CC BY
207
УДК 662.767:656.13
В. Н. Веселов, Ю. А. Веселова, М. Ю. Вишнякова
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНОГО ГАЗА КАК СПОСОБ ЭКОЛОГИЗАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
Автомобилизация является прогрессивным явлением и приносит обществу большую пользу. В то же время автомобилизация сопровождается рядом отрицательных явлений, наносящих существенный вред и обществу, и природе.
Один из видов этого ущерба - вредное воздействие транспортных потоков на окружающую среду и человека. Отрицательное воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду проявляется в загрязнении атмосферного воздуха токсичными компонентами отработавших газов автомобилей, транспортном шуме и вибрации, электромагнитном излучении, загрязнении водоемов и подпочвенных вод стоками.
Доля автотранспорта России в суммарных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу всеми источниками составляет более 40 %. Доля автотранспорта в шумовом воздействии на население городов составляет около 90 %.
Автомобильные двигатели выбрасывают ежегодно в атмосферу 11,2 млн т токсичных веществ. Еще около 1 млн т выделяется в технологических процессах на стационарных объектах автотранспорта и дорожного хозяйства. Основную массу выбросов вредных веществ составляют: СО - 9 млн т, СхНу - 1,27 млн т и КО2 - 1,63 млн т. В атмосферу поступает 27 тыс. т бензола, 17,5 тыс. т формальдегида и 1,5 т бензапирена. Основная масса токсичных веществ выбрасывается автотранспортом на территориях населённых пунктов. Ежегодно в водные объекты от предприятий автотранспорта поступает 7,6 млн м3 загрязненных сточных вод, которые содержат 79 тыс. т взвешенных веществ и около 3 тыс. т нефтепродуктов.
Были проведены исследования на улично-дорожной сети (УДС) г. Астрахани. Уличнодорожная сеть города представлена совокупностью линейных и точечных источников выбросов вредных веществ в отработавших газах автомобилей.
В качестве основного показателя транспортной нагрузки на опорной УДС принята интенсивность движения в час пик, в рабочий день недели. Исследования показали, что неравномерность движения транспортных потоков на УДС по рабочим дням недели выражена незначительно. В выходные дни интенсивность движения снижается на 30-50 %. При этом доля грузовых автомобильных транспортных средств (АТС) уменьшается в 3-4 раза.
В результате исследований установлено, что на перегонах опорной сети УДС в час пик значения удельных выбросов составляют, кг/(км • ч):
СО - 39; СхНу - 6,5; КОх - 7; СО2 - 900; твердые частицы - 0,07.
В узлах опорной сети УДС в час пик значения удельных выбросов составляют, кг/(км • ч):
СО - 100; СхНу - 7,5; N0,, - 7,5; СО2 - 1 000; твердые частицы - 0,1.
С использованием полученных результатов можно наглядно представить интенсивность излучения отдельных веществ, а также их валовые выбросы на всей УДС.
Такие оценки выполнены с учетом допущения о равенстве относительных зависимостей интенсивности движения и интенсивности выбросов вредных веществ в определенные периоды времени. Результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1
Валовые выбросы вредных веществ на УДС
Наименование Количество выбросов, т
Сутки Месяц Год
СО2 79,5 2 385 28 620
СО 4,5 135 1 620
СхНу 0,5 75 90
N0* 0,5 75 90
Твердые частицы 0,1 3 36
Следует отметить, что на значительных площадях территории под воздействием автомобильных энергетических установок наблюдается двукратное превышение ПДК для СО и КОХ.
Ежегодно общая масса отходов автотранспортной деятельности достигает 3 млн т, в том числе лом и отходы черных металлов - 1 400 тыс. т, отходы резины - 1 160 тыс. т, масса отработанных масел и спецжидкостей - 300 тыс. т, свинцовые аккумуляторы - 200 тыс. т, отходы пластмасс - 60 тыс. т, 20 тыс. т масляных фильтров, 18 тыс. т электролита, а также около 140 тыс. т других материалов (стекло, текстиль, дерево, кожа, макулатура, фрикционные материалы). Из-за слабой организации сбора и утилизации этих отходов проблема захламления ими территорий, загрязнения почв, водных объектов является актуальной [1].
Негативное влияние на окружающую среду автомобильных дорог России распространяется на территорию более 15 млн га. Продукты износа покрытий, шин и тормозных накладок, топливо, смазочные, антигололедные материалы, тяжелые металлы и другие материалы оседают в придорожной полосе и приводят к чрезмерному насыщению вод поверхностного стока и почвы этими веществами. Объём производственных и бытовых отходов, размещаемых в придорожной полосе автомагистралей с интенсивным движением транспорта вблизи крупных городов, достигает в год 35-50 м3 на 1 км дороги.
Для населения, проживающего в крупных городах и вблизи автомагистралей, существует реальная угроза здоровью в связи с загрязнением окружающей среды шумовым воздействием транспорта. Численность городского населения, проживающего в условиях акустического дискомфорта с превышением допустимых уровней шума на 5-30 дБА, составляет не менее 30 млн человек (более 20 % численности населения России). Повышенному риску необратимой потери здоровья в результате загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом подвержено 10-15 млн горожан.
Ежегодный экологический ущерб (загрязнение атмосферы, шум, воздействие на климат) от функционирования автотранспортного комплекса Российской Федерации, по данным Научно-исследовательского института автомобильного транспорта, достигает 2-3 % валового национального продукта. Наибольшая доля этого ущерба (до 60 %) связана с легковыми автомобилями, вклад грузовых АТС - 26,5 %, автобусов - 13,5 %. В структуре ущерба окружающей среде и здоровью населения от выбросов автотранспорта в городах 9 веществ определяют 95 % суммарного ущерба: оксиды азота - 44,5 %, свинец - 21 %, акролеин - 7,5 %, сажа - 7,4 %, оксид углерода - 6 %, диоксид серы - 3,4 %, а также формальдегид, бензапирен, ацетальдегид.
При работе двигателей транспортных средств образуются «условно твердые» выбросы, состоящие из аэрозольных и пылевидных частиц. В наиболее значительном количестве образуются выбросы соединений углерода (сажи); при интенсивностях движения более 30 000-40 000 авт./сут существенное воздействие могут оказывать выбросы кадмия и цинка [2].
В настоящее время выделяют два доминирующих направления по решению проблемы снижения вредных выбросов транспорта в атмосферный воздух:
1) совершенствование конструкции автомобиля, в том числе разработка альтернативных источников энергии и повышение коэффициента полезного действия двигателя;
2) контроль над соблюдением экологических требований при эксплуатации автомобильного транспорта.
Оба этих направления дополняют друг друга и позволяют одновременно рассмотреть проблему с двух сторон: на этапе проектирования и на этапе эксплуатации.
В последние годы во всех промышленно развитых странах реализуются государственные программы разработки нового поколения транспортных средств. В модельном ряду всех ведущих автопроизводителей присутствуют гибридные автомобили или электромобили, предназначенные для массового производства.
Во многих странах на законодательном уровне предпринимаются мероприятия, направленные на решение тех проблем, которые порождены автомобилизацией общества. Например, введение ограничений на токсичность выхлопа нормами Euro значительно снизило проблему загрязнения воздуха в городах Европы. Россия, как участник Женевского соглашения 1958 г. о сертификации автотранспортных средств, также придерживается европейских стандартов по выбросам вредных веществ. К сожалению, в части внедрения указанных стандартов, Россия отстает от западноевропейских стран примерно на 10 лет [3].
Разработка экологической программы по снижению выбросов вредных веществ автомобильным транспортом и ее реализация должны осуществляться по следующим основным направлениям:
- совершенствование современной нормативно-правовой базы и системы налогообложения и платежей за загрязнение окружающей среды, стимулирующих перевод деятельности автомобильного транспорта на экологически приемлемые технологии;
- широкое внедрение результатов работ по снижению экологической опасности существующих двигателей, используемых нефтяных и синтетических углеводородных топлив для автотранспортных средств;
- поэтапная замена нефтяных топлив на альтернативные источники энергии с обязательным созданием необходимой инфраструктуры;
- создание системы обращения и утилизации отходов автомобильного транспорта, способной обеспечить их селективную и безопасную переработку, а также их вторичное использование в производственно-хозяйственной сфере.
Как указано выше, к числу наиболее эффективных мероприятий по снижению выбросов вредных веществ является использование альтернативных видов топлива. В настоящее время наиболее реальным представляется увеличение использования газового топлива.
В табл. 2 приведена сравнительная эмиссия токсичных компонентов в выхлопных газах двигателей, работающих на различных видах топлива, при оптимальной регулировке топливной аппаратуры. Выбросы при сжигании бензина приняты за 100 % [4].
Таблица 2
Сравнительная эмиссия токсичных компонентов при использовании различных видов топлива, %
Вид топлива СО СхНу N0* Сажа Оксид свинца Бензопирен
Бензин 100 100 100 Нет 100 100
Бензин (с катализатором) 25-30 10 25 Нет Нет 50
Дизтопливо 10 10 50-80 100 Нет 50
Дизтопливо + газ 8-10 8-10 50-70 20-40 Нет 30-40
Пропан 10-20 50-70 30-80 Нет Нет 3-10
Природный газ 5-10 1-10 25-50 Нет Нет 3-10
Как видно из таблицы, при использовании природного газа в качестве топлива поступление в окружающую среду токсичных веществ значительно снижается. Это объясняется тем, что газовое топливо более полно сгорает в цилиндрах двигателя, а продукты его сгорания намного меньше загрязняют окружающий воздух ядовитыми веществами. Это является большим преимуществом газобаллонных автомобилей при их эксплуатации в крупных городах с большой интенсивностью транспортных потоков.
Результаты исследований показывают, что увеличение количества грузовых автомобилей и автобусов, работающих на газе, до 50 % от их общего количества приведет к суммарному снижению выбросов вредных веществ автомобильными энергетическими установками в атмосферный воздух на 10 %.
Кроме того, при прочих одинаковых условиях для автомобилей, работающих на газовом топливе, себестоимость топлива снижается на 15-20 % на каждый тонно-километр по сравнению с автомобилями, работающими на бензине. Газобаллонные автомобили в зависимости от конструктивных особенностей могут работать либо только на газовом топливе, либо на газе и бензине. Универсальность дает возможность переключать автомобиль на тот или иной вид топлива в зависимости от его наличия.
Несмотря на все преимущества использования газового топлива, у него есть и ряд недостатков. К ним можно отнести: большую массу топливной системы, особенно при эксплуатации на природном газе; меньший запас хода; затрудненный запуск в холодную погоду; возможность взрыва газового баллона автомобиля, работающего на сжатом газе.
Высокая стоимость газовых систем распределенного впрыска также ограничивает уровень их продаж в России. Следует также отметить, что некоторые узлы и компоненты европейских производителей абсолютно непригодны для применения в России из-за недостаточного качества отечественного газового топлива.
Для исправления сложившейся ситуации необходимо решить следующие задачи:
- прекратить выпуск и импорт газовых систем, не отвечающих современным экологическим требованиям;
- организовать производство на территории РФ современных газовых систем питания, имеющих приемлемую стоимость, высокое качество и надежность и обеспечивающих токсичность выбросов в соответствии с нормами Биго-З, а в перспективе - и Биго-4;
- упорядочить действующую систему сертификации газобаллонного оборудования и разрешить установку на автомобили импортных элементов указанного оборудования только при наличии европейского сертификата, подтверждающего соблюдение производителем стандарта 67Я-01;
- ввести в стране систему экономического стимулирования автовладельцев, обеспечивающих перевод автомобилей на газовое топливо.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Амбарцумян В. В., Носов В. Б. Экологическая безопасность автомобильного транспорта. - М.: Науч-техлитиздат, 2001. - 180 с.
2. Аксенов И. Я., Аксенов В. И. Транспорт и охрана окружающей среды. - М.: Транспорт, 2003. - 176 с.
3. Автотранспортные потоки и окружающая среда / В. Н. Луканин, А. П. Буслаев, Ю. В. Трофименко и др. // учеб. пособие для вузов. - М.: ИНФРА-М, 2001. - 408 с.
4. Куров Б. М. Как уменьшить загрязнение окружающей среды автотранспортом? // Россия в окружающем мире: аналит. ежегод. - 2000. - С. 12.
Статья поступила в редакцию 5.04.2010
APPLICATION OF NATURAL GAS AS A WAY TO ECOLOGIZATION OF MOTOR TRANSPORT
V. N. Veselov, Yu. A. Veselova, M. Yu. Vishnyakova
Automobilization has harmful influence on the environment and a man. Cardinal modernization of motor transport is possible at the expense of refusal from traditional liquid oil fuel, and transition to alternative kinds of fuel. Nowadays the increase in use of gas fuel is considered as the most real. Products of its combustion pollute the air with poisonous substances much less. Investigations of the level of pollution of the atmospheric air of a city by motor transport are carried out for the comparative analysis of the application of various systems of power installations of cars. The results of the investigations show that the increase in quantity of lorries and buses working on gas, up to 50 % from their total quantity, will lead to total decrease in emissions of harmful substances by automobile power installations in the atmospheric air on 10 %.
Key words: automobilization, alternative kinds of fuel, gas fuel, level of pollution of atmospheric air, emissions of harmful substances.
