CC BY
24М.Е. Грищук, доцент НТУ «ХПИ», г. Харьков, Украина А.И Козлов, В.П.Полуянов ИЭСЗ, г. Харьков, Украина
АВТОТРАНСПОРТ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Во всех экономически развитых странах мира автомобильный транспорт по объему грузовых и пассажирских 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 говорят 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 увеличения количества автомобилей у европейских стран и Японии выше, чем в США. Так, в Японии ежегодно увели-
чение автомобилей составляет 20%, а рост количества автомобилей в мире -13%.
При таком значительном увеличении масштабов и росте темпов автомобилизации, а также уровней потребления нефтяных топлив возникает ряд серьезных проблем, связанных с вредными для общества и окружающей среды последствиями, которые сопровождают этот процесс. Многогранность автомобилизации как сложной социально-технико-экономической системы определяет многосторонность ее взаимных связей с окружающей средой. Подход современной науки к общим проблемам взаимоотношений человека и природы позволил классифицировать эти связи по трем основным на-
Рис. 1. Классификация отрицательных последствий автомобилизации
правлениям: потребление ресурсов, загрязнение окружающей среды и негативные социальные последствия.
В настоящее время большую актуальность приобрела задача рационального использования природных ресурсов, особенно энергетических. Эта задача является частью глобальных проблем рационального природопользования и охраны окружающей среды. Такое положение в полной мере относится к автомобильному транспорту и автомобильной промышленности, входящим 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 балансе потребления которых ведущую роль занимают нефть и нефтепродукты. В странах Западной Европы на автомобильный транспорт расходуется около 30% нефтепродуктов, а в США и Канаде - около 55%, в Японии - более 20%. Самые высокие удельные затраты топлива на единицу транспортной работы среди всех видов транспорта расходуются на автомобили. Основная особенность в потреблении топливно-энергетических ресурсов по сравнению с другими материалами заключается в том, что оно в значительной степени определяется не только конструкцией автомобилей, но и условиями эксплуатации.
Конструкция автомобиля сказывается не только на его эксплуатационных свойствах, но и на количестве материалов , необходимых для изготовления и до бытых земельных ресурсов. На производство автомобилей в США расходуется около 20% стали, 7% меди, 13% никеля, 35% цинка, 50% свинца и натурального каучука. Сокращение запасов этих материалов с учетом ограниченности и невозобновляемости ресурсов вызывает обоснованную озабоченность в отношении их использования и сохранения для мирового общества.
Применение автомобиля как массового транспортного средства требует развития сети автомобильных дорог и строительств а р азличных транспортных сооружений, под которые приходится отводить значительные площади. На один километр автомобильных дорог в зависимости от ее категории и ценности земельных угодий приходится отводить от двух до семи гектаров. Дополнительные потери земельных угодий связаны также с усилением водной и ветровой эрозий в районе транспортной коммуникации, созданием условий для геодинамических процессов. Строительство дороги нередко приводит к существенному изменению мощности и уровня подпочвенных вод.
Воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду сопровождается не только потреблением природных ресурсов, но и загрязнением окружающей среды. С экологических позиций загрязнение среды обитания представляет комплекс помех в экологических системах. Если уровень помех превышает возможность организма к адаптации, то это приводит к его гибели или угнетению. Возникновение помех в экологических системах может быть связано с внесением различных отхо-
дов (ингредиентов загрязнения), непроизводительными потерями энергии (параметрическое загрязнение), необратимыми 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 создал искусственные линейные цепи событий. Одну из таких цепей легко проследить на примере использования топлива на автомобильном транспорте. Нефть добывают из недр земли, перерабатывают в топливо, которое сжигают в цилиндрах двигателя. При этом образуются отходы (отработавшие газы - классификация состава 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 ингредиентов.
Углеродсодержащие газообразные вредные вещества: неканцерогенные углеводороды, оксид углерода, альдегиды (формальдегид - обладающий канцерогенными свойствами), канцерогенные углеводороды - индикатором наличия которых в ОГ тепловых двигателей (в международной практике) бенз(а)пирен (С20Н12). Уровни выбросов указанных углеродсодержащих вредных веществ с ОГ двигателей зависят от вида и качества топлива, типа и технического состояния двигателя, качества процессов сжигания рабочей смеси, наличия и работоспособности системы термокаталитической нейтрализации ОГ.
Азотсодержащие газообразные вредные вещества -
оксиды азота (N0 М02 и др.). Уровни выбросов указанных вредных веществ с ОГ зависят от качества процессов 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 систем восстановительной термокаталитической нейтрализации ОГ.
Серосодержащие газообразные вредные вещества.
Уровни выбросов указанных ВВ с ОГ двигателей зависят 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 используемых топливах; технического состояния двигателей, качества процессов сжигания рабочей смеси, наличия и работоспособности систем фильтрации ОГ.
Катастрофически быстро загрязняется воздушный бассейн, особенно в крупных городах с развитой структурой автомобильного транспорта и индустриальных регионах. За весь период цивилизации человечество использовало 85 миллиардов тонн топлива, половину этого объема - за последние 25-30 лет. За прошедшие 100
ОТРАБОТАВШИЕ ГАЗЫ
Рис. 2. Классификация состава отработавших газов ДВС: СН— неканцерогенные углеводороды; ЯСНО - альдегиды; СО - оксид углерода; КУ - канцерогенные углеводороды; N0 - оксиды азота; 8О - оксиды серы
лет израсходовано при сжигании топлив 240 миллиардов тонн кислорода и выброшено в атмосферу 360 миллиардов тонн диоксида углерода. Расход кислорода в настоящее время достиг десятой части от его общего количества, которое ежегодно вырабатывается зелеными 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. Например, в США экономические затраты от болезней и смертности, связанных с загрязнением воздушной среды, 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 гипотетического города с населением один миллион человек и в котором имеется одна ТЭС мощностью 1 млн. кВт, сто
тысяч автомобилей и аэропорт, приведены в таблице 1.
Из представленных данных следует, что к основным источникам загрязнения атмосферы, особенно атмосферы крупных городов, вредными веществами (ВВ) относится автомобильный транспорт, основу которого (более 80%) в настоящее время составляют автомобили с бензиновыми карбюраторами двигателями. Так, в 190 обследованных городах стран СНГ «вклад» автотранспорта 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]с с.
В таблице 4 приведены соответственно предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе ряда загрязняющих веществ, выбрасываемых с ОГ автомобилей, и показатели относительной вредности для человека токсичных и канцерогенных ингредиентов:
[ПДКСо]с.с/ [ПДК]с.с.
Из приведенных данных следует, что основными, особо вредными для человека ингредиентами, выбрасывае-
Таблица 1
Уровень выброса вредных веществ
Загрязняющие объекты Вредные вещества (т/сутки)
Оксиды Оксиды Оксид Несгоревшие
серы азота углерода углеводороды
Электростанция Автомобили 130 37 77 3,7 120 0,6 26
Аэропорт - 4 4,8 0,8
Таблица 2
Перечень городов с преобладающим уровнем загрязнения атмосферы автотранспортом
Город Доля автотранспорта в загрязнении, % Примечание
Ужгород 90,4 В Харькове автомобили с бензиновыми
Ялта 88,6 двигателями составляют 94 % и на их долю
Полтава 85 (в общем загрязнении атмосферы
Киев 77,6 автотранспортом) приходится 85 % вредных
Москва 71,7 выбросов.
Харьков 68,2
Николаев 64,6
Сумы 63,6
Одесса 61,6
Петербург 61,1
Кировоград 58,8
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, НСНО, Шх, пыль БП, пыль, фенол, аммиак БП, Шх, НСНО, фенол БП, НСНО, МОх, сероуглерод БП, N0» пыль БП, НСНО, Шх БП, НСНО, фтористый водород, аммиак БП, НСНО, фтористый водород, фенол БП, Шх, НСНО, фенол, пыль
Обозначения: БП - бенз(а)пирен, который в международной практике принят в качестве индикатора присутствия канцерогенных веществ в атмосфере и в ОГ автомобилей; НСНО - формальдегид, который также обладает канцерогенными свойствами; N0 - оксиды азота.
мыми с ОГ автомобилей, являются канцерогенные вещества (БП, НСНО), свинец (при использовании этилированных бензинов), оксиды азота и сажистые частицы (на которых сорбируются канцерогенные углеводороды). Следует
также отметить, что в атмосфере указанные вредные вещества под воздействием солнечной радиации взаимодействуют и могут синтезироваться нитроканцерогенные вещества, обладающие мутагенными свойствами и являю-
Таблица 4
Предельно допустимые концентрации и показатели относительной вредности веществ
Вещество Максимально Среднесуточная Относительная
разовая, мг/м3 мг/м3 вредность
Оксид углерода 5 3 1
Углеводороды 5 1,5 2
(неканцерогенные)
Взвешенные вещества 0,5 0,15 20
(пыль)
Оксид азота 0,4 0,06 50
Диоксид серы 0,5 0,05 60
Сажа 0,15 0,05 60
Диоксид азота 0,085 0,04 75
Формальдегид 0,035 0,003 1000
Свинец - 0,0003 10000
Бенз(а)пирен - 0,000001 3000000
щиеся предельно опасными для здоровья человека.
Проблема значительного загрязнения атмосферы городов (особенно в странах СНГ) определяется, в первую очередь, эксплуатацией изношенных и в большинстве случаев неисправных как легковых, так и грузовых автомобилей, а также низким качеством используемых топлив. В странах СНГ, в том числе в Украине, продолжается использование этилированных бензинов. В отечественных 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 превышает указанный показатель в топливах иностранного производства. Использование указанных отечественных топлив не позволяет применять высокоэффективные системы каталитической нейтрализации ОГ автомобилей, 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 механическую работу. Остальная энергия теряется. У лучших образцов 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 возрастающее число людей получает огромную нагрузку на организм, не успевающий и во многих случаях не могущий 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 миллионов особей. Дороги с интенсивным движением перерезали пути миграции животных, затруднили связи между природными комплексами. В нашей стране пока эта проблема в силу определенных причин стоит не так остро, 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 направления отрицательного воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду изучены далеко не полностью. Для получения более точных и детальных представлений о характере и механизме такого воздействия потребуется, несомненно, еще много времени и усилий ученых и специалистов р азличных областей науки и техники. Имеющийся результат данных уже сейчас позволяет 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 строгого 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 загрязнения атмосферы городов автомобильным транспортом. Сборник научных трудов Харьковского института социального прогресса, - Х., 1998, вып.3.
