Загрязнение атмосферы газообразными выбросами автотранспорта

Воздух атмосферы обеспечивает человека, животных и растительный мир жизненно необходимыми газовыми компонентами, особенно кислородом и углекислым газом. Без кислорода невозможно дыхание, т.е. энергетика многоклеточных животных. Воздух является окислительной средой. Например, если бы содержание кислорода в атмосфере было бы не 21, а 25%, то это привело бы к возгоранию дерева даже под проливным дождем, т.е. все растения на земле были бы давно уничтожены! А при 10% содержании кислорода в атмосфере — не могли бы гореть даже совершенно сухие дрова.

Увеличение доли углекислого газа до 0,1% приводит к затруднению дыхания, а выше 4% — вызывает аварийную ситуацию. Даже изменение содержания углекислого газа в атмосфере на тысячные доли процента меняет ее проницаемость для отраженных от земной поверхности тепловых лучей. Парниковый эффект и разрушение озонового слоя вокруг земли вызывают большую тревогу общества.

Озоновый слой атмосферы Земли оберегает все живое от смертельных доз ультрафиолетового излучения солнца. В настоящее время ученые констатируют, что этот слой не только утончается, но в нем появляются огромные по площади дыры. Они возникают все чаще над обширными территориями и существуют от нескольких дней до недель. Избыток ультрафиолета, проникающего через озоновые дыры, увеличивает опасность заболевания раком кожи (снижение общего содержания озона на 1 % вызывает рост вероятности заболевания на 2,3%), катаракты, иммунной системы, роста числа вирусных заболеваний. А воздействие ультрафиолета на молекулы наследственности (ДНК) необратимо: прямой поток способен уничтожить все словно лазер. Дальнейшее развитие цивилизации такими же темпами приведет к утоньшению озонового слоя через 30 лет на 20%, что означает гибель фитопланктона, а затем и других клеточных структур.

О путях решения этой проблемы существуют разные мнения:

1. снизить количество выпуска разрушающих озоновый слой фреонов;
2. обеспечить производство в больших количествах (до 30 млн т в год) озона в стратосфере на специальных платформах (до 60 шт.), оснащенных лазерами;
3. извлекать атомы хлора из тропосферы с помощью сверхвысокочастотного излучения, идущего от земли.

Сам озон (греч. пахнущий) находится не только на больших, но и на малых высотах. Он ощущается по запаху свежести в предгрозовой период, при работе копировальных или лазерных установок, кварцевых ламп, когда его концентрация увеличивается в десятки раз против обычной.

Внутри закрытых помещений озон быстро реагируете предметами обстановки помещения и стенами, что резко снижает его концентрацию. При больших концентрациях он способен «сжечь» легкие человека, это сильнейший окислитель, а по токсичности превосходит цианистую кислоту. По стандартам ВОЗ ПДК озона в воздухе равна 100 мкг/м3 (при концентрации 200 мкг/м3 появляется кашель и хрипота). Озон в приземном слое может создать зону размером до 1000 км2, которая распространяется ветром по параллелям земного шара подобно любому другому загрязнению. Поскольку концентрация озона в приземном слое непрерывно возрастает (до 1% за год), то не за горами еще одна проблема: борьба с озоном в приземном слое атмосферы.

Для обеспечения жизни на Земле должно быть соблюдено относительно постоянное соотношение газового баланса в атмосфере. Наиболее вредными веществами, поступающими в атмосферу, являются диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, твердые вещества и углеводороды.

В районах расположения алюминиевых производств наблюдаются значительные загрязнения воздуха фтористым водородом, а в зонах предприятий по производству химического волокна — сероуглеродом.

По данным за 1999 год доля (%) предприятий промышленности ряда отраслей России в общем выбросе в атмосферу составила:
— энергетическая 26,3
— цветная металлургия 17,1
— черная металлургия 14,2
— нефтедобывающая 8,6
— машиностроение 5,7
— нефтеперерабатывающая 5,6
— строительных материалов 4,9
— химическая и нефтехимическая 3,3
— деревообрабатывающая 2,9
— газовая 1,7
—пищевая 1,3
— оборонная 1,2
— легкая 0,6
— микробиологическая 0,3

Основные загрязнители атмосферного воздуха и их среднегодовая концентрация (мг/м3)

Таким образом, загрязнение воздуха происходит в основном за счет сжигания топлива (в том числе от лесных пожаров), выбросов газов, пепла и пыли (в том числе при извержениях вулканов), разложения органических веществ. Поэтому актуальным является вопрос об эффективном и качественном сжигании топлива в котельных, промышленных печах, агрегатах, двигателях внутреннего сгорания на основе оптимального соотношения топливо — воздух.

Если в 70-х годах доля загрязнений, вносимых автотранспортом в атмосферу, составляла менее 13%, то в настоящее время она достигла 60% и продолжает расти. По данным государственного доклада «О состоянии окружающей среды Российской Федерации в 1998 году» автомобильным транспортом выброшено в атмосферу более 11 млн т загрязняющих веществ, из которых на стационарные источники (цеха, СТО, стоянки) приходится до 10%. В выхлопах автомобильных двигателей содержится боле 200 соединений и веществ, большинство из которых токсичны (оксид углерода, углеводы, окислы азота), сажа, свинец, другие продукты сгорания и не сгоревшего окислителя. Газовая смесь выхлопа автомобиля состоит из инертных газов, проходящих через камеру сгорания практически без изменения, твердых частиц (продуктов дегидрирования топлива), металлов и других несгоревших веществ, оказавшихся в топливе. Окись углерода (СО) образуется в результате неполного сгорания топлива в двигателе.

В двигателях с искровым зажиганием горение начинается в точке разряда и происходит неравномерно (стенки цилиндра двигателя — холодные) и неполно. При этом до 60% выделяющегося углеводорода выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу, до 30% — через карбюратор и до 10% — через топливный бак. Количество вредных веществ в выбросах автомобилей зависит от размеров, возраста, режима работы, качества регулировок, степени нагрева цилиндра.

Например, машина, отрегулированная на «богатую» смесь, а также при запуске холодного двигателя «обогащает» атмосферу большим количеством вредных веществ. При торможении процент углеводородов и монооксида углерода увеличивается, а при разгоне автомобиля — увеличивается количество оксидов азота. Поэтому требуется внедрение надежных и быстродействующих систем регулирования состава продуктов сгорания топлива.

Общее экологическое состояние в городах определяется в значительной мере правильной организацией в нем движения автотранспорта. Максимальное выделение угарного газа происходит при торможении, разгоне, маневрировании, при работе автомобиля на режиме холостого хода. Анализ движения автотранспорта в городе указывает, что эти режимы наиболее продолжительны (с постоянной скоростью автобусы в городе движутся менее 9% времени). Таким образом, в городе необходимо обеспечить безостановочное движение транспорта созданием дорожных «развязок», скоростных магистралей с сетью подземных переходов, правильную расстановку светофоров. Даже обеспечение более полного сгорания топлива в двигателе не уменьшает количества взвешенных частиц и оксидов азота.

Средние величины газообразных выбросов в автомобильных выхлопах (грамм на 1 км пробега)

Помощь в решении этого вопроса может оказать улучшение конструкции камер дожигания, модификация топлива и повышение его испаряемости (например, переход на нефтяной газ, но это приводит к появлению целого ряда неудобств иного вида), отказ от использования этилированного топлива. Каталитическое дожигание неэтилированного бензина с помощью платиновых и палладиевых катализаторов можно использовать для превращения углеводородов и моноксидов углерода в диоксид углерода и воду. Использование катализаторов (платина, палладий) для очистки выхлопных газов автомобиля требует значительных затрат.

Минимальное содержание СО в выхлопных газах определяется техническим состоянием двигателя, правильной регулировкой карбюратора, качеством используемых смазок и топлива. Содержание токсичных веществ в выхлопных газах автомобилей регламентируется ГОСТ 17.22.03—87. В ходе проверок работы двигателей автомобилей (2000 г.) выявлено, что более 25% автомобилей имеют превышение ПДК окиси углерода в выхлопных газах, в том числе по моделям: «Волга», «Жигули» — 36,5%, «Москвич» — 24%, «Запорожец» — 22%, иномарки — 11,8%, другие — 5,7%. При этом необходимо иметь в виду, что еще у 10% автомобилей, содержание СО в выхлопе была равна ПДК.

Большое внимание уделяется разработке новых видов топлива, альтернативных топливу нефтяного происхождения. К такому топливу сформулированы требования: наличие достаточных энергетических ресурсов; возможность массового производства; технологическая и энергетическая совместимость с транспортными силовыми установками; приемлемые токсические и экологические показатели; безопасность и безвредность эксплуатации.

С точки зрения экологической чистоты наиболее перспективным является электромобиль. Проблемы, тормозящие его широкое внедрение (резко удешевить источники электропитания), могут быть со временем решены.