рекордными" были 1994-1995 гг., когда число их выросло на 700 тыс. Сейчас в Москве более 2 млн собственно московских автомобилей. Уже судя по этим цифрам можно представить какой вред приносят автомобили окружающей среде.
выхлопной газ загрязнение воздух
Виды и проблемы автомобильного топлива
Автомобильный транспорт - основной потребитель (свыше 65%) наиболее дефицитных и ценных светлых нефтепродуктов, получаемых на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ). НПЗ являются источниками загрязнения окружающей среды в тех регионах, на территории которых они расположены. Основные загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу НПЗ, - углеводороды, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота. Вклад прочих вредных веществ в валовой сброс невелик, но они более токсичны.
Почти на всех НПЗ все больше внимания уделяется вопросу модернизации и реконструкции технологических процессов для улучшения качества получаемых продуктов и одновременно снижения негативного влияния на окружающую среду. Все возрастающие потребности стран в нефти и продуктах нефтепереработки в результате роста энергопотребления и увеличения автомобильного парка делают весьма актуальным экономию моторного топлива, в частности за счет оснащения автомобилей дизельными двигателями, расходующими на 30% меньше топлива по сравнению с карбюраторными бензиновыми двигателями. Кроме того, при производстве дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии, чем для производства бензина. Получается двойная экономия энергоресурсов.
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) - бензиновые карбюраторные и дизельные - остаются наиболее массовой силовой установкой автомобиля. В первых топливом является воздушно - бензиновая смесь, которая приготавливается в карбюраторе и затем принудительно воспламеняется в цилиндрах двигателя. Отличительная особенность вторых - внутреннее смесеобразование: топливо (керосиновые, газойлевые или соляровые фракции прямой перегонки нефти) подается непосредственно в цилиндры и самовоспламеняется от сжатого горячего воздуха. В нашей стране автомобили с дизельными двигателями составляют около 15% от численности всего парка (для сравнения: во Франции дизельные двигатели имеют 30% автомобилей с грузоподъемностью 4-12 т и 98% - с грузоподъемностью свыше 12 т).
Важная характеристика двигателей внутреннего сгорания, влияющая на их КПД - степень сжатия рабочей (горючего) смеси в цилиндрах. Если степень сжатия небольшая, то выхлопные газы покидают двигатель, имея достаточно высокие температуры и давление и не в полной мере отдавая свою энергию поршню. В современных карбюраторных двигателях степень сжатия составляет 8-9. При высоких степенях сжатия на ряде режимов работы возникает особый вид аномального сгорания - детонация, когда воздушно - бензиновая смесь не воспламеняется, а взрывается. Причиной детонации становится разложение бензина с образованием пероксидных соединений углеводородов, сопровождающееся выделением большого количества тепла и имеющее при высоких давлениях и температурах взрывной характер. В результате детонации скорость распространения пламени возрастает до 2500 м/с и в цилиндре возникают ударные волны. Детонация снижает мощность двигателя, может вызвать его разрушение, при этом расход топлива возрастает, а за счет его неполного сгорания в выхлопных газах резко повышается содержание вредных веществ и сажи.
Наиболее эффективный способ борьбы с детонацией - повышение антидетонационных свойств бензина, используемого как моторное топливо. Показателем способности бензина противостоять возникновению детонации является октановое число, определяемое специальными методами. Принято, что октановое число очень стойкого к детонации изооктана равно 100 единицам, а октановое число сильно детонирующего гептана равно 0. Октановое число бензина показывает процентное содержание изооктана в этаноловой смеси изооктана и гептана, которая по своим детонационным свойствам эквивалентна данному бензину. Октановое число бензина указывает цифра в его маркировке. Повышение октанового числа бензина (уменьшение вероятности детонации при повышении степени сжатия рабочей смеси в цилиндре двигателя) достигается технологией его получения. бензины прямой перегонки нефти имеют октановое число не выше 50 единиц, термического крекинга - до 70, а каталитического риформинга - до 95 единиц.
В основной массе автомобильных бензинов требуемая антидетонационная стойкость достигается, главным образом, за счет добавок антидетонаторов. Наиболее распространенная антидетонационная присадка - тетраэтилсвинец Pb (C2H5) 4, несколько десятков капель которого на литр бензина предотвращают детонацию. Вместе с тетраэтилсвинцом добавляются вещества, препятствующие отложению в двигателях оксидов свинца, возникающих при сгорании такого топлива, и выносящие их из двигателя вместе с отработанными газами. Смесь тетраэтилсвинца с этими веществами называется этиловой жидкостью, а бензины с такими добавками - этилированными. Автотранспорт, использующий этилированный бензин, - основной источник свинцового загрязнения атмосферы. Мировой автомобильный парк ежегодно выбрасывает в атмосферу 250 тыс. т свинца в виде аэрозолей. Во многих странах мира уже приняты законодательные меры, ограничивающие и дозы этилирования, и объемы потребления этилированных бензинов.
В отличие от бензиновых двигателей, обычно работающих на обогащенной смеси, в которой бензин не может сгореть полностью из-за недостатка кислорода, дизельные двигатели работают на обедненной смеси, что обеспечивает более полное сгорание топлива, приводит к повышению их КПД и уменьшению токсичности выхлопных газов. Главный недостаток дизельных двигателей - их металлоемкость, ограничивающая их установку на легковых автомобилях.
Для сокращения потребления моторных топлив нефтяного происхождения перспективен поиск их заменителей, интенсивно ведущийся во всех автомобилестроительных странах. Такие топлива полностью или частично нефтяного происхождения, получили название альтернативных. Основное сырье для альтернативных моторных топлив - биомасса или природный газ. Наиболее распространенный способ получения моторных топлив из возобновляемого растительного сырья - биомассы - является ферментация (брожение), в результате чего получаются спирты, в частности метанол и этанол, которые можно применять не только как добавки к бензину, но и в чистом виде. Важное преимущество метанола - его высокая детонационная стойкость, позволяющая увеличить степень сжатия до 12-14. Однако, по данным английских исследователей, использование метанола в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания создает серьезные проблемы, связанные с загрязнением атмосферного воздуха токсичным метилнитритом, содержащимся в отработанных газах.
Более приемлем с точки зрения охраны окружающей среды этанол, или этиловый спирт. Особенно перспективен для производства этанола сахарный тростник. В настоящее время 20% -я добавка спирта в бензин рассматривается как наиболее эффективная с технико-экономической точки зрения, поскольку в этом случае не нужны модификация или дополнительная регулировка двигателя. Больше всего автомобилей, работающих на бензине с этанолом, в Бразилии.
Главный претендент на звание топлива будущего - водород, запасы которого практически не ограничены, а процесс сжигания в двигателе характеризуется высоким энергетическим и экологическим совершенством. Для получения водорода могут быть использованы различные термохимические или биохимические способы с использованием экологически чистой энергии Солнца. В нашей стране и за рубежом уже созданы экспериментальные автомобили, использующие водород в жидком виде или в составе твердых металлогидратов в качестве основного топлива или в смеси с бензином. Бензиноводородный двигатель по сравнению с бензиновым характеризуется увеличением степени сгорания топлива, при этом уменьшаются выбросы (оксида углерода - в 9 раз, оксидов азота - в 7 раз, углеводородов - в 2 раза) и расход бензина (при 10-15% -й добавке водорода расход бензина снижается наполовину).
Преимущества водорода как автомобильного топлива несомненны. Его теплотворная способность в три раза выше, чем у бензина, а продукты сгорания содержат безобидный компонент - водяной пар. Более полувека назад профессор Орлин из МГТУ им. Баумана впервые создал и запустил карбюраторный двигатель на водороде. Использование водорода в качестве топлива потребует значительного увеличения его производства. В этом заключается одно из главных препятствий на пути широкого применения водорода как двигательное топливо.
Загрязнение воздуха автомобильным транспортом и характеристики некоторых веществ в выхлопных газах.
Воздействие автотранспорта и обеспечивающей его инфраструктуры на природную среду сопровождается не только потреблением невозобновимых природных ресурсов и связанным с этим загрязнением природной среды, но и негативными изменениями биосферы и прежде всего воздушного бассейна, обусловленными непосредственной работой современных карбюраторных и дизельных автомобильных двигателей.
Загрязнение атмосферного воздуха в результате работы автомобиля обусловлено тремя основными источниками: системой выпуска отработанных газов, системой смазки и вентиляции картера, системой питания. На долю выхлопных газов приходится наибольшая часть (70-80%) вредных веществ, выделяемых автомобильным двигателем. Камера сгорания двигателя - это своеобразный химический реактор, синтезирующий вредные вещества, которые затем поступают в атмосферу. Даже нейтральный атмосферный азот, попадая в камеру сгорания двигателя, превращается в ядовитые оксиды азота. В отработанных газах содержится более 200 различных химических соединений, из них около 150 - производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному или неравномерному сгоранию топлива в двигателе.
Доля автотранспорта в загрязнении атмосферы высокоавтомобилизированных стран составляет: во Франции - 32%, а Великобритании - 34%, в США - 60%.
Ситуация во многих городах России, по критериям Госкомсанэпидемнадзора, в последние несколько лет оценивается как критическая. Так, в Москве суточный пробег автопарка составляет в настоящее время 68 019 тысяч машинокилометров. При этом суточный выброс вредных веществ с отработанными газами автомобилей равен 3029,7 т, из них: оксида углерода - 2369,1 т, оксидов азота - 163,9 т, углеводородов - 462,1 т, сернистого ангидрида - 33 т. В числе этих выбросов такие опасные отравляющие вещества, как полициклические углеводороды и другие канцерогенные вещества - 900 кг, свинец - 700 кг. Уровень загрязнения центральной части города и вдоль отдельных магистралей по главным автомобильным поллютантам составляет 10 - 20 предельно допустимых концентраций. При сохранении сегодняшних тенденций суточный пробег автотранспорта в Москве в 2000 году составит 69 788 тысяч машино - километров, а суточный валовой выброс загрязняющих веществ - 4779,4 т.
Характеристики некоторых веществ, содержащихся в выхлопных газах
Сначала необходимо определить средний состав основных компонентов отработанных газов автомобилей. Для карбюраторных двигателей состав отработанных газов следующий: азот (74 - 77%), водяной пар (3 - 5,5 %), диоксид углерода (5 - 12%), оксид углерода (1 - 10%, токсичен), оксиды азота (0 - 0,8%, токсичны), альдегиды (0 - 0,2%, токсичны), углеводороды (0,2 - 3%, токсичны), сернистый газ (0 - 0,002%, токсичен), бенз (а) перен (10 - 20 мкг/м3,), сажа (0 - 0,4 г/м3). Для дизельного двигателя содержание азота составляет 76 - 78%, водяного пара - 0,5 - 4%, СО2 - 1 - 10%, СО - 0,01 - 0,5%, оксидов азота - 0,001 - 0,4%, альдегидов - 0 - 0,002%, углеводородов - 0,01 - 0,1%, сернистого газа - 0-0,03%, сажи - 0,01 - 1 г/м3, бенз (а) перена - до 10 мкг/м3.
Теперь подробнее рассмотрим некоторые загрязняющие вещества, входящие в состав отработанных газов.
. Оксид углерода СО (угарный газ). Это безцветный, не имеющий запаха газ, образующийся при неполном окислении углерода. В большинстве крупных городов 90% окиси углерода попадает в воздух вместе с выхлопными газами. Это первичный загрязнитель атмосферы. Реакция образования оксида углерода: С + 1/2О2 - -> СО. Если при неполном сгорании углерода образуется окись углерода, то полное сгорание дает в качестве конечного продукта двуокись углерода.
Окись углерода вдыхается вместе с воздухом и поступает в кровь, где она конкурирует с кислородом за молекулы гемоглобина. Гемоглобин представляет собой сложный белок, присутствующий в крови и переносящий кислород из легких к клеткам организма, а углекислый газ из клеток организма обратно в легкие. Окись углерода соединяется с молекулами гемоглобина прочнее, чем кислород. Чем больше окиси углерода содержится в воздухе, тем больше гемоглобина связывается с ней и тем меньше кислорода достигает клеток. Гемоглобин, соединившийся с окисью углерода, называется карбоксигемоглобином.
По этой причине оксид углерода при повышенных концентрациях представляет собой смертельно опасный яд.
Данные о воздействии на здоровье людей низких концентраций окиси углерода были получены в экспериментах, а не в результате фактических наблюдений. У людей с повышенным содержанием карбоксилгемоглобина наблюдаются некоторые симптомы. Например, снижение способности воспринимать сигналы, поступающие из внешней седы. Нарушаются также процессы мышления, ослабевает способность различать повышение яркости света, серьезно нарушаются навыки вождения.
Существует много информации о влиянии окиси углерода на сердечные приступы. Наиболее чувствительна к недостатку кислорода сердечная мышца (миокард), поэтому при избытке СО у людей страдающих стенокардией приступы происходят чаще и длятся дольше, чем у здоровых.
. Диоксид углерода СО2 (углекислый газ) - это продукт полного сгорания топлива. Этот газ обладает наркотическим действием, раздражающе воздействует на кожу и слизистые оболочки. Влияние углекислого газа выражается не только в токсическом действии на живые организмы, но и в способности поглощать инфракрасные лучи. При нагревании земной поверхности солнечными лучами часть тепла в виде инфракрасного излучения отдается обратно в мировое пространство. Это тепло частично перехватывается газами, которые поглощают инфракрасное излучение и при этом нагреваются. Если это явление происходит в тропосфере, то с ростом температуры могут происходить климатические изменения (парниковый эффект). Однако, до сих пор еще остается неясным, в какой степени климатические изменения связаны с поглощениям инфракрасного излучения углекислым газом в атмосфере. Также СО2 является одним из источников образования кислотных осадков, может вызывать разрушение строительных материалов, закисление водоемов и другие нежелательные последствия.
. Диоксид серы SO2 с парами воды в атмосфере образует аэрозоли сернистой кислоты или в результате фотохимического окисления превращается в серный ангидрит SO3. В обоих случаях в конечном итоге образуются аэрозоли серной кислоты - один из главных компонентов кислотных осадков. Диоксид серы пребывает в атмосфере до двух недель и может разноситься потоками воздуха на расстояние до 1500 км. Диоксид серы также является основным компонентом лондонского смога. На организм этот газ в повышенных концентрациях действует общетоксично, вызывая нарушения деятельности нервной системы.
. Альдегиды (кислородсодержащие производные углеводородов) относятся к отравляющим веществам; сильно раздражает глаза, дыхательные пути, поражает печень и почки. Альдегиды являются компонентами фотохимического смога, возникающего в крупных городах с большим автопарком.
. Канцерогенные вещества (в частности, бенз () перен) чрезвычайно опасны для человека даже при малых концентрациях, поскольку обладают свойством биоаккумуляции (т.е. аккумулируются в организме до критических концентраций). Вызывают рак.
. Сажа. Окрашенность дыма отработанных газов двигателя автомобиля зависит от содержания частиц сажи - чем больше сажи, тем чернее дым. Как любая мелкая пыль, сажа действует на органы дыхания, но главная опасность заключается в том, что на поверхности частиц сажи адсорбируются канцерогенные вещества.
Техногенные свинцовые аномалии почвы отмечаются на расстоянии до 100 м от автомагистралей, при этом свинец не нейтрализуется в почвах из-за его слабой способности к миграции. Установлено, что многие распространенные культурные растения (пшеница, ячмень, картофель, морковь) могут содержать повышенные концентрации свинца, превышающие ПДК в 5 - 10 раз. Следуя по звеньям трофических цепей, свинец попадает в организм человека, вызывая его заболевания.
. Оксиды азота NОх образуются при сгорании любых видов топлива - природного газа, угля, бензина или мазута. Около 90% годового выброса оксидов азота в атмосферу - результат сжигания ископаемого топлива, половина этого количества выбросов приходится на автотранспорт.
Наибольшую опасность представляет собой диоксид азота, который в присутствии водяных паров образует азотистую и азотную кислоты. Поступая в верхние слои атмосферы, диоксид азота приводит к образованию кислотсодержащих облаков и кислотных осадков.
Монооксид азота не раздражает дыхательные пути, поэтому человек не чувствует его присутствия. Однако его вдыхание приводит к образованию метгемоглобина, который не связывает молекулы кислорода и таким образом выводит их из процесса переноса кислорода в организме человека.
Диоксид азота вызывает сильное раздражение слизистых оболочек, а при его вдыхании в организме образуются азотная и азотистая кислоты, разъедающие альвеолы легких. При критической его концентрации, например в закрытых помещениях (гаражах), возникает отек легких, который приводит к смерти.
. Углеводороды - несгоревшие химические составляющие топлива, они токсичны. Выбросы этих веществ на перекрестках и у светофоров в несколько раз больше, чем при движении по магистрали. Вместе с диоксидом азота под действием солнечного света углеводороды образуют вторичные загрязняющие вещества.
Влияние отработанных газов автомобилей на природу и особенно на здоровье человека значительны. Многие из выбрасываемых соединений имеют канцерогенное мутагенное воздействие.
Для снижения вредного влияния автомобильного транспорта в настоящее время можно определить несколько направлений.
. Снижение использования в автомобильном бензине высокотоксичного антидетонатора - тетраэтилсвинца.
. Ужесточение нормативов выбросов вредных веществ с отработанными газами автомобилей.
. Уменьшение выбросов, изменение их структуры может быть достигнуто многими способами - применение новых видов топлива, усовершенствованием процессов сгорания, каталитической очисткой выхлопных газов.
. Объем выхлопных газов от автомобильного транспорта можно существенно снизить за счет лучшей технической эксплуатации автомобиля, регулирования скорости, сокращения количества остановок на перекрестках, перехода на схему одностороннего движения и улучшения системы светофорного регулирования движения транспорта.
Заключение
Автомобильный транспорт очень сильно загрязняет окружающую среду. Это сказывается не только на атмосфере и биосфере, но и на самом человеке, на его здоровье. Конечно, с каждым годом автомобильный парк будет только увеличиваться, и вместе с этим будет ухудшаться экологическая обстановка в мире. Поэтому людям стоит задуматься над этой проблемой, принять какое - то рациональное решение, позаботиться о себе самих и природной среде, в которой они живут. Ведь природная экосистема чувствительна и ранима и не может вмещать весь тот мусор, который поставляет человек. В один день она просто погибнет, и об этом стоит помнить.
Список использованной литературы
1. П. Ревелль, Ч. Ревелль Среда нашего обитания. том 2 М.: Мир 1995
. #"justify">. М.П. Ратанова Экологические основы общественного производства. Смоленск: СГУ, 1999.
. Г. Фелленберг Загрязнение природной среды" М.: Мир, 1997
. А.М. Данилов Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. М.: Химия 1996