Содержание вредных веществ в выхлопных газах

Оглавление

 

Введение 3

Содержание  вредных веществ в выхлопных  газах 4

Борьба с  загрязнением 7

Перспективы 10

Заключение 11

 

Введение

Правительства всех высокоразвитых стран большое внимание стараются  уделить здоровью населения. В последнее  время большие опасения вызывает малоизученное вредное воздействие  малых доз химических веществ  на организм человека. Предполагается, что повреждающее воздействие различных  химических веществ может очень  сильно влиять на несколько поколений. Не последнюю роль в этом ряду занимает повышение загрязненности воздуха, вызванное повышением в атмосфере  выхлопных газов в связи с  увеличением количества транспортных средств и неэффективным обращением с отходами и химическими веществами, приводящее к высокому уровню экологически обусловленных заболеваний. Общество не уделяет данной проблеме должного внимания, не понимая, что через какое-то время для нас чистый воздух будет  так же непривычно и необычно, как  снег летом.

Выхлопные газы (отходящие  газы) – отработавшее в двигателе  рабочее тело, являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы  выхлопных газов – основная причина  превышения допустимых концентраций токсичных  веществ и канцерогенов в атмосфере  крупных городов, образования смогов, являющихся частой причиной отравления в замкнутых пространствах.

В 2011 году количество автомобилей  в мире перевалило за 1 млрд. В 2012 году силами автоконцернов было произведено  свыше 65 млн. автомобилей, примерно 2 млн. из них было произведено в России, при этом количество проданных в  нашей стране автомобилей составило  уже 3 млн. экземпляров. Сейчас наш рынок  автотранспорта один самых динамично  развивающихся секторов мирового автомобильного рынка.

Содержание  вредных веществ в выхлопных газах

В выхлопных газах содержится около 200 химических соединений. Среди  них вещества как безвредные для  организма человека (азот N2, кислород O2, водяные пары H2O, углекислый газ CO2), так и весьма токсичные соединения, в том числе канцерогены (вещества, повышающие вероятность возникновения  злокачественных новообразований (опухолей)).

 Угарный газ (монооксид углерода, СО) – бесцветный, лишенный запаха ядовитый газ, образующийся при неполном сгорании ископаемых топлив. Ядовитое действие угарного газа заключается в том, что он связывает гемоглобин в эритроцитах и этим препятствует переносу кислорода по телу. Для возникновения такого эффекта достаточно 0,1% угарного газа от вдыхаемого воздуха по объему.

 Диоксид азота (NO2) – газ желтовато-бурого цвета, сильно ухудшающий видимость, придает коричневый оттенок воздуху, высокотоксичен. Диоксид азота сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей, вызывает сенсорные, функциональные и патологические эффекты. Функциональным эффектом, вызываемым диоксидом азота, является повышенное сопротивление дыхательных путей. Иными словами, NO2 вызывает увеличение усилий, затрачиваемых на дыхание. Эта реакция наблюдалась у здоровых людей при концентрации NO2 всего 0,056 мг/м3, что в четыре раза ниже порога обнаружения. Кроме того, диоксид азота сам по себе может стать причиной заболеваний дыхательных путей: попадая в организм человека, NO2 при контакте с влагой образует азотистую и азотную кислоты, которые разъедают стенки альвеол легких

 Углеводороды (СН) в присутствии диоксида азота под воздействием солнечных лучей окисляются и образуют ядовитые кислородсодержащие соединения с резким неприятным запахом – фотохимический смог. Полициклические ароматические углеводороды, содержащиеся в сажах и смолах — сильные канцерогены.

Свинец присутствует в отработавших газах в виде мельчайших частиц размером 1-5 мкм, которые долго сохраняются в атмосфере. Концентрация свинца в атмосфере придорожной полосы в 2-20 раз больше, чем в других местах. Присутствие свинца в воздухе вызывает серьезные поражения органов пищеварения, центральной и периферической нервной системы. Воздействие свинца на кровь проявляется в снижении количества гемоглобина и разрушении эритроцитов.

 
Рис.1. Состав Отработанных газов бензиновых и дизельных двигателей.

Пыль (взвешенные частицы, размером менее 10 мкм) может стать причиной заболеваний слизистых оболочек и органов дыхания, а также конъюнктивитов и дерматитов.

В отработанных газах так  же содержится немалое количество канцерогенов (сажа и бензпирен-3,4), т.е. повышают вероятность возникновения злокачественных опухолей.

Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма – иммунодефицит. Кроме  того, газы сами по себе могут стать  причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, бронхопневмонии, рака легких. Кроме того, выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечно-сосудистой системы.

Таблица 1. Состав автомобильных  выхлопных газов

	Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели
N2, об.%	74-77	76-78
O2, об.%	0,3-8,0	2,0-18,0
H2O (пары), об.%	3,0-5,5	0,5-4,0
CO2, об.%	0,0--16,0	1,0--10,0
СО, об.%	0,1--5,0	0,01--0,5
Оксиды азота*, об.%	0,0--0,8	0,0002-0,5000
Углеводороды*, об.%	0,2--3,0	0,09-0,500
Альдегиды*, об.%	0,0--0,2	0,001-0,009
Сажа**, г/м3	0,0--0,04	0,01-1,10
* Токсичные компоненты

Основной тенденцией улучшения качества автомобильных бензинов является совершенствование существующих и создание новых современных процессов в нефтепереработке, с целью удовлетворения все возрастающих экономических и эксплуатационных требований к двигателям автомобилей. Основным показателем качества бензина считается октановое число. Использование топлива с меньшим октановым числом, чем указано в инструкции по эксплуатации двигателя, а значит и с пониженной детонационной стойкостью, вызывает детонационное сгорание топлива, которое приводит к увеличению износа и прогару прокладок головки цилиндров, увеличению дымности выхлопа, снижению мощности и экономичности. Применение бензина с более высоким октановым числом также нежелательно: в техническом отношении – из-за возрастания температуры его сгорания прогорают клапаны, поршни, повышается склонность к образованию отложений и нагара на деталях двигателя; в экономическом плане – ввиду более высокой стоимости по отношению к низкооктановым бензинам.

Борьба  с загрязнением

 

Европейские стандарты экологичности топлива регламентируют содержание вредных веществ в выхлопах автомобилей. В 1992 году в Евросоюзе был введен первый стандарт, регламентирующий ограничение выброса вредных веществ, сейчас известный как Евро-1.  Для бензиновых двигателей был предусмотрен следующий выброс:

• оксида углерода (CO) — не более 2,72г/км (грамм на километр пути)
• углеводородов (СН) — не более 0,72 г/км
• оксидов азота (NO) — не более 0,27 г/км

Европейские экологи и  правительство не остановились на одном  стандарте и планомерно вводили  новые стандарты экологичности. Каждый из них накладывал все более жесткие ограничения на выброс вредных веществ. Так, в 1995 г. Евро-1 сменился Евро-2, переход на Евро-3 произошел в 1999 г., на Евро-4 в 2005 г., Евро-5 вступил в силу в 2009 г., а переход на Евро-6 планировался в 2014 г., но был отложен до 2015 г.

Как видно из рисунка 2,  за годы существования и модернизации евро-стандарта топлива была проделана  большая и эффективная работа. Количество вредных выбросов стремительно минимизируется, что бесспорно является хорошим знаком. Судя по данной тенденции, в будущем эти цифры продолжат  свое стремление к нулю.

 

Рисунок 2. Ограничения для различных стандартов топлива Евро 

Сертификат Евро-5 – это сертификат соответствия, который регулирует нормы содержания вредных веществ в выхлопах транспортных средств. Стандарт Евро-5 становится обязательным для всех грузовых автомобилей, которые продаются на территории Евросоюза с октября 2008 года. С 1 сентября 2009 года этот стандарт будет действовать и для легковых авто. Стандарт Евро-5 был принят в 27-ми странах Европейского союза. В новом стандарте предусмотрены требования по снижению окиси азота и углеводорода на 25% для бензиновых двигателей. Для дизельных двигателей предусмотрено снижение окисей азота на 20%, а выбросов сажи – на 80%. Согласно стандарту Евро-5, выброс твёрдых частиц в выхлопах должен сократиться с 25 мг/км до 5 мг/км. Содержание угарного газа в выхлопных газах для бензиновых двигателей следует сократить на 25%, а для дизельных двигателей – на 20%. Стоит отметить, что также существенно сократились сроки эксплуатации для сажевых фильтров и катализаторов.

Более подробно сравнительную  характеристику стандартов Евро можно  увидеть в таблице 2.

Те автовладельцы, которые  имеют сертификат Евро-4, должны переоборудовать  автомобиль, чтобы получить сертификат Евро-5. Для этого нужно пройти специальную комиссию, которая сделает  замеры выброса вредных веществ  в атмосферу. Консультант сможет подсказать наиболее выгодный вариант модернизации авто для соответствия новым экологическим стандартам Евро-5.

 

Таблица 2. Сравнительные  характеристики различных евро-стандартов топлива.

Тип двигателя	Экологический стандарт	Оксид углерода  (II)(CO)	Углеводород	Летучие органические вещества	Оксид азота (NOx)	HC+NOx	Взвешенные частицы (PM)
Дизельный	Евро-1	2.72 (3.16)	-	-	-	0.97 (1.13)	0.14 (0.18)
	Евро-2	1.0	-	-	-	0.7	0.08
	Евро-3	0.64	-	-	0.50	0.56	0.05
	Евро-4	0.50	-	-	0.25	0.30	0.025
	Евро-5	0.500	-	-	0.180	0.230	0.005
	Евро-6	0.500	-	-	0.080	0.170	0.005
Бензиновый	Евро-1	2.72 (3.16)	-	-	-	0.97 (1.13)	-
	Евро-2	2.2	-	-	-	0.5	-
	Евро-3	2.3	0.20	-	0.15	-	-
	Евро-4	1.0	0.10	-	0.08	-	-
	Евро-5	1.000	0.100	0.068	0.060	-	0.005**
	Евро-6	1.000	0.100	0.068	0.060	-	0.005**

Несмотря на то, что сертификат Евро-5 правительство планирует ввести с 2014 года, компания «Лукойл» уже выпускает  дизельное топливо, которое соответствует  стандартам Евро-5. Новое топливо  характеризуется высоким октановым  числом, благодаря которому в процесс  сгорания топлива в автомобиле снижается  вибрация и шум.

По словам экспертов, для  введения в Российской Федерации  экологических стандартов Евро-5 отечественным  автопроизводителям нужно будет  пересматривать и перестраивать своё производство.

 

Как было сказано выше, в Евросоюзе планируют принять новые стандарты Евро-6 к 2015 году. В большей степени этот стандарт коснётся грузовых автомобилей. Специалисты предполагают, что введения таких стандартов требует от автопредприятий производить фильтрацию отработавших газов. Также предполагается, что в разработке будут применяться технологии избирательной каталитической нейтрализации, системы рециркуляции отработавших газов и использование сажевых фильтров.

Перспективы

 

В целях улучшения экологического аспекта использования автотранспорта, в России осуществляется работа по нескольким направлениям, рассмотренным  ниже.

Предусмотрен контроль за состоянием и регулировками автомобилей. В России является обязанностью органов технического осмотра ГАИ периодически контролировать доли оксидов углерода и углеводородов в выхлопе на двух частотах вращения, состояние предусмотренных систем нейтрализации на бензиновых двигателях (по ГОСТ Р 52033-2003) и дымность на дизельных двигателях (по ГОСТ Р 52160-2003).

В России вводятся повышенные ставки транспортного налога на мощность двигателя автомобиля.

В соответствии с одобренной в 2002 году правительством России концепцией развития российской автомобильной  промышленности до 2010 года, отечественный  автопром должен был до 2004 года организовать производство двигателей, отвечающих по токсичности выбросов с отработавшими  газами требованиям Евро-2, Евро-3, Евро-4, а к 2014 году Евро-5.

 

Заключение

В ста пятидесяти городах  России выхлопы автомобильного транспорта превалируют над другими источниками загрязнения. В среднем по стране они составляет 40-50%, а в таких мегаполисах, как Москва, – 80%.

Своевременный мир не заставить отказаться от автомобилей. Помимо принудительной стандартизации автопроизводителей, можно также предположить следующие меры по снижению вредного воздействия автомобильного транспорта на атмосферный воздух следующие:

• перевод автомобилей на газовое топливо;
• снижение веса, улучшение аэродинамики;
• использование гибридных автомобилей;
• использование электромобилей;
• улучшение качества дорожного покрытия;
• строительство дорожных развязок и подземных пешеходных переходов;
• контроль и регулировка токсичности и дымности отработавших газов при выезде автомобилей из автопредприятий, при техническом осмотре, а также на автодорогах.