Содержание
1.Введение
2. Вредные выбросы и их воздействие на живую природу
3. Способы уменьшения вредных выбросов автотранспорта
4. Социальный аспект загрязнения автотранспортом
5.Экономическая составляющая на пути борьбы с загрязнением автомобильным транспортом
Заключение
Литература
1. Введение
Биосфе́ра (от греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли. Термин «биосфера» был введён в биологии Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX в., а в геологии предложен австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году. Целостное учение о биосфере создал русский биогеохимик и философ В.И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом. Биосфера располагается на пересечении верхней части литосферы, нижней части атмосферы и занимает всю гидросферу.
Некоторые «изменения», такие как загрязнение воздуха или воды, могут непосредственно влиять на здоровье человека и жизнедеятельность организмов. Другие чреваты косвенными эффектами, например, выбросы углекислого газа сказываются на климате, что в свою очередь отражается на производстве продуктов питания; сдвиги в концентрации биогенов приводят к гибели одних популяций и бурному размножению других.
В результате накопления различных загрязнений в атмосфере, в первую очередь фреонов, происходит разрушение озонного слоя, который предохраняет земную поверхность от солнечной радиации. Загрязнения, поступающие в атмосферу, с осадками возвращаются на Землю и попадают в водоемы и почву. Считается, что в водоемы попадает свыше 500 тыс. различных веществ. Тяжелые металлы – свинец, ртуть, цинк, медь, кадмий, попавшие в водоем, активно поглощаются животными и рыбами, которые или сами погибают, или отравляют людей, использующих их в пищу.
2. Вредные выбросы и их воздействие на живую природу
Экологические требования к современному автомобилю являются в настоящее время приоритетными. Экологическая безопасность - это свойство автомобиля снижать негативные последствия влияния эксплуатации автомобиля на участников движения и окружающую среду. Она направлена на снижение токсичности отработанных газов, уменьшение шума, снижение радиопомех при движении автомобиля. Несмотря на многочисленные попытки заменить двигатель внутреннего сгорания каким-либо другим, не выделяющим токсичные вещества, альтернативы ему пока нет. А если принципиально новый двигатель и появится, то переналадка производства для его крупносерийного выпуска потребует грандиозных капиталовложений и произойдет далеко не сразу. Вместе с тем уже сейчас человечество подошло к той черте, когда без экологически чистого автомобиля просто не обойтись. И выход пока видится один - надо если не полностью исключить, то во всяком случае свести к минимуму вредные выбросы ДВС.
Основными источниками загрязнения воздушной среды автомобилей являются отработавшие газы ДВС, картерные газы, топливные испарения.
Как образуются доставляющие всем столько хлопот вредные вещества в отработавших газах? Известно, что топливо сгорает в камере при взаимодействии с кислородом воздуха. Этот процесс сопровождается интенсивным выделением тепла, которое и преобразуется в работу. Теоретически для сгорания 1 кг бензина требуется 14,7 кг воздуха, однако на практике этого количества оказывается недостаточно. Дело в том, что воспламенение и сгорание бензино-воздушной смеси (ее еще называют горючей) длится тысячные доли секунды, и к такому быстрому процессу она недостаточно хорошо подготовлена. В смеси остаются газы от предыдущего цикла, препятствующие доступу кислорода к частицам топлива; кроме того, не удается добиться ее идеального перемешивания по объему цилиндра, особенно у непрогретого двигателя и на переходных режимах. В результате не все топливо окисляется до конечных продуктов, и для нормального протекания процесса сгорания его приходится добавлять. Если в горючей смеси количество топлива больше расчетного, смесь называется богатой, если меньше - бедной. При средних нагрузках главное внимание обращается на экономичность, поэтому в камеру сгорания подается несколько обедненная смесь. При небольшом обогащении смеси скорость ее сгорания увеличивается, в камере развиваются более высокие температура и давление. Для максимальных нагрузок или резкого перехода с малой нагрузки на большую требуется богатая смесь. Большое количество топлива подается в цилиндры и при пуске холодного двигателя, когда горючую смесь образуют только самые легкие фракции топлива. В этих случаях из-за недостатка кислорода топливо сгорает не полностью. Двигатель хотя и развивает большую мощность, но работает не экономично и выбрасывает в атмосферу токсичные продукты неполного сгорания.
Наиболее токсичными компонентами отработавших газов бензиновых двигателей являются: оксид углерода (СО), оксиды азота (NОx), углеводороды (СnHm), а в случае применения этилированного бензина - свинец. Состав выбросов дизельных двигателей отличается от бензиновых. В дизельном двигателе происходит более полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота. Дизельные двигатели, кроме всего прочего, выбрасывают твердые частицы (сажу). Сажа, содержащаяся в выхлопе, нетоксична, но она адсорбирует на поверхности своих частиц канцерогенные углеводороды. При сгорании низкокачественного дизельного топлива, содержащего серу, образуется сернистый ангидрид.
Как же эти вредные компоненты воздействуют на человека и окружающую среду? В обычных условиях СО- бесцветный газ без запаха, он легче воздуха и поэтому может легко распространятся в атмосфере. При действии на человека СО вызывает головную боль, головокружение, быструю утомляемость, раздражительность, сонливость, боли в области сердца. Оксид азота NO - бесцветный газ, диоксид азота NO2- газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислоты. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO2 способствует развитию заболеваний легких. Некоторые углеводороды СН являются сильнейшими канцерогенными веществами (например бензапирен), переносчиками которых могут быть частички сажи, содержащиеся в отработавших газах.
В скопившихся над асфальтом облаках СН и NOx под воздействием света происходят химические реакции. Разложение оксидов азота приводит к образованию озона. Вообще-то озон не стоек и быстро распадается, но только не в присутствии углеводородов (СН) - они замедляют процесс распада озона, и он активно вступает в реакции с частичками влаги и другими соединениями. Образуется стойкое облако мутного смога. Озон разъедает глаза и легкие, а выбросы NОх участвуют в формировании кислотных дождей.
3. Способы уменьшения вредных выбросов автотранспорта
В настоящее время уменьшение загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, выделяемыми автомобильным транспортом, является одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством. Автомобиль не роскошь, а средство передвижения. Без автомобиля в настоящее время немыслимо существование человечества. При интенсивной урбанизации и росте мегаполисов автомобильный транспорт стал самым неблагоприятным экологическим фактором в охране здоровья человека и природной среды в городе. Таким образом, автомобиль становится конкурентом человека за жизненное пространство. За последние десятилетия человечество окончательно убедилось, что первым виновником загрязнения атмосферного воздуха – одного из основных источников жизни на нашей Планете, является детище научно-технического прогресса – автомобиль. Автомобиль, поглощая столь необходимый для протекания жизни кислород, вместе с тем интенсивно загрязняет воздушную среду токсичными компонентами, наносящими ощутимый вред всему живому и неживому. Вклад в загрязнение окружающей среды, в основном атмосферы составляет – 60 - 90%.
Примерно в начале 50-х годов человечество впервые, пожалуй, осознало, что его среда обитания, такая привычная и естественная, может быть разрушена. К середине следующего десятилетия проблема встала во весь рост - невиданные ранее масштабы автомобилизации привели к тому, что в городах стали остро ощущать недостаток чистого воздуха. Родившееся тогда слово "смог" очень емко отражало типичную атмосферу больших городов, окутанных маревом автомобильных "испарений". Полицейским-регулировщикам выдали противогазы, а для обычных прохожих кое-где установили автоматы чистого воздуха: бросил несколько монеток - и можешь на минуту-другую "перевести дух".
Общественность ("зеленые") забила тревогу, тема экологии бурно обсуждалась в прессе, с парламентских трибун - и, естественно, автопроизводителям пришлось реагировать, чтобы изменить ситуацию к лучшему.
Сразу определилось несколько направлений. Основное, естественно, - подвергнуть ревизии саму концепцию двигателя внутреннего сгорания. Если до того времени важнейшим показателем совершенства мотора считали его тяговые характеристики, то теперь пришлось во главу угла ставить чистоту выхлопа, полноту сгорания топлива, экономичность...
Конструкторы занялись фазами газораспределения, качеством подготовки смеси, формой камеры сгорания. Стремление сжигать все более бедную смесь уперлось в порог детонации, и тут уж ничего не оставалось, как привлекать к расчету камеры сгорания сложные динамические модели - скажем, организовывать вращение заряда и его локальное обогащение, идти на другие хитрости.
Вскоре появились системы впрыска топлива (пока еще во впускной коллектор) и каталитический нейтрализатор отработавших газов (катализатор). Современный катализатор - это керамический монолит, пронизанный множеством каналов, поверхность которых покрыта слоем алюминия, а на него, в свою очередь, нанесены химически активные драгоценные металлы (родий, палладий, платина). На долю последних приходится до 60% себестоимости устройства. Именно благодаря им происходят необходимые химические реакции - окисление монооксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов (СН), а также сокращение количества окиси азота (NOx). В трехкомпонентном нейтрализаторе платина и палладий вызывают окисление СО и СН, а родий "борется" с NOx. Кстати, родий - субпродукт при получении платины - наиболее ценный в этой троице. И именно его в первую очередь "отравляет" свинец, содержащийся в бензине.
В конструкции катализатора используют другие химические элементы, повышающие эффективность трех основных, - никель, участвующий в реакции с NOx, железо, а также церий.
На первый взгляд может показаться, что установка катализатора решает все экологические проблемы. Однако "зеленые" продолжили наступление и нашли-таки в нем изъян. Температура, при которой катализатор начинает действовать (температура активации), находится в пределах 250-350°С. Время же, необходимое для разогрева, может достигать нескольких минут и зависит от типа автомобиля, способа его эксплуатации и температуры воздуха. Холодный катализатор практически неэффективен - следовательно, необходимо уменьшить время достижения температуры активации. И опять инженеры взялись за дело.
Фирмы разработали технологию подогрева катализатора мощным электрическим сопротивлением. Подогреватель на металлической опоре крепится внутри катализатора; его мощность - от 0,5 до 2, иногда 4 кВт, в зависимости от величины сопротивления (от 0,05 до 0,35 Ом). Для примера, элемент в 1,5 кВт разогревает катализатор до 400°С за 10 секунд.
Чтобы снизить вредные выбросы при пуске холодного двигателя, иногда применяют также встроенный в катализатор адсорбер углеводородов. Как только рабочая температура достигнута, последние "освобождаются" и окисляются самим катализатором.
А вот еще одна проблема. Чем беднее рабочая смесь, тем ниже эффективность катализатора в отношении NOx. Для СО и СН - обратная картина: при обогащенной или богатой смеси не происходит их полного окисления. В настоящее время разрабатываются системы, адсорбирующие окиси азота, которые действуют по принципу ловушки: высвобождение NOx происходит в тот момент, когда достигается стехиометрическое (нормальное) соотношение рабочей смеси (около 1:15).
Конечно, доводкой катализаторов "экологические" заботы конструкторов транспортных средств не ограничиваются. Скажем, чтобы при равномерном движении умерить аппетит (и, естественно, выбросы) восьмицилиндрового "Порше-928", инженеры экспериментировали с отключением цилиндров. "Фольксваген" пошел еще дальше - у серийного "Гольфа-III Экоматик" мотор и вовсе отключался при любом подходящем случае - движении накатом, остановке у светофора - и оживал с нажатием на педаль акселератора.
Претендент № 1 на экологический подиум – гибридные модели. Перефразируя классику, можно сказать: «Верхи еще не могут, низы уже хотят». Еще пару лет назад производители без устали убеждали покупателей в том, что комбинированные силовые установки надежны и позволяют немало экономить на топливе. Результат пропаганды превзошел все ожидания: лидеры гибридного рынка «Тойота» и «Хонда» не справляются со спросом на чрезвычайно популярные «Приус» и «Сивик Гибрид». Обе компании в ближайшее время намерены в качестве опции предложить подобные установки почти для любой модели! Причем их достоинства не только в экономичности и заботе об экологии, но и в улучшении динамических характеристик. Ярчайший пример – гибридный «Lexus RX400h», обставляющий в спринте бензинового собрата (ЗР, 2006, № 1).
В гонку включились почти все крупные производители, даже те, кто ранее был настроен скептически. «Мы не учли, что многие готовы купить гибрид, продемонстрировав тем самым заботу об окружающей среде», – сокрушается вице-президент «Дженерал моторс» Роберт Лутц. Джил Ладжзак, глава подразделения «Сатурн»: «Мы уверены – необязательно быть богатым для того, чтобы примкнуть к стану «зеленых».
Второй тип систем – двухступенчатый: гибрид переключается в один из двух режимов – «город» или «трасса». В первом на малых скоростях работает лишь электромотор, затем вступает бензиновая подмога. Двигатель с изменяемыми фазами газораспределения снабжен функцией отключения нескольких цилиндров и отличается высокой степенью сжатия. Экономия топлива достигает 25%.
О сколь-нибудь масштабном внедрении топливных элементов речь пока не идет: это потребует создания мощной инфраструктуры по всей стране – перерабатывающие заводы, заправочные станции… Нынешней Америке, да и Европе это пока не по зубам. Даже оптимисты говорят: топливные элементы не завоюют сердца покупателей ранее 2020 года.
4. Социальный аспект загрязнения автотранспортом
Обеспокоенное экологическими проблемами общество, естественно, позаботилось о подходящем инструментарии, чтобы оценить вред окружающей среде от автомобиля. Сперва появились сложные и громоздкие химические газоанализаторы (они, можно сказать, пришли прямиком из лабораторий химиков), затем - более компактные и точные термохимические (их прямой потомок - лямбда-зонд - сейчас есть едва ли не на каждом европейском автомобиле), теперь вошли в употребление инфракрасные (с ними вы встречаетесь на техосмотре в ГАИ). Для дизелей сконструировали нефелометры (у нас их называют "дымомеры"), измеряющие плотность выхлопа, то есть число несгоревших частичек сажи. Что дальше? Дальше начали отслеживать экологическую обстановку в масштабе крупных городов, видимо, не за горами и общемировые исследования загрязнения воздуха.
Можно отметить определенную закономерность последних двух десятилетий. Едва, казалось бы, инженеры и автопроизводители приблизятся к решению какой-то экологической проблемы - тотчас возникают десятки новых. Удалось справиться с СО? А вот, пожалуйте - СН и NOх. Вопрос решается? А как вам канцерогены, озон, микрочастицы... У кого-то может даже возникнуть мнение, что автомобили становятся все более опасными. Между тем, это неверно: известный специалист Андрэ Дуо, один из руководителей Французского института нефти, заявляет: "Сегодня автомобили загрязняют окружающую среду в 7-10 раз меньше, чем раньше, но ведь прежде не существовало и столь совершенной измерительной аппаратуры".
Проблема состоит еще и в том, что тогда многие вещества вовсе не считались такими вредными, как показывают современные исследования. Вот, скажем, дизель. Пару десятков лет назад его считали чуть ли не эталоном чистоты. Потом обнаружилось, что здоровью вредят частицы сажи размером 10 микрон. Дальше - больше. В системе смазки плунжеров ТНВД традиционно использовали свойства серы, входящей в дизельное топливо. Теперь же на нее накладывают табу: при сгорании такого топлива образуется сернистый ангидрид SO2, другие вредные соединения. Да и с сажей дело оказалось гораздо сложнее, чем виделось сначала: "Ранее полагали, что диаметр микрочастиц составляет 10 микрон, в то время как в действительности они имели размер 1 микрон", - говорит тот же Андрэ Дуо. А это совсем другое дело: такие частицы, не задерживаясь в верхних дыхательных путях, попадают прямиком в легкие и могут вызвать целый букет весьма опасных заболеваний.
Так опасен ли все-таки автомобиль? Специалисты предпочитают использовать в качестве единицы измерения вредного воздействия тех или иных факторов не человеческую жизнь как таковую, а... непрожитые годы. Для примера возьмем французскую статистику: 300 смертей в год, причиной которых стало, как полагают, загрязнение атмосферы, составляют не более 100 непрожитых лет. Кто-то скажет: циничная арифметика. Возможно, но стоит сравнить эти данные с цифрами потерь, вызванных иными причинами: пассивное курение - 10 тысяч лет; самоубийства среди молодежи - 400 тысяч лет; активное курение - 1 миллион лет!
5. Экономическая составляющая на пути борьбы с загрязнением автомобильным транспортом
А что же, собственно, производители автомобилей? Может показаться, что общественность буквально выламывает им руки, заставляя делать все более экологически чистые автомобили. Вы тоже так думаете? Напрасно - ведь, по правде говоря, вся эта гонка автомобильным фирмам... выгодна!
Посудите сами. Надежность и ресурс современных автомобилей год от года увеличиваются. Стала нормой шестилетняя гарантия на кузов, трансмиссия без какого-либо обслуживания способна работать сотни тысяч километров, двигатель, смазанный самыми современными маслами, тоже проживет не меньше. Как же стимулировать покупку нового авто? Ведь снижать общий выпуск машин нельзя: скажем, в Германии каждый седьмой работающий так или иначе связан с автопромом - если выпускаются "лишние" автомобили, стало быть, имеются и "лишние" работники?
Со времени написания "Капитала" обруганный капитализм научился решать многие свои проблемы. И проблему кризиса перепроизводства - тоже. Надо доказать владельцу, что его нестарая еще машина смертельно вредна для природы - и для него самого. Он не поддается на уговоры "зеленых"? Что ж, тогда неплохо подействует повышенный налог на "старье на колесах". Согласитесь - куда лучше платить проценты по кредиту и ездить на совершенно новом автомобиле, чем тратить те же деньги на высокий "экологический" налог. В крайнем случае государство приплатит потенциальному покупателю - нет, далеко не только из-за любви к чистому воздуху. Это - плата за поддержание уровня производства и, стало быть, за отсутствие социальных потрясений.
Итак, "экологическая гонка" в разгаре, и каждая фирма стремится проявить себя на этом поприще - ведь общепонятные "зеленые" рассуждения служат таким великолепным фоном для рекламных призывов...
Выигрывают все - кроме, быть может, каждого конкретного покупателя: автомобиль с катализатором, электронным впрыском и т. д. заметно дороже, чем, как говорится в рекламе, "обычный". Один европейский журнал ядовито заметил по этому поводу: "У вас будет катализатор. Только за эту цену придется обойтись без АБС, подушек безопасности..."
С другой стороны, вправе ли этот самый покупатель сетовать - если признано, что автомобиль, мягко говоря, не улучшает экологическую ситуацию? И потом - стоит ли осуждать автопроизводителей? Ведь меркантильное стремление к совершенству все же лучше бескорыстного "хоть трава не расти".
Заключение
Основные пути снижения экологического ущерба от автотранспорта следующие:
1) Оптимизация движения городского транспорта.
2) разработка альтернативных энергоисточников;
3) дожигание и очистка органического топлива;
4) создание (модификация) двигателей, использующих альтернативные топлива;
5) защита от шума;
6) Экономические инициативы по управлению автомобильным парком и движением.
Улучшение градостроительства и оптимизация городского движения транспорта взаимно увязаны и нацелены на лучшую планировку дорог и улиц, создание транспортных развязок, улучшение дорожного покрытия, контроль скоростного движения.
Альтернативный транспорт — это электромобили, применение альтернативного топлива, строительство линий для скоростного трамвая, метро, автомотрисы и др.
Экономические инициативы — налог на автомобили, топливо, дороги, инициативы по обновлению автомобилей.
Глобальная автомобилизация кроме загрязнения воздуха преподнесла человечеству ещё одну проблему: куда девать машины отслужившие свой срок?
Литература
1) Журнал «За рулем», 2006, № 1.
2) Аксенов И.Я. Аксенов В. И. Транспорт и охрана окружающей среды. – М.: Транспорт, 1986. – 176с.
3) Луканин В.Н., Буслаев А.П., Трофименко Ю.В и др. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие для вузов. М.: ИНФРА-М, 1998 – 408 с.
4) Валова В.Д. Основы экологии: Учебное пособие. – 2-е изд., перераб. И доп. М.: Издательский Дом «Дашков и К0», 2001.
5) Куров Б.М. Как уменьшить загрязнение окружающей среды автотранспортом? // Россия в окружающем мире. - Аналитический ежегодник. 2000 г.