Вестник бгту им. В. Г. Шухова 2008, 3
 Скачать 299.29 Kb.
|
|
88 Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова 2008, № 3 Во всех экономически развитых странах мира авто- мобильный транспорт по объему грузовых и пассажир- ских перевозок занимает ведущее место. Сейчас в мире насчитывается более 500 миллионов автомобилей и остановить их победное движение по планете, как и прогресса в целом, это все равно, что попытаться остановить мысль. Приведенные данные го- ворят о том, что за 30 лет (с 1970 по 2000 г.) количество легковых автомобилей увеличилось в 2 – 3 раза. Почти 40% автомобилей изготавливается в США, третья часть – в странах Западной Европы. Однако темпы увеличе- ния количества автомобилей у европейских стран и Япо- нии выше, чем в США. Так, в Японии ежегодно увели- М.Е. Грищук, доцент НТУ «ХПИ», г. Харьков, Украина А.И Козлов, В.П.Полуянов ИЭСЗ, г. Харьков, Украина АВТОТРАНСПОРТ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА чение автомобилей составляет 20%, а рост количества автомобилей в мире – 13%. При таком значительном увеличении масштабов и росте темпов автомобилизации, а также уровней потреб- ления нефтяных топлив возникает ряд серьезных про- блем, связанных с вредными для общества и окружаю- щей среды последствиями, которые сопровождают этот процесс. Многогранность автомобилизации как слож- ной социально-технико-экономической системы опре- деляет многосторонность ее взаимных связей с окружа- ющей средой. Подход современной науки к общим про- блемам взаимоотношений человека и природы позво- лил классифицировать эти связи по трем основным на- ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ АВТОМОБИЛИЗАЦИИ Потребление ресурсов Загрязнение окружающей среды Негативные социальные последствия Энергетические Материальные Земельные Трудовые Ингредиен тное Ингреди- ентное Ингредиен тное Ингреди- ентное Параметри ческое Шумовое Тепловое Электро- магнитное Вибраци- онное Экологическое Фактор беспокойства Сокращение мест обитания Разделяющий эффект Гибель живых организмов Рис. 1. Классификация отрицательных последствий автомобилизации 89 Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова 2008, № 3 правлениям: потребление ресурсов, загрязнение окру- жающей среды и негативные социальные последствия. В настоящее время большую актуальность приобре- ла задача рационального использования природных ре- сурсов, особенно энергетических. Эта задача является частью глобальных проблем рационального природо- пользования и охраны окружающей среды. Такое поло- жение в полной мере относится к автомобильному транспорту и автомобильной промышленности, входя- щим в число самых крупных потребителей различного сырья и материалов. Современные транспортные средства стали мощным потребителем энергии. Этим во многом объясняются высокие темпы использования энергоресурсов, в балан- се потребления которых ведущую роль занимают нефть и нефтепродукты. В странах Западной Европы на авто- мобильный транспорт расходуется около 30% нефтепро- дуктов, а в США и Канаде – около 55%, в Японии – более 20%. Самые высокие удельные затраты топлива на еди- ницу транспортной работы среди всех видов транспор- та расходуются на автомобили. Основная особенность в потреблении топливно-энергетических ресурсов по срав- нению с другими материалами заключается в том, что оно в значительной степени определяется не только кон- струкцией автомобилей, но и условиями эксплуатации. Конструкция автомобиля сказывается не только на его эксплуатационных свойствах, но и на количестве ма- териалов, необходимых для изготовления и добытых зе- мельных ресурсов. На производство автомобилей в США расходуется около 20% стали, 7% меди, 13% никеля, 35% цинка, 50% свинца и натурального каучука. Сокраще- ние запасов этих материалов с учетом ограниченности и невозобновляемости ресурсов вызывает обоснован- ную озабоченность в отношении их использования и сохранения для мирового общества. Применение автомобиля как массового транспорт- ного средства требует развития сети автомобильных до- рог и строительства различных транспортных сооруже- ний, под которые приходится отводить значительные площади. На один километр автомобильных дорог в за- висимости от ее категории и ценности земельных уго- дий приходится отводить от двух до семи гектаров. До- полнительные потери земельных угодий связаны также с усилением водной и ветровой эрозий в районе транс- портной коммуникации, созданием условий для геоди- намических процессов. Строительство дороги нередко приводит к существенному изменению мощности и уровня подпочвенных вод. Воздействие автомобильного транспорта на окружа- ющую среду сопровождается не только потреблением природных ресурсов, но и загрязнением окружающей среды. С экологических позиций загрязнение среды оби- тания представляет комплекс помех в экологических си- стемах. Если уровень помех превышает возможность организма к адаптации, то это приводит к его гибели или угнетению. Возникновение помех в экологических сис- темах может быть связано с внесением различных отхо- дов (ингредиентов загрязнения), непроизводительными потерями энергии (параметрическое загрязнение), нео- братимыми изменениями естественных экологических систем (экологическое загрязнение). Объектами ингредиентного загрязнения являются атмосфера, гидросфера и литосфера, т.е. важнейшие компоненты, составляющие среду обитания человека. Человек разомкнул круговорот веществ в природе и со- здал искусственные линейные цепи событий. Одну из таких цепей легко проследить на примере использова- ния топлива на автомобильном транспорте. Нефть до- бывают из недр земли, перерабатывают в топливо, кото- рое сжигают в цилиндрах двигателя. При этом образу- ются отходы (отработавшие газы – классификация со- става которых приведена на рисунке 2), загрязняющие атмосферный воздух, воду и почву. С отработавшими газами (ОГ) ДВС выбрасываются, кроме нетоксичных веществ (азот, диоксид углерода, кислород, пары воды), огромный спектр вредных ингре- диентов. Углеродсодержащие газообразные вредные веще- ства: неканцерогенные углеводороды, оксид углерода, альдегиды (формальдегид – обладающий канцероген- ными свойствами), канцерогенные углеводороды – ин- дикатором наличия которых в ОГ тепловых двигателей (в международной практике) бенз(а)пирен (C 20 H 12 ). Уров- ни выбросов указанных углеродсодержащих вредных веществ с ОГ двигателей зависят от вида и качества топ- лива, типа и технического состояния двигателя, качества процессов сжигания рабочей смеси, наличия и рабо- тоспособности системы термокаталитической нейтра- лизации ОГ. Азотсодержащие газообразные вредные вещества – оксиды азота (NO , NO 2 и др.). Уровни выбросов указан- ных вредных веществ с ОГ зависят от качества процес- сов сжигания рабочей смеси (причем, с повышением температуры газов и давления в цилиндрах ДВС уровни образования азот содержащих ВВ растут), доли азота в топливах, а также от наличия и работоспособности сис- тем восстановительной термокаталитической нейтрали- зации ОГ. Серосодержащие газообразные вредные вещества. Уровни выбросов указанных ВВ с ОГ двигателей зави- сят в основном от доли серы в используемом топливе. Твердые, в том числе сажистые частицы. Уровни выбросов указанных ВВ с ОГ двигателей зависят от вида, группового состава, уровней механических примесей, в том числе свинца и других металлов, серы в используе- мых топливах; технического состояния двигателей, каче- ства процессов сжигания рабочей смеси, наличия и ра- ботоспособности систем фильтрации ОГ. Катастрофически быстро загрязняется воздушный бассейн, особенно в крупных городах с развитой струк- турой автомобильного транспорта и индустриальных ре- гионах. За весь период цивилизации человечество ис- пользовало 85 миллиардов тонн топлива, половину это- го объема – за последние 25-30 лет. За прошедшие 100 90 Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова 2008, № 3 лет израсходовано при сжигании топлив 240 миллиар- дов тонн кислорода и выброшено в атмосферу 360 мил- лиардов тонн диоксида углерода. Расход кислорода в настоящее время достиг десятой части от его общего количества, которое ежегодно вырабатывается зелены- ми растениями планеты Земля. Учеными США и Англии установлено, что крупные города из-за загрязнения атмосферы получают на 15% меньше солнечной радиации, на 10% имеют больше пасмурных и дождливых дней. Человек при этом чаще болеет астмой, раком легких и другими болезнями. На- пример, в США экономические затраты от болезней и смертности, связанных с загрязнением воздушной сре- ды, составляют ежегодно шесть миллиардов долларов. Общие экономические затраты от загрязнения только атмосферы составляют 16 миллиардов долларов в год, или 80 долларов на одного жителя. Данные по усредненным уровням выбросов вредных веществ с продуктами сжигания топлива для гипотети- ческого города с населением один миллион человек и в котором имеется одна ТЭС мощностью 1 млн. кВт, сто Рис. 2. Классификация состава отработавших газов ДВС: CH– неканцерогенные углеводороды; RCHO – альдегиды; CO – оксид углерода; КУ – канцерогенные углеводороды; NO x - оксиды азота; SO x – оксиды серы ОТРАБОТАВШИЕ ГАЗЫ Нетоксичные вещества Вредные вещества Газообразные вещества Твердые частицы Кислород (до 8 %). Азот (до 75 %). Углекислый газ (до 12 %). Пары воды (до 5 %) Углеродсодержащие (CH, RCHO, CO, KУ). Азотсодержащие (NO x ). Серосодержащие (SO x ) Сажистые частицы. Оксиды металлов. Другие соединения Газообразные вещества тысяч автомобилей и аэропорт, приведены в таблице 1. Из представленных данных следует, что к основным источникам загрязнения атмосферы, особенно атмосфе- ры крупных городов, вредными веществами (ВВ) отно- сится автомобильный транспорт, основу которого (бо- лее 80%) в настоящее время составляют автомобили с бензиновыми карбюраторами двигателями. Так, в 190 обследованных городах стран СНГ «вклад» автотранспор- та в валовой выброс ВВ составляет более 50% (см. таб. 2). Ниже в таблице 3 представлены основные вредные ингредиенты в общем загрязнении атмосферы городов Украины по уровню превышения ими среднесуточных предельно допустимых концентраций [ ПДК i ] c.c. В таблице 4 приведены соответственно предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе ряда загрязняющих веществ, выбрасываемых с ОГ автомо- билей, и показатели относительной вредности для чело- века токсичных и канцерогенных ингредиентов: [ПДК CO ] с.с. / [ПДК i ] с.с. Из приведенных данных следует, что основными, осо- бо вредными для человека ингредиентами, выбрасывае- Таблица 1 Уровень выброса вредных веществ Вредные вещества (т/сутки) Загрязняющие объекты Оксиды серы Оксиды азота Оксид углерода Несгоревшие углеводороды Электростанция Автомобили Аэропорт 130 - - 37 77 4 3,7 120 4,8 0,6 26 0,8 91 Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова 2008, № 3 Таблица 2 Перечень городов с преобладающим уровнем загрязнения атмосферы автотранспортом Город Доля автотранспорта в загрязнении, % Примечание Ужгород Ялта Полтава Киев Москва Харьков Николаев Сумы Одесса Петербург Кировоград 90,4 88,6 85 77,6 71,7 68,2 64,6 63,6 61,6 61,1 58,8 В Харькове автомобили с бензиновыми двигателями составляют 94 % и на их долю (в общем загрязнении атмосферы автотранспортом) приходится 85 % вредных выбросов. мыми с ОГ автомобилей, являются канцерогенные веще- ства (БП, НСНО), свинец (при использовании этилирован- ных бензинов), оксиды азота и сажистые частицы (на кото- рых сорбируются канцерогенные углеводороды). Следует также отметить, что в атмосфере указанные вредные ве- щества под воздействием солнечной радиации взаимодей- ствуют и могут синтезироваться нитроканцерогенные ве- щества, обладающие мутагенными свойствами и являю- Таблица 4 Предельно допустимые концентрации и показатели относительной вредности веществ Вещество Максимально разовая, мг/м 3 Среднесуточная мг/м 3 Относительная вредность Оксид углерода Углеводороды (неканцерогенные) Взвешенные вещества (пыль) Оксид азота Диоксид серы Сажа Диоксид азота Формальдегид Свинец Бенз(а)пирен 5 5 0,5 0,4 0,5 0,15 0,085 0,035 - - 3 1,5 0,15 0,06 0,05 0,05 0,04 0,003 0,0003 0,000001 1 2 20 50 60 60 75 1000 10000 3000000 Таблица 3 Уровень превышения вредных ингредиентов среднесуточных предельно допустимых концентраций Город Вещества, определяющие высокий уровень Загрязнения атмосферы города Днепропетровск Донецк Запорожье Киев Коммунарск Кривой Рог Мариуполь Одесса Харьков БП, HCHO, NO x , пыль БП, пыль, фенол, аммиак БП, NO x , HCHO, фенол БП, HCHO, NO x , сероуглерод БП, NO x , пыль БП, HCHO, NO x БП, HCHO, фтористый водород, аммиак БП, HCHO, фтористый водород, фенол БП, NO x , HCHO, фенол, пыль Обозначения: БП – бенз(а)пирен, который в международной практике принят в качестве индикатора присутствия канцерогенных веществ в атмосфере и в ОГ автомобилей; HCHO – формальдегид, который также обладает канцеро- генными свойствами; NO x – оксиды азота. Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова 2008, № 3 щиеся предельно опасными для здоровья человека. Проблема значительного загрязнения атмосферы городов (особенно в странах СНГ) определяется, в пер- вую очередь, эксплуатацией изношенных и в большин- стве случаев неисправных как легковых, так и грузовых автомобилей, а также низким качеством используемых топлив. В странах СНГ, в том числе в Украине, продол- жается использование этилированных бензинов. В оте- чественных высокооктановых бензинах доля ароматики составляет от 45 до 70%, тогда как в США, Японии и странах Европы этот показатель не превышает 25%. Доля серы в отечественных дизельных топливах намного пре- вышает указанный показатель в топливах иностранного производства. Использование указанных отечественных топлив не позволяет применять высокоэффективные системы каталитической нейтрализации ОГ автомоби- лей, снижает параметрическую надежность и ресурс двигателей, ухудшает эксплуатационную экономичность и экологические показатели автомобилей. При сгорании топлива в цилиндрах ДВС только часть химической энергии переходит в полезную механичес- кую работу. Остальная энергия теряется. У лучших об- разцов автомобильных двигателей эти потери составляют более 55%. Часть передаваемой от двигателя к ведущим колесам энергии затрачивается на преодоление потерь в трансмиссии и сопротивления движению. Основная доля неиспользованной энергии переходит в тепло, остальная – в другие виды параметрического загрязнения. Развитие автомобилизации ведет к значительному преобразованию естественных экологических систем. При широком использовании автомобилей все возрас- тающее число людей получает огромную нагрузку на организм, не успевающий и во многих случаях не могу- щий адаптироваться к загрязненной атмосфере. Кроме этого, количество пригодных для обитания животных мест уменьшается. Под колесами автомобилей гибнет много живых существ. В США за год число животных, уничтоженных на дорогах, составляет около 365 милли- онов особей. Дороги с интенсивным движением пере- резали пути миграции животных, затруднили связи меж- ду природными комплексами. В нашей стране пока эта проблема в силу определенных причин стоит не так ос- тро, как в США или Западной Европе, но, тем не менее, она уже существует в пригородной зоне ряда крупных городов и ее дальнейшее обострение неизбежно. Следует отметить, что в настоящее время направле- ния отрицательного воздействия автомобильного транс- порта на окружающую среду изучены далеко не полно- стью. Для получения более точных и детальных пред- ставлений о характере и механизме такого воздействия потребуется, несомненно, еще много времени и усилий ученых и специалистов различных областей науки и тех- ники. Имеющийся результат данных уже сейчас позво- ляет судить о масштабах и сложности проблемы охраны окружающей среды и человека от загазованности из-за воздействия растущей численности автомобилей. Выводы. Полностью ликвидировать отрицательные последствия автомобилизации невозможно, поэтому необходимо принимать эффективные меры для их стро- гого ограничения и разумного регулирования. ЛИТЕРАТУРА 1. А.Б. Дьякова. Экологическая безопасность транспортных потоков. – М., «Транспорт», 1989 2. В.Ф. Кутенев, Ю.Б. Свиридов. Экологические проблемы автомобильного двигателя и путь оптимального решения их. – Двигателестроение, 1990, №10. 3. П.М. Канило. Анализ и соновные пути снижения загрязне- ния атмосферы городов автомобильным транспортом. Сборник научных трудов Харьковского института соци- ального прогресса, - Х., 1998, вып.3. |