Экономический ущерб, наносимый транспортом

Сажа — твердый фильтрат отработавших газов, состоящий в основном из частиц углерода. Непосредственной опасности для человека не представляет. Она способствует усилению влияния других токсических компонентов, например сернистого ангидрида.

Соединения свинца – свинец способен накапливаться в организме, попадая в него через дыхательные пути, с пищей и через кожу. Поражает центральную нервную систему и кроветворные органы.

Для многих крупных городов  характерно превышение предельно допустимой концентрации оксида углерода в 20 — 30 раз, с чем врачи связывают высокую смертность от инфаркта миокарда.

Концентрация оксидов  азота в городах увеличивается  в 10— 100 раз. Поступающие в атмосферу  оксиды азота сохраняются в ней  в течение 3—4 дней. В результате фотохимических реакций на солнечном  свету оксида азота образуется диоксид  азота NO₂, который вместе с углеводородами является причиной образования токсических туманов, называемых смогами.

Продолжительность существования  сернистого газа в атмосфере — в пределах 10 ч. Выбросы S0₂ являются причиной выпадения сернокислотных осадков, способствующих закислению почвы, воды и разрушению облицовки зданий.

 Возрастание концентрации оксида углерода опасно возникновением парникового эффекта, который приводит к возрастанию температуры воздуха у поверхности Земли .

Высокое содержание свинца в организме человека приводит к  хроническому отравлению свинцом.

Нейтрализаторы

Первые нейтрализаторы выхлопных газов, появившиеся в  начале 70-х годов, были двухкомпонентными  устройствами окислительного типа. Окись углерода и несгоревшие частицы дожигались в выхлопной системе машины (в результате образовывались углекислый газ и вода). А затем появились и трех-комлонентные катализаторы, которые извлекали окислы азота.

Принципиально до последнего времени конструкция  нейтрализаторов не менялась: устройство со специальным блоком-носителем подключается к выхлопной системе автомобиля. Блок имеет множество продольно расположенных каналов-сот, поверхность которых покрыта тончайшим микрорельефным слоем катализатора, ускоряющего химические реакции дожигания газов при высоких температурах. Блок изготавливают из керамики или металлических лент. Его соты образуют поверхность около 20 тыс. м²

Нейтрализатор практически не действует при  запуске холодного двигателя  и прогреве его до рабочего режима. Поэтому сегодня его не только размешают ближе к выпускному коллектору, но и раска-ляют его соты сигнальным подогревом (токами высокой  частоты мощностью 2 кВт — большей, чем требуется для стартера).

Новые катализаторы, способные избавить автомобильный  вы-хлоп от наиболее вредных его  составляющих — оксидов углерода и азота.

Проблемой выхлопа  озабочены экологи всех стран, а в Европе тушители автомобилей уже снабжены специальными катализаторами. Благодаря им содержащиеся в выхлопном газе оксид углерода и углеводороды дожигаются до углекислого газа, а не менее токсичный оксид азота превращается в азот. Но, т.к зарубежные катализаторы выполнены из благородных металлов платины и родия они чрезвычайно дороги.

 Если правильно  подобрать комбинацию разных  катализаторов, можно получить  систему, где, скажем, два металла, влияя друг на друга, во много раз усилят эффект. Этот теоретический и технологический прорыв открывает принципиально новые возможности для создания экологически чистых автомобилей с дешевыми, но эффективными катализаторами.

Отходы автотранспортных предприятий

Использование, техническое  обслуживание и ремонт автомобилей приводят к образованию на автотранспортных предприятиях (АТП) отходов, которые оказывают вредное влияние на окружающую среду. Нефтепродукты (отработанные моторные, трансмиссионные и индустриальные масла, консистентные смазки) представляют опасность в связи с их подвижностью при попадании в почву или воду. При концентрации нефтяных загрязнителей более 0,05 мг/л портятся вкусовые качества воды.

Источниками загрязнения  окружающей среды нефтепродуктами на АТП могут быть сточные воды от установок для наружной мойки автомобилей, а также сами автомобили при подтекании масла из агрегатов. Подтекание масел из автомобилей на открытых стоянках и розлив заправляемых масел приводят к смыву их с территории АТП и попаданию в почву с ливневыми водами.

С полотна дороги дождевыми  стоками в прилегающие почвы  приносятся различные загрязнения, в том числе топливо, масла, водорастворимые  соли и грязь с большим содержанием  тяжелых металлов (свинец).

Осадки, накапливающиеся  в отстойниках моечных установок (песок, глина, ил, нефтепродукты), образуют вредную для окружающей среды массу. Один автомобиль за год при многократных прохождениях через моечную установку в среднем оставляет вредных веществ: легковой до 50 кг и грузовой — до 250 кг

Электролит аккумуляторных батарей является весьма вредным  для окружающей среды веществом. На дно аккумуляторных банок выпадают свинцовая пыль и кусочки свинцовых  пластин. Поэтому мойка аккумуляторных банок в местах, где возможно попадание  в сточные воды или почву остатков отработавшего электролита и  свинцового шлама, недопустима.

Этиленгликоль является составляющей антифризов, при нарушении правил их использования может попадать в почву и сточные воды. Этиленгликоль ядовит, имеет большую проникающую способность и при малейших неплотностях в системе охлаждения двигателей попадает в окружающую среду.

Резиновая пыль и пыль с  асфальтовых покрытий дорог содержат вредные вещества, попадающие в почву и атмосферу. Ежегодно с колес одного автомобиля стирается до 10 кг резины, а с асфальтовых покрытий дорог — слой в 1 мм. Это значит, что на шоссе шириной 10 м на каждом отрезке в 100 км образуется в год 100 т пыли.

Отходы тормозной жидкости, образующиеся при техническом обслуживании и ремонте гидравлических приводов тормозной системы автомобиля, также  требуют утилизации.

По агрегатному  состоянию отходы автотранспортного  производства разделяются на пять классов: твердые, жидкие, пастообразные, пылеобразные и газообразные.

Один автомобиль за свой жизненный цикл образует массу  вторичных ресурсов и отходов, в 10 раз большую массы самого автомобиля. Если при этом учитывать и применяемую воду (для мойки и систем охлаждения), то масса образующихся отходов превышает собственную массу автомобиля в 100 раз. Например, АТП из 150 автомобилей ЗИЛ-130 за один год эксплуатации ориентировочно образует 1,5 тыс. т вторичных ресурсов и отходов, а с учетом потребления воды — 9 тыс. т.

Создание экологичных  конструкций автомобилей

Экологичность автомобилей  обеспечивает их топливная экономичность, т.е. чем меньше топлива расходует автомобиль, тем меньше экологический ущерб.

Экономия топлива  достигается за счет комплекса конструктивных и эксплуатационных мероприятий для принципиально сохраняемых конструкций автомобилей. Применительно к легковым автомобилям наибольшее влияние на уменьшение расхода топлива оказывают: уменьшение массы и размеров автомобиля, улучшение аэродинамических характеристик, снижение сопротивления качению, применение компьютеризированных систем контроля и управления двигателем и сокращение всех видов механических потерь.

Уменьшение массы и размеров автомобиля достигается за счет применения высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов, пластмасс, стекло- и углепластиков.

В конструкции грузовых автомобилей основные источники экономии топлива — дизелизация (54%), регулирование скорости вентилятора (28%), применение радиальных шин (13%), улучшение аэродинамических форм и обтекателей (5 %).

Важным является достижение абсолютных значений экономии топлива  при постепенной реализации мероприятий  научно-технического прогресса.

Перспективными направлениями  по совершенствованию современного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания являются: повышение коэффициента полезного действия двигателя за счет совершенствования процессов сгорания (турбонаддув, работа двигателя на переобедненных смесях, электронное зажигание); сокращение потерь на трение (уменьшение поверхности поршней, сокращение опорных поверхностей вкладышей, использование керамических покрытий); оптимизация режимов работы двигателя за счет электронных систем управления рабочими процесса-I ми двигателя; применение двухтопливных автомобилей (бензин— газ; дизельное топливо—газ).

Альтернативные конструкции  автомобилей

Энергетические и экологические  кризисы больших городов стимулируют создание электромобилей.

Электромобили должны быть конкурентоспособными современным автомобилям с двигателем внутреннего сгорания. Коммерческий успех электромобиля зависит от первоначальной стоимости, эксплуатационных затрат, запаса хода, времени службы и зарядки аккумуляторных батарей, надежности и безопасности. В настоящее время все эти показатели в основном зависят от качества аккумуляторных батарей.

Аккумуляторные батареи  электромобилей должны обладать большой мощностью, высоким запасом энергии, иметь продолжительный срок службы, допускать быструю зарядку, надежно работать в широком диапазоне эксплуатационных температур. Требования по экологичности включают возможность регенерации и утилизации всех элементов батарей по окончании срока их службы.

В настоящее время разработаны  и подготовлены к производству новые  типы батарей с повышенной удельной энергией: никель-кадмиевые (30—40 Вт-ч/кг), никель-гидридные (35 — 50 Вт-ч/кг), натрий-никельхлоридные (90—130 Вт-ч/кг), воздушно-алюминиевые (250—300 Вт-ч/кг) и др. Так, испытания натрий-никельхлоридных аккумуляторов показали удельную мощность до 170 Вт/кг, энергетический КПД — 91 %, срок службы — 5 лет или 1500 циклов зарядки—разрядки (соответствует пробегу электромобиля 150 тыс. км).

Для уменьшения энергопотребления  автомобиля снижают его сопротивление  качению и аэродинамическое сопротивление.

При торможении обычного автомобиля вся кинетическая энергия безвозвратно теряется (нагрев тормозных устройств). В электромобиле кинетическая энергия регенерируется и направляется на зарядку аккумуляторной батареи, что уменьшает энергопотребление на 10—15%.

В 1985 г. в Великобритании эксплуатировалось свыше 44 тыс. электромобилей. Опытные образцы легковых автомобилей имели запас хода 175—180 км, у грузовых — 150—220 км, у электробусов на 60—80 человек — 150— 170 км. Во всех случаях скорость не превышает 40 км/ч. На отдельных типах электробусов гарантируется запас хода до 330 км. Электромобиль фирмы «Мигроо в 1987 г. был способен развивать скорость свыше 100 км/ч, дальность его движения без дозарядки 150 км.

В начале 1990 г. концерн «ФИАТ» представил первый серийный электромобиль «Элеттра». Электромобиль рассчитан на двух человек, может перевозить 100 кг груза и развивает скорость 70 км/ч. Он содержит 12 аккумуляторов и бесшумный электродвигатель. Зарядка аккумуляторов осуществляется от обычной электросети в течение 8 ч и стоит 2 дол. Во Франции уже появились электромобили «пежо-205», в Испании — «Феа и Марбелла Торпеда», в США фирма «Дженерал моторо представила новую модель «импакт».

Еще более экологически чистым является солнцемобиль — автомобиль с солнечными батареями и аккумуляторами, подзаряженными от солнечных батарей. В Австралии в 1988 г. демонстрировался автомобиль «санрейсор», победивший на гонках на расстоянии 3130 км. В начале января в 1990 г. в Базеле (Швейцария) открылось первое в Европе бюро проката солнечных электромобилей. В солнечную погоду пробег такого электромобиля 100 км, в пасмурную 50 км. В 1990 г. фирма «Хонда» (Япония) продемонстрировала солнцемобиль, развивающий скорость 120 км/ч.

В настоящее время практически  все крупные автомобильные компании мира готовятся к серийному выпуску  электромобилей. (Таблица 2)

Таблица 2. Характеристика электромобилей

Тип и модель	Фирма, страт	Запас хода, км	Максимальная скорость, км/ч
Легковой «зум»	«Матра» (Франция)	250	120
Легковой «импакт»	«Дженерал моторе» (США)	190	160
Легковой «БМВ-Е1»	«БМВ» (Германия)	265	125
Легковой «мерседес 190Е»	«Мерседес-Бенц» (Германия)	175	115
Легковой «ФЭВ»	«Ниссан» (Япония)	240	130
Грузовой «пикап Е»	«Шкода» (Чехия)	60-80	80
ВАЗ-21087	«АвтоВАЗ» (Россия)	200 - 280	120

 

Планируется создание двухместного электромобиля с максимальной скоростью 120 км/ч, пробегом не менее 225 км и временем разгона до 100 км/ч — 11 с. В конструкции ходовой части предусматривается применить алюминиевые сплавы, а в конструкции кузова — пластмассы, поддающиеся регенерации. Электромобиль комплектуется бесконтактным зарядным устройством. Система управления энергообеспечением будет контролировать рабочие характеристики электромобиля с помощью датчиков. Эти данные будут обрабатываться бортовым микрокомпьютером с целью прогнозирования пробега на разных режимах движения и снижения затрат электроэнергии. Шины электромобиля легче стандартных и их сопротивление качению уменьшено на 30%.

Таким образом, развитие электромобильного  транспорта показывает, что автомобильная промышленность практически готова к созданию электромобиля, конкурентоспособного современному автомобилю с двигателем внутреннего сгорания.

Применение улучшенных и  альтернативных видов топлива

Альтернативные заменители бензина могут быть естественного  и искусственного происхождения. При  нормальных условиях они могут находиться в жидком (этанол, метанол) или газообразном (пропан, бутан, коксовый и генераторный газы, водород) состоянии. Преимущественное применение в качестве моторного топлива на автомобильном транспорте сжиженного нефтяного газа (ГСН) и сжатого природного газа (ГСП) обусловлено тем, что они имеют физико-химические свойства, близкие к бензину. Это требует лишь незначительного изменения конструкции двигателя и позволяет равнозначно работать на двух видах топлива.