при сгорании топлива в цилиндрах ДВС только часть химической энергии переходит в полезную механическую работу. Остальная энергия теряется. У лучших образцов автомобильных двигателей эти потери составляют более 55%. Часть передаваемой от двигателя к ведущим колесам энергии затрачивается на преодоление потерь в трансмиссии и сопротивлении движению. Большая часть неиспользованной энергии переходит в тепло, остальная — в другие виды параметрического загрязнения.

Электромагнитные излучения, природа которых связана с вихревыми электрическими и магнитными полями, проявляются в работе всех электротехнических приборов и установок. Основной первичный источник электромагнитных излучений AT и ПРС — их электрооборудование. Для двигателей легкого топлива это система зажигания и в первую очередь свечи, прерыватель-распределитель, высоковольтные провода. Вторичными излучателями электромагнитных волн являются элементы кабины, кузова, детали моторного отсека, капот, крылья, решетка радиатора.

Процесс автомобилизации наряду со значительным ускорением развития экономики и социальной сферы сопровождается нарастающими негативными эффектами, которые необходимо учитывать при формировании национальной автотранспортной политики. Наибольшее влияние на возрастание негативных эффектов оказывает рост парка личных легковых автомобилей.

Одной из основных причин такого положения следует считать неудовлетворительные экологические характеристики отечественных автотранспортных средств, большинство которых не соответствует мировому уровню.

2. Пути снижения отрицательного влияния транспортных и погрузочно-разгрузочных средств на окружающую среду

Полностью ликвидировать отрицательные последствия воздействия автотранспортной и другой техники на окружающую среду, к сожалению невозможно, поэтому необходимо принимать эффективные меры для их строгого ограничения и разумного регулирования. В настоящее время эта проблема решается по ряду направлений, основные из которых показаны на рис. 2.

Все направления можно разделить на три основные группы мероприятий, способствующих уменьшению загрязнения окружающей среды:

— технические,

— организационные,

— градостроительные, опирающиеся на нормативно-правовую базу.

Рис. 2. Пути снижения неблагоприятного воздействия AT и ПРС на окружающую среду

К техническим мероприятиям в первую очередь относится совершенствование конструкции AT и ПРС и особенно их двигателей, с целью создания «экологически чистой техники». Очевидно, что эта техника должна минимально загрязнять окружающую среду и быть гарантированно «чистой» в течение всего срока своей эксплуатации. Как показывает мировой и отечественный опыт, наиболее перспективными конструктивными путями улучшения AT и ПРС с целью снижения выброса вредных веществ являются: совершенствование топливной аппаратуры; применение микропроцессорных систем управления, в частности внедрение электронных систем зажигания и управления впрыском топлива, системы рециркуляции отработавших газов; повышение давления впрыска топлива (для дизелей). Существенные перспективы в этом плане связаны с изменением конструкции камер сгорания, повышением турбулентности подаваемой смеси (в карбюраторных двигателях), выбором оптимального числа и направления струй топлива (в дизель ном двигателе) и других.

Снижение вредных выбросов от ДВС может быть достигнуто также за счет улучшения качества традиционных моторных топлив и применения экологически более «чистых» альтернативных видов горючего, таких как сжиженный и сжатый природный газ, спиртовые топлива, водород.

В нашей стране основным мероприятием по совершенствованию экологических характеристик топлива в конце XX века было снижение содержания в автомобильных бензинах высокотоксичного антидетонатора — тетраэтилсвинца. Долгие годы около 75% отечественных бензинов были этилированными и содержали от 0,17 до 0,37 граммов свинца на литр бензина. По данным Министерства энергетики, лишь к 1995 году доля этилированного бензина в общем объеме производства всех остальных марок бензина сократилась до 50%. К примеру, в Германии уже к началу 1995 года было всего 15% этилированных бензинов, причем количество свинца в них не превышало 0,15 г/л.

При сгорании этилированных бензинов около половины содержащегося в них свинца выбрасывается с выхлопными газами в атмосферу, что ведет к интоксикации организма человека, отрицательно сказывается на здоровье детей, вызывая задержку умственного и физического развития, нарушение деятельности централь ной нервной системы.

Одним из наиболее перспективных заменителей тераэтилсвинца являются эфирные (метилтретичнобутиловый эфир) присадки и присадки на основе марганца.

Ужесточение экологических требований к AT и ПРС и нарастание энергетического кризиса вынуждают производителей этой техники переходить на использование в качестве источника энергии для их силовых установок альтернативных топлив. Как показывает практика, существенного снижения загрязнения окружающей среды и экономии бензинов можно достигнуть при замене традиционных нефтяных топлив газовыми топливами и в первую очередь сжиженным пропан-бутаном и сжатым природным газом. Применение газового топлива в ДВС снижает выбросы СО в 2−4 раза, NOх — в 1,1−1,5 и CnHm в 1,4−2 раза.

Однако необходимо помнить, что переход на использование сжатого газового топлива имеет и ряд недостатков. В частности, из-за значительной массы газовых баллонов грузоподъемность АТС уменьшается примерно на 14%; мощность двигателя снижается примерно на 20%; запас хода на одной заправке сокращается до 220 км (вдвое по сравнению с АТС, работающими на бензине); возникают дополнительные затраты на переоборудование автомобилей, автохозяйств, строительство газонаполнительных станций.

Кроме газа в качестве топлива для ДВС используют синтетические спирты: метанол и этанол как в чистом виде, так и в составе многокомпонентных смесей.

Применение спиртовых топлив обеспечивает высокий КПД рабочего процесса, а их высокая антидетонационная стойкость позволяет повышать степень сжатия ДВС до 15 единиц. Однако рас ходы этих топлив увеличиваются из-за более низкой, чем у бензинов, теплоты сгорания (примерно вдвое). Низкие температуры горения синтетических спиртов приводят в ОГ к снижению NOх, в 5−8 раз. Установлено, что смесь с содержанием метанола до 15% не ухудшает основных технико-эксплуатационных показателей работы грузовых автомобилей.

К преимуществам спиртовых топлив необходимо также отнести сравнительно небольшие затраты, связанные с изменениями в конструкции АТС. Основные мероприятия сводятся к увеличению объема топливных баков, установке устройств, обеспечивающих стабильный пуск ДВС в холодное время года, замене некоторых металлов и прокладочных материалов (из-за высокой коррозийной активности спиртов), в частности, облицовке пластмассой бака для хранения метанола.

Наибольшее распространение АТС, работающих на бензо-спиртовых смесях, получили в Бразилии. В этой стране с 1975 года в бензин добавляют около 25% спирта. Для уменьшения экспорта нефтепродуктов, доля которого в Бразилии составляет 80−85%, со временем предполагается перевести весь автопарк на использование этилового спирта. Спирт в этой стране получают из сахарного тростника, плантаций которого вполне достаточно, чтобы обеспечить потребность в новом горючем. По расчетам специалистов 1 л спирта обходится на 30−35% дешевле бензина.

Мексика, вторая по численности населения страна Латинской Америки, готова последовать бразильскому примеру. В США так же проявляется интерес к производству топливного спирта из древесных, сельскохозяйственных и иных отходов. К началу 2003 г. в США эксплуатировалось около 500 тыс. автомобилей на всех видах альтернативного топлива. Из них 54% использовали бутан-пропановую смесь, 24% - сжатый природный газ, 17% - смеси из этанола, метанола и бензина, 4% - электричество, запасаемое в аккумуляторах, 1% - сжиженный природный газ.

Из альтернативных топлив наибольшие надежды связаны с водородом, как топливом будущего! Например, США, стремясь сделать страну независимой от импорта нефти, запасы которой в недрах земли стремительно тают, уже сегодня рассматривают водород как «топливо свободы», а АТС, на нем работающие, -«автомобилями свободы».

Очевидными преимуществами водорода являются его неисчерпаемые ресурсы в природе, чрезвычайно высокая энергоемкость (почти в три раза большая, чем у традиционных нефтяных топлив), практически полное отсутствие в продуктах сгорания водорода большинства вредных компонентов.

Вместе с тем до настоящего времени большой проблемой является отсутствие экономически оправданных и безопасных способов хранения водорода на борту АТС. Существующие системы хранения водорода (в виде сжатого газа — в баллонах высокого давления, в сжиженном состоянии — в криогенных резервуарах и в связанном со стоянии — в металлогидридных аккумуляторах) неприемлемы для автотранспорта вследствие малой емкости, технической сложности и недостаточной безопасности в эксплуатации и в аварийных ситуациях. Даже наилучший из них по энергоплотности — криогенный -уступает по этому показателю нефтяным топливам в несколько раз, не говоря уже о том, что в техническом отношении он неизмеримо сложнее систем хранения и транспортирования традиционных жидких нефтяных топлив. Кроме всего прочего, для перехода ДВС на питание водородом необходима развитая инфраструктура, включающая в себя предприятия по производству водорода в массовых масштабах, средства его доставки к местам заправки и раз витую сеть заправочных станций. Такая инфраструктура, по мнению западных экспертов, может быть создана в лучшем случае только через 20−30 лет. Рассмотренные технические проблемы, связанные с созданием мобильного, экономически оправданного в производстве, безопасного и надежного в эксплуатации водородного двигателя, обусловлены большими затратами, и без их решения невозможно внедрение водорода в качестве топлива для автотранспорта. В силу современных ценовых и технических ограничений водородные автомобили пока существуют только в виде от дельных экспериментальных образцов, еще далеких от серийного производства.

Несмотря на эти проблемы «водородная гонка» уже началась. В США, Канаде, странах Евросоюза, а также Китае и Южной Корее разработаны и реализуются многомиллиардные государственные программы по созданию автомобиля, работающего на водороде. Америка планирует, что к 2020 году любой житель страны дол жен иметь возможность приобретать водородные автомобили по той же цене, что и обычные бензиновые.

Сегодня в мире уже созданы и работают десятки опытных водородных автомобилей, в которых реализовано несколько технических схем. Наиболее конструктивно простой и дешевой в производстве, но не самой энергоэффективной из них является переоборудование существующих бензиновых ДВС на водородное топливо без изменения традиционной трансмиссии автомобиля. Более вы годным считается вариант — использование электромеханической трансмиссии, позволяющей эксплуатировать ДВС на водородном топливе в наиболее экономном постоянном режиме — как привод бортового электрогенератора. Самым перспективным, но пока еще слишком дорогим способом (около 10 тысяч долларов за киловатт мощности), считается техническое решение, появившееся около 10 лет назад, основанное на использовании водорода в топливных элементах, вырабатывающих электроэнергию для питания или единого тягового электродвигателя, или раздельно управляемых бортовым компьютером моторных колес.

В нашей стране разработками водородных двигателей занимаются уже около 30 лет. Советские ученые по праву считаются пионерами в этой области. Ими еще в начале 80-х годов XX века была разработана действующую модель автомобиля с водородным двигателем, кроме того, интенсивно велись работы по добавкам водорода в ДВС, работающими на бензине. В те же годы был создан самолет на водороде ТУ-155 и водородный двигатель системы «Энергия-Буран». К сожалению, спустя несколько лет финансирование этого проекта было заморожено: началась перестройка. Сегодня государственная поддержка всех программ по водородной энергетике не превышает миллионов долларов в год, что несравнимо с миллиардами долларов, выделяемых правительствами западных стран. Пока радует только то, что даже в этих условиях, ряд отечественных разработок практически не уступают мировому уровню, так как они пришли из авиации и космонавтики и вполне могут быть применены в автомобильной программе. Однако если государство не провозгласит водородный автомобиль и водородные технологии своей стратегической целью, то по оценкам специалистов, через несколько лет наше отставание от мировых лидеров начнет стремительно расти.

По своим техническим и стоимостным характеристикам современные наземные транспортные средства на альтернативных источниках энергии пока еще значительно уступают обычным автомобилям, поэтому в краткосрочной перспективе бензин и другие виды нефтяного топлива будут оставаться основным топливом AT и ПРС. Вместе с тем в отдаленном будущем переход на альтернативные виды топлива практически предопределен: неизбежное в перспективе истощение рентабельных запасов нефти ведет к повышению цен, что автоматически создает необходимые экономические условия для внедрения более дорогих возобновляемых энергоносителей.

Двадцать первый век, скорее всего, после ядерных технологий и развития информатики, станет веком третьего технологического прорыва — прорыва в водородной энергетике. Это приведет к массовому внедрению водородных двигателей на транспортных средствах и обеспечит жителям планеты экологическую и энергетическую свободу.

Сократить выбросы вредных веществ в атмосферу с ОГ можно и за счет снижения удельной доли бензиновых двигателей на AT и ПРС, другими словами необходимо проводить дизелизацию этой техники. В то же время на практике низкое качество дизельного топлива, сезонное несоответствие его марок, а также нестабильность регулировочных характеристик топливной аппаратуры при водит к неоправданно завышенным выбросам вредных веществ (в первую очередь сажи и сернистого ангидрида). К сожалению, качество моторных топлив отставляет желать лучшего, так, напри мер, в стране в 2002 году 8−10% бензинов и 25% дизельного топлива не соответствовали ГОСТам.

Перспективы снижения выбросов вредных веществ связаны также с внедрением электромобилей и автомобилей с газотурбинными двигателями.

Существенные резервы снижения токсичности выбросов имеются и у другого технического мероприятия, связанного с внедрением современных средств диагностики, регулировки и ремонта узлов и агрегатов AT и ПРС и в первую очередь систем питания и зажигания.

Значительно снизить выброс вредных веществ в атмосферу позволяют нейтрализаторы выхлопных газов. В настоящее время наибольшее распространение получили каталитические нейтрализаторы, которые ускоряют реакции беспламенного окисления продуктов неполного сгорания СО, CnHm и кислородосодержащих углеводородов на поверхности катализатора до состояния безвредных продуктов СО2 и Н20, а также, при определенных условиях, восстановления NOx.

В мировой практике широкое распространение получили каталитические нейтрализаторы тройного действия (трехкомпонентные или бифункциональные), применяемые для нейтрализации всех трех основных токсичных компонентов (СО/ CnHm / NOx). В этих устройствах в качестве катализатора используются редкоземельные элементы — платина, палладий, радий (в количестве примерно 0,2- 0,3% от общей массы нейтрализатора), позволяющие существенно снизить порог энергии, при котором начинаются окислительно-восстановительные реакции. Максимальная эффективность таких нейтрализаторов (около 90%) достигается при температуре выхлопных газов 750−800 °С и их работе в контуре автоматической системы управления подачей топлива, включающей, помимо непосредственно нейтрализатора, кислородный датчик и электронный блок управления.

Однако необходимо отметить, что практическое применение нейтрализаторов в нашей стране долгое время сдерживалось из-за ряда серьезных технических проблем, основной из которых был этилированный бензин. В результате реакций между тетраэтилсвинцом и катализатором происходило химическое «отравление» последнего, а нейтрализатор терял свое функциональное назначение.

Кроме того, относительно высокая стоимость нейтрализаторов, существенные эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью качественного выполнения технического обслуживания не только самого нейтрализатора, но двигателя в целом, отсутствие у предприятий стимулов для внедрения этих устройств и ряд других также з значительной степени тормозят их внедрение в России.

Для уменьшения в выхлопных газах дизельных ДВС твердых частиц разработаны сажевые фильтры и каталитические дожигатели сажи. Сажевые фильтры различных конструкций позволяют снизить выбросы сажи на 60−90%. Практический опыт применения сажевых фильтров на дизелях пока крайне ограничен. Вместе с тем уже сейчас очевидно, что эксплуатация подобных систем потребует особого внимания к ним с точки зрения пожаробезопасности. В настоящее время, учитывая то, что сажевый фильтр является дорогостоящей системой и пока находится в стадии исследований и доводки, ведущие дизелестроительные компании стараются выполнять современные жесткие требования на ОГ без применения фильтров. Вместе с тем совершенно очевидно, что по мере ужесточения норм на токсичность ОГ в ближайшее время применение фильтров станет неизбежным мероприятием.

Выводы

Заканчивая обзор технических мероприятий, необходимо подчеркнуть, что борьба с загрязнениями окружающей среды должна в основном вестись за счет улучшения экологических характеристик парка эксплуатируемых AT и ПРС. Этого можно добиться:

— за счет своевременного списания изношенной и устаревшей техники и замены ее на более «экологически безопасную»;

— модернизации эксплуатируемых AT и ПРС, например, путем их переоборудования для работы на газовом топливе, установки нейтрализаторав и т. д. ;

— мониторинга технического состояния эксплуатируемой техники, а также выполнения своевременного и качественного технического обслуживания и ремонта, что позволит поддерживать экологические характеристики AT и ПРС на надлежащем уровне.

Организационные мероприятия направлены на уменьшение токсичности ОГ за счет рациональной организации дорожного движения и улучшение дорожных условий. Известно, что за счет рационального управления скоростью движения на дорогах, повышения равномерности режимов движения отдельных автомобилей, снижения разброса скоростей в транспортном потоке и задержек у светофоров, можно добиться уменьшения выбросов вредных веществ от АТС на 15−20%. Учеными разработаны и успешно при меняются имитационные модели движения транспортных потоков на дорожной сети, позволяющие с помощью ЭВМ оценивать объемы выбросов вредных веществ и прогнозировать экономический эффект от различных решений по улучшению дорожных условий, изменению системы организации движения.

Градостроительные мероприятия снижения загрязнения окружающей среды имеют целью предотвращение распространения загрязнения от источников непосредственно к человеку. Эти мероприятия весьма обширны и разнообразны. Они включают приемы застройки городов и населенных пунктов с учетом розы ветров, планировку и озеленение территории, сооружение магистралей-дублеров, кольцевых дорог, развязок на разных уровнях, подземных тоннелей и пешеходных переходов и т. д.

Снизить негативное воздействие AT и ПРС на окружающую среду можно и за счет повышения уровня экологического образования всех работников автотранспортных и других предприятий. С этой целью разработаны специальные учебные программы для разных категорий работников. Особое внимание уделяется водителям, так как установлено, что за счет применения рациональных приемов управления автомобилем можно добиться снижения рас ходов топлива на 5−10% и соответствующего сокращения выброса вредных веществ. Например, водитель должен знать, что при работе ДВС в режиме неполной мощности (для бензиновых — 70−80%, дизельных — 60−70% их полной мощности) горючая смесь сгорает полностью и несгоревших вредных компонентов в ОГ остается меньше. Наиболее неблагоприятные режимы с точки зрения токсичности ОГ возникают при работе двигателя на полной мощности, холостом или на принудительно холостом ходу (во время торможения двигателем). При работе на холостом ходу, необходимо установить наименьшие обороты коленчатого вала. Сокращению не сгоревших вредных веществ в ОГ способствует плавное нажатие на педаль акселератора (сильно обогащенная смесь не полностью сгорает) и движение с постоянной скоростью. Во время погрузочно-разгрузочных работ, длительных стоянок необходимо выключать двигатель.

Перечисленные выше мероприятия, направленные на уменьшение неблагоприятного воздействия транспортной техники на окружающую среду, безусловно, должны опираться на постоянно совершенствующуюся экономическую и нормативно-правовую базу, которая, с одной стороны, должна ужесточать экологические нор мы производства, эксплуатации и утилизации техники, а с другой стороны, поощрять выпуск и использование экологически чистой техники производителями, эксплуатирующими организациями и гражданами.

Литература

1. Беднарский В. В. Экологическая безопасность при эксплуатации и ремонте автомобилей: Уч. пособие — Ростов н/Д, Феникс, 2003 — 384 с.

2. Каменев В. Ф. Транспортная водородная энергетика и применение материалов платиновой группы в автомобилях — М, Автос, 2009 — 596 с.

3. Корнеев А. В. Перспективы развития водородной энергетики в США- Москва, Автос, 2010 — эл. 286 с.

4. Маслов Н. Н. Охрана окружающей среды на авто и железнодорожном транспорте — М., Транспорт, 2009 — 401 с.

5. Третьяков О. Б. Шинная пыль как основной источник загрязнения окружающей среды — М., Шина плюс, 1994 — 221 с.

6. Экологическая безопасность транспортных потовов / Под ред. А. Б. Дьякова — М., Транспорт, 2009 — 144 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой