ТОПЛИВНЫЙ ЭТАНОЛ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Карпов Сергей Александрович

С. А. Карпов

Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина

Ленинский пр-т, 65, г. Москва, 119991, Россия Тел.: (495) 135-79-06; факс: (495) 131-09-91; е-таИ: SAKarpov@mail.ru

Сведения об авторе: кандидат технических наук, доцент кафедры технологии переработки нефти Российского Государственного Университета нефти и газа им. И. М.Губкина.

Образование: Государственная Академия нефти и газа им. И. М. Губкина (1996 г.)

Область научных интересов: автомобильные топлива для двигателей внутреннего сгорания, альтернативные моторные топлива из возобновляемых источников, синтетические моторные топлива из природного газа, добавки и присадки в автомобильные бензины, улучшение экологических характеристик моторных топлив.

Осуществляет руководство лабораторией по оценке физико-химических и эксплуатационных свойств автомобильных бензинов. Читает курс лекций для магистров кафедры технологии переработки нефти и кафедры масел по перспективным процессам производства топлив. Ведет семинары и лабораторные занятия для групп факультетов: химической технологии и экологии, экономики и управления, автоматики и вычислительной техники. Руководит работой студентов СНО.

Публикации: около 100 научно-технических публикаций, в т. ч. 30 статей и 2 патента РФ. В текущем году готовится к изданию книга в соавторстве с проф. В. М. Капустиным и А. К. Старковым «Автомобильные топлива с этанолом».

Карпов Сергей Александрович

The vehicles using gasoline are the largest mobile sources of concentration of harmful gaseous contaminants of air. Application of ethanol promotes reduction of harmful contaminants in air and decrease the charges connected with public health services. Possible toxic influence of the ethanol used as oxygenate in gasoline can be received at inhalation of fuel vapour, however the probability of such influence is insignificant. Ethanol today is considered as renewed ecologically safe energy source which reduces a level of air pollution, emissions of toxic gases and reduces concentration of the gases causing greenhouse effect.

Передовые технологии позволили осуществить разработку альтернативных источников энергии, которые возобновляемы, подлежат полному сгоранию и более надежны по сравнению с традиционными видами топлива. Этанол — это возобновляемое спиртовое топливо, которое в основном производят из сельскохозяйственных ресурсов. Он вырабатывается из крахмала, произведенного из ржи, сорго, кукурузы и пшеницы. Этанол также может изготавливаться из отходов производства пищевых продуктов и напитков. Исследования дали возможность осуществлять производство этанола из целлюлозы, которая содержится в древесине, соломе, рисовой шелухе и просе. Выработка этанола способна значительно поднять уровень сельского хозяйства, экономику и улучшить окружающую среду. Производство этанола окажет благоприятное влияние на развитие сельского хозяйства за счет уве-

личения объемов выработки сельскохозяйственных продуктов, идущих на получение этанола. На сегодняшний день в мире многие фермеры делают инвестиции в строительство предприятий по производству этилового спирта, устанавливают более высокие цены на зерновые культуры, а также принимают участие в распределении прибыли. Производство этанола способно поднять уровень развития сельского хозяйства во многих странах различными способами.

Этанол, который рассматривается как возобновляемый экологически безопасный источник энергии, уменьшает уровень атмосферного загрязнения и выбросы токсичных газов, так как в его состав входит кислород, оказывающий благоприятное воздействие на окружающую среду. Соединение этанола с бензином значительно снижает выделение угарного газа, который является причиной образования смога в 20 % случаев.

Статья поступила в редакцию 05.10.2006 г. Ред. per. № 009. The article has entered in publishing office 05.10.2006. Ed. reg. No. 009.

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 8(52) 2007 /- *

Этанол уменьшает образование оксида углерода, который представляет угрозу людям с респираторными заболеваниями, например, с астмой.

В течение многих тысяч лет этиловый спирт как активный ингредиент алкогольных напитков входит в рацион питания человека. Он вырабатывается путем брожения грибков и других микроорганизмов. Его низкое содержание обнаружено в крови и в дыхании непьющего человека. Биологическое воздействие этилового спирта и изменение состояния под данным воздействием обычно определяется, исходя из содержания этанола в крови человека. Концентрация этанола измеряется в миллиграммах на децилитр крови (мг/дл). Эндогенный уровень содержания этилового спирта в крови составляет 0,02-0,15 мг/дл [1]. Максимальный уровень содержания этанола в крови составляет 25 мг/дл.

Широкое употребление этанола наблюдается при приеме слабоалкогольных спиртных напитков. Однако употребление этилового спирта в очень высоких дозах может оказывать токсическое воздействие на человека, которое может быть как кратковременным (опьянение), так и длительным (цирроз печени). В случае, если этанол используется в качестве добавки к топливу, он может оказать возможное воздействие при вдыхании; например, мы может вдыхать пары этанола на автозаправочных станциях или в автомобиле. Таким образом, это вызвало интерес к изучению возможного воздействия этанола на здоровье человека.

В научной литературе фактически не описывается ущерб, наносимый человеческому организму вследствие попадания этанола в дыхательные пути. Непричинение вреда может быть обусловлено быстрым протеканием процессов метаболизма этанола и вряд ли возможным значительным увеличением его уровня в крови человека при вдыхании и, соответственно, очень низкими внутренними дозами, за исключением необычных ситуаций, например, изнурительных физических тренировок в местах с концентрированными парами. На основании данных восьмичасового исследования при концентрации паров этанола в воздухе 1000 ррт (частей на миллион), или 1900 мг/м3, не зафиксировано ни одного негативного воздействия при уровне концентрации 1000 ррт. Более высокая концентрация паров этанола вызывает раздражение слизистой оболочки глаза и верхних дыхательных путей, усталость, головную боль и сонливость [2-3]. Однако обострения хронических заболеваний людей, вызванных высоким уровнем концентрации паров этанола, отмечено не было.

Во многих экспериментах, которые проводились на лабораторных животных, в основном крысах, подверженных воздействию путем вдыхания, исследовались аспекты воздействия этанола на центральную нервную систему и его ток-

сичность [4]. Большинство воздействий носили кратковременный характер и продолжались менее двух недель, однако многие из них были продолжительны. При изучении самого длительного периода влияния (90 дней) использовался самый низкий уровень концентрации этанола 86 мг/м3 (45 ррт). В остальных случаях эксперимент воспроизводил типичные атмосферные условия среды с тысячами мг/м3 (или ррт) в целях изучения развития этаноловой зависимости. Отмечались многократные случаи содержания этанола в крови, но не всегда можно было определить его уровень концентрации. Огромное количество результатов измерения концентрации этанола в крови превышало 100 мг/дл.

Недостаточное количество прямых доказательств о предполагаемом воздействии этанола при вдыхании означает, что возможные последствия не могут быть спрогнозированы. Согласно доступным данным, можно предположить, что воздействие на людей паров этанола, выделяемых из кислородосодержащего бензина, маловероятно вызовет отрицательные последствия. В связи с малым количеством информации о токсическом воздействии принятого внутрь этилового спирта можно оперировать данными многих литературных источников о воздействии алкогольных напитков. Алкоголизм — это важнейшая медицинская и социальная проблема, которая движет проведением большинства научных исследований токсичного воздействия этанола (как на людях, так и на животных). Только небольшое количество экспериментальных данных, полученных в результате использования этанола как кислородсодержащей добавки, описывает уровень его воздействия на организм. Вторым побудительным стимулом к проведению экспериментальной работы по изучению влияния этанола является эмбриональный алкогольный синдром, который теоретически может быть вызван сравнительно кратковременным действием этанола на организм матери в период беременности.

Так как весьма сильное токсичное воздействие этанола связано, прежде всего, с его попаданием в систему кровообращения, можно определить концентрацию этанола в крови, исходя из уровня вдыхаемого этанола. При измерении уровня концентрации этанола в крови вследствие попадания паров этанола в дыхательные пути должны учитываться несколько факторов: концентрация этанола в воздухе, продолжительность воздействия, частота дыхания, поглощение этанола легкими, скорость выведения этанола из организма. Два из вышеперечисленных факторов имеют относительно постоянное значение в любой ситуации. Экспериментальные исследования, проведенные на людях, показали, что 55-60 % вдыхаемых паров попадают в кровообращение [5-6]. Коэффициент очищения крови от этанола при максимальном объеме при-

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8(52) 2007 . - , f I J^Ht

близительно составляет 15 мг/дл/ч [7], но он может быть выше и составлять 23 мг/дл/ч [8]. Данный коэффициент соответствует выведению 83-127 мг/кг/ч, или равняется приблизительно 6-9 г этанола в час для взрослого человека. В целях сравнения следует отметить, что один легкий алкогольный напиток содержит около 12 г этанола [9].

Пока уровень поглощаемого этанола не превысит максимальный объем, содержание спирта в крови человека останется низким. В табл. 1 приведена скорость впитывания этанола, вдыхаемого в различных условиях, допуская всасывание легкими 55 % при стандартной массе тела 70 кг. Уровень выведения этанола превышает 83 мг/кг/ч, при более низком коэффициенте очищения крови от алкоголя может произойти накопление этанола в крови и повышение его концентрации в крови человека. В других предоставленных условиях коэффициент выведения этанола из организма не превышается, и уровень концентрации этанола в крови находится ниже уровня токсического воздействия.

Проведенные эксперименты позволили предположить, что воздействие паров этанола, вызывающих дискомфортное раздражение слизистой оболочки глаза, не вызовет значительного увеличения концентрации этанола в крови лю-

дей, которые находятся в состоянии покоя. С повышением активности увеличивается уровень поглощаемого этанола; тем не менее, чтобы вызвать увеличение концентрации этанола в крови человека, норма концентрации этанола в воздухе должна быть значительно превышена. Некоторые эксперименты демонстрируют, что значительное поглощение этанола из атмосферы — довольно редкое и практически невозможное явление, как и показано в табл. 2. Двигательная активность в местах с вызывающими воспаление парами должна быть умеренной.

Воздействие этанола, содержащегося в автомобильных топливах, при вдыхании

Возможное воздействие этанола, используемого в качестве кислородосодержащей добавки в бензин, может быть получено при вдыхании паров топлива во время заправки автомобиля и из окружающей среды. Первый вид влияния будет относительно кратковременным и продолжится не более пяти минут, в то время как длительность второго может достигать нескольких часов. Ниже более подробно рассматривается воздействие.

Очень ограниченные исследования, направленные на определение воздействия этанола на человека во время заправки автомобиля, не ука-

Таблица 1

Уровень всасывания в организм этанола при разных внешних условиях

Уровень всасывания этанола (мг/кг/ч) при концентрации в воздухе (мг/л)

Уровень вентиляции, л/мин 1,9 профессиональный стандарт) 5 10 (вызывает кашель и раздражение глаз; при возможной адаптации) 20 30 (вызывает продолжительное слезотечение)

6 (отдых) 5 14 28 57 85

25 (умеренная активность) 22 59 118 236 354

40 (высокая активность) 36 94 189 377 566

50 (очень высокая активность) 45 118 236 471 707

Таблица 2

Экспериментальные исследования уровня всасывания в организм при вдыхании паров этанола

Уровень Концентрация Время Концентрация

вентиляции, этанола в воздухе, воздействия, этанола в крови, Симптомы Исследования

л/мин мг/л ч мг/дл

Отдых (около 6) 1,9 3 Менее 0,2 Не описаны Кэмпбелл и Вильсон (1986)

15 15 Устойчиво Лестер и

7-8 Раздражение Гринберг (1951)

22 16 6 47 и выше парами, но с адаптацией; Лестер и Гринберг (1951)

Отдых (около 6) Максимум 17, среднее значение 9 2,5 Менее 5 интоксикация отсутствует Мэсон и Блэкмор (1972)

зали на его отрицательное действие при концентрации в атмосфере 50 ррт или при меньшем значении [10]. В случае, если в момент заправки топливом происходит пятиминутное воздействие при уровне содержания этанола в атмосфере 1000 ррт, взрослый, возможно, получит 0,13 г этанола, что приблизительно равняется 2 мг/кг. Данное количество вдыхаемого этанола может увеличить уровень его концентрации в крови максимум на 0,3 мг/дл. Вдыхание большей дозы этанола вряд ли представляется возможным. Институт по изучению воздействия веществ на здоровье человека подсчитал гипотетически возможное воздействие этанола при концентрации в воздухе 1 ррт за 3 мин и при концентрации 10 ррт за 15 мин и установил, что увеличение концентрации этанола в крови будет незначительным [10].

Нет достаточного объема информации о содержании этанола в атмосферном воздухе. Средний уровень концентрации этанола в атмосферном воздухе в Порто-Алегри (Бразилия), в котором 17 % автомобилей полностью работали на этаноле, составил 12 частей на миллиард (0,023 мг/м3) [11]. Испытания, проведенные на животных, показали, что самый низкий уровень концентрации этанола, способный оказать токсичное воздействие, был почти в 4000 раз больше концентрации 86 мг/м3, или 45 ррт. При уровне концентрации этанола в атмосферном воздухе 12 частей на миллиард человек может получать 0,5 мг, что составляет ничтожно малую дозу.

Некоторые виды предполагаемого токсического воздействия этанола на человека не получили или не могли получить количественное выражение в пересчете на уровень концентрации этанола в крови. Например, эмбриональный алкогольный синдром — это физическая и умственная неполноценность детей, вызванная употреблением алкоголя матерью. Риск приобретения плодом эмбрионального алкогольного синдрома связан с принятием спирта в период протекания беременности. Частота встречаемости данного заболевания среди детей алкоголиков в два раза выше, чем среди детей умеренно пьющих и непьющих родителей [12]. Риск, связанный с ежедневным потреблением менее 30 г спирта в период беременности, не был подтвержден [12]. В некоторых группах пьющих наблюдалось быстро развивающееся раковое поражение определенных органов. Например, Всемирная организация здравоохранения связывала с употреблением алкоголя развитие раковых поражений ротовой полости, глотки, пищевода, гортани и печени [9]. Почти во всех исследованиях присутствие риска наблюдалось среди алкоголиков, или он увеличивался с принятием алкоголя.

В конце концов, если мы обращаемся к человеческому опыту в поисках информации о токсическом воздействии этанола, справедливо так-

же взглянуть на данные, подтверждающие его возможное благоприятное воздействие на здоровье человека. В ходе многих эпидемиологических исследований было замечено, что слабо и умеренно пьющие люди имеют более низкий коэффициент смертности в отличие от трезвенников или алкоголиков. Пониженный уровень смертности обусловлен уменьшением случаев ише-мической болезни сердца и сердечно-сосудистых заболеваний. Безусловно, картина изменяется в зависимости от пола, возраста, факторов риска заболевания и множественных причин заболеваний. Мы не допускаем, что воздействие низкоконцентрированного этанола, которое может быть получено вследствие его использования в качестве кислородосодержащей добавки, желательно. Однако следует признать очевидное благоприятное воздействие малых доз спирта (или этанола) на некоторые группы людей.

Существует довольно малая вероятность, что этанол, попадающий в организм воздушно-капельным путем при применении бензина, может оказать токсическое воздействие. Это обусловлено:

- получением ничтожно малой дозы, которую вряд ли можно обнаружить на эндогенном уровне содержания этанола в крови;

- быстрым выведением этанола из организма;

- фактом, что только относительно большие дозы этанола и его высокий уровень концентрации в крови способны оказать токсическое воздействие на человека.

Данные научной литературы не поддержали гипотезу, что длительное воздействие этанола при уровне концентрации в воздухе, который не способен вызывать раздражение, может вызвать значительное увеличение его концентрации в крови, если только подвергнувшийся воздействию человек не выполняет в тот момент физических упражнений, а также может нести риск развития раковых заболеваний или врожденных пороков. В результате последнего исследования Шведского института гигиены окружающей среды, которое было направлено на изучение токсического воздействия этанола при вдыхании, были высказаны аналогичные выводы, что негативное воздействие этанола связано с его высоким уровнем концентрации в крови человека, а также, что низкая концентрация этанола в воздушной атмосфере не представляет риска для населения [13].

Выхлопные газы автомобилей и здоровье человека

В 1990 г. правительство США объявило о поправках к Закону о чистом воздухе, в которых были изложены минимальные стандарты в отношении качества воздуха в городах Америки. Эти поправки включали условия, согласно которым требовалось использование обогащенного кислородом топлива к 1992 г. почти везде,

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8(52) 2007 . - , f I J^Ht

где наблюдалось повышенное содержание монооксида углерода (СО). Поскольку в большинстве случаев загрязнение воздуха вызвано транспортными выхлопами, использование топлива с полным сгоранием является одной из альтернатив, обеспечивающей почти мгновенные результаты. Бензин с примесью этанола — одно из предлагаемых решений в качестве топлива, обогащенного кислородом.

Углеводороды (СН) образуются из продуктов сырой нефти. Нефть и бензин состоят из примесей свыше 250 различных углеводородов [14]. Многие из них токсичны, некоторые, такие как бензин, являются канцерогенами (вещества, вызывающие раковые заболевания). Углеводороды выделяются в атмосферу при заправке газовых цистерн, из газовых цистерн и карбюратора во время обычных операций, а также из двигателя. Углеводороды, которые испаряются из бензина, иногда называют летучими органическими соединениями. Если бы не соблюдался контроль, транспортные источники выделяли бы 30-50 % от общих выбросов углеводорода в атмосферу. Автомобильная промышленность достигла высокого развития и в настоящее время использует различные системы контроля за выбросами, отслеживающие выбросы углеводородов. Углеводороды также способствуют формированию околоземного уровня озона. Поскольку этанол является спиртом, он не является источником выбросов углеводородов при сгорании и испарении.

Озон, иногда относящийся к фотохимическому смогу, образуется в воздухе при вступлении в реакцию углеводородов и окисей азота на солнечном свете. Это представляет особую опасность в теплые спокойные летние дни, когда смог наполняет воздух, образуя коричневатую дымку в нижних слоях атмосферы. Такой уровень околоземного озона вызывает респираторную недостаточность у человека и может быть вреден для растительности, иногда снижая урожайность. Такой уровень озона не превышает

Е10 Этанол из кукурузы

Е85 Этанол из кукурузы

Е85 Этанол из отходов деревообрабатывающей промышленности

Е85 Этанол из растительной биомассы Е100 Этанол из кукурузы Е100 Этанол из растительной биомассы

Е100 Этанол из отходов деревообрабатывающей промышленности

Снижение вредного воздействия, %

Рис. 1. Снижение парникового эффекта при применении этанола в топливах по сравнению с бензином

тот уровень озона, который находится в стратосфере, и не препятствует проникновению вредных ультрафиолетовых солнечных лучей. Последние исследования связывают увеличение количества госпитализаций в связи с респираторными заболеваниями с появлением околоземного уровня озонового загрязнения [15]. На основании некоторых исследований, проводимых в США, можно сделать вывод о том, что вероятность образования озона от этаноловых смесей, испаряющихся при более низких температурах из-за высокой летучести, является такой же, как и от бензина.

Алъдегидные выбросы, образующиеся при сгорании этаноловых смесей, несколько выше, чем при горении только бензина. Концентрации чрезмерно низки и, кроме того, дополнительно снижаются благодаря трехканальному каталитическому конвертеру, имеющемуся на всех современных автомобилях. Королевское Общество Канады назвало вероятность негативного воздействия на здоровье человека, связанного выбросами альдегидов в результате использования этаноловых смесей, отдаленной.

Монооксид углерода (СО) — это ядовитый газ, образующийся при неполном сгорании. Он легко выделяется в результате сгорания нефтяных топлив, не содержащих кислород в их молекулярной структуре. Особенно это происходит в тех случаях, когда в двигатель попадают и сгорают излишние количества топливно-воздушной смеси. Чтобы завести холодный двигатель до получения нормальной рабочей температуры, требуется больше топлива и меньше воздуха. Транспортные средства, работающие при более холодных температурах (в зимнее время года, при прогревании двигателя или при торможении и дальнейшем движении транспортного потока), выделяют значительные количества такого токсичного газа. По оценке Министерства энергетики США, 82 % монооксида углерода, 43 % химически активных органических газов (предвестники озона) и 57 % окисей азота в городах выделяются из транспортного топлива на нефтяной основе. Конгресс США прореагировал на угрозу воздействия бензина на человека и окружающую среду, издав поправки к Закону о чистом воздухе от 1990 г.

При добавлении этанола, содержащего кислород, в двигателе происходит наиболее полное сгорание топлива, и содержание СО уменьшается. Исследования показывают, что можно достичь сокращения

примерно на 30 % выбросов СО в зависимости от модели и года выпуска автомобиля, используемой системы выхлопов и атмосферных условий.

Диоксид углерода (С02) — это обычный нетоксичный продукт горения топлива, но он способствует угрозе глобального потепления. Все топливо на нефтяной основе приводит к повышению уровня содержания двуокиси углерода в атмосфере. Применение обновленных формул топлива, такого как этанол, не повышает уровень двуокиси углерода в атмосфере. Двуокись углерода, образующаяся в результате сгорания, сбалансирована благодаря сорбции, происходящей во время ежегодного роста растений, используемых для производства этанола. Растения «вдыхают» двуокись углерода и взамен выдыхают кислород. Следовательно, повышенное применение обновленного топлива, полученного из растений, частично компенсирует эффект глобального потепления при сгорании бензина. Также следует отметить, что технология новой формулы топлива может привести к существенному сокращению в атмосфере уровня двуокиси углерода. Это достигается путем превращения двуокиси углерода в органическое вещество, которое возвращается в почву, при этом способствуя увеличению удобрения почвы и снижению эрозии. Использование этанола в бензине имеет огромный потенциал для сокращения в атмосфере уровня двуокиси углерода. На рисунке представлены данные по снижению парникового эффекта при применении этанола в топливах по сравнению с бензином с учетом сырьевых ресурсов для производства этанола.

Окиси азота (ЫОх) образуются при высоких температурах горения. N0 воздействуют на уровень околоземного озона (фотохимический смог). Наличие некоторых компонентов бензина, которые добавляются к выбросам N0^ включая оле-фины и ароматические вещества, сокращается благодаря добавке этанола в бензин. Исследования [16-18] показывают, что применение смесей этанола может несколько увеличить выбросы окисей азота при некоторых определенных условиях, но степень их воздействия незначительна.

Состояние окружающей среды и воздуха при использовании оксигенатов

В связи с Законом США о чистом воздухе от 1990 г. возникла необходимость производства и распределения полностью сгораемого бензина, обогащенного кислородом, такого как этанол, в наиболее загрязненных городах. С момента введения в январе 1995 г. эти «рефор-мулированные» виды топлива пользуются повсеместным успехом: отмечено снижение токсичных выбросов в воздух на 28 %, выбросов летучих веществ — на 17 % и выбросов, содержащих азот, — примерно 2-3 %. В результате теперь во многих странах выступают за повсе-

местное использование полностью сгораемого бензина.

Применение этанола способствует сокращению наличия вредных загрязнителей в нашем воздухе и, следовательно, снижению расходов, связанных со здравоохранением. Даже при ослаблении стандартов в отношении кислорода в пользу стандарта возобновляемых топлив (США) этанол будет играть жизненно важную роль в обновленной формуле бензина. Программы по обогащению кислородом топлива, проведенные в США, показали превосходные результаты во время первого года. Зимой 1992-1993 гг. по нескольким программам в западных штатах США было отмечено на 50 % меньше выбросов СО по сравнению с предыдущим годом. Результаты восьми новых калифорнийских программ показали 80 % сокращение летучести. Применение обогащенного кислородом топлива — это быстрый и более экономичный путь достижения сокращения, чем внедрение программы по содержанию и обслуживанию транспортных средств, которая потребует проведения тестирования каждого транспортного средства или его ремонта.

Этанол — одно из наилучших имеющихся средств для борьбы с загрязнением воздуха. Этанол снижает загрязнение благодаря равномерному распределению бензина, а также благодаря добавкам кислорода в процесс сгорания, что приводит к снижению вредного воздействия выхлопных выбросов. Использование этанола приводит к снижению каждого загрязнителя, включая озон, токсины воздуха, монооксид углерода, микрочастицы и окиси азота. Новые марки машин конца 90-х и более поздние оснащены бортовыми диагностическими системами мониторинга, позволяющими проводить мониторинг выхлопной трубы и испаряющихся выбросов.

Достижения в области вычислительной техники не только улучшили мониторинг и контроль за выбросами, но также сделали возможным использование смесей, вплоть до 100 % этанола. Такие транспортные средства с соответствующими видами топлива в состоянии определить объем этанола в бензине и произвести необходимую регулировку двигателя для лучшей эффективности эксплуатации при улучшении качества выбросов.

Согласно оценке ЕРА (Агентство по охране окружающей среды США), общие ежегодные случаи заболевания раком, вызванные бензином и его продуктами горения, в 1995 г. составили от 250 до 600,75 случаев, и ЕРА идентифицировало бензин как первейший источник токсичных выбросов [19-20].

Исследование ЕРА 2002 г. при анализе источников загрязнения воздуха за 1996 г. подтвердило, что транспортные средства, использующие бензин и бензиновое внедорожное обо-

66

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8(52) 2007

IotJ

Таблица 3

Снижение вредных выбросов и риска раковых заболеваний при применении реформулированных бензинов с добавками оксигенатов

Вредные выбросы Снижение вредных

воздействия

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Токсичные выбросы -28%

Летучие углеводороды -17%

Оксиды азота -3%

Монооксид углерода -13%

Диоксид углерода -4%

Оксиды серы -11%

Сажа -9%

Снижение риска раковых заболеваний от -20 до -30%

рудование, являются самыми крупными мобильными источниками концентрации вредных газообразных загрязнителей воздуха.

Поскольку этанол по своей природе чище бензина, он выделяет меньшее количество углеводородов, окисей азота, монооксида углерода и водорода. В результате этанол находит применение, отвечая требованиям окружающей среды и альтернативного топлива, например, как изложено в Законе об альтернативном моторном топливе 1988 г. [21], поправках к Закону о чистом воздухе от 1990 г., Законе о развитии и направлении энергетики от 1992 г. и Законе о налоге на энергетику США. Эти государственные законы США представляют собой усилия сторонников, борющихся за снижение воздействия на окружающую среду и экономику вреда от потребления бензина в обществе.

Этанол обладает значительными преимуществами в отношении окружающей среды. Рассмотрим следующие факторы:

- автомобили, предназначенные для пробега с высоким содержанием этанола, имеют выбросы химически активных углеводородов на 8090 % меньше по сравнению с автомобилями, применяющими углеводородное бензиновое топливо;

- федеральная программа США по обогащению кислородом топлива (т. е. по кислородсодержащим добавкам в топливо) сократила выбросы монооксида углерода на 90 % уже в течение первого года (1992 г.);

- в первый год применения (1995 г.) федерального стандарта США по использованию реформу-лированного бензина с применением обогащенных кислородом добавок в топливо отмечено снижение вредных токсичных загрязнителей на 25 % и многих соединений, образующих озоновое загрязнение, или смог, примерно на 17 % [22]. В 1995 г.

этанол применялся в 13 из 24 областей, использовавших реформулированный бензин.

Снижение вредных выбросов и риска раковых заболеваний при применении реформулиро-ванных бензинов с добавками оксигенатов показано в табл. 3.

При использовании топлива Е85 (85 об. % этанола, 15 об. % неэтилированного бензина) или Е10 (10 об. % этанола, 90 об. % неэтилированного бензина) качество воздуха значительно улучшилось, а также повысилась эффективность энергетики. Последние результаты показывают 35-46 % снижения выбросов газов, вызывающих парниковый эффект, и 50-60 % снижения в использовании невозобновляемых источников энергии благодаря применению этанола в качестве моторного топлива (Национальная лаборатория Аргона, февраль 1998 г.).

За последние 200 лет активная деятельность человечества, в частности, использование ископаемого топлива, привела к выбросам антропогенных тепличных газов, в первую очередь, двуокиси углерода, вызывающих парниковый эффект. Это привело к изменениям в химическом составе атмосферы и ускорило парниковый эффект, схожий с атмосферным «одеялом», укрывающим газы под ним [23].

«Если мировое потребление энергии достигнет уровней, запланированных согласно стандартному расчету, выбросы углерода превысят уровни 1990 г. на 44 % в 2010 г. и на 81 % в 2020 г.; к 2010 г. выбросы углерода в развивающемся мире будут почти приближены к выбросам индустриализованного мира, а к 2020 г. ... превысят выбросы индустриализованного мира на 27%» [23].

Использование ископаемого топлива в энергетике должно быть сокращено для сокращения выбросов газов, вызывающих парниковый эффект.

Компания «General Motors Corporation» провела анализ цикла использования энергии и выбросов парниковых газов в 2002 г. Результаты были таковы, что «этанол в виде Е85 сокращает выбросы газов, вызывающих парниковый эффект, в несколько раз по сравнению с любым иным видом топлива».

Список литературы

1. Jones A.W. // J. Anal. Toxicol. 1985. Vol. 9. P. 246.

2. American Council of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH). Documentation of the Threshold Limit Values and Biological Exposure Indices, sixth edition. Cincinnati, OH, 1991.

3. Clayton G., Clayton F. Patty's Industrial Hygiene and Toxicology, fourth edition. New York: John Wiley & Sons, 1994.

4. Armstrong S. R. M. S. ETHANOL. Brief Report on its Use in Gasoline. Cambridge Environmental Inc. Cambridge, MA 02141, March 2, 1999.

5. Kruhoffer P. // Forensic Sci. Int. 1983. Vol. 21. P. 1.

6. Lester D., Greenberg L. // Q. J. Stud. Alcohol. 1951. Vol. 12. P. 167.

7. Pohorecky L., Brick J. // Pharmac. Ther. 1988. Vol. 36. P. 335.

8. Holford N. // Clin. Pharmacokin. 1987. Vol. 13. P. 273.

9. IARC. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans vol. 44. World Health Organization: Lyon, France, 1988.

10. Health Effects Institute (HEI). The Potential Health Effects of Oxygenates Added to Gasoline: A Review of the Current Literature. HEI: Cambridge, MA, 1996.

11. Grosjean E., GrosjeanD., Gunawardena R., Rasmussen R. A. // Environ. Sci. Technol. 1998. Vol. 32. P. 736.

12. Schardein J. Chemically Induced Birth Defects. 2nd ed. New York: Marcel Dekker, 1993.

13.TAndersson P., Victorin K. Inhalation of Ethanol: Literature Survey and Risk Assessment. IMM-rapport 3/96. Institutet for Miljomedicin (Institute of Environmental Medicine). Karolinska Institute: Stockholm, Sweden, 1996.

14. Капустин В. M., Глаголева О. Ф. и др. Технология переработки нефти. Ч. I. M.: Колосс.

15. Ambient Ozone Exposure and Emergency Hospital Admissions for Respiratory Problems in 13 U.S. Cities // Harvard University, School of Public Health, for the American Lung Association, June 1996.

16. Low-Level Ethanol Fuel Blends // DOE/ GO-102005-2028, April 2005.

17. Urbanchuk J. M. Relief: Impact of an Ethanol Mandate on Retail Level Gasoline Prices in Ontario, July 12, 2004.

18. A Comparison of California Reformulated Gasoline to Federal Reformulated Gasoline // Downstream Alternatives Inc., Informational Document #970401, April 1997.

19. Adler J., Carey P. Air Toxics Emissions and Health Risks from Mobile Sources // EPA Paper 89-34A.6 presented at the 82nd Annual Meeting of the Air and Waste Management Association, Anaheim, CA, June 25, 1989.

20. U.S.E.P.A., National Air Pollutant Emission Trends, 1990-1995, October 1996.

21. Закон США № 100-494.

22. U.S.E.P.A, Nonattainment Area Gasoline Survey, March 1997.

23. U. S. EPA Website, May 1997, http:// www.epa.gov/globalwarming/home.htm.

Поставка оборудования и материалов ^LOii^f для разработчиков топливных элементов

www.poly-com.ru, e-mail: info@poly-com.ru, тел.: +7 (903) 776-85-49

• Автоматические и ручные станции для тестирования топливных элементов (ElectroChem, Arbin)

• Электрохимическое оборудование для тестирования катализаторов методом вращающегося электрода компаниии Pine Reseach Instrumentation

• Углеродная бумага и электроды (Toray, Spectracorp, AvCarb (Ballard), Sigracet, E-TEK)

• Электрохимические ячейки

• Все типы мембран и растворов Nafion (DuPont) Самые низкие

• Изготовление мембрано-электродных блоков на заказ в России цены!

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8(52) 2007 . -

ТОПЛИВНЫЙ ЭТАНОЛ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Карпов Сергей Александрович

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Карпов Сергей Александрович

Fuel ethanol and health of people

Текст научной работы на тему «ТОПЛИВНЫЙ ЭТАНОЛ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА»