Дипломная работа: Методы снижения вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду
Под реализацией моторного топлива, не соответствующего экологическим требованиям, понимается продажа организациями, получившими в установленном порядке право на осуществление деятельности (лицензию) продажи моторного топлива, не соответствующего по экологическим показателям требованиям, утвержденным в установленном порядке технических условий на виды моторного топлива государственных стандартов РФ.
За реализацию топлива, не соответствующего экологическим требованиям, на юридических лиц налагается в административном порядке штраф в размере пятикратной величины незаконного дохода, получаемого в результате реализации моторного топлива, не соответствующего экологическим требованиям, но не менее 50 минимальных размеров оплаты труда.
В случае совершения повторного в течение года (с момента наложения взыскания) правонарушения, орган, выдавший лицензию, вправе приостановить действие лицензии, дающей право на реализацию моторного топлива. В решении о приостановлении действия лицензии указывается срок, на который приостанавливается ее действие, и обстоятельства, от которых зависит возобновление действия лицензии. Решение о приостановлении лицензии может быть обжаловано в суде.
Государственный контроль за соблюдением экологических требований, предъявляемых к реализуемому моторному топливу, осуществляется органами Московской транспортной инспекции, Государственной инспекции Москомприроды, Управлением милиции по предупреждению экологических правонарушений ГУВД Москвы, Центром Госсанэпиднадзора по Москве, органами стандартизации, метрологии и сертификации в пределах их полномочий.
Средства, получаемые от штрафов, налагаемых за правонарушения, направляются в бюджет Москвы (50%) и на специальный счет внебюджетного экологического фонда (50%).В 2007 г. и России в общем производстве бензинов доля неэтилированных составляла 68,8%. По сравнению с 2006 г. прирост составил 13,7%. Полное вытеснение бензина со свинцом позволит решить многие социальные и экологические проблемы – появится возможность установить на автомобиле нейтрализаторы выхлопов, будут спасены гектары зеленых насаждений, снизится заболеваемость болезнями почек и дыхательных путей.
Большинство европейских государств и США в 2008 г. приняли Декларацию о постепенном прекращении добавления свинца в бензин для общего использования автомобильным транспортом в ближайшем будущем и не позднее 1 января 2005 г.
4. Нейтрализаторы
Устанавливаемые в выхлопных трактах автомобилей нейтрализаторы снизили суммарный выброс токсичных веществ автотранспортом, например в США с 76 млн т в 1980 г. до 55 млн т в 1985 г. Нейтрализаторами в этой стране оборудовано более 85% автомобилей.
В Швеции испытания 48 автомобилей разных моделей, оборудованных каталитическими фильтрами выхлопных газов, показали, что вредных веществ в выхлопах значительно меньше, чем даже предусмотрено стандартами: окиси углерода – на 34%, углеводородов – на 36%, окиси азота на 58%.
Испытания каталитических катализаторов, разработанных в нашей стране, показали, что они снижают уровень окиси углерода в отработанных газах на 80%, углеводородов – на 70%, окиси азота – на 50%. В целом токсичность выброса уменьшается в 10 раз. Процесс окисления, протекающий при прохождении отработанных газов через слои катализатора (например, керамические гранулы), практически беспламенный.
Лучшим катализатором оказалась платина, но этот дорогой и дефицитный материал не может применяться широко. Были предприняты поиски других, более дешевых и доступных катализаторов. Ученые пришли к выводу, что в известной степени платину могут заменить палладий, рутений, а также окись меди, окись хрома, окись никеля и двуокись марганца.
В нейтрализаторах российского производства используется окись алюминия. Как и в термореакторе, процесс окисления окиси углерода и углеводородов требует подачи дополнительного воздуха, а процесс восстановления окиси азота не требует подачи воздуха. Современные каталитические нейтрализаторы выполняются в виде двухкамерного реактора: в одной камере осуществляется окисление окиси углерода и углеводородов, а во второй восстановление окиси азота.
Нейтрализаторы этого типа применяются на автомобилях с бензиновыми и дизельными двигателями. Одна из трудностей состоит в том, что в отработанных газах дизелей содержится кислород (10% и более), в присутствии которого реакция восстановления окиси азота не происходит, а для окисления окиси углерода этого кислорода недостаточно. Поэтому обычные каталитические реакторы без дополнительных устройств обеспечивают у дизелей нейтрализацию несгоревших углеводородов и альдегидов, а окись углерода нейтрализуют лишь в небольшой доле.
По мере эксплуатации созданных приборов обнаружились и другие их недостатки. Так, при наличии бензинового двигателя с высокой степенью сжатия, работающего на этилированном бензине, поверхность катализатора быстро обволакивается свинцом. На катализаторе осаждаются сажа и сера, что существенно ослабляет его действие и практически выводит из строя после сравнительно небольшого пробега.
На Уральском электрохимическом комбинате ежегодно производится 2 млн каталитических блоков к автомобилям разных марок.
Выглядят они просто: зарубежный керамический или более прочный отечественный металлический сотовый блок, на который методом вдувания наносится тонкий каталитический слой из суспензии драгоценных металлов платиновой группы, заключается в контейнер и устанавливается в выхлопном тракте автомобиля. Горючие газы вступают в реакцию с химически активным веществом и очищают выхлопы от вредных продуктов на 97–99%, если двигатель оборудован системой впрыска топлива, и примерно на 60-70% – для обычных карбюраторных двигателей.
В России около 15,5 млн машин, находящихся в личном пользовании граждан, по большей части горожан. Какова перспектива оснащения индивидуального транспорта системами нейтрализации?
В течение трех последних лет в Москве на городском общественном транспорте было установлено 19 тыс. нейтрализаторов, снижающих уровень вредных выбросов на 20 тыс. т ежегодно. В 2003 г. с помощью этого приспособления предполагается сделать экологически чистыми 24 650 столичных автобусов.
В 2006 г. Мосгордума приняла закон «О применении на автотранспортных средствах нейтрализаторов отработавших газов и иных технических устройствах». Он предусматривает поэтапное оснащение нейтрализаторов на выхлопные трубы грузовиков, автобусов и легковых автомобилей в Москве, чьи двигатели внутреннего сгорания работают с превышением региональных норм выброса отработавших газов.На первом ламе законопроект предусматривает оборудование очистными устройствами наиболее экологически «грязных» машин – дизельных автобусов и грузовиков. На втором этапе – всего автотранспорта, принадлежащего юридическим лицам. А затем будут устанавливать нейтрализаторы и на частных автомашинах.
Законом предусматривается создание сети сертифицированных мастерских со специально подготовленными специалистами. Без них нейтрализаторы на машинах не появятся. Стоимость российского нейтрализатора составляет 1000 руб., а установка обойдется в 200 руб. Поощрять покупку транспортных средств, отвечающих экологическим нормам, городские власти могут за счет налоговой скидки при регистрации новой машины. Законом предусмотрены жесткие экологические нормы для въезжающих в Москву автолюбителей: если в выхлопах обнаружат превосходящие норму вредные вещества, то транспорт будут останавливать за пределами города. За соблюдением этого правила будут следить ГАИ, московская транспортная и экологическая инспекции.
В том же году принят второй закон, предусматривающий систему мер, обеспечивающих наличие на московских АЗС только неэтилированного топлива. Меры в основном носят административный характер – штрафы для юридических лиц до 100 минимальных заработных плат (МЗП), для руководителей АЗС – три МЗП. За повторное нарушение заправочные станции будут лишаться права торговли топливом, а за неоднократное игнорирование требований закона лицензия будет отбираться навсегда.
В 2008 г. южноафриканская фирма «Эдване индастриал рисерч» объявила об изобретении нового каталитического конвертера, который позволяет устранять до 95% вредных веществ из выхлопных газов автомобиля.
Если до сих пор подобные конвертеры изготовлялись с использованием платины, то инженеры фирмы предложили использовать марганец, что снизило стоимость изделия в 4 раза. Новый катализатор на марганцевой основе можно использовать со всеми видами дизельного топлива и бензина со свинцовыми добавками и без таковых.
Российские умельцы из военно-промышленного комплекса создали устройство, которое экономит 40% топлива и устраняет вредные выбросы. Это устройство (трансмиттер) представляет собой простой слой удивительного материала, технология которого тщательно просчитана и продумана. Слепое копирование ничего не дает. Эффект существенно усиливается, если материал охладить до определенной температуры. Причем ее надо строго выдерживать, для чего трансмиттер обложен миллиметровым слоем изолятора. На материал воздействуют электромагнитным полем. Трансмиттер начинает излучать слабые электромагнитные полны, которые улавливаются системой антенн, и энергия сбрасывается в атмосферу. Обработанное таким образом топливо сгорает полнее, что существенно уменьшает его расход и выбросы. Толщина данного устройства всего несколько сантиметров. Снаружи лишь два провода для электропитания. Потребляемая мощность как у обычной лампочки. По Москве уже бегают несколько стареньких «Жигулей» с нулевым выбросом угарного газа и расходом топлива 5 л на 100 км пробега.
5. Дизельное топливо
Немецкий инженер Рудольф Дизель (1858– 1913) удостоился, пожалуй, самой высокой чести, о которой может мечтать изобретатель – его имя навсегда стало неотделимо от сконструированного им теплового двигателя. В бензиновом двигателе рабочая (топливно-воздушная) смесь воспламеняется от постороннего источника (электрической искры), в дизельном – под действием температуры, повышающейся при сжатии смеси. Потребление топлива дизелем на 20–30% меньше.
В последнее время в мире наблюдается тенденция возврата к дизельным двигателям. У оборудованных ими автомобилей меньше токсичность отработанных газов (по сумме компонентов примерно втрое ниже, чем при бензиновых моторах). Но и дизельные двигатели экологически небезопасны: в процессе работы они выбрасывают твердые частицы – сажу, аэрозоли масла и несгоревшего топлива, продукты износа двигателя, сернистый ангидрид. Отработанные газы дизельного топлива содержат полициклические ароматические углеводороды, в том числе бенз(а)пирен. В них также присутствуют альдегиды, представленные формальдегидом и акролеином, являющиеся высокотоксичными соединениями.
Для очистки выхлопных газов на дизелях устанавливают не только окислительные нейтрализаторы, но и сажевые фильтры, системы рециркуляции. Сажевый фильтр представляет собой монолитный блок с большим числом заглушённых с одного конца параллельных каналов с пористыми стенками. Отработанные газы очищаются, проходя через пористые стенки из одного канала в другой. Фильтры делают из пенокерамики и пенометалла, поскольку поры этих материалов эффективно задерживают дизельную сажу.
С 1 января 2007 г. в Москве запрещено использовать на муниципальном транспорте дизельное топливо с содержанием серы более 0,05%. ГОСТ 17.02-02.01-84 «Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработанных газов. Нормы и методы измерений» дает подробные рекомендации водителю, как определить содержание окиси углерода в выхлопе, как отрегулировать двигатель. Отечественные стандарты предусматривают дальнейшее поэтапное ужесточение норм выброса токсичных веществ.
В некоторых городах появились «Икарусы» с двумя вместительными баллонами на крыше. Они работают на особом виде горючего – смеси дизельного топлива и природного газа. Это экологически чистые автобусы, за ними не тянется привычный дымный шлейф. Отработанных газов у них в 4 раза меньше, и при этом вдвое снижен расход дизельного топлива, на 10–12% повышена мощность двигателя, время работы между ремонтами увеличено в 1,5 раза.
С 80-х гг. в Западной Европе для дизелей применяют так называемое «биодизельное топливо»: эфиры жирных кислот, рапсометиловый эфир, получаемые при переработке растительных масел и их отходов. Основными потребителями в странах ЕС пока остаются грузовики и междугородные автобусы: их проезд в большинстве стран – членов Евросоюза на обычном дизельном топливе запрещен, а экологические штрафы превышают разницу в сбыточной стоимости масло-эфиров, смешанных видов топлива, с одной стороны, и дизельного топлива с другой.
Испытания 2005–2008 гг. показали, что наиболее экономически эффективным, невысоким по капиталоемкости и надежным в эксплуатации является рапсовометиловый эфир (РМЭ). Принцип здесь такой: перед получением РМЭ 1 т масла смешивают с 110 л метанола. Потом к смеси добавляют катализатор гидроокись калия – для отделения глицерина и нагревают до 40–50°С. Процесс повторяется до максимальной чистоты эфиров. Из 1 т масла при производстве РМЭ выделяется до 100 кг глицерина.
С 2008 г. в России проводятся испытания сельхозтракторов на биодизе смеси рапсового масла с дизтопливом в пропорции 75:25.
6. Автомобили на газе
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 окружающей среды и воздушного бассейна.
Наиболее реальной альтернативой бензину и дизельному топливу является сжиженный или сжатый газ. Запасы его в несколько раз превосходят запасы нефти, да и технология переработки проще, чем технология извлечения бензина из нефти. Кроме того, для перехода на газообразное топливо практически не требуется вносить конструктивные изменения в двигатели внутреннего сгорания. Что же касается выбросов вредных компонентов, то концентрации окислов углерода и азота в выхлопе мотора, работающего на газе, значительно ниже, чем в выхлопе бензинового мотора, даже снабженного самым современным трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором с замкнутым контуром. Наконец, газовое топливо практически не содержит соединений свинца и серы.
Газ великолепно смешивается с воздухом и равномерно распределяется по цилиндрам двигателя, что гарантирует его практически полное сгорание и высокую топливную экономичность.
Эти преимущества особенно ярко проявляются по мере понижения температуры окружающего воздуха.
Кроме того, газовое топливо продлевает жизнь автомобильного двигателя почти в 1,5 раза: если бензин смывает, разжижает и портит смазку со стенок цилиндров, то газ не нарушает масляную пленку между трущимися деталями, и они меньше изнашиваются.
Сейчас из 500 млн автомашин, эксплуатируемых в мире, 1,2 млн работают на природном газе – метане, лишенном серы, свинца и различных примесей. Очевидно, что их доля будет постоянно расти, так как низкая стоимость и экологическая чистота делают их все более популярными. Использование природного газа на автотранспорте при полной загрузке только действующей сети автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) позволило бы снизить вредные выбросы на 10%.
Широкое использование в России природного газа в качестве альтернативного моторного газа содействовало бы решению животрепещущих для нашей страны проблем экономики, энергетики и экологии. В 2006 г. Комитет по промышленности, транспорту и энергетике Государственной Думы РФ рассмотрел и одобрил законопроект «О государственной политике в области использования природного газа в качестве моторного топлива». В нынешних условиях этот закон одна из наиболее действенных мер, направленных на улучшение экологической обстановки в стране, а также энергообеспечения.
В условиях свободного рынка цена газового моторного топлива составит около 50% стоимости эквивалентного ему по энергосодержанию бензина АИ-76. При переводе на сжиженный природный газ доля топлива в общих эксплуатационных затратах на автомобиль сокращается 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 «Икарус-280» и в течение 14 месяцев автомобилей «КамАЗ-5320»).
В России к 2009 г. в 135 городах построено около 300 АГНКС, позволяющих ежедневно заправлять природным газом около 120 тыс.автомобилей и автобусов. Реальная цена газа составляет веет 3 руб. 40 коп. за литр газа.
