Химия окружающей среды

По сравнению с бензином метан имеет следующие преимущества: он в 1,5–2 раза дешевле, имеет более  высокую детонационную стойкость, и двигатель на нем работает мягче, ресурс его увеличивается примерно в 1,5 раза, а срок службы моторного  масла возрастает вдвое.

При переводе на сжиженный  газ мощность двигателя падает на 3–4%. Этого можно избежать, если смесь  охлаждать во впускном тракте или  повысить степень сжатия, так как  октановое число у газа больше, чем у бензина. Лучше всего  использовать высокую детонационную  стойкость газа путем увеличения угла опережения зажигания.

Бутан – наиболее калорийная и легкосжимаемая часть топливной  смеси. Для создания давления насыщенных паров баллон заправляют не более  чем на 90%.

Сжиженный газ (пропан-бутан). В Европе это топливо, получаемое из попутных нефтяных газов, называется LPG (Liqefied petroleum gas – сжиженный бензиновый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 20 МПа, LPG сжижается уже при 0,6–0,8 МПа. В ЕС сегодня насчитывается около 2,8 млн. машин, работающих на LPG. Фирмы, занимающиеся переоборудованием топливных систем автомобилей под LPG, за свою работу берут около 2 тыс. евро. Кроме того, компания Isuzu в заводских условиях под заказ устанавливает на свою 3,5-литровую модель Trooper 100-литровый баллон под этот газ. В США 80% нефтепродуктов получают уже не из нефти, а из попутных газов – пропана-бутана и этана, в то время как в России из-за устаревших НПЗ, созданных большей частью в 1960-х годах, только присматриваются к переработке попутных нефтяных газов (мы перерабатываем только 72% добываемой нефти, остальное теряем, в то время как в развитых странах перерабатывается до 95% добываемой нефти).

Газоконденсатное топливо  – это природная смесь легкокипящих нефтяных углеводородов, находящаяся  в газообразном состоянии под  давлением 4,9–9,8 МПа при температуре  –1500С.

Добавка спиртовых смесей к бензину может уменьшить  выбросы токсичных компонентов  в отработанных газах в пределах 10–15%, а в Москве, где уже 4,5 млн. автомобилей, такое мероприятие  позволит сократить выбросы до 7–10%. Поскольку у этих смесей более  низкая фотохимическая реактивность, то уменьшение выбросов составит 15–17%.

Спирты относятся к  числу синтетических топлив, из которых  наиболее известны метанол и этанол. При содержании в топливе спирта до 10% не требуется изменять конструкцию  двигателя, а введение спирта повышает октановое число с 88 до 94 при одновременном  снижении содержания оксидов азота  и углеводородов в выхлопных  газах.

Метанол – метиловый или  древесный спирт. Сырьем служат природный  газ и нефтяные остатки. Синтез проводится под давлением 25–60 МПа в присутствии  катализаторов при температуре 300–4000С. Его стоимость превышает в 1,5–2 раза стоимость бензина. Применение метанола требует изменения конструкции двигателя, так как ухудшается пуск двигателя при низких температурах. Добавка 3–5% метанола позволяет использовать бензин с меньшим октановым числом и заменять этилированный бензин на неэтилированный.

Метиловый спирт не содержит тех углеводородных примесей, которые  имеются в бензине, сгорает в  двигателе полнее, поэтому в атмосферу  попадает гораздо меньше оксида углерода. Кроме того, он менее взрывоопасен при столкновении автомобилей –  поэтому его применяют в гонках «Формула-1». Но и недостатков у  этого вида топлива достаточно много. Главный из них – плохое смешивание неполярного бензина с высокополярным спиртом. Чтобы преодолеть этот недостаток, в Германии используют третичный бутиловый спирт (СН₃)₃СОН, растворяющийся в бензине и в метиловом спирте. Другой недостаток – гигроскопичность горючей смеси, насыщенный водяными парами метиловый спирт вызывает коррозию металла. К тому же при его сгорании образуется на 40% энергии меньше, и, значит, чаще придется заправлять автомобиль. Тем не менее с 1990-х годов на метаноле работает общественный транспорт Стокгольма, в результате в 5 раз снизился выброс вредных веществ, уменьшилась и их токсичность.

Этанол – этиловый или  винный спирт, вырабатывается из злаков, картофеля, сахарного троcтника и других культур, применяется как в смеси с бензином, так и в чистом виде. Этанол добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах. Так, Бразилия после своего нефтяного кризиса 1973 года активно использует этанол – в стране более 14 млн. автомобилей ездит на этом топливе. Кроме того, концерн Ford сейчас готовит к производству модель Focus FFV, которая будет заправляться топливом под названием Е 85 – смесью, состоящей из 85% эталона и 15% бензина.

Диметиловый эфир. Представители Renault совместно с французским Агентством по защите окружающей среды успешно работают над проектом использования диметилэфира – жидкого газа, который используется в аэрозолях, а продукты его сгорания малотоксичны. Этот газ можно использовать в автомобилях с дизельным двигателем, так как октановое число у него выше, чем у дизтоплива. Достоинства диметилового эфира состоят в том, что он не содержит ароматических углеводородов и серы, характеризуется полнотой сгорания, не имеет сажи и оксидов азота в выхлопных газах, не требует изменений в конструкции дизельного двигателя (необходима лишь незначительная модернизация системы подачи топлива), обеспечивает хороший старт холодного двигателя, имеет более выгодные условия производства по сравнению с дизельным топливом. Пониженная по сравнению с дизтопливом теплотворная способность частично искупается большей экономичностью двигателя и отсутствием затрат на очистку выхлопа. [16]

Экологизация автотранспорта – сложная социальная проблема, просто и дешево ее не решить. Казавшаяся когда-то близкой перспектива перехода к электромобилям все еще весьма далека от реальности. Достаточно сказать, что уже созданные в развитых странах сотни тысяч таких средств передвижения используются в 90% случаев как тележки для перевозки мелких грузов и продуктов. Таким образом, альтернативы двигателям внутреннего сгорания пока нет и надо искать возможности более широкого применения экологических видов топлива, прежде всего сжатого природного газа и спиртового топлива. [17]

 Заметного снижения  выбросов вредных веществ автотранспортом  можно ожидать лишь в случае  массового поступления на отечественный  рынок автомобилей, соответствующих  требованиям Правил ЕЭК ООН  (Евро-4 и Евро-5). В январе 2012 года  Правительством РФ подписано  Постановление, в котором говорится  о продлении переходного периода  для автомобилей, соответствующих  экоклассу Евро-4. Девятого февраля этого года данные требования вступили в свои права. В рамках этого документа предусмотрено, в частности, введение более жестких (относительно ранее применявшихся в России) экологических требований. Например, значения выбросов вредных веществ ниже в 2-3 раза для дизелей большегрузных автомобилей и в 5-6 раз - по легковым автомобилям. Переход на выпуск автомобилей и двигателей, соответствующих этим требованиям, осуществляется поэтапно и требует радикальных перемен в области производства и эксплуатации автомобилей. Те нормы, которые действуют в России сейчас, условно можно назвать Евро-0. Конец этому будет положен тогда, когда будет запрещена регистрация в ГАИ продукции с плохими экологическими характеристиками. Но такие меры могут применяться только к новым автомобилям. Сейчас такой закон уже готовится Государственной думой при активном участии Министерства природных ресурсов РФ. [18]

 Определенный сдвиг  в этом направлении уже происходит. Практически все автомобильные  заводы имеют модификации автотранспортных  средств и двигателей, соответствующие  жестким экологическим требованиям.  По данным НИЦИАМТ, ряд отечественных  предприятий (КамАЗ, ЯМЗ, АЗЛК, ВАЗ и др.) уже сертифицировали  в 1998-1999 гг. некоторые модели выпускаемых  двигателей и автомобилей на  соответствие действующим международным  экологическим требованиям. 

 К массовому выпуску  экологически чистых автомобилей  предприятия не готовы, как не  готова и инфраструктура эксплуатации  таких автомобилей, в первую  очередь, легковых. Экологически  чистые автотранспортные средства  с каталитическими нейтрализаторами  отработавших газов могут работать  только на неэтилированном бензине  с регламентированным (очень жестким)  содержанием серы, фосфора, механических  примесей. Необходим комплекс мер  по стимулированию производства  таких бензинов и обеспечению  их гарантированного наличия  на каждой АЗС, постепенному  вытеснению с рынка этилированных  бензинов, предотвращению попадания  остатков тетраэтилсвинца в неэтилированное  топливо при его транспортировке  и хранении. Дизельные автомобили  также требуют применения малосернистого  дизельного топлива, без которого  невыполнимы современные требования  европейских стандартов. Если проблема  создания двигателей и автомобилей  нового поколения как-то решается  силами производителей, то проблему  производства экологически чистого  топлива без участия государства  решить нельзя.

 Следует отметить и  некоторые факторы, благотворно  влияющие на снижение загрязнения  атмосферы и шумового воздействия  на население автотранспортом.  Это, в первую очередь, всевозрастающая  доля автомобилей зарубежного  производства, имеющих лучшие экологические  показатели, в составе российского  автопарка. В 1999 г. доля автомобилей  зарубежного производства (кроме  произведенных в странах СНГ)  в автомобильном парке России  составляла 12%, а в транспортных  потоках, как показывают натурные  наблюдения, была еще выше. Другая  тенденция связана с увеличением  количества малотоннажных грузовых  автомобилей (типа "Газель", "Бычок"  и др.), осуществляющих перевозки  грузов в малых объемах в  черте города. В Москве, например, их доля в составе грузового  автотранспорта в 1999 г. достигла 56%.

 На состав и количество  выбросов загрязняющих веществ  в атмосферу от автотранспорта  заметное влияние оказывают качество  и экологические характеристики  топлив. Выпуск этилированных бензинов  в России непрерывно сокращается.  Расширяется и перечень городов  и областей, где запрещено использование  этилированных бензинов.

 В России не подписано  пока ни одного документа, предполагающего  тотальный переход с одного  вида топлива на другой. Тем  не менее, работа в этом направлении  ведется весьма активно, хотя  бы потому, что правила и ограничения  экспорта-импорта одинаковы для  всех. Означает это только одно: Россия просто обязана следовать  требованиям, которые предъявляют  к топливной промышленности компаньоны  и коллеги за рубежом. Чтобы  и впредь оставаться полноценным  экспортером бензина, российским  нефтепереработчикам приходится перестраиваться и модернизироваться.

 Крупнейший российский  переработчик — ОАО «Сибнефть-ОНПЗ»  — готовится к запуску пока  единственного в России комплекса  сернокислотного алкилирования. Специалисты «Сибнефти» уверены, что не прогадают: до сего дня аналогов установке нет. После ввода в эксплуатацию комплекс позволит нефтепереработчикам выпускать так называемый алкилбензин - высокооктановый компонент, необходимый для производства качественного и экологически чистого (по российским меркам) бензина марки АИ-98.

 Новоуфимское НПЗ воспользовалось  помощью французской компании  Tecnip для того, чтобы построить у себя комплекс каталитического риформинга. По своим техническим возможностям российско-французское новшество можно считать уникальным не только для России, но и для Европы в целом, благодаря ему завод может производить экологически чистый бензин.

 Использование газового  топлива на транспорте, несмотря  на определенные усилия отдельных  регионов и наличие государственных  программ, не получает должного  развития. Более того, в последние  годы наметилась тенденция к  снижению количества газобалонных автомобилей.

 Многие экологические  проблемы, связанные с функционированием  автомобильного транспорта, носят  региональный и локальный характер. Разработка и реализация эффективных  мер повышения экологической  безопасности автотранспорта является  прерогативой местных администраций.

 Администрации ряда  регионов России и крупнейших  городов, испытывающих наибольшую  экологическую нагрузку из-за  воздействия автотранспорта (г. Москва  и Московская область, города  Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Пермь, Самара и др.), за последнее  время разработали и реализуют  программы, направленные на снижение  негативных последствий автотранспортной  деятельности. В рамках программы  работ по управлению охраной  окружающей среды в транспортном  комплексе в 1999 г. Минтрансом  России разработаны методические  рекомендации по решению экологических  проблем крупных городов за  счет использования газомоторного  топлива для автотранспортных  средств. [17]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы по первой главе

 

Автомобильный транспорт  является одним из крупнейших загрязнителей  природных сред промышленного города. Проблема экологической безопасности автотранспорта – часть проблемы экологической безопасности страны. Выбросы загрязняющих веществ в  атмосферу от автотранспортных средств  увеличиваются в России ежегодно в среднем на 3,1%. В результате ежегодный экологический ущерб  от функционирования транспортного  комплекса России составляет более 3,5 млрд. долл., и эта сумма продолжает расти.  Кроме того, загрязнение  городской среды выбросами автомобильного транспорта приводит к тому, что  большие количества соединений серы и азота, оксидов углерода и прочих загрязняющих веществ, поступающих  в атмосферу с отработавшими  газами двигателей внутреннего сгорания, превращают выпадающие осадки в слабый раствор кислот, а, следовательно, способствуют закислению придорожной территории.

Необходимо отметить, что  загрязненность придорожного пространства отходящими газами также зависит  от интенсивности движения транспортных средств. Так, выброс газообразных загрязнителей  наиболее высокий в режиме медленного движения, меньше он при ускорении (разгоне) и минимален при установившейся скорости. Однако, количество оксидов  азота и непредельных углеводородов  пропорционально скорости движения.