CC BY
226
2006 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА №108
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735.015
ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СОВРЕМЕННОГО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА
Н.И. НИКОЛАЙКИН, Ю.В. СМИРНОВА Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
Рассматривается вклад воздушного транспорта в загрязнение атмосферы на фоне морского, речного, автомобильного и железнодорожного видов транспорта РФ. Анализируются причины загрязнения и доля каждого вида транспорта в этом процессе в 1991 - 2004 гг.
Осознание глобальных проблем: социальных, демографических, экономических, экологических (столкновение Человека с Природой, непринятие им во внимание законов целого, законов биосферы Земли и т.д.) потребовало мобилизации всех возможностей Человека по использованию полученных наукой данных и по дальнейшему развитию исследований в соответствующих направлениях [1, 2].
Подтверждением особого внимания нашего государства к проблемам, изложенным далее, является то, что в Транспортной стратегии Российской Федерации, обсуждавшейся 3 декабря 2003 г. на Всероссийской конференции в Государственном кремлевском дворце, отмечается [3]:
• "Транспортная политика России должна поэтапно интегрировать базовые принципы "устойчивого развития", согласно которым решение задач удовлетворения транспортных потребностей не вступает в противоречие с приоритетами охраны окружающей среды и здоровья граждан, не нарушает интересов будущих поколений".
• Задачи применения экономически эффективных, безопасных и экологически ориентированных транспортных технологий рассматриваются в едином комплексе, причем все указанные приоритеты являются равноценными.
Распространено мнение, что воздействие воздушного транспорта на окружающую среду (ОС) сводится к выбросам отработанных газов авиационных двигателей (АД) и шуму, создаваемому воздушными судами (ВС). Тем не менее, на ОС воздействуют высоко-, ультравысоко-и сверхвысокочастотные излучения и поля, создаваемые разнообразными средствами обеспечения организации воздушного движения, а также загрязнения, связанные с производством, утилизацией АД и ВС, добычей и переработкой топлив, масел, специальных жидкостей и многое другое [1].
Всё большее значение приобретает проблема защиты окружающей среды и уменьшения негативного воздействия авиации на неё в сферах, признанных мировым сообществом главными экологическими проблемами современности: изменением климата и разрушением озонового слоя планеты [4].
Транспортно-дорожный комплекс является составным элементом экономики России. Воздушный транспорт - одна из важнейших составных частей единой транспортной системы, важное звено её экономической и социальной инфраструктуры. Он является одним из наиболее технологически развитых и экологически регламентированных видов транспорта страны [1].
Помимо экономических факторов на функционирование мирового воздушного транспорта существенное влияние оказывают и эксплуатационные проблемы, в частности, ограниченные возможности инфраструктуры: неспособность аэропортов, наземных средств организации воздушного движения и навигационных систем обеспечивать обслуживание всё возрастающего объёма перевозок. Кроме того, увеличиваются налоги, платежи и всевозможные сборы, устанавливаемые отдельными странами. Последнее обстоятельство имеет большое значение для ГА
России, так как основная часть отечественного парка воздушных судов технически и морально устарела, а также значительно изношена.
Эксплуатация транспорта, направленная на оказание транспортных услуг, сопровождается мощным негативным воздействием на ОС, которое подразделяют, прежде всего, на химическое, физическое и биологическое. Данная статья посвящена рассмотрению химического воздействия на атмосферу. Масштабы воздействия на атмосферу антропогенной деятельности достаточно хорошо видны из данных, приведённых в табл. 1, где представлена характеристика общепланетарных выбросов загрязняющих веществ (ЗВ), присутствующих в выбросах транспортных средств.
Таблица 1
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу планеты [5]
Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу Природные источники, млн. т / г Антропогенная деятельность
млн. т / г % от общего выброса
СО 3 800 550 13
Углеводороды (СпНт) 2 600 90 3
N0, N02 770 53 6,5
N20 145 4 3
SО2 20 150 88
Общий мировой уровень антропогенного загрязнения явно меньше размеров естественного поступления тех же веществ в атмосферу, однако техногенные источники характеризуются большой плотностью размещения, что приводит к высоким локальным (а иногда и региональным, например европейским) проблемам. Основные объемы антропогенных выбросов производятся индустриальными предприятиями и транспортом.
Представленный далее количественный и качественный анализ потоков загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу вследствие деятельности отечественного транспортного комплекса, основывается на материалах Государственных докладов "О состоянии окружающей природной среды в Российской Федерации" и "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации" (далее Госдоклады) за 1991-2004 годы [6], если не указано иное.
Транспорт, наряду с индустриальными предприятиями, один из основных загрязнителей атмосферного воздуха. В России во второй половине 1990-х гг. доля транспорта в общем объёме выбросов от стационарных и передвижных источников составила около 40 %, что было выше доли любой из отраслей промышленности [6] . Влияние на атмосферу оказывают как сами транспортные средства, так и стационарные объекты, обеспечивающие их работу [1, 7]. Из анализа данных, представленных на рис. 1. и в табл. 2, видно, что валовые выбросы от всех стационарных источников на территории нашей страны сопоставимы с выбросами от всех передвижных источников (19,8 и 15,5 млн. т за 2003 г. соответственно).
Наибольшая доля в загрязнении атмосферы принадлежит автомобильному транспорту. В валовом объеме выбросов ЗВ в 2003 г. она составила 95,55 %. На третьем месте находится железнодорожный транспорт - в 2003 г. его участие оценивается в 1,15 %. Выбросы воздушного транспорта в 2003 г. вышли на второе место, они оставили 1,2 % от суммарного валового выброса всего транспортного комплекса.
Доли внутреннего речного и морского транспорта за исследуемый период не превысили 1 % от валового выброса ЗВ в атмосферу.
И
о
и
о
а
ю
2
и
£
Ю
О
40
35
30
25
20
15
10
5
0
37,8
35,7
34,1
31,8
т
28,2
24,8
21 19,3 18,7 18,5 188 19,1 195 '9,8И
^од
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 19992000 2001 2002 2003 2004
Рис. 1. Динамика изменения объемов валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории РФ
Таблица 2
Валовые выбросы загрязняющих веществ транспортным комплексом РФ, тыс. т / г
Вид транспорта ЗВ 1994 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Автомобильный в сумме 13530,4 11339,4 11824,2 12154,4 13481,1 14167,7 14449,2 14823,1 15260,0
Внутренний речной в сумме 126,7 93 80 76,6 87,7 95,5 91,3 91 -
Морской в сумме 147,3 115,1 92 78,1 82,1 85,4 87,2 89,38 -
Воздушный СО 164 76 67 52 33,5 60 64 66,9 -
Спнт 61,2 20 17 13 6,0 14 15 15,7 -
(N02)104,4 62 54 62 58 72 77 81,5 -
С 25,2 - - - - - - 3,8 -
802 4,8 16 14 13 12,5 16 17 17,9 -
Итого 359,6 174 152 140 110 162 173 185,8 -
Дорожный комплекс в сумме - * 193,8 238,5 226 232,6 241,24 156,52 145,8 145,1
Железнодорожный в сумме 2388,4** 968,8 871 201,3 217,4 176,0 175,75 177,8 198,2
Железнодорожный промышленный в сумме - - 42,5 46,9 53 - - -
В С Е Г О 16552,4 12884,1 13257,7 12918,9 14257,8 14980,8 15132,97 15512,88 15603,3
* Прочерки означают отсутствие данных в Г осдокладах.
** В Госдокладе за 1994 г. железнодорожный промышленный транспорт представлен суммарно с железнодорожным.
Изменение выбросов ЗВ в атмосферу воздушным транспортом за последние 10 лет показано на рис. 2.
Качественные показатели загрязнения атмосферы стационарными источниками транспортного комплекса представлены в табл. 3, в которых прослеживается зависимость загрязнения ОС каждым сегментом транспортного комплекса.
Доля эксплуатационных предприятий воздушного транспорта за анализируемый период не превысила отметки в 5,3 % и была нестабильна в течении всего этого времени: 4,7 % (1994 г.);
3,5 % (1997 г.); 5,3 % (1998 г.); 3,2 % (1999 г.); 4,9 % (2000 г.); 3,7 % (2001 г.); 3,5 % (2002 г.); 3,7 % (2003 г.)
400 350 300 * 250 ° 200 2 150 100 50 0
359,6
174
152
140
162
_173_
185,8
110
год
1994 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Рис. 2. Выбросы ЗВ от воздушного транспорта в атмосферу по годам
Таблица 3
Выбросы ЗВ в атмосферу от стационарных объектов транспорта России, тыс. т / г
Вид транспорта Год Загрязняющие вещества Итого
СО СНт С 802 РЬ твёрд. частицы
Морской 1994 12,2 2,04 8,04 - 13,2 - 100,6 136,1
1997 10,1 1,6 6,6 - 10,8 - 83 112,1
1998 9,3 1,5 6,1 - 10,0 - 76,4 103,3
1999 8,0 1,3 5,2 - 8,5 - 65,0 88,0
2000 8,4 1,4 5,5 - 8,9 - 68,2 92,4
2001 7,9 1,3 5,2 - 8,4 - 64,1 86,9
2002 8,6 1,5 5,5 - 8,6 - 66 90,2
2003 9 1,55 5,7 - 8,8 - 68 93,05
2004* - - - - - - - -
Внутренний водный 1994 8,2 0,17 1,4 - 4,3 - 6,9 21
1997 6,6 0,3 1,2 - 3,5 - 8,4 20
1998 7,1 0,3 1,3 - 3,8 - 9,0 21,5
1999 6,9 0,3 1,2 - 3,7 - 8,7 20,8
2000 16,0 0,7 2,8 - 8,6 - 8,8 36,9
2001 15,2 0,6 2,7 - 8,2 - 8,4 35,1
2002 14,9 0,5 2,6 - 8,1 - 8,2 34,3
2003 14,7 0,5 2,5 - 8 - 8,1 33,8
2004 - - - - - - - -
Дорожное хозяйство 1994 37,4 - 9,5 2,9 233 - 364 646,8
1997 124,1 12,3 66,3 2,6 40,4 0,021 9,1 254,8
1998 4,9 - 1,2 0,2 15,1 - 9,0 30,4
1999 137,0 21,8 54,4 2,2 16,9 0,03 10,0 242,3
2000 98 23,3 63,3 4,2 29,7 0,16 - 218,7
2001 99,1 22,1 65,4 4,3 28,7 0,14 - 219,7
2002 83 21 54 6 34 0,01 - 198,01
2003 80 20 53 5,8 33,5 - - 192,3
2004 75 18 52,7 56 33,1 - - 184,4
Продолжение табл. 3
Вид транспорта Год Загрязняющие вещества Итого
СО спит с 802 РЬ твёрд. частицы
Воздушный 1994 22,2 8,5 14,2 - 13,6 - 6,4 64,9
1997 7,2 2,9 4,8 - 4,6 - 4,7 24,2
1998 6,8 2,7 4,6 - 4,5 - 4,5 23,1
1999 6,7 2,7 4,6 - 4,4 - 4,4 22,8
2000 20,3 6,4 6,6 - 1,3 - - 34,6
2001 14,6 4,5 4,7 - 1,0 - - 24,8
2002 12,8 4,4 4,6 - 1,1 - - 22,9
2003 13,3 4,6 4,78 - 1,15 - - 23,83
2004 - - - - - - - -
Автомобиль- ный 1994 90 16,3 5,2 4,2 13,9 0,038 10,9 140,5
1997 62 11,3 3,5 2,9 9,6 0,031 7,5 96,8
1998 60,1 11,0 3,4 2,8 9,3 0,03 7,2 93,8
1999 61,9 11,3 3,5 2,9 9,6 0,03 7,4 96,6
2000 64,4 11,7 3,6 3,0 10,0 0,03 7,7 100,4
2001 62,5 11,3 3,5 2,9 9,5 0,03 7,5 97,23
2002 63,3 12,2 3,7 2,9 9,6 0,01 7,5 99,2
2003 67 13 4 3,1 10,1 - 7,6 104,8
2004 69,01 13,39 4,16 3,224 10,4 - 7,676 107,9
Железнодо- рожный 1994 127 6,4 21,8 4,2 82,8 - 107,2 349,4
1997 65,6 3,3 11,4 2,4 42,7 - 55,2 180,6
1998 57,0 2,9 9,9 2,1 37,1 - 48,0 157,0
1999 79,7 3,2 20,9 1,0 61,4 - 67,4 233,6
2000 76 3,0 20,7 1,1 50,9 4,1 66,4 222,2
2001 72,6 2,6 19,2 - 48,9 5,7 64,2 213,2
2002 70,7 1,6 19,1 - 45,8 6,3 59,8 203,3
2003 66,2 1,5 18,2 - 43,4 6,5 54,5 190,3
2004 - - - - - - - 181,3
В Г осдокладах за 2004 г. данные по выбросам от транспорта отсутствуют
70 60 50 н 40 2 30 20 10 0
64,9
34,6
24,2
23,1
22,8
24,8
22,9
23,8
год
1994
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Рис. 3. Выброс ЗВ в атмосферу от стационарных источников ГА по годам
*
Изменение валового выброса ЗВ в атмосферу стационарными источниками Г А показано на рис. 3.
Один из важнейших и традиционных показателей природоохранной деятельности любого предприятия - очистка газовых выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ - составлял в ГА всего 15 %.
Большую часть загрязнения атмосферы от объектов ГА составляют выбросы авиадвигателей ВС [ 7, 8 ]. При этом самолёт является единственным видом техники, который эксплуатируется на высотах 9 - 13 км (а сверхзвуковая авиация - 19 ... 25 км), то есть там, где зарождаются многие погодные процессы, где находится озоновый слой Земли [ 4 ].
Помимо нормирования выбросов традиционных ЗВ (СО, СпНт, КОх, 802, дым и т.п.) в связи с особым вниманием к глобальным экологическим проблемам последнее десятилетие анализируются выбросы и так называемых «парниковых газов» (СО2, СН4, ^О и др.). Сопоставление общемировых выбросов в атмосферу диоксида углерода из двигателей различных видов транспорта показано на рис. 4. По имеющимся оценкам вклад авиации в проблему глобального потепления климата к началу XXI в. составлял около 3 %.
Железнодорожный и речной транспорт
6%
Легковые
автомобили
30%
Авиация
12%
Морской транспорт 7%
Тяжелые
грузовые
автомобили
45%
Рис. 4. Доля вклада основных видов транспорта в мировой выброс СО2 в конце ХХ в, по [4]
При анализе воздействия авиации на атмосферу принято разделять выбросы вредных веществ в приземные слои атмосферы (до высоты 900 м) и на высотах крейсерского полёта (более 900 м). Выбросы вредных веществ в приземные слои атмосферы в основном происходят при выполнении самолетами взлетно-посадочных операций в зоне аэропортов. В 1997 г. объём таких выбросов составил 56 тыс. т (32 % общего объёма выбросов), из них 33 - оксида углерода, 12 - углеводородов, 9 - оксидов азота, 2 тыс. т оксидов серы. Выбросы ЗВ на высотах более 900 м оценены в 118 тыс. т (68 % общего объема выбросов), в том числе 43 - оксида углерода, 8 -несгоревших углеводородов, 53 - оксидов азота и 14 тыс. т оксидов серы. В 2000 г. выбросы ЗВ в районе аэропортов были оценены в 34,6 тыс. т (24 %), а на высотах более 900 м - в 110 тыс. т (76 % общего объёма выбросов). Аналогичные данные о выбросах ЗВ за 2001-2004 гг. в Гос-докладах не представлены [6].
В районе аэропорта валовый выброс авиадвигателями ЗВ составляет порядка 60 % от общего количества, выбрасываемого в атмосферу всеми источниками [9]. Основные ЗВ отработавших газов авиадвигателей включаются в естественные круговороты углерода, азота, серы. Наиболее трудно регулируемым компонентом отработавших газов двигателей являются оксиды азота. Они же являются одним из озоноразрушителей, а также "парниковым газом".
На рубеже 1980-х - 1990-х гг. загрязнение атмосферного воздуха объектами ГА нашей страны оценивалось в 660 тыс. т в год, из которых 600 тыс. т в год выбрасывалось с отработавшими газами авиадвигателей, а остальное (60 тыс. т в год) - результат деятельности стационарных источников загрязнения [1]. К началу 2000-х гг. выбросы в атмосферу от ВС сократились более чем в 3,5 раза, а от стационарных источников - в 2,5 раза. Это следствие резкого уменьшения объёма воздушных перевозок, а так же начавшейся замены парка ВС на новые, с двига-
телями с меньшим удельным выбросом ЗВ [6]. В 2002 г. объем выбросов ЗВ от ВС начал расти и составил 173 тыс. т/г., это связано с увеличением грузооборота и пассажирооборота на 2,0 % и 6,9 % соответственно, а выбросы от стационарных снизились на 7,7 % по сравнению с 2001 г. и составили 22,9 тыс. т/г., тогда как в 2003 г. эти показатели составили 185,8 тыс. т/г. и 23,8 тыс. т/г. соответственно.
Таким образом среди отраслей экономики транспортный комплекс (автомобильный, речной, морской, воздушный, железнодорожный виды транспорта, а также дорожное хозяйство) является одним из крупнейших загрязнителей атмосферы, а через неё и всей окружающей среды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Николайкина Н.Е., Николайкин Н.И., Матягина А.М. Промышленная экология. Инженерная защита биосферы от воздействия воздушного транспорта: Учебное пособие. - М.: ИКЦ "Академкнига", 2006.
2. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология: Учебник. Изд. 5-е. - М.: Изд. "Дрофа", 2006.
3. Транспортная стратегия РФ. Материалы Всероссийской конференции "Транспортная стратегия России".
- М.: Кремль, Г осударственный Кремлевский Дворец, 2003 г.
4. Aviation and Global Atmosphere. -Cambridge: Cambridge University Press, 1999.
5. Дмитриев В.В., Фрумин Г.Т. Экологическое нормирование и устойчивость природных систем. - С.-Пб.: Изд-во НАУКА, СПбГУ, РГГМУ, 2004.
6. О состоянии окружающей природной среды РФ и О состоянии и об охране окружающей среды РФ в
1991-2004 гг.: Государственные доклады. -М.: Минэкологии-Госкомэкологии-Минприроды РФ, 1992-2005.
7. Квитка В.Е., Карпин Б.Н. Загрязнение атмосферы при эксплуатации самолётов // Итоги науки и техники. Воздушный транспорт.Т. 7. -М.: ВИНИТИ, 1979. С. 38-98.
8. Карпин Б.Н., Запорожец А.И., Воротынцев В.М. Постановка задачи описания воздушных судов как источника загрязнения атмосферы // Труды ГосНИИ ГА. Вып. 197. -М.: ГосНИИ ГА, 1981. С. 14-21.
9. Смирнова Ю.В., Николайкин Н.И., Матягина А.М. Анализ вклада авиации в загрязнение атмосферы транспортом России в конце ХХ в. // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Студенческая наука, № 69, 2003 г. С. 72-79.
THE ATMOSPHERE POLLUTION AS A RESULT OF MODERN AIR TRANSPORT ACTIVITY
Nikolaykin N.I., Smirnova U.V.
The article contains description of environmental problems of transport of Russia (marine, river, railway, motor, aviation). The causes of pollution, the part of each kind of transport in these process are analyzed during 1991 ... 2004; the main attention is paid to civil aviation.
Сведения об авторах
Николайкин Николай Иванович, 1950 г.р., окончил Московский институт химического машиностроения (1972), кандидат технических наук, академик Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, доцент МГТУ ГА; автор около 200 научных работ, область научных интересов - инженерная экология, экологическая безопасность ГА, организация производства на транспорте.
Смирнова Юлия Владимировна, окончила МГТУ ГА (2003), адъюнкт Российской академии естественных наук, ассистент кафедры безопасности полётов и жизнедеятельности МГТУ ГА, автор около 20 научных работ, область научных интересов - инженерная экология, экологическая безопасность гражданской авиации, организация производства на транспорте.
