Автототранспорт - основной источник загрязнения атмосферы

    Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Филиал «Севмашвтуз» государственного образовательного учреждения

   высшего профессионального образования  «Санкт-Петербургский государственный  морской технический университет»

   в г. Северодвинске 
 
 
 
 

СЕВМАШВТУЗ 
 
 
 
 
 

Кафедра № 9 

Инженерная  защита окружающей среды и реновация  техники 
 

Реферат по экологии на тему

Автототранспорт-основной источник загрязнения  атмосферы 
 
 
 
 

                                                                                                       Выполнил : 

                                                           Студент: Виноградов И.В.

                                       Группа: 2595-2

                                                                    Преподаватель: Нежинская Л.В.

г. Северодвинск

2011

                                            Содержание

I. Введение______________________________________________________3.

II. Основные проблемы____________________________________________5.

1. Автотранспорт как основной источник загрязнения

атмосферного  воздуха_____________________________________________5.

2. Меры по снижению загрязнения воздуха выбросами автотранспорта____7.

2.1Технические меры______________________________________________9.

2.1.1 Бензиновый (карбюраторный) двигатель_________________________9.

2.1.2 Дизельный двигатель_________________________________________11.

2.1.3 Альтернативные виды энергии_________________________________13.

3. Загрязнение придорожных земель_________________________________15.

4. Защита от транспортных загрязнений______________________________19.

III. Экономическая  оценка экологического ущерба  от выбросов АТ______22.

IV. Заключение__________________________________________________25.

V. Список литературы_____________________________________________27. 
 
 
 

I. Введение

Транспортно-дорожный комплекс является мощным источником загрязнения природной среды. Из 35 млн.т вредных выбросов 89% приходится на выбросы автомобильного транспорта и предприятий дорожно-строительного комплекса. Существенна роль транспорта в загрязнении водных объектов. Кроме того, транспорт является одним из основных источников шума в городах и вносит значительный вклад в тепловое загрязнение окружающей среды.

Выбросы от автомобильного транспорта в России составляют около 22 млн.т в год. Отработанные газы двигателей внутреннего сгорания содержат более 200 наименований вредных веществ, в т.ч. канцерогенных. Нефтепродукты, продукты износа шин и тормозных колодок, сыпучие и пылящие грузы, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных покрытий, загрязняют придорожные полосы и водные объекты.

Трудно представить  себе сегодня человеческую цивилизацию  без автомобиля. В развитых странах  он стал не только основным транспортным средством, но и частью быта. Естественное стремление человека к свободе передвижения, усложнение функций в производственной деятельности и сфере услуг, наконец, сама жизнь в больших городах, городских агломерациях - все это обуславливает рост числа легковых автомобилей индивидуального пользования и увеличение объема грузовых перевозок. Уровень автомобилизации уже давно стал одним из основных показателей экономического развития страны, качества жизни населения. При этом в понятие «автомобилизация» включают комплекс технических средств, обеспечивающих движение: автомобиль и дорогу.

Однако достижения научно-технического прогресса приносят людям не только пользу, но и вред. «За все надо платить», - говорит древняя мудрость. Плата за автомобиль - наше здоровье, наша жизнь. Это вероятность дорожно-транспортных происшествий, несчастных случаев. Это неизбежность вреда от загрязнения окружающей среды выбросами отработавших газов, транспортного шума, иных физических воздействий. От них приходится страдать всем людям, даже тем, кто никогда не пользуется автомобилем. И не только людям - всей природе. Создает эти вредные воздействия на среду, конечно не дорога, а автомобиль. Дорога защищает среду от автомобиля. Долг инженера-проектировщика, строителя, эксплуатационника в том, чтобы сделать эту защиту эффективнее и дешевле.

Мы не призываем  жить без автомобиля. Хотелось бы только, чтобы наша плата за это достижение ХХ-го века была более адекватной его  полезности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I. Основные проблемы

1.Автотранспорт как основной источник загрязнения атмосферного воздуха

К мобильным  источникам относятся автомобили и  транспортные механизмы, передвигающиеся  по земле, по воде и по воздуху. В  больших городах к числу основных источников загрязнения атмосферного воздуха относится автотранспорт. Отходящие газы двигателей содержат сложную смесь, их более чем двухсот компонентов, среди которых немало канцерогенов. Наземные транспортные средства - это механизмы, передвигающиеся по шоссейным и железным дорогам, а также строительное, сельскохозяйственное и военное оборудование. В соответствии с различиями в количествах и видах выбрасываемых загрязняющих веществ целесообразно рассматривать в отдельности двигатели внутреннего сгорания (особенно двух- и четырехтактные) и дизели.

Вредные вещества при эксплуатации подвижных транспортных средств поступают в воздух с отработавшими газами, испарениями из топливных систем и при заправке, а так же с картерными газами. На выбросы оксида углерода значительное влияние оказывает рельеф дороги и режим движения автомашины. Так, например, при ускорении и торможении в отработавших газах увеличивается содержание оксида углерода почти в 8 раз. Минимальное количество оксида углерода выделяется при равномерной скорости автомобиля 60 км/ч.

Выбросы оксидов  азота максимальны при отношении воздух - топливо. Таким образом, значения выбросов вредных веществ в отработавших газах автотранспорта зависят от целого ряда факторов: отношения в смеси воздуха и топлива, режимов движения автотранспорта, рельефа и качества дорог, технического состояния автотранспорта и др. Состав и объёмы выбросов зависят также от типа двигателя. В таблице №1 показаны выбросы ряда вредных веществ карбюраторного и дизельного двигателей.

Таблица 1. Выбросы (% по объёму) веществ при работе дизельных и карбюраторных двигателей

Как видно из данных таблицы №1, выбросы основных загрязняющих ве-ществ значительно ниже в дизельных двигателях. Поэтому принято считать их более экологически чистыми. Однако дизельные двигатели отличаются повышенными выбросами сажи, образующейся вследствие перегрузки топлива. Сажа насыщена канцерогенными углеводородами и микроэлементами; их выбросы в атмосферу недопустимы.

В связи с  тем, что отработавшие газы автомобилей  поступают в нижний слой атмосферы, а процесс их рассеяния значительно  отличается от процесса рассеяния высоких  стационарных источников, вредные вещества находятся практически в зоне дыхания человека. Поэтому автомобильный транспорт следует отнести к категории наиболее опасных источников загрязнения атмосферного воздуха вблизи автомагистралей.

2. Меры по снижению загрязнения воздуха выбросами автотранспорта

В таких развитых странах как США и Англия оценка влияния на окружающую среду является составной частью дорожного планирования и проектирования.

Однако многие быстро развивающиеся страны, такие  как Индия, например, страдают от экологических проблем транспортного характера.

Эти проблемы возникают  из-за быстрого роста населения и  связанных с ним потребностей в транспортировке. Транспортные потоки значительно возрастают, возрастает протяженность маршрутов и транспортная перегруженность на них, усиливая влияние на окружающую среду.

Все меры по снижению уровня загрязнения воздуха выбросами  автотранспорта могут быть разделены  на технические меры и организационные  меры.

Технические меры

эффективное использование  топлива (уменьшение массы автомобиля, уменьшение мощности двигателя, использование неполноприводных автомобилей для городских условий, улучшение аэродинамики, электронное зажигание, электронный контроль впрыска),

использование систем очистки выхлопных газов (каталитические конвертеры),

эффективная очистка  топлива (очистка от серных примесей, использование высокооктановых  бензинов без содержания свинца),

новые эффективные  двигатели

- дизельные

- газовые

- электрические

новые виды топлива: метанол, пропанол.

Организационные меры

улучшение дорожного  покрытия для обеспечения плавного движения транспортного потока,

повышение доли общественного транспорта в городских  пассажирских перевозках,

эффективное планирование транспортных потоков,

использование HOV - полосы для движения транспортных средств с числом пассажиров не менее 3-х,

ужесточение соблюдения существующих стандартов на загрязнение  окружающей среды и разработка новых.

Определение:

Октановое число - условная количественная характеристика стойкости к детонации моторных топлив, применяемых в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. Октановое число численно равно процентному (по объему) содержанию изооктана (О.ч. которого принято 100%) в его смеси с нгептаном (О.ч. равно 0%), эквивалентной по детонационной стойкости испытуемому топливу при стандартных условиях испытания. Октановое число наиболее распространенных отечественных марок бензинов 76-89, авиабензинов 91-95.

[Советский энциклопедический  словарь, Москва 1989]

Октановое число - соотношение, описывающее антидетонационные свойства бензина.

Определение:

Детонация моторных топлив - чрезмерно быстрое сгорание топливной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя из-за накопления органических пероксидов в топливной смеси. Вызывает характерный металлический “стук”, вибрацию, перегрев двигателя.

Детонация повреждает двигатель и снижает его эффективность. Существуют два способа борьбы с  детонацией:

добавление  в топливо антидетонаторов.

увеличение  содержания в топливе углеводородных изомеров, отличающихся более плавным  сгоранием - увеличение октанового числа

Традиционно в  качестве антидетонатора используются соединения свинца (тетраэтил свинца). Современное законодательство запрещает  использование бензина с содержанием  свинца из-за его высокой токсичности  в автомобильных выхлопах.

Топливо с октановым  числом 95 и выше не требует применения специальных антидетонаторных добавок. Такой бензин носит название lead-free (без содержания свинца) и рекомендован к применению во всех развитых странах. Существуют также марки бензина  с октановыми числами 96, 98, 99 и 100.

2.1 Технические меры

После появления  на рынке поступает нового или  улучшенного технического устройства для снижения эмиссии транспортного  средства, требуется определенное время  для того чтобы стали заметны  результаты нововведения. В течение этого времени новое оборудование заменяется старым на значительной части автомобилей. Так или иначе, общий уровень эмиссии постепенно снижается по мере того, как распространяются все новые и новые технические усовершенствования.

2.1.1 Бензиновый (карбюраторный) двигатель

Улучшение экологических  характеристик бензинового двигателя, прежде всего, связано с уменьшением  основных газов эмиссии: углеводородов  СН, угарного газа СО и окислов азота NOx .

Для комплексной  системы контроля эмиссии на автомобиле должны использоваться:

соответствующее топливо

система электронного контроля зажигания

каталитический  конвертер

бортовая диагностическая  система

При этом подразумевается  правильное содержание и эксплуатация автомобиля. В противном случае использование технических средств не будет иметь результата.

Справка: каталитический конвертер

Каталитический  конвертер - устройство выхлопной системы  автомобиля преобразующее токсичные  газы выхлопов в безвредные путем  химической реакции.

Каталитический  конвертер уменьшает выброс углеводородов СН, угарного газа СО и/или окислов азота NОх, окисляя их до сравнительно безопасных углекислого газа СО2, воды Н2О и оксида азота NO2.

При использовании  каталитического конвертера необходимо использовать бензин без содержания свинца Pb для предотвращения засорения катализатора свинцом (С октановым числом не ниже АИ-95).

При использовании  таких систем количество вредных  выбросов минимально. Иногда при плохом качестве окружающего воздуха выхлопные  оказываются газы даже чище.

Однако, даже оснащенный такими комплексными системами, автомобиль имеет очень высокую эмиссию  в первые минуты поездки, когда двигатель  еще не прогрелся до рабочей температуры  и катализатор не функционирует. В настоящее время, усилия технологов сконцентрированы именно на этом отрезке цикла движения автомобиля. Но уже сегодня возможно достичь прогрева до рабочей температуры для начала действия катализатора менее чем через 500 метров пути, при старте автомобиля с холодным двигателем.

Система контроля эмиссии работает с максимальным эффектом при равномерном движении автомобиля. В этом случае, когда выброс углеводородов и окислов азота незначителен, эмиссия увеличивается при многоразовом ускорении и торможении.

Важное направление  исследований для снижения эмиссии - улучшение качества топлива. Бензин с улучшенными характеристиками состава эмиссии ожидается уже в ближайшие несколько лет. Пониженное содержание серы S уменьшит неприятный запах сульфида серы H2S, который характерен для каталитических систем.

Таким образом, для достижения полного контроля над эмиссией бензинового двигателя в странах Европы считается необходимым сочетание между каталитическими системами контроля и качеством топлива.

2.1.2 Дизельный двигатель

Дизельный двигатель - наиболее распространенная альтернатива бензинового двигателя. Эффективность использования топлива в нем улучшена с 30% (30е годы) до 45% (сегодня).

Сравнительная эффективность карбюраторных двигателей сегодня немногим более 30%.

Улучшение достигалось  в четыре последовательных этапа:

прямое впрыскивание

турбокомпрессор

комбинация  турбокомпрессора с теплообменником  промежуточного охлаждения

турбодвигатель

Справка: турбокомпрессор

Турбокомпрессор - устройство, позволяющее повысить мощность двигателя с минимальным  увеличением массы. Турбокомпрессор забирает тепловую энергию выхлопных газов и использует ее для сжатия воздушно-топливной смеси, существенно увеличивая мощность двигателя.

За последние 10 лет эмиссия окислов азота  и твердых составляющих от работы дизельного двигателя была уменьшена примерно на 50%. Понижая температуру вспышки, уровень выбросов окислов азота может быть сокращен еще больше.

Так же, как и  бензин, дизельное топливо нуждается  в лучшей очистке. Стандартное дизельное  топливо содержит слишком высокий  уровень ароматических углеводородов и серы. Однако в последнее время продолжается работа по созданию “экологического дизельного топлива”, в котором содержание серы уже уменьшено с 0.1-0.3% до 0.001%, т.е. в 1000 раз.

При использовании  топлива с низким содержанием  серы становится возможным использовать окисляющий каталитический конвертер совместно с дизельными двигателями. При этом содержание углеводородов и угарного газа в эмиссии уменьшается до уровня, достигнутого карбюраторными двигателями.

2.1.3 Альтернативные виды энергии

Развитие автомобильных  двигателей на обычном топливе в  течение последних десяти лет  показывает, что опасность прямого  воздействия токсичных выбросов на окружающую среду возможно сдерживать в приемлемых пределах. Однако уровень  выбросов углекислого газа СО2 создает гораздо более сложную для решения проблему.

Снижение вредного воздействия транспортного движения возможно при использовании альтернативных видов энергии.

Применение  альтернативных видов энергии целесообразно  в следующих случаях:

при острой необходимости улучшить качества воздуха в определенной зоне городской среды,

для снижения накопления в атмосфере избыточного количества СО2. Это особенно актуально и  для отдельных городов, расположенных  в котловинах, не продуваемых ветрами,

при необходимости замены дорогого топлива на более дешевые и экологичный виды энергии. Например, максимальное использование для пассажирских перевозок электротранспорта (трамваи, троллейбусы, метро).

Альтернативные  виды топлива

Для крупных  городов, кроме электроэнергии, интерес вызывают альтернативные виды топлива: этанол, метанол и природный газ, особенно в районах с плохим качеством воздуха.

Теоретически  рассматривается использование  в качестве горючего водород Н2, как  самый экологичный вид топлива.

Почему? - При  сжигании водорода образуется только вода. 2Н2+О2=2Н2О

В случае практического  использования новых видов топлива  возникают серьезные проблемы:

затраты на производство нового топлива в целом значительно превышают затраты на виды топлива, получаемые из нефти

Пример:

Водород в настоящее  время производится в основном методом электролиза (разложение воды под действием постоянного тока), что требует высоких энергозатрат. Для того чтобы водород можно было практически использовать, его необходимо сжать до жидкой фазы, что предполагает дополнительные затраты энергии.

более низкая энергетическая ценность нового топлива по сравнению с нефтью. Это означает потребность в больших объемах топлива, что вызывает увеличение массы транспортного средства и в конечном итоге - повышение расхода топлива. Так же из-за больших объемов, занимаемых баллонами, трудно использовать газообразные виды топлива для автомобилей.

Однако, проблемы использования новых видов топлива  скорее экономические, чем технологические. Технически новые двигатели уже  существуют и могут быть запущены в массовое производство при появлении нового топлива при доступном уровне цен. Однако введение нового топлива вызовет необходимость реорганизации системы хранения и транспортировки топлива.

Основная из причин возможного использования альтернативного  топлива - понижение выбросов СО2 в атмосферу. Однако для конечной оценки влияния топлива на загрязнение атмосферы нужно просчитать всю цепочку, которую проходит топливо, от добычи сырья до потребления. Возможно, что в этом случае отрицательные результаты влияния нового топлива на экологию не окажутся меньше, чем у традиционного топлива. 
 
 
 

3. Загрязнение придорожных земель

Загрязнение воздуха  ухудшает качество среды обитания всего  населения придорожных территорий и контрольные санитарные и природоохранные  органы обоснованно обращают на него первоочередное внимание. Однако распространение  вредных газов имеет все же кратковременный характер и с уменьшением или прекращением движения также снижается. Все виды загрязнения воздуха через сравнительно короткое время переходят в более безопасные формы.

Загрязнение поверхности  земли транспортными и дорожными выбросами накапливается постепенно, в зависимости от числа проходов транспортных средств и сохраняется очень долго даже после ликвидации дороги. Для будущего поколения, которое, вероятно, откажется от автомобилей в их современном виде, транспортное загрязнение почвы останется тяжелым наследством прошлого. Не исключено, что при ликвидации построенных нами дорог загрязненную неокислившимися металлами почву придется убирать с поверхности.

Накапливающиеся в почве химические элементы, особенно металлы, охотно усваиваются растениями и через них по пищевой цепи переходят в организм животных и человека. Часть их растворяется и выносится стоковыми водами, попадает затем в реки, водоемы и уже через питьевую воду также может оказаться в организме человека. Действующие нормативные документы требуют пока сбора и очистки стоков только в городах и водоохранных зонах. Учет транспортного загрязнения почвы и водоемов на территории прилегающей к дороге, необходим при проектировании дорог 1 и 2 экологического класса для оценки состава загрязнения почвы сельскохозяйственных и селитебных земель, а также для проектирования очистки дорожных стоков.

Исследований  загрязнений почвы до сих пор  выполнено немного: процесс выброса  и распределения загрязняющих частиц на поверхности почти также сложен, как и в воздухе, а натурные измерения с использованием методов микроанализа не всем доступны и дороги. Поэтому данные натурных измерений представляют особую ценность. Наиболее полные исследования на высоком для того времени уровне были проведены в Институте биологии Латвии в конце 70-х годов. Их авторы Дз.Ж. Бериня, И.М. Лапиня, Л.В.Карелина и др. получили большой объем данных о наличии в придорожной почве и растениях тяжелых металлов и других элементов с учетом различных влияющих факторов. В отношении выбросов свинца получили известность исследования Р.Х.Измайлова, выполненные в МАДИ в конце 70-х годов, работы В.И. Пуркина, Т.С.Самойловой.

Наиболее распространенным и токсичным транспортным загрязнителем, считается свинец. Он относится к  распространенным элементам: его среднемировой кларк (фоновое содержание) в почве считается 10 мг/кг. Примерно такого же уровня достигает содержание свинца в растениях (на сухую массу). Общесанитарный показатель ПДК свинца в почве с учетом фона - 32 мг/кг.

По некоторым  данным содержание свинца на поверхности  почвы на краю полосы отвода обычно составляет до 1000 мг/кг, но в пыли городских  улиц с очень большим движением  может быть в 5 раз больше. Большинство  растений легко переносят повышенное содержание в почве тяжелых металлов, только при содержании свинца более 3000 мг/кг возникает заметное угнетение. Для животных опасность вызывает уже 150 мг/кг свинца в пище.

В США в конце 70-х годов были опубликованы данные исследований, свидетельствующие, что  в каждом погонном метре защитной полосы шириной 100 м дороги с интенсивностью движения 90 тыс. авт./сут за 10 лет эксплуатации аккумулировалось 3 кг свинца. Это послужило действенным аргументом в пользу ограничения применения свинцовых добавок. По данным, полученным в Голландии, при общем фоновом содержании свинца в траве 5 мг/кг сухого веса, на обочинах его оказалось в 40 раз, а на разделительной полосе - в 100 раз больше. Эти данные дали основание запретить использование дня фуража травы в полосе 150 м от автомагистралей.

Согласно выполненных  латвийскими учеными замеров  концентрация металлов в почве на глубине 5-10 см вдвое меньше, чем в  поверхностном слое до 5 см. Наибольшее количество отложений обнаружено на расстоянии 7-15 м от края проезжей части. Установлено, что через 25 м концентрация снижается примерно вдвое и через 100 м приближается к фоновой. Учитывая, однако, что до половины свинцовых частиц не выпадает сразу на землю, разносится с аэрозолями, выбросы свинца, хоть и в меньшей концентрации, могут откладываться на больших расстояниях от дороги.