<<
>>

§ 6. Сокращение выбросов автотранспорта,работающего на углеводородном топливе

Автомобильными двигателями выделяются в воздух городов более 95 % оксида углерода, около 65 % углеводородов и 30 % оксидов азота. Расплачиваться за это приходится ухудшением здоровья людей, как собственников автомобилей, так и пешеходов.

К тому же на фоне безудержного роста числа автомобилей в России увеличивается доля подержанных, длительно эксплуатируемых, в частности иностранного производства. Так, в Москве по состоянию на 2001 г. доля иномарок составляла; среди легковых автомобилей — 28 %, грузовых — 12,2 %, автобусов — 46 % (А. С. Курбатова и др., 2004 г.).

В защите среды обитания от загрязнения автомобильными выхлопами наша страна существенно отстала от развитых стран Запада, причем по многим показателям. Двигатели даже новых отечественных автомобилей, выбрасывают в расчете на 1 км пройденного пути в 3-5 раз больше вредных веществ, чем их зарубежные аналоги. Проверки показывают, что каждый пятый автомобиль эксплуатируется с повышенной токсичностью или дымностью отработанных газов. В ряде городов содержание оксида углерода в воздухе над автомагистралями в 10—12 раз превышает предельно допустимую норму. По оценкам медиков и экологов, автотранспорт заметно сокращает среднюю продолжительность жизни населения.

В связи с вышеизложенным возникла острая необходимость в осуществлении таких мероприятий, которые бы позволили снизить выбросы автотранспорта или ослабить его негативное воздействие на качество среды обитания людей, особенно жителей городов (табл. 9.4).

Система мероприятий по снижению загрязнения

атмосферного воздуха автотранспортом

(Н. С. Касимов, А. С. Курбатова, В. Н. Башкин, 2004 г.)

Таблица 9.4

Планировочно

градостроительные

Т ехнологические

Санитарно-

технические

Административ

но-технические

выделение скоростных дорог безостановочного движения и полос движения общественного транспорта

замена двигателя на более экономичный и менее токсичный

каталитический

дожиг

выхлопных

газов

установка нормативов качества топлива

замена топлива (улучшение качества, альтернативные виды топлива)

фильтрация твердых частиц

установление допустимых региональных нормативов выбросов

организация пересечения улиц на разных уровнях

совершенствование рабочего процесса двигателя

установка трехступенчатых систем нейтра- лизации выхлопных газов

вывод из города

транзитного

транспорта

организация

под(над)земных

пешеходных

переходов

расширение парка и использования муниципального электротранспорта (метро, трамвай, троллейбус)

вывод из города складских баз, терминалов и т.

д.

озеленение примагистральных и свободных территорий

Планировочно-градостроительные мероприятия. Они включают специальные приемы застройки и озеленение автомагистралей, размещение жилой застройки по принципу зонирования (в первом эшелоне застройки — от магистрали — размещаются здания пониженной этажности, затем — дома повышенной этажности и в глубине застройки — детские и лечебно-оздоровительные учреждения. Тротуары, жилые, торговые и общественные здания изолируются от проезжей части улиц с напряженным движением многорядными древесно-кустарниковыми посадками). Важное значение имеют сооружение транспортных развязок, кольцевых дорог, использование подземного пространства для размещения гаражей и автостоянок.

Исследования показали, что в условиях города двигатель автомобиля работает 30 % времени на холостом ходу, 30-40 % с постоянной нагрузкой, 20-25 в режиме разгона и 10-15 % в режиме торможения. При этом на холостом ходу автомобиль выбрасывает 5-7 % оксида углерода к объему всего выхлопа, а в процессе движения с постоянной нагрузкой — только 1-2,5 %. Следовательно, наибольший выброс вредных примесей имеет место при задержках машин у светофоров, при стоянке с невык- люченным двигателем в ожидании зеленого света, при трогании с места и форсировании работы мотора. Поэтому в целях снижения выбросов необходимо устранить препятствия на пути свободного движения потока автомашин.

Примерно 20-30 % общей протяженности всех улиц и проездов в городе составляют магистральные улицы. Именно на них сосредоточивается до 60-80 % всего автомобильного движения, т. е. магистрали в среднем загружены примерно в 10-15 раз больше, чем остальные проезды (Ю. В. Новиков, 1999 г.).

Создание в городе сети магистралей скоростного движения позволяет существенно повысить пропускную способность путей сообщения, сократить число ДТП, изолировать «спальные» районы и общественные центры от концентрированных потоков транспортных средств, а следовательно, улучшить там экологическую обстановку.

Однако магистраль скоростного движения — дорогостоящее сооружение, строительство ее может быть эффективно только на направлениях, обеспечивающих мощные и устойчивые транспортные потоки с относительно большой в пределах города дальностью поездок. Поэтому такие магистрали строят лишь в крупных городах с полицентрической структурой и растянутой территорией.

Для повышения средней скорости движения в крупных промышленных центрах японские инженеры еще в 60-х гг. предложили строить многоярусные автомобильные эстакады в местах наибольшего скопления транспорта.

В России особенно тяжелая экологическая ситуация с автотранспортом сложилась в Москве. Средняя скорость движения здесь снизилась до 12 км/ч, а средняя длина проезда без остановки составляет 400—500 м. Каждый четвертый двигатель не соответствует требованиям ГОСТа по токсичности дымности. Ежедневно под окнами жителей домов прогревают двигатели сотни тысяч автомобилей (Ю. В. Новиков, 2006 г.).

С 25 августа 1997 г. в Москве запрещено движение большегрузного транспорта по Садовому кольцу в дневное время — до 19 часов. Исключение сделано лишь для машин, обеспечивающих реконструкцию и строительные работы по обновлению городских объектов. Ранее московское правительство установило подобный запрет на заезд многотонников в центральную часть столицы. На Садовом кольце намечено сооружение трех двухуровневых развязок — на Сухаревской, Кудринской и Смоленской площадях, а также прокладка девяти дополнительных пешеходных тоннелей.

Подземные переходы позволяют разгрузить многие перекрестки, где задерживается автотранспорт. Ведь именно у светофоров автомобили «газуют», работая на холостом ходу. Разветвленная сеть подземных тоннелей для пешеходов под улицами и площадями (сейчас их в Москве более 400) уменьшит вредное воздействие автотранспорта на городскую среду. Организуется, кроме того, множество притротуарных платных автостоянок, что позволит уменьшить число машин в центре города и улучшить движение общественного транспорта.

Для стоянки большегрузных автомобилей на подъездах к городу и поблизости от кольцевой дороги строятся и уже начали действовать специальные терминалы — целые комплексы, включающие в себя охраняемую стоянку, гостиницу, столовую, кафе, душевые, таможенный пункт, автосервис.

Эффективной мерой снижения вредного влияния на горожан автомобильного транспорта является организация пешеходных зон с полным запретом въезда туда транспортных средств.

Транспортные тоннели должны устраиваться в направлении наиболее интенсивных транспортных потоков и разделять транспортное и пешеходное движение на разных уровнях.

Во многих городах часть личных автомобилей размещается во дворах жилых домов, на газонах и детских площадках. Это ухудшает условия жизни горожан. Для решения указанной проблемы целесообразно сооружение многоэтажных кооперативных

гаражей и гаражей-гостиниц. Осуществляемая в Москве программа многоэтапного гаражного строительства позволит избавить город от «ракушек», разгрузить территории дворов.

В настоящее время все более активно внедряются автоматизированные системы управления (АСУ) городским транспортом. Так, в Москве действует в пределах Садового кольца телеавтоматическая система управления транспортным потоком «Старт». Она имеет замкнутый контур управления дорожным движением: транспорт — детекторы (датчики) — ЭВМ — светофорная сигнализация и дорожные знаки — транспорт.

Основу «Старта» составляют десятки тысяч индуктивных детекторов (датчиков), вмонтированных в покрытие улиц вблизи перекрестков.

Зафиксированная датчиками информация о плотности и скорости транспортных потоков через электронные устройства поступает в вычислительный центр. Здесь данные оперативно обрабатываются ЭВМ с выдачей решения, которое тут же выполняется через систему управляемых светофоров и указателей.

Рис. 9.5. Газозащитная эффективность зеленых насаждений

различной структуры

Таблица 9.5

Уровень снижения загрязнения воздушного бассейна в зависимости от характера зеленых насаждений

Структура защитной полосы

Ширина защитной полосы, м

Процент снижения уровня загрязнений

общий

в том числе за счет насаждений

Однорядная полоса деревьев

5

5-10

4-7

Однорядная полоса кустарников

5

7-10

5-7

Двухрядная посадка деревьев высотой 10-12 м с кустарником

10

10-30

8-20

Двухрядная посадка деревьев высотой 10-18 м

10

25-30

20-25

Четырехрядная посадка деревьев высотой 12-15 м с кустарником

25

35-45

25-30

Многорядная полоса древеснокустарниковых насаждений при высоте 15-30 м при полноте (м): 0,5-0,6

30

40-45

30-40

0,7-0,8

30

55-60

45-50

0,8-1,0

30

70-75

60-70

Озеленение примагистральных и свободных территорий городов играет огромную роль в снижении вредного действия автотранспорта на жителей городов, не говоря уже об оздоровлении среды обитания (рис.

9.5).

Древесно-кустарниковые насаждения, поглощая из воздуха вредные газы и нейтрализуя их в тканях, способствуют сохранению газового баланса в атмосфере, биологическому очищению воздуха. На использовании газозащитных свойств зеленых насаждений основан принцип устройства санитарно-защитных зон. Эти свойства зеленых насаждений учитываются и при защите воздушного бассейна города от выбросов транспорта (табл. 9.5). В градостроительных условиях, когда зеленый массив граничит с напряженной автомагистралью, наблюдаются следующие закономерности падения уровней загрязнения, которые в значительной мере зависят от полноты, структуры и ассортимента насаждений (рис. 8.1): при увеличении полноты (степени сомкнутости крон) с 0,6—0,7 до 0,9—1 газозащитная эффективность растительности возрастает с 20-26 % до 30-40 %. В густых насаждениях (полнота 0,9-1) на расстоянии 30—40 м от магистрали концентрация диоксида азота снижается до санитарной нормы.

В результате реализации части из вышеперечисленных мероприятий суммарные выбросы от московского автотранспорта в 2000 г. в целом по городу были снижены на 7,7 %, в 2001 г. — на 14,5 %. Это снижение было достигнуто, кроме того, и за счет введения в эксплуатацию и реконструкцию участков 3-го транспортного кольца общей протяженностью 16,1 км. Как следствие, средняя скорость транспорта, использующего для транзита эти участки, увеличилась в 2-3 раза.

Еще одно немаловажное обстоятельство. Экономичным может считаться такое транспортное средство, которое способно перевозить груз больше собственной массы. На практике же этому требованию удовлетворяют лишь велосипед и легкие мотоциклы (мопеды), остальные машины в основном возят сами себя. Недопустимо, что в городских и без того экологически тяжелых условиях автомобильный транспорт используется крайне неэффективно из-за низкого коэффициента его загрузки (табл. 9.6).

Таблица 9.6

Коэффициенты загрузки различных транспортных средств

Транспортное средство

Коэффициент загрузки, %

номинальный

статистический по Москве

Дизельный грузовик

50

10

Бензиновый грузовик

50

15

Автобус

30

20

Легковой автомобиль

30

10

Мотоцикл

40

40

Велосипед

80

80

Очевидно, что повышение коэффициента загрузки транспортных средств, наряду с реальной возможностью улучшения экологической обстановки, позволит и существенно снизить количество сжигаемого топлива.

Технологические мероприятия. Они перечислены в табл. 9.4. Рассмотрим некоторые из них.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием. Наибольшее влияние на токсичность отработанных газов оказывают изменения, вносимые в систему питания и зажигания ДВС, поскольку они определяют процесс воспламенения и сгорания рабочей смеси. В настоящее время автомобили ведущих зарубежных фирм выбрасывают в атмосферный воздух в 10-16 раз меньше вредных веществ, нежели в 80-х гг., когда развернулись крупномасштабные и дорогостоящие исследования по созданию экологически приемлемых автомобилей. В значительной степени этому способствовали такие нововведения, как двигатели, работающие на переобедненных смесях, многоклапанные системы перераспределения, впрыск топлива вместо карбюраторного смесеобразования, электронное зажигание. При запуске холодного двигателя в современных карбюраторах используются автоматы пуска и прогрева. На режимах торможения двигателя применяют экономайзер принудительного холостого хода — клапан, отключающий подачу топлива.

Стремительно растет число автомобилей с двигателями прямого впрыска топлива, которые обеспечивают уникальное сочетание характеристик: расход топлива на уровне дизелей и скорость спортивных машин на бензиновом топливе. Известная компания «Мицубиси моторе» уже несколько лет выпускает машины с двигателями нового класса. Благодаря этому на 25 % повышается экономия топлива в городских условиях, на 8 % снижается потребление топлива при движении со скоростью свыше 120 км/ч по сравнению с обычными бензиновыми двигателями и на 85 % увеличивается мощность по сравнению с дизельными аналогами (Ю. В. Новиков, 1998 г.).

Фирма «Ауди» показала экспериментальную модель AZ-2, изготовленную из легкого алюминиевого сплава с 3-цилиндровым двигателем с рекордно низким потреблением бензина (3 л на 100 км пути), что достигнуто установкой двигателя с прямым впрыском топлива.

В США усовершенствован карбюратор с раздельным смесеобразованием. Он позволяет кроме обычной смеси получать обогащенную, которая подается в специальную предкамеру со свечой зажигания. Благодаря этому происходит полное сгорание рабочей смеси, что, в свою очередь, позволяет свести до минимума содержание оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах. Создан также карбюратор, благодаря которому возможно использовать низкооктановые сорта бензина без антидетонаци- онных добавок.

Во многих странах мира разрабатываются новые, более совершенные двигатели (или модернизируются «старые»), которые можно устанавливать на серийные автомобили. В частности, указывают на перспективность роторно-поршневого двигателя Ван- келя, который компактнее поршневых двигателей: объем в среднем на 30 %, а масса на 11 % меньше. Отличными характеристиками обладает также двигатель Стирлинга, усовершенствованный фирмой «Филипс». Он может работать на спирте, бензине, керосине, дизельном топливе, мазуте, сырой нефти, оливковом и подсолнечном маслах и на некоторых горючих газах. Работает двигатель очень плавно, без вибраций, а уровень его шума сравним с уровнем шума электродвигателя. Токсичность отработанных газов двигателя Стирлинга также значительно ниже токсичности отработанных газов ДВС: они практически не содержат продуктов неполного сгорания (СО, CnHm, сажа и т. д.) и не имеют неприятного запаха.

Количество оксидов азота в выхлопе можно существенно уменьшить, если использовать рециркуляцию — перепуск части отработавших газов из выпускного трубопровода во впускной. При этом рециркуляция применяется не только на двигателях с искровым зажиганием, но и на дизельных.

Экологичность автомобиля можно повысить, если установить электронные системы управления, которые оптимизируют работу не только двигателя, но и тормозов и других агрегатов.

И в России имеются оригинальные разработки. Наши ученые создали принципиально новую технологию автомобильного поршневого двигателя, не имеющего аналогов в мире. В основу разработки положено открытое группой ученых во главе с членом- корреспондентом РАН Ю. Васильевым и профессором Ю. Свиридовым явление так называемого С-процесса — молекулярного смесеобразования со стопроцентным испарением бензина. В двигатель поступает сухая безвоздушная газовая смесь (бензогаз), которая сгорает полностью и быстро. Выхлоп такого двигателя экологически чист.

Заметного сокращения расхода энергии, а значит, количества сжигаемого топлива и уменьшения загрязнения воздушной среды, можно достичь, если использовать энергию, затрачиваемую на торможение. Указанная рекуперация была впервые успешно реализована на электрическом транспорте. Ныне построены и успешно используются в автобусах маховичный и гидропневматический рекуператоры. При этом экономия топлива составила 27-40 %, объем выхлопных газов снизился на 39-49 %.

Совершенствование дизельных двигателей. Как известно, в бензиновом двигателе рабочая (топливно-воздушная смесь) воспламеняется от постороннего источника (электрической искры),

в дизельном — под действием температуры, повышающейся при сжатии смеси.

В последние годы во всем мире наблюдается тенденция возврата к дизельным двигателям. И этому есть веские причины. Во-первых, потребление топлива дизелем на 20—30 % меньше. Во-вторых, токсичность выхлопных газов (по сумме вредных компонентов) примерно в три раза ниже, чем у бензиновых двигателей.

Однако применение и дизелей не свободно от экологических проблем, поскольку в процессе работы выбрасываются твердые и газообразные вещества: несгоревшее топливо, сажа, аэрозоли масла, диоксид серы и т. д. Поэтому для очистки выхлопных газов на дизелях устанавливают перед окислительным нейтрализатором сажевый фильтр. Очистка выхлопных газов от сажи происходит при их прохождении через пористые стенки из одного канала в другой. Успехи в области создания жаропрочной (-1400 °С) и ударопрочной керамики позволяют применять такие материалы в газотурбинных и так называемых адиабатических дизельных двигателях. Большая теплоемкость керамики позволяет отказаться от водяного охлаждения. Тем самым эффективность использования топлива в таких двигателях повышается на 30-35 %, соответственно возрастает и экологичность.

Представляет большой интерес использование смеси дизельного топлива и природного газа на автобусах «Икарус». У них почти в 4 раза меньше объем выхлопных газов, на 10 % повышена мощность двигателя, время работы между ремонтами увеличено в 1,5 раза, и одновременно вдвое снижен расход дизельного топлива.

Для уменьшения загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами необходим повседневный технический контроль состояния автомобиля. Все автохозяйства обязаны следить за исправностью машин, выпускаемых на линию. Низкий уровень технического обслуживания, отсутствие контроля приводят к расстройству узлов и систем автомобиля, и выбросы вредных веществ в атмосферный воздух возрастают. В результате все усилия автомобильной промышленности по совершенствованию двигателей для обеспечения требований экологических стандартов сводятся на нет. Поэтому сегодня особенно актуальной становится задача не только и не столько совершенствовать конструкции автомобилей с точки зрения ограничения токсичности, сколько повышать уровень технического обслуживания и совершенствовать контроль за их техническим состоянием (рис. 9.6).

Результаты Всероссийской операции «Чистый воздух», ежегодно проводимой в крупных городах, показали, что из-за неисправностей или неправильных регулировок систем питания и зажигания ДВС экологическим нормам не соответствует 25-30 % автомобилей, а выбросы вредных веществ отечественных автомобилей примерно в 2 раза выше аналогичного показателя в Германии. Ненадлежащее техническое состояние подвижного состава и автодорог не способствует энергосбережению на автотранспорте и в конечном итоге его экологической безопасности.

Улучшение качества топлива. Большинство (до 75 %) применяемых ныне в России сортов бензина содержит в качестве

Рис. 9.6. Зависимость безвредности автомобиля от его конструкции и эксплуатации (В. В. Амбарцумян. «Экология и жизнь». 1999, М 2)

антидетонационной присадки тетраэтилсвинец РЬ(С2Н5)4 в количестве 0,41-0,82 г/л. Однако ее наличие приводит к тому, что свыше 60 % загрязнений почвы свинцом приходится на автотранспорт. Поэтому большое значение имеет запрещение применения этилированного бензина. В большинстве стран Европы он уже не используется. Прекращено производство этилированного бензина на нефтеперерабатывающем предприятии Москвы, расположенном в Капотне, а также на некоторых других предприятиях России.

В то же время следует отметить, что добавлением к топливу определенных присадок можно снизить образование оксида углерода (II), углеводородов, альдегидов, сажи и др. Так, в Финляндии разработана добавка к бензину «Футура», которая не содержит свинца. Бензин с присадкой «Футура» имеет октановое число 95; она эффективно очищает двигатель, уменьшает загрязнение клапанов, защищает топливную систему от коррозии, повышает морозостойкость карбюратора, обеспечивает равномерный режим сгорания топлива и уменьшает выбросы вредных веществ. Из отечественных разработок следует отметить анти детонационную присадку на марганцевой основе ЦТМ, которая в 50 раз менее токсична, чем тетраэтилсвинец. Добавка 2 % ЦТМ существенно повышает октановое число бензина. В поисках эффективных присадок очень плодотворно международное сотрудничество. Так, российские ученые совместно со специалистами из нидерландской компании Ай-Си-Ди создали фетерол — высокооктановую добавку к бензину, делающую его экологически почти безвредным, полностью соответствующим зарубежным и отечественным санитарным нормам. Производство такого бензина освоено на ряде российских заводов. АО «Омский каучук» наладило выпуск метилтретичнобутилового эфира (МТБЭ) — добавки к бензинам, существенно улучшающей их качество и экологичность. Его применение снижает содержание в выхлопных газах оксида углерода (угарного газа) на 10—20 %, несгоревших углеводородов — на 5-10 % и вредных летучих соединений — на 13-17 %. Отметим, как важное, достоинство МТБЭ: он обладает высоким октановым числом — 110 единиц.

Разработано большое число присадок и к дизельному топливу, снижающих содержание сажи в выхлопных газах. Наиболее эффективными оказались барийсодержащие присадки. Сравнительные их испытания показали, что добавление к топливу 1 % (по объему) присадки А2 (разработана в СССР) снижает концентрацию сажи в выхлопных газах при всех режимах работы двигателя примерно на 70-90 %. При этом уменьшается также на 60—80 % выброс канцерогенных веществ.

Большое внимание уделяется выпуску новых сортов автомобильного топлива. Начиная с 1996 г., производятся поставки на автозаправочные станции новой марки бензина «Евросупер-95» с Новоуфимского нефтеперерабатывающего завода. Он отличается не только высоким октановым числом, но и предельно малым содержанием вредных сероводородных соединений. «Евросупер-95» вырабатывается по современным высоким технологиям без тетраэтилсвинца и других вредных для ОС и человека добавок. В Сибирском отделении Российской академии наук (РАН) разработана установка для получения высокооктанового бензина из углеродного сырья различного происхождения. С помощью специального катализатора на этой установке осуществляется получение чистых высокооктановых фракций без каких-либо добавок. Сырьем служат попутный газ и газовый конденсат, который образуется при добыче нефти, и другие углеводородные соединения.

На Западно-Сибирском металлургическом комбинате нашли способ превращения в высокооктановый бензин компонентов доменных и коксовых газов, выбрасываемых в атмосферу. Возможно также превращать в бензин компоненты газов, сжигаемых на заводах синтетического каучука.

В России найден способ изготовления порошкового бензина. По качеству он соответствует Аи-92 и Аи-76, но с более низким содержанием оксида углерода в выхлопе.

Перевод автомобилей на природный газ. По экспериментальным оценкам, использование газового топлива снижает выбросы оксида углерода в 2-4 раза, оксидов азота — в 1,1-1,5 и суммарных углеводородов — в 1,4-2 раза. Природный газ хорошо смешивается с воздухом, полнее сгорает в двигателе, не содержит практически серы, свинца и других нежелательных примесей. В отличие от бензина газ не нарушает масляную пленку между трущимися деталями и они меньше изнашиваются, что продлевает эксплуатацию двигателя. Наконец, газовое топливо не требует различных присадок. Октановое число у него достигает 110, в то время как у высокосортного бензина 96. Согласно Ю. В. Новикову (1998), перевод автомашин на газовое топливо позволит почти в 100 раз снизить выбросы в атмосферу канцерогенных веществ. Сократится и расход нефтепродуктов: каждая тысяча газобаллонных автомобилей сэкономит на грузовых перевозках 12 тыс. т, на таксомоторных — 6 тыс. т, на пассажирских (автобусах) — 30 тыс. т в год. Значительно сократятся затраты и на охрану ОС. Если учесть, что газ дешевле бензина, то достоинства газобаллонного автомобиля становятся еще более наглядными.

Сейчас из почти 800 млн автомашин, эксплуатируемых в мире, более 10 млн работают на природном газе. Наиболее активно переводятся на природный газ автомобили в Канаде, Италии и США. Их эксплуатация показала, что в выхлопных газах резко снижается содержание сажи, оксида углерода (II) и многих вредных органических соединений.

Для России, обладающей крупнейшими запасами природного газа и являющейся мировым лидером по его добыче, повсеместный перевод автомобилей на газ — не только способствовал бы снижению вредных выбросов (минимум на 10-20 %), но и оказался бы экономически оправданным мероприятием. Согласно расчетам специалистов, при переводе на сжиженный природный газ доля топлива в общих эксплуатационных затратах на автомобиль сокращаемся вдвое, быстро окупаются затраты на приобретение газобаллонного оборудования и его установку (в течение полугода окупаются затраты при переводе на газ грузовых автомобилей моделей «ГАЗ» и «ЗИЛ», в течение года автобусов «Ика- рус-280» и в течение 14 месяцев — автомобилей «КамАЗ-5320»).

В то же время отмечаются и существенные недостатки газового топлива: 1) необходимость установки на автомобиле баллонов для сжиженного газа (с давлением 1,6 МПа); 2) опасность растекания смеси (она тяжелее воздуха) в салоне автомобиля, гараже ит. д., что может привести к взрыву; 3) необходимость создания разветвленной сети автомобильных газонаполнительных компрессорных станций, время заправки на которых одного автомобиля составляет 10—15 мин.

Санитарно-технические мероприятия. К таковым относится прежде всего установка каталитических нейтрализаторов. Они используются для обезвреживания выхлопных газов автомобиля путем химического превращения отдельных вредных веществ, содержащихся в них, при помощи катализаторов.

Каталитические нейтрализаторы конструктивно состоят из входного 1 и выходного 2 патрубков, корпуса 3 и заключенного в него реактора 4, представляющего собой слой гранулированного или канального катализатора 5 (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Каталитический нейтрализатор

Канальный катализатор изготовляется, как правило, из керамики или металла и имеет сотовую структуру. Поверхность катализатора, несмотря на малые размеры, имеет рабочую площадь порядка 3 м2. На эту поверхность нанесен слой платины с небольшой добавкой родия или палладия. Сотовые каналы проходят в продольном направлении.

По характеру осуществляемой в нейтрализаторах реакции они подразделяются на окислительные (называемые также дожигателями), восстановительные и бифункциональные. В окислительных нейтрализаторах при 250-800 °С происходит окисление продуктов неполного сгорания — оксида углерода и углеводородов:


Первые каталитические конверторы, использующие окисляющий катализатор, были установлены на моделях американских автомобилей, выпускаемых с 1975 г. Активный катализатор представлял собой благородный металл (например, Pd, Pt) или смесь оксидов металлов типа Fe203/Cr203 и СоО/Сг203 на инертном носителе. Карбюратор, используемый в этой системе, создавал «обогащенную» смесь, что приводило к выбросу несгоревших углеводородов из первичной камеры сгорания. Этот избыток углеводородов затем окислялся катализатором при более низкой температуре и дополнительном пропускании воздуха, что минимизировало также и образование NOx.

В восстановительных нейтрализаторах (выпускаются с 1981 г.) для глубокого восстановления оксидов азота необходимо, чтобы газ, поступающий в реактор, был слабо восстановительным или близким к нейтральному. В этом случае реакции восстановления оксидов азота в нейтрализаторе будут протекать достаточно полно:


Помимо СО, водород также присутствует в качестве восстанавливающего агента; он образуется при реакции паров воды (продукт сгорания) с любым несгоревшим углеводородом. Эта реакция может быть показана для метана (стехиометрия приблизительна):


Наиболее современные разработки представляют собой двойную (бифункциональные катализаторы) систему, работающую с почти полным соблюдением стехиометрического отношения топ- ливо/воздух: 1) восстановительный катализатор (восстанавливает NOx до N2); 2) подача воздуха; 3) окислительный катализатор для окисления остаточных углеводородов и СО.

Испытания отечественных катализаторов показали, что они снижают уровень СО в отработанных газах на 80 %, CnHm — на 70 %, N0 — на 50 %. В целом токсичность выброса уменьшается в 10 раз.

Предпринятые поиски других, более дешевых и доступных катализаторов привели к выводу, что в известной степени платину могут заменить палладий, рутений, а также оксиды меди, хрома, никеля, диоксид марганца.

В нейтрализаторах российского производства часто используется оксид алюминия. Как и в термореакторе, процесс окисления СО и CnHm требует подачи дополнительного воздуха, а процесс восстановления оксида азота (N0) не требует подачи воздуха. Современные каталитические нейтрализаторы выполняются в виде двухкамерного реактора: в одной камере осуществляется окисление СО и CnHm, а во второй восстановление N0. Нейтрализаторы этого типа применяются на автомобилях с бензиновыми и дизельными двигателями.

В России наиболее успешно идет внедрение каталитических нейтрализаторов в Москве. На начало 2001 г. ими было оборудовано 18,5 тыс. единиц автотранспорта, что позволило сократить валовые выбросы вредных веществ на 40 тыс. т. Полностью за-

вершены работы по оснащению нейтрализаторами пассажирского автотранспорта ГУП «ГК «Мосгортранс», а также ГУП «Мо- савтотранс», находящихся в муниципальной собственности. В Швеции испытания 48 автомобилей разных моделей, оборудованных каталитическими фильтрами выхлопных газов, показали, что вредных веществ в выхлопах значительно меньше, чем даже предусмотрено стандартами: оксида углерода — на 34 %, углеводородов — на 36 %, оксидов азота — на 58 %.

По мере эксплуатации созданных устройств обнаружился ряд их недостатков. Во-первых, высокая стоимость контактной массы и самого устройства, что заметно удорожает автомобиль. Во- вторых, при работе на этилированном бензине поверхность катализатора быстро обволакивается свинцом, на ней осаждается сажа и сера, что быстро выводит из строя нейтрализатор. Поэтому этилированный бензин несовместим с использованием каталитических нейтрализаторов и требуется бензин, свободный от свинца.

Ужесточение стандартов на токсичность выхлопных газов. Исходя из понимания глобальной опасности стремительно развивающегося автотранспорта, еще 20 марта 1958 г. под эгидой ООН было достигнуто международное соглашение «О принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов оборудования и частей автотранспортных средств». Это соглашение сопровождено Правилами ООН, устанавливающими экологически безопасные уровни выбросов автотранспорта и обязательными для заводов-изготовителей.

В мире действуют три основных экологических стандарта, по которым измеряются ПДВ автомобиля страны-производителя: европейский стандарт (утвержден в 1993 г.), действует на территории всех европейских государств и является действительным по всему миру. Последовательно вводились стандарты ЕВРО-1, ЕВРО-2, ЕВРО-3 и ЕВРО-4, неуклонно ужесточающие нормативы токсичных выбросов; еще более жесткий американский стандарт, который в последнее время планируется объединить с европейским для упрощения процедуры контроля; самый строгий, японский, стандарт, также признаваемый во всем мире.

Указанные экологические стандарты являются важным элементом нормативной базы создаваемой в настоящее время международной системы сертификации автотранспорта.

Россия в 1992 г. присоединилась к вышеуказанному международному соглашению, что обязывает отечественную автопромышленность выполнять соответствующие нормативы. Несмотря на это, отечественная автомобильная техника далеко не соответствует по техническому уровню и экологическим характеристикам Правилам ООН. Требования действующих в России отраслевых стандартов на токсичность выхлопных газов автомобилей значительно «мягче» требований даже ЕВРО-1. Это обусловлено, с одной стороны, отсутствием четкой долговременной государственной политики, направленной на контроль и снижение загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом, а с другой, — техническим состоянием отечественного автомобилестроения.

В силу указанных причин российский стандарт экологической безопасности не соответствует нынешним мировым требованиям, отставая от них на многие годы. Так, в Европе с 2008 г. будут введены новые нормативные требования по содержанию вредных веществ (ЕВРО-5), которые резко, почти в 2 раза ужесточены по отдельным вредным веществам по сравнению с ныне действующими ЕВРО-4. В России же АвтоВАЗом выпущена лишь опытная партия (100 штук) легковых автомобилей, удовлетворяющих требованиям ЕВРО-4. Нетрудно сделать вывод, что Европа, США, Япония фактически поставили заслон на пути проникновения российских автомашин на международный рынок.

Между тем в нашей стране продолжают действовать государственные стандарты, принятые много лет назад. Это ГОСТ 17.02- 02.03-87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах с бензиновыми двигателями. Требования безопасности» и ГОСТ 17.02-02.01-84 «Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений». Предусмотренные ГОСТ 17.02-02.03-87 ьир- мы оказали определенное положительное влияние на уровень экологичности автомобилей. Со временем введения первого стандарта величина суммарного выброса вредных веществ отечественными автомобилями (с учетом токсикологической значимости компонентов отработавших газов) снижена более чем в 2 раза, в том числе оксида углерода (угарного газа) — в 4 раза, углеводородов — в 2,5—3 раза.

В рамках административной системы мероприятий по снижению загрязнения воздуха городов автотранспортом большое внимание уделяется контролю исправности транспортных средств.

Так, в Москве еще в 1997 г. утверждена программа «Оздоровление окружающей среды г. Москвы», предусматривающая проверку не менее 800 тыс. городских автомобилей. Машины, токсичные выбросы которых превышают норму, не допускаются к эксплуатации.

С 1997 г. правительство Москвы ввело систему инструментального контроля всех транспортных средств при прохождении ежегодного государственного технического осмотра. В случае выявления неисправности автовладелец обязан обращаться на станцию техобслуживания, затем снова пройти и оплатить инструментальный контроль. Предполагается, что такая система технического осмотра уменьшит количество вредных выбросов на 16 %, уровень шума — на 18 %.

Меняется порядок прохождения государственного технического осмотра при постановке автомобилей на учет. Теперь постановка на учет будет производиться только после техосмотра в специально созданном для этого пункте инструментального контроля.

Тем не менее этого недостаточно. Чтобы не оставаться на задворках международного автомобилестроения, следует сделать мощный рывок, основанный на массовом внедрении передовых природоохранных технологий. 

<< | >>
Источник: Под ред. проф. В. В. Денисова. Экология города: Учебное пособие. 2008

Еще по теме § 6. Сокращение выбросов автотранспорта,работающего на углеводородном топливе:

  1. § 6. Сокращение выбросов автотранспорта,работающего на углеводородном топливе