Системы управления природоохранной деятельностью на автомобильном транспорте

Недостатки — необходимость  применения специальных жаропрочных  материалов для изготовления реакционной  камеры, некоторое уменьшение мощности двигателя и увеличение (до 16 %)удельного  расхода топлива вследствие возрастания сопротивления выпуска. Кроме того, установка термического нейтрализатора требует довольно много места в моторном отсеке в связи с необходимостью его расположения рядом с головкой блока цилиндров двигателя.

   Каталитические нейтрализаторы — устройства, в которых отходящие газы проходят через слой катализатора (платина), на поверхности которого при температуре 250-300 °С происходит беспламенное каталитическое окисление СО и С_хН_у. Сущность процессов каталитической нейтрализации заключается во взаимодействии токсичных компонентов отходящих газов между собой или с избыточным кислородом в присутствии катализатора, ускоряющего реакции окисления СО и С_хН_у до СО2 и восстановления NO_x до

NO2. Эффективность каталитических нейтрализаторов составляет 70-100 %. Наиболее универсальными являются катализаторы на основе благородных металлов (рутений, родий, палладий, платина) и некоторых окислов металлов (оксиды меди, хрома, никеля).

  Жидкостные нейтрализаторы представляют устройства для поглощения сажи и бенз(а)пирена до 50-100 %, но не улавливающие окись углерода и углеводороды. Принцип работы жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом связывании токсичных компонентов при пропускании отходящих газов через жидкость соответствующего состава.

  Одно из основных мероприятий снижения выбросов отходящих газов до величин, регламентированных существующими стандартами, — совершенствование конструкции современного ДВС с искровым зажиганием. Токсичность двигателя с искровым зажиганием можно уменьшить путем: совершенствования конструкции и формы камеры сгорания впускной и выпускной систем двигателя, введения оптимальных регулировок смеси и угла опережения зажигания, применения непосредственного впрыска топлива, организации послойного смесеобразования, перепуска отходящих газов в выпускную систему, впрыска воды, поддержания двигателя в должном техническом состоянии, рациональной его эксплуатации.

  Наибольшее влияние на токсичность отходящих газов оказывают изменения, вносимые в систему питания и зажигания, так как именно эти системы во многом определяют процесс воспламенения и сгорания рабочей смеси. Совершенствование системы питания ДВС, позволяющее добиться более равномерного распределения рабочей смеси по цилиндрам, обеспечить ее оптимальный состав для каждого режима работы и возможность работы на бедных смесях, влияет в основном на количество продуктов неполного сгорания в отходящих газах.

  Основные направления усовершенствования системы питания:

1)улучшение качества процесса смесеобразования во впускной системе;

2)улучшение системы распыления в карбюраторе;

3)применение регуляторов холостого хода;

4)обеспечение равномерного распределения смеси по цилиндрам.

  Большое влияние на выделение токсичных компонентов оказывает организация процессов смесеобразование и сгорания. Установлено, что двухкамерные (вихрекамерные и предкамерные) дизели выделяют 50 % оксидов азота от выбрасываемых однокамерными. Эффективным способом уменьшения выбросов оксидов азота в отходящих газах дизелей является применение рециркуляции отходящих газов. Дымносгь отходящих газов двигателей может быть уменьшена применением специальных устройств, корректирующих работу циркулятора.

  На ближайшую перспективу поршневые ДВС останутся основным типом автомобильных двигателей, причем большое развитие должны получить дизельные ДВС. Дизельные ДВС стали применяться после второй мировой войны и по настоящее время используются в основном на грузовых автомобилях большой грузоподъемности. Но ввиду своего преимущества меньшего удельного расхода топлива до 30-35 % и более низкой токсичности отходящих газов они привлекли внимание и стали использоваться не только на грузовых машинах средней и малой грузоподъемности и автобусах, но и легковых автомобилях. У многих массовых зарубежных моделей имеются модификации с дизельным двигателем.                            

  Недостатком дизельного ДВС является повышенное содержание сажи соединений серы, повышенная дымность и сильный неприятный запах отходящих газов.                                                                                    

  Роторно-поршневые ДВС имеют ряд преимуществ по сравнению с поршневыми: меньший вес и размеры; компактность, что особенно важно при создании малолитражных автомобилей; способность работы на бензине низким октановым числом; относительная простота конструкции; практическое отсутствие вибраций при работе; большая удельная мощность.                       

  Двигатели внешнего сгорания. Среди достоинств паровых машин, применявшихся вплоть до 1931 г., долговечность, высокая плавность работах хорошие тяговые характеристики. Главные недостатки — низкий КПД и значительная масса. Опытные разработки позволили создать установки с полной конденсацией воды (замкнутый цикл), найти рецепты парообразующих жидкостей с более выгодными показателями, по сравнению с водой[23].

  Электромобиль — наиболее эффективное средство уменьшения загряз нения атмосферного воздуха городов, так как он совсем не выбрасывает атмосферных газов. Кроме того, он обладает более простой конструкцией. Пробег автомобиля между подзарядками составляет 200 км.

  Кроме того, с помощью мероприятий по оперативной организации дорожного движения (не требующих капитального переустройства улично-дорожной сети и строительства новых дорог) можно снизить расход топливу автомобилей, а значит, и количество отходящих газов (табл. 2).

 

 

Таблица 2

Снижение расходов топлива  при проведении мероприятий по оперативной организации дорожного движения

Мероприятие	Среднее снижение расхода топлива, %
Сокращение одного пересечения транспортных и пешеходных потоков	5-20
Снижение уровня загрузки на 10 % при групповом и колонном режимах движения	3-10
Оптимизация скоростного  режима	8-12
Оптимизация состава транспортного потока	7-8
Оптимизация цикла регулирования по минимуму расхода топлива	5-7

      

Снижение уровня загрузки автомобильных магистралей можно  достигнуть рациональной организацией автомобильных перевозок, а также рассредоточением транспортных потоков в пространстве и во времени, увеличением пропускной способности магистралей. Наличие в транспортном потоке автомобилей с различными эксплуатационными свойствами приводит к возрастанию неравномерности движения и расхода топлива. Создание однородных потоков возможно дифференцированием полос движения для транспортных средств различного назначения (легковой, грузовой, пассажирский и т.д.), специализацией полос при подходе к пересечению дальнейшего направления движения, а также запрещением грузового движения в центральной части городов. Ограничение скорости движения в городах до 50 км/ч позволяет снизить расход топлива на 8-12 %, снижение скорости ниже 40 км/ ч приводит к увеличению расхода топлива.

  Организационно-правовые мероприятия — это прежде всего нормирование выбросов токсичных веществ с отработавшими газами автотранспорта. В различных странах мира действует более 90 нормативно-технических документов, нормирующих токсичность выхлопных газов автомобилей. В европейских странах сейчас действуют нормы правил Европейской экономической комиссии ООН. Согласно правилам ЕЭК ООН №83 для бензиновых двигателей при испытании автомобилей по европейскому циклу, выбросы не должны превышать: по окиси углерода — 2,93 г/км, сумма углеводородов и оксидов азота — 0,97 г/км; согласно правилу ЕЭК ООН №49 для дизельных двигателей при испытаниях по 13-ступенчатому циклу с пуском подогретого двигателя: ПДК окиси азота— 4,5 г/кВт-ч, углеводородов — 1,1 г/кВт-ч, оксидов азота— 8г/кВт-ч. Введенные в 1992 году нормативы, были ужесточены по сравнению с предыдущими на 45-60 %. Так, предельно допустимая концентрация сажи составляет 0,63 г/кВт-ч для двигателей мощностью до 85 и 0,36 г/кВт-ч для двигателей большей мощности[24].

  Практика показывает, что реальным путем быстрого и эффективного снижения негативного влияния транспортных средств на биосферу является внедрение системы управления природоохранной деятельностью предприятий транспортного комплекса. В основе этой системы должны быть положены следующие положения:

1) система государственного управления охраной окружающей среды на транспорте должна строиться на основе сочетания административных и экономических методов регулирования деятельности объектов транспорта;

2)все технические элементы транспортного комплекса, связанные с потенциальной опасностью загрязнения биосферы, должны быть сертифицированы в соответствии с действующими экологическими требованиями. Предприятия — производители продукции для транспортного комплекса должны быть аккредитованы на право поставки продукции с учетом уровня ее экологической безопасности;

3)деятельность предприятий и объектов транспорта должна быть регламентирована путем выдачи лицензий, при этом в качестве обязательных требований для получения лицензий должны выступать экологические;

4)разработка и введение в действие эффективной системы экономического стимулирования и механизма финансирования природоохранной деятельности;

5)создание единой программы научного обеспечения природоохранной деятельности и решение проблемы специальной экологической подготовки персонала предприятий транспортного комплекса.

  Градостроительные мероприятия направлены в основном на предотвращение распределения загрязнения от источника непосредственно в среду обитания человека. Эти мероприятия включают оптимальную планировку улиц и дорог, использование территориальных разрывов, зонирование застройки, сооружение магистралей-дублеров, кольцевых дорог, развязок на разных уровнях, использование естественных и создание искусственных экранов, защитное озеленение. Так, при одинаковой интенсивности движения наибольшее загрязнение воздуха фиксируется в районах плотной застройки с высокими зданиями. Увеличение расстояния между транспортной магистралью и жилой застройкой дает резкое снижение концентрации загрязняющих веществ.

  Транспортная планировка, определяющая режим движения автомобилей, позволяет снизить уровень загрязнения атмосферы. К мероприятиям транспортной планировки относятся: транспортные развязки на разных уровнях, подземные тоннели и пешеходные переходы, магистрали-дублеры, кольцевые магистрали. Мероприятия транспортной планировки способствуют перераспределению транспортных потоков, уменьшают неравномерность движения. Так, например, после постройки в Москве на площади Маяковского автомобильного тоннеля концентрация СО в воздухе снизилась в 2,5 раза, углеводородов — в 3 раза[25].

  Эффективность зеленых насаждений зависит от способа озеленения, пород деревьев, кустарников и времени года. Помимо роли защитного экрана, зеленые насаждения способствуют биологической очистке воздуха, поглощая углекислый газ. Однородная древесная посадка оказывает малое газозащитное действие. При такой посадке снижение концентраций отходящих газов составляет всего лишь 7-10 %. Более хорошие результаты (до 25 %) дает древесно-кустарниковая посадка. Однако в зимний период эффективность посадки снижается в 3-4 раза. Для снижения концентрации окиси углерода, более эффективной является трехрядная посадка деревьев. При этом концентрация сразу за посадкой снижается на 40 % .

  При создании защитного экрана из зеленых насаждений должны выбираться породы деревьев и кустарников, наиболее устойчивые к действию токсичных компонентов отходящих газов. Менее всего пригодны для

этих целей хвойные  деревья. Тополь хорошо поглощает канцерогенные  вещества, особенно бенз(а)пирен.

  Для защиты от пыли больше подходят хвойные деревья (ель канадская, туя складчатая, сосна горная и канадская), лиственные (клен остролистый, ясень американский и пенсильванский, бук, береза киргизская и бородавчатая, вяз мелколистый и шершавый, дуб красный крупноплодный и череш-чатый, тополь бальзамический и белый), кустарники (боярышник, жимолость/калина, сирень, роза собачья и морщинистая), травянистые растения. Обязательный элемент лесополос — ограждения из металлической сетки по всей длине проезжей части. Деревья необходимо располагать в шахматном порядке. Высота деревьев — 7-8 м, кустарников — 1,5-2 м. Поперечная форма сечения имеет форму треугольника, причем более пологая сторона находится со стороны дороги.

 

 

4. Оценка вариантов повышения экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта

4.1. Оценка суммарной токсичности выбросов

 

Исходные данные

Средний пробег автомобиля за год, L ……………………………..10 000 км

Средний расход топлива на 100 км:

- для бензиновых двигателей  ………………………………………….......10 л

- для дизельных двигателей…………………………………………..…….30 л

Средняя стоимость используемых топлив:

- бензинов……………………………………………………………….15 руб/л

- дизельных топлив…………………………………………………..…15 руб/л

Стоимость одного каталитического нейтрализатора для автомобиля с бензиновым двигателем………………………………………….….………10 000 руб.

Стоимость комбинированной  системы