Способы решения проблемы загрязнения воздуха автотранспортом

Экологические проблемы глобального загрязнения атмосферы

Глобальной экологической проблемой в настоящее время остается проблема загрязнения атмосферы Земли и истощение озонового слоя. Она особенно актуальна для стран с развитой экономикой, таких как Китай, США и Япония. Основные источники загрязнения – автомобили, домашние печи, фабрики и заводы, теплоэлектростанции, техногенные аварии, лесные пожары.

Опасными для здоровья населения веществами, входящими в состав воздуха, считают оксиды углерода, двуокись серы, озон, двуокись азота, свинец, радиоактивные вещества в высоких концентрациях. Сюда также относятся продукты горения метана. Они постепенно накапливаются в воздухе, из-за чего происходит:

• Рост числа случаев поражения дыхательной системы, эпидемий острых вирусных инфекций. Низкое качество воздушной среды является главной причиной развития онкологических заболеваний. Ежегодно от болезней, вызванных загрязнением воздуха, умирает около четырех миллионов человек по всему миру. Американские ученые утверждают, что повсеместное загрязнение атмосферы снижает продолжительность жизни людей на один год.
• Интоксикация организма, снижение иммунитета.
• Постепенное разрушение металлических конструкций, памятников архитектуры.
• Отрицательное влияние на местную флору и фауну, наиболее остро реагирующую на повышение концентрации углекислого газа, снижение биоразнообразия региона.
• Кислотные дожди, которые наносят вред сельскому хозяйству, экономике, так как ослабляют растения и вызывают коррозию металлов.
• «Парниковый эффект», необратимо меняющий климат планеты, который приводит к глобальному потеплению, таянию ледников.

Снижение качества воздушной среды требует к себе особого внимания, поэтому сейчас проводится поиск путей решения проблемы загрязнения атмосферы.

Пути решения проблемы загрязнения атмосферы на законодательном уровне

Многими странами мира в 1992 году было подписано Киотское соглашение, которое обязывает стабилизировать вредные выбросы парниковых газов, вызывающих загрязнение атмосферы.

Решением проблемы в России, а также способом контроля государством окружающей среды является Федеральный Закон РФ «Об охране атмосферного воздуха», согласно которому граждане, имеющие в своем распоряжении потенциальные источники веществ, вызывающих загрязнение атмосферы (автомобили, промышленные предприятия), обязаны:

• Инвентаризировать выбросы, загрязняющие воздушную среду.
• Предоставить проект их снижения, соблюдать границы допустимых выбросов в атмосферу.
• Согласовать строительство промышленных предприятий, которые влияют на качество воздушной среды и вызывают ее загрязнение, с местными органами власти.
• Получить специальное разрешение на хозяйственную деятельность, предполагающую вредное физическое воздействие на атмосферу.

В противном случае предусматривается административные или иные взыскания согласно российскому Законодательству (наложение административного штрафа в размере до 50000 для граждан и 180000-250000 рублей для юридического лица).

Пути уменьшения выбросов промышленных предприятий

Для предотвращения или снижения пагубных последствий хозяйственной деятельности для атмосферы разработан ряд способов для снижения уровня загрязнения воздуха, которые активно применяются в промышленности.

Адсорбционный

При адсорбционном способе используют поглощающие материалы (аммиак, известняк и известковые растворы, активированный уголь) в качестве фильтров, впитывающих загрязняющие вещества и газы.

Преимущества: энергоэффективность, безопасность.

Недостатки: установки требуют тщательного ухода, очистки фильтра, занимают много места.

Каталитический

При данном способе используют вещества, ускоряющие реакции разложения вредных выбросов.

Преимущества: срок службы установок — до 50 и более лет.

Недостатки: жесткие требования к оборудованию и функционированию фильтров, высокая стоимость, энергозатратность.

Механический

При механическом способе воздух, создаваемый в турбинах, способствует концентрированию ядовитых веществ.

Преимущества: экологическая безопасность, долгий срок эксплуатации установок.

Недостатки: требует частой очистки устройства, энергозатратность, низкая эффективность.

Электроогневой способ

Принцип работы: воздух с вредными примесями пропускается сквозь наэлектризованное пламя.

Преимущества: высокий КПД установки, малые затраты энергии.

Недостатки: дорогое оборудование, сложный процесс создания.

Решение проблемы загрязнения атмосферы в городах

Главная проблема современных городов – низкое качество воздуха из-за загрязнения атмосферы. На здоровье и благополучие городских жителей пагубное влияние оказывает смог, который вызывает помутнение воздушной среды, затрудняющее передвижение, ориентирование на местности. Смог – причина многочисленных ДТП.

Плачевная экологическая ситуация в городах требует немедленных действий.

Налаживание системы утилизациии и переработки отходов

В первую очередь нужно позаботиться об утилизации отходов, налаживании переработки мусора, предотвращении образования свалок. Современное сырье при разложении может выделять тяжелые ядовитые вещества, пагубно влияющие на озоновый слой планеты.

Вынос промышленных предприятий за черту города

При строительстве промышленных предприятий и моделировании промышленного процесса необходимо учитывать экологические риски, размещать их на некотором расстоянии от жилых построек. Фабрики и заводы выносят за территорию города, окружают зелеными насаждениями, деревьями — естественными фильтраторами воздуха от загрязнения.

В поселениях с активной сельскохозяйственной деятельностью ограничивают использование химически опасных удобрений, пестицидов, губительно влияющих на почвенную и воздушную среду.

И, конечно, нужно стремиться сохранять леса, рощи и болота – естественные фильтры для воздуха, незаменимые источники кислорода, необходимого для жизни на Земле.

Регулирование использования автотранспорта

Еще одним важным условием улучшения экологической обстановки в стране и мире является регулирование автотранспорта, тщательный контроль за выхлопными газами, продуктами сгорания и их влиянием на состояние атмосферы.

В настоящее время активно применяются фильтры, нейтрализаторы для выхлопных труб. Контролируется химический составом топлива, электрофицируется общественный транспорт.

Автомобили, работающие на принципе выделения энергии за счет внутреннего сгорания топлива, вызывают загрязнение атмосферы и истощение озонового слоя. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) выделяют много ядовитых веществ. Кроме того, энергия ДВС используется крайне неэффективно (потери достигают 70%). Поэтому поиск альтернативных источников энергии – приоритетная задача в области автомобилестроения.

Новые двигатели должны эффективно использовать топливо. Требуются новые инженерные установки для снижения потерь энергии при движении на низких скоростях, торможении.

Пример – автомобили с комбинированными методами генерации энергии, гибридными силовыми установками. Они экономят топливо, выделяют менее токсичные вещества по сравнению с нынешними автомобилями.

Экологическое земледелие

Сельскохозяйственная деятельность человека пагубно влияет на экологическую обстановку, способствует загрязнению атмосферы. Снизить антропогенное воздействие позволяет экологическое (органическое) земледелие. Оно имеет ряд отличий:

• Исключение применения химико-синтетических удобрений, гербицидов и пестицидов для увеличения урожайности. Использование органических удобрений и безопасных методов защиты растений: навоза, компоста и т.д.
• При посеве используют щадящие методы взрыхления.
• Поддерживается севооборот — чередование культур для посадки, что предохраняет растения от вредителей, болезней, благотворно влияет на состояние почв.

Повсеместное озеленение

Озеленение — проведение работ по созданию растительных насаждений. Это также позволит уменьшить уровень загрязнения атмосферы. Например:

• Посадка деревьев, кустарников, создание зеленых насаждений, парков, аллей и рощ.
• Распространение живых изгородей, кустарниковых бордюров.
• Создание цветочных клумб, газонов, цветников.
• Применение в архитектуре и ландшафтном дизайне вертикального озеленения — выращивания вьющихся растений на фасадах зданий, заборах и изгородях.

Экологические последствия загрязнения атмосферы

Влияние загрязнения атмосферы на здоровье человека и окружающую среду

Причины возникновения экологических проблем в больших городах

Направления экологического земледелия, которые каждый может использовать на даче

Где находится и из чего состоит озоновый слой Земли

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Причины и последствия разрушения озонового слоя

Основные вещества и виды загрязнения биосферы

Озоновый слой Земли и его защита

Что такое озоновый слой и какова его роль на планете?

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу: источники и нормирование

Источник

Уменьшение загрязнения атмосферы от автотранспорта

Одним из мощных источников загрязнения городской воздушной среды является автомобильный транспорт, увеличение численности которого привело к насыщению городов легковыми автомобилями и переключению на них большей части пассажирских перевозок. Это резко ухудшает санитарные условия проживания в крупных городах: автомобиль не только загрязняет воздушную среду и создает шум, но, перевозя небольшое число пассажиров и работая на наиболее ценных видах топлива, использует его недостаточно эффективно. В связи с этим возникла необходимость разработки ряда мероприятий, позволяющих предотвратить загрязнение окружающей среды от автотранспорта.

С целью снижения негативного воздействия автотранспорта на атмосферный воздух в рамках представленной классификационной схемы (рис. 3) предусмотрены организационные (архитектурно-планировочные), технологические и специальные инженерно-экологические мероприятия.

Организационные мероприятия включают специальные приемы застройки и озеленение автомагистралей, размещение жилой застройки по принципу зонирования (в первом эшелоне застройки – от магистрали – размешаются здания пониженной этажности, затем – дома повышенной этажности и в глубине застройки – детские и лечебно-оздоровительные учреждения. Тротуары, жилые, торговые и общественные здания изолируются от проезжей части улиц с напряженным движением многорядными древесно-кустарниковыми посадками). Важное значение имеют сооружение транс­портных развязок, кольцевых дорог, использование подземного пространства для размещения гаражей и автостоянок.

Наибольший выброс выхлопных газов имеет место при задержках машин у светофоров, при стоянке с не выключенным двигателем в ожидании зеленого света, при трогании с места и форсировании работы мотора. Поэтому в целях снижения выбросов необходимо устранить препятствия на пути свободного движения потока автомашин. В частности, сооружают специальные автомагистрали, не пересекающиеся на одном уровне с движением машин или пешеходов, специальные переходы для пешеходов на всех пунктах скопления машин, а также эстакады или тоннели для разгрузки перекрывающихся потоков транспорта.

Для снижения загазованности воздушной среды необходимо ограничить количество вредных веществ, выделяемых каждым автомобилем, т.е. установить нормы выброса токсичных веществ с выхлопными газами. Соответствие автомобилей указанным стандартам (в частности, по содержанию оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах) проверяют инспектора ГИБДД.

В качестве технологических мероприятий, которые могут резко снизить токсичность выхлопных газов, можно выделить следующие:

— изменение состава топлива;

— использование энергии торможения;

— перевод автомобилей на сжиженный газ;

— совершенствование двигателей внутреннего сгорания;

— применение альтернативных видов топлива;

— внедрение гибридных двигателей;

— внедрение в эксплуатацию электромобилей, солнечных автомобилей, а также применение электрического транспорта и др.

Изменение состава топлива. Известно, что в целях предотвращения детонации горючего в двигателях автомашин в него добавляют тетраэтилсвинец, который делает выхлопные газы особо токсичными. Поэтому большие усилия были затрачены на замену указанного вещества на менее опасные, а также на получение стойкого к детонации бензина. При введении в топливо т.н. присадок можно существенно уменьшить количество некоторых токсичных веществ: сажи, альдегидов, оксида углерода и других. Так, для карбюраторных, двигателей самым эффективным оказались смеси различных спиртов.

Использование энергии торможения. Заметного сокращения расхода энергии, а значит, количества сжигаемого топлива и уменьшения загрязнения воздушной среды можно достичь, если использовать энергию, затрачиваемую на торможение. Указанная рекуперация была впервые успешно реализована на электрическом транспорте. Ныне были построены и успешно использованы на автобусах маховичный и гидропневматический рекуператоры. При этом экономия топлива составила 27-40%. объем выхлопных газов снизился на 39-49%.

Перевод автомобилей на сжиженный газ приводит к тому, что в выхлопе газобаллонных автомобилей содержится в 3-4 раза меньше оксида углерода, нежели в выхлопе бензиновых двигателей. При загрузке в баллоны 300 л сжиженного газа автобус способен пройти без заправки до 500 км. Если добавить к этому, что газ дешевле бензина, то достоинства газобаллонного автомобиля становятся еще более наглядными.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Например, в США разработан карбюратор с раздельным смесеобразованием. Он позволяет кроме обычной смеси получать обогащенную, которая подается в специальную предкамеру со свечой зажигания. Благодаря этому происходит полное сгорание рабочей смеси, что, в свою очередь, позволяет свести до минимума содержание оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах. Создан карбюратор, благодаря которому возможно использовать низкооктановые сорта бензина без антидетонационных добавок. В этом устройстве, со­стоящем из теплообменника, смесителя и реактора, бензин не только распыляется, но и расщепляется с помощью катализатора на более простые газы, например метан.

Во многих странах мира разрабатываются новые, более совершенные двигатели, которые можно устанавливать на серийных автомобилях. В частности, указывают на перспективность роторно-поршневого двигателя Ванкеля, который компактнее поршневых двигателей: объем в среднем на 30%, а масса на 11 % меньше.

Альтернативное топливо. Весьма перспективным заменителем традиционного топлива для автомобилей является водород. Двигатель, работающий на жидком водороде, не дает никаких запахов, не выделяет таких токсичных веществ, как свинец, оксиды азота, углерода. Жидкий водород почти в десять раз легче бензина. На одном из международных автомобильных конкурсов первое место занял «Фольксваген», для которого топливом служил водород. Интересно, что его отработанные газы были чище городского воздуха, который засасывался в карбюратор.

Признаётся перспективным автомобиль с размещенным на его шасси химическим реактором, в котором вырабатывается водород из углеводородов. Расчеты показали, что иметь такой реактор на машине экономичнее, нежели возить это топливо в специальных баллонах.

Преградами на пути широкого внедрения водорода в качестве топлива для автомобильных двигателей является сложность получения его в достаточно больших количествах и необходимость обеспечения высокого уровня безопасности при осуществлении процесса горения водорода.

К другим видам альтернативного топлива можно отнести этиловый и метиловый спирты и их смеси. В США создан двигатель, в котором вместо бензина используется жидкий азот. Бак с охлажденным до жидкого состояния азотом соединен с испарителем, окруженным «рубашкой», в которой циркулирует воздух. Жидкий азот, попадая в испаритель, превращается вследствие быстрого повышения температуры в газ, который выходит под большим давлением из испарителя и приводит в действие электрогенератор. Вырабатываемый последним ток после выпрямления подается для питания электродвигателей, установленных на колесах. Выхлопные газы такого автомобиля состоят из чистого азота, который, естественно, не загрязняет атмосферу.

Перспективно широкое внедрение так называемых гибридных двигателей: в городе при относительно небольших скоростях должен использоваться только электромотор, питающийся от небольших батарей и обеспечивающий запас хода на 40-50 км, а при выезде за город должен включаться обычный двигатель. Одновременно электромотор может быть использован как генератор для подзарядки аккумулятора.

Электромобили. Весьма перспективным является проект массового перехода от автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями на электромобили, которые действуют от батарей – аккумуляторов, подзаряжаемых на станциях.

Электромобили бездымны, бесшумны, их выделения нетоксичны, они просты в управлений, а эксплуатация значительно экономичнее, особенно в городах. Этому способствует относительно небольшой среднесуточный пробег автомобилей в городе, ограничение скорости и возможность организации сети зарядных станций для батарей – аккумуляторов. Сейчас в мире эксплуатируется сотни тысяч электромобилей различного назначения, и парк их непрерывно растет.

Дальнейшие успехи в разработке электромобилей в основном, будут зависеть от решения ряда технических проблем (создания компактных, недорогих и легких аккумуляторов, разработка быстродействующих зарядных устройств). Укажем также на необходимость резкого уве­личения резервных мощностей электростанций, поскольку они недостаточны, если потребуется в перспективе ежедневная подза­рядка многих миллионов электромобилей.

Солнечный автомобиль использует солнечную (или световую) энергию, которая улавливается при помощи специальных солнечных батарей. Электромобиль на спиральных гидридно-никелевых батареях прошел несколько лет назад без подзарядки 601 км.

Как же побыстрее и подешевле создать массовый экологически чистый автомобиль? Прежде всего, считают специалисты, необходимо усовершенствовать существующие конструкции: постараться уменьшить расход топлива, само топливо сделать, более приемлемым с точки зрения чистоты выхлопов, добиться снижения сопротивления воздуха, так как оно при больших скоростях современных автомобилей отбирает большую долю энергии. Можно ис­пользовать новые, например, керамические материалы для двигателей, чтобы повысить их КПД (из-за достижения более высоких температур), что приведет к снижению потребления топлива и, соответственно, к уменьшению загрязнения атмосферного воздуха. Начиная с 1998 г. компании «Дженерал моторе», «Форд» и «Крайслер» начали реализовывать программу выпуска экологичных автомобилей.

Улучшению качества атмосферного воздуха в сочетании со снижением шума способствует применение электрического транспорта (трамвая, троллейбуса).

Специальными инженерно-техническими мероприятиями, снижающими выбросы токсичных веществ от автотранспорта как основного передвижного источника, дающего наибольший вклад в загрязнение атмосферы, является применение нейтрализаторов, катализаторов.

Нейтрализаторы выхлопных газов. К настоящему времени выпускаются нейтрализаторы следующих видов: каталитические (используются твердые катализаторы), пламенные (дожигание примесей в открытом пламени), термические (метод беспламенного окисления) и жидкостные (с помощью химического связывания примесей жидкими реагентами). При этом широкое распространение получили каталитические нейтрализаторы, которые превращают токсичный оксид углерода в малоопасный диоксид.

Источник