Введение

     В связи с тем, что численное количество автомобилей увеличивается, следовательно, вредные выхлопы (отработанные газы) пропорционально увеличиваются. Что очень пагубно сказывается на состоянии нашей окружающей среды, и человечества в целом.

     Загрязняющие выбросы в атмосферу от автомобилей по объему более чем на порядок превосходят выбросы от железнодорожных транспортных средств. Далее идут ( в порядке убывания) воздушный транспорт, морской и внутренние водный. Несоответствие транспортных средств экологическим требованиям, продолжающееся увеличение транспортных потоков, неудовлетворительное состояние автомобильных дорог - все это приводит к постоянному ухудшению экологической обстановки.

     Все это заставляет задуматься о том, как снизить отрицательное влияние на состояние природы. 
 
 
 
 
 
 
 

Выхлопные газы – как источник загрязнения.

     Выхлопные газы (отходящие газы) — отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного  сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов — основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ и канцерогенов в атмосфере крупных городов, образования смогов, являющихся частой причиной отравления в замкнутых пространствах.

     Количество  выделяемых в атмосферу автомобилями загрязняющих веществ определяется массовым выбросом газов и составом отходящих газов.

     Больше  половины населения России живёт  в крупных городах, воздух которых  имеет высокий уровень загрязнения. На долю автомобильного транспорта приходится основная масса вредных выбросов. К тому же резко выросло число автомобилей в городах, к чему основная часть городов оказались не готовы. Одна из главных причин этого существенный износ автомобильной техники – почти семьдесят процентов автомашин устарели и при работе их двигатели выбрасывают массу вредных веществ. Другая причина - низкое качество производимого отечественного бензина. 
 
 
 
 
 

     Содержание  основных токсичных веществ в  отработавших газах бензиновых двигателей.

     Основным  токсичным компонентом отработавших газов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при неполном окислении углерода топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях. 

     Содержание  токсичных компонентов в отработавших газах дизеля.

     Основным  источником токсичных веществ, выделяющихся при работе дизелей, являются отработавшие газы. Картерные газы дизеля содержат значительно меньшее количество углеводородов по сравнению с бензиновым двигателем в связи с тем, что в дизеле сжимается чистый воздух, а прорвавшиеся в процессе расширения газы содержат небольшое количество углеводородных соединений, являющихся источником загрязнений атмосферы.

     Загрязнение воздуха автомобильным транспортом  происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит  от вида и качества топлива, технологии производства, способа сжигания в  двигателе и его технического состояния.

     Наиболее  неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и «холостой ход» двигателя, когда в атмосферу  выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих  выброс на нагрузочных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. Отработавшие газы бензинового двигателя с неправильно отрегулированным зажиганием и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 2-3 раза.

     Отработавшие  газы двигателя внутреннего сгорания содержат около 200 компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4-5 лет. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы. 
 
 

     Первая  группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе заслуживает внимания углекислый газ (СО2), содержание которого в отработавших газах в настоящее время не нормируется, однако вопрос об этом ставится в связи с особой ролью СО2 в «парниковом эффекте». 

     Вторая  группа. К этой группе относят только одно вещество – оксид углерода, или угарный газ (СО). Продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива, он не имеет цвета и запаха, легче воздуха. В кислороде и на воздухе оксид углерода горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты и превращаясь в углекислый газ. Оксид углерода обладает выраженным отравляющим действием. Оно обусловлено его способностью вступать в реакцию с гемоглобином крови, приводя к образованию карбоксигемоглобина, который не связывает кислород. Вследствие этого нарушается газообмен в организме, появляется кислородное голодание и нарушается функционирование всех систем организма. Отравлению угарным газом часто подвержены водители автотранспортных средств при ночевках в кабине с работающим двигателем или при прогреве двигателя в закрытом гараже.  

     Третья  группа. В ее составе оксиды азота, главным образом, NO – оксид азота и NO2 – диоксид азота. Это газы, образующиеся в камере сгорания двигателя при температуре 2800°С и давлении около 1 МПа. Оксид азота – бесцветный газ, не взаимодействует с водой и мало растворим в ней, не вступает в реакции с растворами кислот и щелочей. Легко окисляется кислородом воздуха и образует диоксид азота. При обычных атмосферных условиях NO полностью превращается в NO2 – газ бурого цвета с характерным запахом. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углублениях, канавах и представляет большую опасность при техническом обслуживании транспортных средств. 

     Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа СХНУ – этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные вещества. В отработавших газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные), всего около 160 компонен­тов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.

     Несгоревшие углеводороды являются одной из причин появления белого или голубого дыма. Это происходит при запаздывании воспламенения рабочей смеси в двигателе или при пониженных температурах в камере сгорания.

     Углеводороды  под действием ультрафиолетового  излучения Солнца вступают в реакцию  с оксидами азота, в результате обра­зуются новые токсичные продукты – фотооксиданты, являющиеся основой «смога» (от англ, smoke – дым и fog – туман).

     Главным токсичным компонентом смога  является озон. К фотооксидантам также  относятся угарный газ, соединения азота, перекиси и др. Фотооксиданты биологически активны, оказывают вредное воздействие на живые организмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболеваний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости. 
 

     Пятая группа. Ее  составляют  альдегиды – органические соединения,

содержащие  альдегидную группу С ,  связанную с углеводородным радикалом (СН3, С6Н5 или др.).

     В отработавших газах присутствуют в  основном формальдегид, акролеин и  уксусный альдегид. Наибольшее количество аль­дегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.

     Формальдегид  НСНО – бесцветный газ с неприятным запахом, тяжелее воздуха, легко  растворимый в воде. Он раздражает слизистые оболочки человека, дыхательные пути, поражает центральную нервную систему. Обусловливает запах отработавших газов, особенно у дизелей.

     Акролеин  СН2=СН-СН=О, или альдегид акриловой  кислоты, – бесцветный ядовитый газ  с запахом подгоревших жиров. Оказывает воздействие на слизистые оболочки.

     Уксусный  альдегид СН3СНО – газ с резким запахом и токсичным действием  на человеческий организм. 

     Шестая  группа. В нее входят взвешенные твердые вещества (сажа и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.)), которые состоят из мелкодисперсных частиц (диаметром менее 1 мкм), способные находиться во взвешенном состоянии в течение суток. Они состоят из разных материалов, включая неорганическую золу, кислые сульфаты или нитраты, дым, содержащий полициклические ароматические углеводороды, тонкодисперсную пыль, остатки свинца и асбеста.

     Проблема  загрязнения воздуха городов  мира взвешенными частицами диаметром  менее 10 мкм, называемые обычно РМ-10, признана одной из важнейших.

     В России внимание этой проблеме начинает уделяться только сейчас. На сети мониторинга загрязнения атмосферы в России измеряются концентрации лишь суммы взвешенных веществ. Для развития сети станций, измеряющих концентрации мелкодисперсных взвешенных частиц диаметром менее 10 мкм недостаточно финансовых ресурсов.

     Полициклические ароматические углеводороды относятся  к большому числу органических соединений, химическая структура которых состоит  из двух и более бензольных колец. Наиболее широко известное соединение – бенз(а)пирен.

     Сажа  – частицы твердого углерода черного  цвета, образующиеся при неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива. Она не представляет непосредственной опасности для здоровья человека, но может раздражать дыхательные пути. Создавая дымный шлейф за транспортным средством, сажа ухудшает видимость на дорогах. Наибольший вред сажи проявляется в адсорбировании на ее поверхности бенз(а)пирена, который в этом случае оказывает более сильное негативное воздействие на организм человека, чем в чистом виде. Поэтому уменьшение ее выбросов – весьма актуальная задача, от решения которой зависят как экологические показатели воздушного бассейна, так и развитие дизельного транспорта в целом. В настоящее время для очистки отработавших газов дизелей от сажевых (твердых) частиц во многих странах находят применение сажевые фильтры.

     Диаметр первичных сажевых частиц составляет 0,02-0,17 мкм. В отработавших газах сажа находится в виде образований неправильной формы размером 0,3-100 мкм. Наибольшее количество частиц сажи имеет размеры до 0,5 мкм. 

     Седьмая группа. Представляет собой сернистые соединения – такие неорганические газы, как сернистый ангидрид, сероводород, которые появляются в составе отработавших газов двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению с другими видами топлив, используемых на транс­порте.

     Для отечественных месторождений нефти (особенно в восточных районах) характерен высокий процент присутствия  серы и сернистых соединений. Поэтому и получаемое из нее дизельное топливо по устаревшим технологиям отличается более тяжелым фракционным составом и вместе с тем хуже очищено от сернистых и парафиновых соединений. Согласно европейским стандар­там, введенным в действие в 1996 г., содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л, а по российскому стандарту – 1,7 г/л. Наличие серы усиливает токсичность отработавших газов дизелей и является причиной появления в них вредных сернистых соединений. Сернистые соединения обладают резким запахом, тяжелее воздуха, растворяются в воде. Они оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, могут привести к нарушению углеводного и белкового обмена и угнетению окислительных процессов, при высокой концентрации (свыше 0,01 %) – к отравлению организма.  

     Восьмая группа. Компоненты этой группы – свинец и его соединения – встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина, имеющего в своем составе присадку, повышающую октановое число. Оно определяет способность двигателя работать без детонации. Чем выше октановое число, тем более стоек бензин против детонации. Детонационное сгорание рабочей смеси протекает со сверхзвуковой скоростью, что в 100 раз быстрее нормального. Работа двигателя с детонацией опасна тем, что двигатель перегревается, мощность его падает, а срок службы резко сокращается. Увеличение октанового числа бензина способствует снижению возможности наступления детонации. В качестве присадки, повышающей октановое число, используют антидетонатор – этиловую жидкость Р-9. Бензин с добавлением этиловой жидкости становится этилированным. В состав этиловой жидкости входят собственно антидетонатор – тетраэтилсвинец РЬ(С2Н5)4, выноситель – бромистый этил (ВгС2Н5) и амонохлорнафталин, наполнитель – бензин Б-70, антиокислитель – параоксидифениламин и краситель. При сгорании этилированного бензина выноситель способствует удалению свинца и его оксидов из камеры сгорания, превращая их в парообразное состояние. Они вместе с отработавшими газами выбрасываются в окружающее пространство и оседают вблизи дорог.

     В придорожном пространстве примерно 50 % выбросов свинца в виде микрочастиц  сразу распределяются на прилегающей  поверхности. Остальное количество в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем также осаждается на землю вблизи дорог. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными к сельскохозяйственному использованию. Добавление к бензину присадки Р-9 делает его высокотоксичным. Разные марки бензина имеют различное процентное содержание присадки. Чтобы различать марки этилированного бензина, их окрашивают, добавляя в присадку разноцветные красители.

Пути  снижения выбросов и токсичности

     Стимулом  к сокращению объёмов предполагается заинтересованность в сокращении расхода  топлива. Колоссальное влияние на количество выбросов (не считая сжигания топлива и времени) играет организация движения автомобилей в городе (значительная часть выбросов происходит в пробках и на светофорах). При удачной организации возможно применение менее мощных двигателей, при невысоких (экономичных) промежуточных скоростях.

     Существенно снизить содержание углеводородов  в отходящих газах, более чем в 2 раза, возможно применением в качестве топлива попутных нефтяных (пропан, бутан), или природного газов, притом, что главный недостаток природного газа — низкий запас хода, для города не столь значим.

     Кроме состава топлива, на токсичность  влияет состояние и настройка двигателя (особенно дизельного — выбросы сажи могут увеличиваться до 20 раз и карбюраторного — до 1,5—2 раз изменяются выбросы окислов азота).

     Значительно снижены выбросы (снижен расход топлива) в современных конструкциях двигателей с инжекторным питанием стабильной стехиометрической смесью неэтилированного бензина с установкой катализатора, газовых двигателях, агрегатах с нагнетателями и охладителями воздуха, применением гибридного привода. Однако подобные конструкции сильно удорожают автомобили.

     Испытания SAE (Сообщество автомобильных инженеров (англ. Society of Automotive Engineers)) показали, что эффективный способ снижения выбросов окислов азота (до 90 %) и в целом токсичных газов — впрыск в камеру сгорания воды.

     Самое главное, что необходимо сделать – полностью отказаться от тетроэтилсвинца в бензинах низкого качества (самом распространённом для дешёвых автомобилей -76-м).

     Для того чтобы как-то снизить уровень  загрязнения воздуха автотранспортом, правительство утвердило специальный технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техники». В регламенте прописаны периоды, когда Россия будет переходить на стандарты «Евро-3»,»Евро-4», «Евро-5». Эти стандарты должны сделать нас соответствующими европейским требованиям.  

     Нормы Евро регламентируют содержание в выхлопных  газах окиси углерода, углеводородов  и диоксида натрия. Углеводороды и  оксид углерода образуются в результате неполного сгорания топлива. Все  вещества, содержащиеся в выхлопных  газах, очень ядовиты. Даже при малейшей концентрации угарного газа (оксида углерода) в воздухе возникает головная боль, а при увеличении концентрации свыше 0,3% человек может погибнуть. Самые жёсткие требования по содержанию вредных примесей в выхлопных газах автомобилей в нормах Евро-5.

Утилизация  и переработка  шин.

     Утилизация  и переработка шин в современном  мире,  приобретает большое экологическое  и экономическое значение для  всех развитых стран мира, в том  числе и России. Это связано, прежде всего, с тем, что изношенные шины являются источником длительного загрязнения окружающей среды. К тому же резина огнеопасна и не подвергается биологическому разложению, а куча резиновых покрышек представляет собой достаточно удобное место для проживания целых колоний грызунов и насекомых, многие из которых являются источником инфекционных заболеваний.

     Переработка шин предпочтительна потому, что 80 % мирового запаса шин созданы из синтетического каучука, который получают из нефти — невозобновляемого  природного ресурса. Замена складирования, захоронения и сжигания технологией утилизации имеет важное экономическое значение, так как способствует сохранению природных запасов ценного сырья, стимулирует развитие ресурсосберегающих, дешевых технологий, а также улучшает экологическую обстановка и исключает утрату больших земельных площадей под свалки резиновых отходов.

     Стоит отметить что, будучи созданными из таких  ресурсов как металл, текстиль, регенерат  и так далее, изношенные покрышки также могут являться сырьём для  изготовления следующих вещей:

     -новых автомобильных покрышек (до 15—20 %);

     -РТИ для автомобилей (до 25 %);

     -техпластин (для последующего производства РТИ) (до 40 %);

     -водоотталкивающих покрытий для крыш (до 40 %);

     -ж/д шпал и прокладок подрельсовых (до 60 %);

     -напольных ковриков и подошв для обуви (от 10 до 100 %);

     -колёс (шинок) для инвалидных колясок и коек (10—100 %);

     -покрытий для дорог (14—15 тонн на 1 км дорожного покрытия);

     -спортивных покрытий из резиновой крошки для футбольных полей, теннисных кортов и детских площадок;

     -плитки из резиновой крошки;

     -тротуарной резиновой плитки (основным сырьём для её изготовления является фракционированная резиновая крошка — продукт переработки изношенных шин);

     -бетона для строительства в качестве добавок.