CC BY
11Методологические аспекты улучшения экологической безопасности автотранспортных средств
А.М. Сайкин, зав. отделом ФГУП «НАМИ», к.т.н.
В работе рассматриваются методологические вопросы улучшения экологической безопасности автотранспортных средств (АТС). Отмечается необходимость гармонизации номенклатуры вредных веществ (ВВ) при нормировании удельных выбросов ВВ с отработавшими газами и предельно допустимых концентраций (ПДК) ВВ в воздухе населенных мест, а также высокая значимость очистки воздуха в кабинах АТС.
Ключевые слова: АТС, удельные выбросы, отработавшие газы, вредные вещества, требования «Евро», оксиды азота, диоксид азота, пыль.
The methodological aspects of vehicle environmental safety improvement
A.M. Saikin
The methodological aspects of vehicle environmental safety improvement are discussed. It is essential to harmonize the nomenclature of harmful components in the motor vehicle emission for regulation of its specific values and maximum concentration limits in the city atmosphere. The significance of air purification in the vehicle cab is demonstrated.
Keywords: vehicle, emission of air pollutants, specific emission, harmful components, European emission standards, oxides of nitrogen, nitrogen dioxide, dust.
Снижение негативного воздействия автотранспортных средств на человека и окружающую среду (ОС) является одной из актуальных проблем современности, особенно в городских условиях. Внедрение альтернативных моторных топлив позволяет уменьшить выбросы вредных веществ с отработавшими газами (ОГ) АТС, которые регламентируются в настоящее время в РФ требованиями «Евро-3», а с 2012 г. - требованиями «Евро-4». Вместе с тем, эффективность проводимых мероприятий по улучшению экологической безопасности АТС не может достаточно объективно рассчитываться с помощью действующих
методик ее оценки из-за методологических противоречий нормативов по ограничению удельных выбросов ВВ с ОГ АТС и гигиенических норм предельно допустимого содержания ВВ в атмосфере населенных мест и в воздухе салонов (кабин) АТС.
Результаты загрязнения атмосферы крупных городов, в значительной мере зависящие от автомобильного транспорта, оцениваются с помощью систем мониторинга воздушной среды (в Москве - «Мосэкомонито-ринг») по результатам постоянного измерения содержания ВВ в воздухе жилых застроек, промышленных зон, вблизи автодорог и сравниваются с
предельно допустимыми концентрациями, установленными гигиеническими нормативными документами [1, 2].
Данные о приоритетности ВВ, принятых в регламентах экологической и активной безопасности АТС в зарубежных и российских требованиях по качеству воздушной среды, в том числе по загрязнению воздуха ВВ в салонах (кабинах) АТС, а также перечень основных ВВ, загрязнение которыми воздушной среды в крупных городах РФ в периоды плотного движения часто превышает гигиенические нормативы, приведены в табл. 1.
В Москве среднегодовые концентрации формальдегида, твердых частиц (ТЧ), фенола, N0.,, озона превышают гигиенические нормативы в 4,7; 2,7; 1,8; 1,6; 1,2 раза [3].
Приведенные данные свидетельствуют о различии номенклатуры ВВ при проведении мониторинга ОС и при нормировании выброса ВВ с ОГ АТС. Эти различия касаются в первую очередь оксидов азота (в первом случае контролируется содержание в воздухе N0 и N02, во втором - N0^ и твердых частиц (в ОГ АТ ограничивают содержание ТЧ, концентрация которых в общей массе пыли в воздухе не превышает 5-10% [1,4]). Другие ВВ (например, формальдегид, озон) не являются приоритетными при оценке экологической безопасности АТС, но по своему содержанию в воздушной среде городов и, соответственно, по оказываемому вредному воздействию на человека являются более значимыми, чем нормируемые в ОГ СО, СНх.
В 2002 г. в Москве по данным измерений «Мосэкомониторингом» фонового загрязнения воздуха ситуация оценивалась как благоприятная в течение 64 дней в году (фоновое загрязнение воздуха не превышало гигиенических нормативов), как умеренная - в течение 124 дней в году (то есть загрязнение воздушной среды города было на уровне нормативов) и как неблагоприятная - в течение 176 дней в году [3]. По данным «Мосэкомо-ниторинга» загрязнение воздушной
Транспорт и экология
Ш)
......
Таблица 1
Данные о номенклатуре ВВ, установленных в требованиях к экологической и активной безопасности АТС, к качеству воздушной среды населенных пунктов и при загрязнении воздушной среды в городах
Нормируемые вредные вещества Экологическая безопасность АТС (Правила ЕЭК ООН, специальный регламент, ГОСТы РФ) Активная безопасность АТС (загрязнение воздуха в салонах -ГОСТ Р 51206-2004) Требования по качеству воздушной среды ВОЗ, нормативов США, РФ ВВ, содержание которых в атмосфере городов РФ превышает ПДК [1]
+(в ОГ)
N0 + +
1\Ю2 * + + +
ТЧ в 0Г АТС +(в ОГ)
Пыль в атмосфере + +
СО * +(в ОГ) + + +
СНх +(в ОГ) + +
ПАУ +(в топл.) +
Э°2 * +(в топл.) + +
Свинец * +(в топл.) +
0з * + +
Бенз(а)пирен + +
Формальдегид + + +
Примечание. * - Вредные вещества, признанные
среды «вблизи автотрасс» больше фонового [5].
С учетом вышеизложенного, а также приведенных ниже данных, можно утверждать, что вредное воздействие АТС на человека следует оценивать не
Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ)
только по фоновому загрязнению воздуха, но и по загрязнению воздушной среды над проезжей частью автодорог и в салонах АТС.
В 1988 г. были опубликованы данные [6] о том, что средние концентра-
Содержание СО (мг/м3) в воздушной среде в
в качестве «классических» загрязнителей воздуха.
ции СО на автомагистралях составляли 6-57 мг/м3 (норма - 5 мг/м3), максимальные - 170-230 мг/м3, в тоннелях они достигали 290-600 мг/м3. В гаражах, особенно многоэтажных, с принудительной вентиляцией
Таблица 2
Москве
Место измерения Организация, автор публикации
НИЦИАМТ Булычева З.Ю. [7] МАДИ Луканин В.Н [10] МАДИ Григорьева Т.Ю. [11] МАДИ Трофименко Ю.В. [9] «За рулем» Твердунов И. [8]
Проезжая часть дороги 35,0 63,0 16,0 50,0 (72,0)*
Тоннели До 120,0 и более
Салон АТ 35,0 (79,1)* 12,0 30-70,0 (72,0)
Внутри гаража (ворота открыты) (1700,0)*
Примечание. * Без скобок - средняя концентрация, в скобках - максимально измеренная.
Таблица 3
Содержание NО, NО2, NОх (мкг/м3) в воздушной среде в Москве
Организация, автор публикации
Место измерения НИЦИАМТ Булычева З.Ю. [7] МАДИ Луканин В.Н [10] МАДИ Григорьева Т.Ю. [11] МАДИ Трофименко Ю.В. [9] «За рулем» Твердунов И. [8]
МО МО2 МОх МО МО2 МО2 МО МО2 МОх
Проезжая часть дороги До 2,88 До 1,955 До 1,63 До 1,0 До 0,45 До 10,3
Тоннели до 3,0 до 2,13
Салон АТ 1,2 (5,9)* 0,5 (1,1)* 1,5 (6)* До 10-12
Примечание. * Без скобок - средняя концентрация, в скобках - максимально измеренная.
«Транспорт на альтернативном топливе» № 3 (15) май 2010 г. Л ИЩИ ОВШ ЧЯННЯЙ вФ1
концентрации СО в воздухе достигали 2000 мг/м3 (в местах парковки АТС со стороны вытяжных вентиляционных каналов). В наземных гаражах в часы выезда АТС содержание СО в воздухе достигало 170-200 мг/м3, в подземных гаражах средняя концентрация СО составляла 112 мг/м3, максимальная - 570 мг/м3.
В настоящее время, несмотря на предпринимаемые меры по снижению выбросов ВВ с отработавшими газами АТС и достигнутые в этом плане серьезные результаты, содержание СО в атмосфере и особенно в зонах концентрации АТС на ограниченных территориях (автодороги, места с ограниченным воздухообменом, включая надземные, подземные гаражи, тоннели, склады и т.д.) существенно не изменилось. Это подтверждают публикации последних лет (табл. 2, 3).
По нашим данным, хорошо согласующимся с зарубежными данными, наибольшее загрязнение воздуха в кабинах (салонах) имеет место в легковых автомобилях, далее следуют по мере снижения концентрации вредных веществ в воздухе салоны микроавтобусов, автобусов, троллейбусов, трамваев, метро, железнодорожных поездов.
При этом, если в кабинах (салонах) легковых автомобилей, автобусов, троллейбусов, трамваев содержатся все вредные вещества в их ожидаемых пропорциях (СО, N0^ СНх, ТЧ и т. д.), то в кабинах поездов метро и железнодорожных поездов содержание газовых компонентов (СО, N0^ СНх) меньше, при этом содержание твердых частиц на порядок больше, а канцерогенов (толуол и др.) - в 2-3 раза больше [12]. Таким образом, проблема загрязнения воздуха кабин всех перечисленных видов транспорта стоит очень остро, но в зависимости от типа транспортного средства имеет свою специфику.
Из приведенных данных однозначно следует, что загрязнение воздушной среды над проезжей частью дорог значительно выше фонового, а в салонах АТС оно может быть в
несколько раз больше, чем снаружи (то есть в воздухе над проезжей частью).
Сверхнормативное загрязнение воздуха ВВ в салонах и кабинах АТС приводит к ухудшению самочувствия, головной боли, потере слуха, снижению реакции, сонливости, что ведет к снижению производительности труда и увеличению дорожно-транспортных происшествий (ДТП) [1, 10-13].
По степени вредного воздействия на организм человека NО и NО2 относятся к вредным веществам 3-го класса опасности, но N0., является в 4,75 раза более токсичным, чем N0 [12-16]. NО вызывает превращение гемоглобина крови в метгемоглобин и действует на центральную нервную систему. NО2, ^О4 раздражают легкие, вызывая их отек. Оксиды азота, в первую очередь NО2, вызывают
Рис. 1. Конструкция экосистемы ЭСОВ-3: 1 - корпус экосистемы; 2 - входное окно; 3 - выходное окно; 4 - пульт управления; 5 - вентилятор; 6 - корпус вентилятора; 7 - электродвигатель; 8 - нагнетательное колесо с лопатками; 9 - блок очистки воздуха; 10 - фильтрующий от пыли элемент; 11 -фильтрующий элемент по углеводородам; 12 - сорбирующий элемент от оксидов азота; 13 - внутренняя перегородка с центральным отверстием; 14 - каталитический элемент очистки от монооксида углерода; 15 - шумопоглощающий кожух с шумопоглощающим покрытием; 16 - гибкий элемент (воздуховод) для подачи очищенного воздуха в зону дыхания водителя
Транспорт и экология
Ш)
необратимые изменения в сердечнососудистой системе. В соединении с углеводородами они образуют токсичные нитроолефины. Воздействие N02 на организм человека нельзя ослабить никакими нейтрализующими средствами. При хроническом отравлении наблюдаются воспалительные заболевания слизистых оболочек верхних дыхательных путей, хронические бронхиты, реже - мышечная и сердечная слабость, нервные расстройства [12, 14-16].
Большинство российских ученых считают, что твердые частицы ОГ являются вторыми по значимости ВВ после оксидов азота. Атмосферные ТЧ, включающие и ТЧ ОГ дизелей, проникают в носовые и бронхиальные каналы, где скапливаются и отвердевают. В носу, горле и легких они действуют как сильнейшие раздражители. Мелкие ТЧ проникают в самые глубокие отделы легких, а самые мелкие поглощаются кровью. Медицинские исследования, проведенные в США, связывают воздействие повышенных уровней ТЧ с обострением таких заболеваний, как астма и других серьезных недугов [12]. Число преждевременно умерших в США от воздействия ТЧ составляет ежегодно десятки тысяч человек [12].
В городах, особенно в мегаполисах, доля АТС в общем выбросе СО достигает 95-98% [1, 12]. В совокупности с более чем 1000 разновидностей ВВ, идентифицированных в ОГ АТС, СО оказывает гораздо более выраженный токсический эффект, чем при изолированном действии [1, 12]. Эффект синергизма (усиление вредного воздействия) установлен при совместном присутствии в воздухе СО и N0х как при низких (на уровне ПДК), так и при высоких (смертельные дозы) их концентрациях. При этом токсичность N0х возрастает в три раза, а СО - в полтора раза [14]. Установлено, что отравление водителей СО является причиной ДТП [17, 18]. Имеются также данные о том, что СО занимает первое место среди причин отравления экипажей самолетов и в 19% случаев становится причиной авиакатастроф.
Рис. 2. Очистка воздуха в кабине самосвала КАТ-785В с помощью экосистемы ЭСОВ-3 в загазованном боксе
В соответствии с опубликованной статистикой в 2000 г. в США из-за отравления СО ежегодно умирало около 500 чел. во время езды в салонах АТС [12].
Вся вышеизложенная информация говорит о том, что фактическое вредное воздействие автотранспортных средств на человека существенно отличается от теоретического, рассчитанного на определенное фоновое загрязнение воздуха. Рассматриваемая проблема является более глубокой и сложной. Из сказанного следует, что автотранспортное средство может считаться «экологически чистым» только в том случае, если, во-первых, выброс ВВ с ОГ у него соответствует самым жестким экологическим стандартам и, во-вторых, содержание ВВ в воздухе салона (кабины) также соответствует гигиеническим нормативам. Последнее условие не выполняется у всех моделей АТС, даже у электромобилей, так как современные системы «климат-контроля» и их салонные фильтры не очищают воздух в салонах от оксида углерода и оксидов азота, а также малоэффективны по отношению к тонкой пыли (размером менее двух микрон) и углеводородам.
В сложившихся в настоящее время условиях езды в городе с автомобильными пробками для очистки воздуха в салонах АТС должны быть разработаны устройства, обеспечивающие гарантированную очистку воздуха от любых ВВ до уровня требований самых жестких
гигиенических стандартов. Одно из таких устройств - экосистема очистки воздуха (ЭСОВ-3) - представлено на рис. 1.
Экосистема очистки воздуха состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 окнами. В корпусе имеется пульт управления 4, размещенный в зоне выходного окна, заглубленный заподлицо в корпус 1 системы. В корпусе 1 размещены также: вентилятор 5 с корпусом 6, электродвигателем 7, закрепленным на внутренней перегородке 13, и нагнетательным колесом с лопатками 8, блок очистки воздуха 9 с фильтрующими элементами от пыли 10 и сорбирующим элементом 11 от углеводородов (акролеина, формальдегида и др.). Блок очистки воздуха 9 дополнительно содержит сорбирующий элемент 12 от оксидов азота, а также, при необходимости, каталитический элемент 14 очистки от монооксида углерода.
Испытания экосистемы ЭСОВ-3 в кабине самосвала КАТ-785 проводились в условиях бокса с предельным сверхнормативным загрязнением наружного воздуха оксидами азота на уровне 80 мг/м3 (16 ПДК рабочей зоны). Результаты испытаний ЭСОВ-3 в режиме рециркуляции показали высокую эффективность работы экосистемы, обеспечивающую достижение нормативного содержания NOх в воздухе кабины в течение 10 мин (рис. 2).
Аналогичные данные получены по очистке от монооксида углерода, суммарных углеводородов, тонкой пыли.
Данными установками оборудуются весь карьерный автотранспорт в карьерах глубиной от 400 до 650 м, а также ряд моделей легковых автомобилей, эксплуатируемых в городах.
Из изложенного выше следует, что автотранспортное средство не может считаться экологически чистым, если выбросы ВВ с ОГ у него не соответствуют экологическим стандартам, а содержание ВВ в воздухе салона (кабины) не соответствует гигиеническим нормативам. Решению этой проблемы в настоящее время не уделяется должного внимания. Учитывая значимость проблемы, можно утверждать, что в ближайшем будущем она должна решаться опережающими темпами, а системы очистки воздуха в салонах АТС должны применяться на автомобилях так же, как кондиционеры и системы «климат-контроля», обеспечивая тем самым комфортные и безопасные условия езды водителей и пассажиров в АТС в соответствии с гигиеническими требованиями.
Представленные данные свидетельствуют также о том, что оценки экологической безопасности АТС и эффективности мер по ее усилению требуют методологического совершенствования.
Литература
1. Фомин Г.С., Фомина О.Н. Воздух. Контроль загрязнений по международным стандартам. Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Протектор, 202. - 432 с.
2. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2000 году». - М.: Государственный центр экологических программ, 2001.
3. Моя Москва, № 1, 2004 г. - С. 32, 33, 50.
4. Рузаев И.Г. Исследование и разработка воздухоочистителей с фильтрующими элементами из картона с целью повышения эксплуатационной надежности автомобильных двигателей: Дис. канд. техн. наук. - М.: НАМИ, 1988. - 246 с.
5. www/mosecom.ru/rel.html
6. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I-IV групп. Справочное изд. - А.Л. Бандман, Г.А. Гудзовский, Л.С. Дубейковская и др., под ред. В.А. Филова и др., Л.: Химия, 1988. - 512 с.
7. Будкин А., Булычева З.Ю. Фильтр противогаза не заменит. - За рулем. - 1998, № 10.
- С. 37-39.
8. Твердунов И. Дышите глубже. - За рулем. - 1998, № 5. - С. 14-18.
9. Трофименко Ю.В., Лобиков А.В., Боксерман М.А. и др. Комплексный мониторинг транспортного загрязнения территории крупного города: Труды докладов научно-технической конференции «Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса». - М.: МАДИ (ГТУ), 2003. - С. 110-114.
10. Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт автотранспортных средств. - Т.З.
- М.: РБООИП «Просвещение»., 2001. - Выпуск 2. - С. 448.
11. Григорьева Т.Ю. Повышение надежности транспортных человеко-машинных систем управления на примере городских автобусов: Дис. канд. техн. наук. - МАДИ, М.: - МАДИ - 2006.
- 141 с.
12. The International Center for Technology Assesment. Report. In-Car Air Pollution - Washington: DC, 2000. - July. - Р. 41.
13. Воздействие на организм человека опасных и вредных экологических факторов. Метрологические аспекты. В двух томах. - Под ред. Исаева Л.К. - Том 1. - М.: ПАИМС, 1997. - 512 с.
14. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. - Изд. 7-е. В трех томах. Том III.: Л.: Химия, 1977. - 608 с.
15. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны ГН 2.2.5.686-98. Гигиенические нормативы. - М: Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава России. - Минздрав РФ Д998, 1998. - 207 с.
16. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 75 с.
17. Тиунов Л.А., Кустов В.В. Токсикология окиси углерода. - М.: Медицина, 1980. - 285 с.
18. Остапенко Л.А. Экологическая обстановка и состояние здоровья населения в современном городе. Региональные проблемы устойчивого развития России. - Сборник научных трудов. - М.: МГУЛ, 2004. - С.208-209.
//////////////////////////////^^^^
Саровский «Микрометан» создаст промышленный образец микро-АГНКС
8 апреля 2010 г. ООО «Микрометан» (г. Саров, Нижегородская область) получил 40 млн. руб. для создания промышленного образца автоматической микрогазонаполнительной станции (микро-АГНКС) «ММ-1».
Региональный венчурный фонд инвестиций в малые предприятия в научно-технической сфере Нижегородской области предоставил средства саровскому предприятию ООО «Микрометан» в форме вхождения
венчурного фонда в уставный капитал организации. Планируется, что средства пойдут на создание промышленного образца данной установки. О серийном производстве можно будет вести речь тогда, когда проектом заинтересуется крупный инвестор. Согласно информации на сайте ООО «Микрометан», на реализацию проекта необходимо 380 млн. руб.
Мини-АГНКС «ММ-1» предназначается для заправки автотранспорта КПГ
с применением наносистем на новом типе носителя собственного производства очистки и осушки природного газа.
Первые разработки таких АГНКС (они назывались гаражные) велись в России в середине 90-х гг., но в серию не пошли из-за отсутствия спроса. В настоящее время существуют несколько зарубежных вариантов подобного вида устройств, продаваемых в других странах мира. Однако они пока не получают широкого распространения в России из-за высокой цены, а также из-за сложности обслуживания и низкого ресурса работы, который требует замены ключевых деталей через каждые шесть месяцев работы станции.
http://www.i-mash.ru/news/nov_predpr/8103-sarovskijj-mikrometan-sozdast-promyshlennyjj.html
^Pi ЯНИИНР ШОЮ diteb ИИ1Ä «Транспорт на альтернативном топливе» № 3 (15) май 2010 г.
