CC BY
115
УДК 504.064.36
1А.Р. Шагидуллин,1А.Р. Магдеева,АА.Ф. Гилязова,1Г.Ф. Амирянова,
2Р.А. Шагидуллина, 1Р.Р. Шагидуллин
'Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected] Министерство экологии и природных ресурсов РТ, [email protected]
РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОТРАНСПОРТА НА ТЕРРИТОРИИ КРУПНЫХ ГОРОДОВ
РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
Увеличение парникового эффекта является одной из основных проблем охраны окружающей среды. Для ее решения необходимы объективные оценки объемов выбросов парниковых газов различными объектами народного хозяйства, в том числе автотранспортом. Согласно проведенным расчетам, объемы выбросов парниковых газов при эксплуатации автотранспорта на территории трех крупных городов Республики Татарстан составляют 1018.9 тыс. т в СО2-эквиваленте в год.
Ключевые слова: парниковые газы; парниковый эффект; выхлопные газы; выбросы автотранспорта.
Введение
Существование, развитие или деградация живой природы напрямую связаны с климатическими процессами. Даже для человека, несмотря на наличие современных технологий, климат является одним из важнейших факторов, определяющих пригодность того или иного региона для проживания.
Как показывают многочисленные исследования, климат нашей планеты никогда не был постоянным. Он изменялся как в локальных, так и в глобальных масштабах. Причем, чем выше скорость изменения климата, тем более серьезными последствиями это может обернуться для живой природы. По данным палеонтологических исследований, наиболее массовые вымирания видов отмечены именно в периоды резких изменений климата.
Материалы и методы исследования
Методики оценки выбросов от автотранспорта могут основываться на данных о потреблении топлива или данных о расстоянии, пройденном транспортными средствами, с учетом их экологических характеристик. Наиболее объективным способом оценки выбросов, но вместе с тем и более трудоемким, является расчеты на основе данных о составе и интенсивности транспортных потоков.
В настоящей работе для оценки выбросов применялась методика (Инвентаризация ..., 2014). Указанная методика не является утвержденной и была передана авторам для выполнения работ на-
учно-исследовательского характера. В перечень определяемых компонентов выбросов автомобилей входят парниковые газы: углекислый газ, закись азота и метан, а также ряд других загрязняющих веществ. В методике детализированы удельные выбросы автомобилей различных типов, экологических классов, с различными объемами двигателей, массой, типом и экологическим классом потребляемого топлива.
Климатическая система Земли и парниковый эффект
Климатическая система Земли является очень сложной, ее состояние определяется целой совокупностью процессов, таких как поглощение и отражение солнечного излучения, земная радиация, циркуляция и изменение состава атмосферы, циркуляция вод мирового океана, взаимодействия атмосферы с океаном и сушей, взаимодействие атмосферы с биосферой и т.д.
Сложность этого комплекса явлений усиливается тем, что при взаимодействии компонентов климатической системы могут образовываться обратные связи. Например, повышение температуры атмосферы способствует увеличению ее влажности, что в свою очередь приводит к интенсификации процессов накопления тепла за счет парникового эффекта. Сокращение площади снежного покрова, вызванное повышением температуры, способствует уменьшению отражательной способности земной поверхности и, как следствие, увеличению поглощения солнечной энергии. В этих случаях вторичные процессы,
22
российский журннл ииой экологии
вызванные изменением климата, способствуют интенсификации первичных процессов, вызывающих такие изменения, т.е. отмечается положительная обратная связь. Существуют также примеры отрицательной обратной связи, главным из которых является увеличение волнового излучения земной поверхности и атмосферы, т.е. увеличение оттока энергии, с увеличением их температуры.
Известно, что изменения климата происходили как в последние несколько тысяч лет, так и многие миллионы лет назад. Сам факт наличия изменений, происходивших задолго до хозяйственной деятельности человека, уже говорит об их естественной природе. Естественными причинами изменения климата являются вариации солнечной активности, изменения в движении Земли по орбите вокруг Солнца, извержения вулканов, в результате которых в атмосферу попадают значительные количества взвешенных частиц, и изменение состава атмосферы. С последним из перечисленных процессов связано усиление парникового эффекта - одного из наиболее значимых объектов исследования в экологии в настоящее время.
Парниковый эффект возникает из-за физических свойств атмосферного воздуха. Атмосфера является прозрачной в видимой части спектра и в ближнем инфракрасном диапазоне. Поэтому излучение Солнца, значительная часть которого приходится на указанные длины волн, достигает нижних слоев атмосферы и поверхности Земли и, поглощаясь, превращается в тепловую энергию. Нагретая поверхность планеты и атмосфера в свою очередь излучают поглощенную энергию, но уже в виде волн в дальнем инфракрасном диапазоне. Многоатомные газы (Н20, С02, СН4, К20, 03и некоторые другие), которые содержатся в атмосфере, поглощают эти волны, не давая значимой части переизлученной энергии покинуть пределы Земной атмосферы и повышая ее температуру.Таким образом, атмосфера удерживает поглощенную энергию, выполняя роль «парника».
Наибольший парниковый эффект среди названных выше газов создает водяной пар. На его долю относят более 60% эффекта. Парниковый эффект водяного пара преимущественно создается полосой поглощения 5-7.5 мкм (Шишелова и др., 2010). Однако, значительных изменений его концентраций, по сравнению с остальными парниковыми газами, в атмосфере не фиксируется, поэтому при рассмотрении причин увеличения парникового эффекта он чаще всего не рассматривается. Его роль может оказаться зна-
чительной с учетом обратной связи, о которой упоминалось выше.
В отличие от водяного пара, концентрация остальных парниковых газов в атмосфере увеличивалась на протяжении индустриального века. Их рост продолжается и сейчас. Перечисленные выше парниковые газы имеют различные потенциалы парникового эффекта. Если сравнивать равные количества С02, СН4 и К20, то эффект метана будет в 25 раз, а закиси азота - в 298 раз выше, чем у диоксида углерода (Методические ..., 2015). Но поскольку его в атмосфере больше, то он является наиболее значимым. Для удобства учета парниковых газов их выбросы приводят в С02-эквиваленте.
Углекислый газ имеет полосу поглощения на длине волны 4.15 мкм (Ермолаев и др., 2007). Из попавших в атмосферу по естественным или техногенным причинам выбросов С02 половина остается в атмосфере на протяжении 50-200 лет, а вторая половина поглощается океанами, почвами и растениями (Кокорин, 2004). Наибольшую роль (около 80%) в процессе поглощения углекислого газа приписывают фитопланктону, обитающему в океанах.
Естественно, парниковый эффект, который мы наблюдаем сейчас, создавался атмосферой с тех пор, как она существует в виде, аналогичном современному, т.е. задолго до появления человека. Но роль хозяйственной деятельности человека отражается в резком увеличении количества С02, поступающего в атмосферу, по сравнению с естественным уровнем.
Изменения средней глобальной температуры воздуха в абсолютном выражении могут показаться незначительными. С начала XX века эта температура повысилась примерно на 0,6°С (Кокорин и др., 2004). Однако, в масштабах планеты это изменение крайне существенно. Отмечается, что изменение глобальной температуры на 2°С уже способно привести к вымиранию многих биологических видов и серьезным последствиям для человека. Причем локальные изменения климата могут быть значительно более серьезными.
В дополнение к потеплению, выбросы углекислого газа создают разбалансировку климатической системы. Техногенные выбросы С02 существенно отличаются от естественных и, нарушая равновесие, создают колебания в климатической системе, которые выливаются в увеличение количества экстремальных климатических явлений - наводнений, засух, сильной жары, перепадов погоды, тайфунов и т.д. (Кокорин и др., 2004).
Учитывая значимость вопросов снижения техногенных выбросов парниковых газов для буду-
2/2016
23
щего планеты, в декабре 1997 года в Японии в г. Киото, как дополнение к рамочной конвенции Организации Объединенных Наций, был принят Киотский протокол, обязывающий все развитые страны сокращать и контролировать выбросы парниковых газов. Протокол стал первым мировым договором, который касается охраны окружающей среды. Первый период акта начался 1 января 1998 г. и длился до 31 декабря 2012 г. В основные положения Киотского протокола входят определение допустимого объема выбросов парниковых газов в 1998-2012 годах, разработка механизмов корректировки квот для отдельных государств, разработка механизмов контроля над уровнем выбросов.
Россия подписала Киотский протокол в марте 1999 года, но тогда не ратифицировала. 22 октября 2004 г. Госдума РФ одобрила проект федерального закона «О ратификации Киотского протокола к Рамочной конвенции ООН об изменении климата», 27 октября это сделал Совет Федерации, 5 ноября закон подписал Президент РФ. 18 ноября 2004 г. Генеральному секретарю ООН была передана на хранение ратификационная грамота протокола к Рамочной конвенции ООН об изменении климата.
В настоящее время работа Киотского протокола фактически завершена, а сам документ устарел. Ситуация с выбросом в атмосферу промышленных газов продолжает оставаться критической.
12 декабря 2015 г., по итогам конференции в Париже, представители 196 сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата (195 стран и Евросоюз) заключили первое всеобщее обязательное соглашение по климату.
Этот документ определяет объемы выбросов парниковых газов после 2020 года и меры по предотвращению климатических изменений. Парижское соглашение по климату не предполагает отказ от ископаемого топлива, однако все без исключения страны должны принять свои национальные программы по снижению выбросов, технологическому перевооружению и адаптации к климатическим изменениям.
22 апреля 2016 г. РФ подписала Парижское соглашение по борьбе с глобальным изменением климата. Россией также заявлено о намерении к 2030 году уменьшить выбросы парниковых газов до 70 процентов от базового уровня 1990 года.
В настоящее время в России также действует план мероприятий по обеспечению к 2020 году сокращения объема выбросов парниковых газов до уровня не более 75% объема указанных выбросов в 1990 году в соответствии с распоряжением Правительства РФ от 02.04.2014 № 504-р.
Сказанное выше обосновывает необходимость регулирования хозяйственной деятельности с целью снижения выбросов парниковых газов в атмосферный воздух. В связи с этим, становится необходимой оценка уровней техногенных выбросов парниковых газов в различных отраслях народного хозяйства. Настоящая работа посвящена расчету выбросов парниковых газов при эксплуатации автотранспорта на территории трех наиболее крупных городов Республики Татарстан: Казань, Набережные Челны и Нижнекамск.
Расчеты выбросов парниковых газов автотранспортом
При учете выбросов парниковых газов рассчитывается лишь их суммарный объем. Традиционный для загрязняющих веществ расчет рассеивания не проводится. В связи с этим, в настоящем исследовании представлены результаты оценки суммарного валового выброса.
В основе расчета выбросов парниковых газов при эксплуатации автотранспорта в соответствии с методикой (Инвентаризация ..., 2014) лежат результаты исследований состава и интенсивности транспортных потоков (Ведение., 2015; Завершение., 2014; Оценка ..., 2015). Обследованиями движения транспорта были охвачены все основные автодороги г. Казань, Набережные Челны и Нижнекамск. Суммарная протяженность исследованных участков улично-дорожной сети в вышеупомянутых городах составила 399.5 км, 198.5 км и 82.9 км соответственно. Результаты обследования представляют собой данные об интенсивности движения автотранспорта различных категорий и скоростном режиме на каждом участке.
При проведении расчетов выбросов парниковых газовых не учитывались данные о соотношении экологических классов (Инвентаризация ..., 2014), типов потребляемого топлива и других
Таблица. Суммарные годовые выбросы парниковых газов при эксплуатации
автотранспорта в гг. Казань, Набережные Челны и Нижнекамск
Компонент Годовые выбросы, т
Казань Н.Челны Нижнекамск
СО2 680113.49 233763.98 97865.72
8.47 2.95 1.02
СН 4 88.54 28.32 23.11
Суммарно в СО2-эквиваленте 684850.63 235351.25 98747.12
24
российский журннл ииой экологии
характеристиках автопарка городов (Шагидуллин и др., 2015). Итоговые результаты расчета собраны в таблице.
Как можно видеть из таблицы основную массу выбросов парниковых газов при эксплуатации автотранспорта составляет углекислый газ. Его доля даже с учетом более высоких потенциалов парникового эффекта у метана и закиси азота составляет более 99%.
Суммарный объем выброса парниковых газов по трем городам по данным проведенных расчетов составил 1018.9 тыс. т в СО2-эквиваленте в год. Стоит отметить, что с учетом промышленной развитости региона автотранспорт, безусловно, не является основным источником выбросов парниковых газов. Однако его учет при оценке общих объемов выбросов и планировании мер по снижению эмиссии необходим.
Заключение
Существуют разные прогнозные сценарии развития событий в зависимости от различной эффективности предпринимаемых мер, роста населения, увеличения темпов производства, сокращения площади лесов и т.д. Большинство из них сходится в том, что рост средней температуры продолжится.
Проблема выброса парниковых газов в наибольшей степени связана с тем, что мировая энергетика в настоящее время ориентирована на ископаемое топливо. Основные пути решения этой проблемы связаны с развитием альтернативных источников энергии. Но необходимо учитывать, что за это время в природе могут уже произойти необратимые изменения. Это означает, что снижение выбросов парниковых газов является крайне важной задачей в деле охраны природы, решение которой не должно откладываться.
Список литературы
1. Ведение сводного тома предельно допустимых выбросов в атмосферу г. Казани. Отчет о НИР г. Казань: ИПЭН АН РТ, 2015. 264 с.
2. Ермолаев В.С., Иночкин М.В., Пузык И.П., Пузык М.В. Парниковый эффект: диоксид углерода и антропогенный фактор // Общество. Среда. Развитие (ТеггаНитапа). 2007. №2. С. 77-82.
3. Завершение разработки сводного тома предельно допустимых выбросов в атмосферу г Набережные Челны для внедрения по городу системы определения расчетного фонового загрязнения. Отчет о НИР. Казань: ИПЭН АН РТ, 2014. 218 с.
4. Инвентаризация выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух. Метод расчета выбросов вредных (загрязняющих) веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов (проект, вторая редакция), ОАО «НИИАТ», Москва, 2014, 198 с.
5. Кокорин А.О., Бердин В.Х., Грицевич И.Г., Федоров Ю.Н. Парниковые газы — глобальный экологический ресурс. Справочное пособие / Под ред. А.О. Кокорина. М.: WWF России, 2004. 137 с.
6. Методические рекомендации по проведению добровольной инвентаризации объема выбросов парниковых газов в субъектах Российской Федерации, Приложение 2, Минприроды России, 2015, 38 с.
7. Оценка и прогноз негативного техногенного воздействия Нижнекамского промышленного узла на состояние окружающей среды и здоровье населения с целью управления экологическими рисками в условиях интенсификации промышленного производства. Отчет о НИР. Казань: ИПЭН АН РТ, 2015. 407 с.
8. Шагидуллин А.Р., Сизов А.Н., Шагидуллина Р.А. Актуализация методики расчета мощности эмиссии вредных веществ автотранспортом при его движении по городским улицам // Российский журнал прикладной экологии. 2015. № 1 (1). С. 58-63.
9. Шишелова Т.И.,Созинова Т.В., Коновалова А.Н. Практикум по спектроскопии. Вода в минералах: Учебное пособие. М.: Академия естествознания, 2010. 88 с.
A.R. Shagidullin, A.R. Magdeeva, A.F. Gilyazova, G.F. Amiryanova, R.A. Shagidullina, R.R. Shagidullin. Calculation of greenhouse gas emissions during operation of motor vehicles in the big cities of the Republic of Tatarstan.
The increasing of the greenhouse effect is one of the major environmental issues. To solve it, the need for objective assessment of the amount of greenhouse gas emissions by various entities of the economy, including motor vehicle emissions is necessary. According to the calculations, amounts of greenhouse gas emissions in the operation of motor vehicles on the territory of the three major cities of the Republic of Tatarstan, amount to 1018.9 thousand tons of CO2-equivalent per year.
Keywords: greenhouse gases; greenhouse effect; exhaust air; vehicle emissions.
2/2016
25
