Проблема выбросов автотранспортом в городских условиях и аспекты решения данной проблемы

Проблема выбросов автотранспортом в городских условиях и аспекты решения данной проблемы. Состояние экологии одна из важнейших проблем современности.

В результате своей жизнедеятельности человечество постоянно нарушает экологический баланс, происходит это при добыче полезных ископаемых, при производстве материальных и энергетических средств. Усугубляет ситуацию и то, что значительная доля загрязняющих веществ и СО выбрасывается в атмосферу в процессе эксплуатации двигателями внутреннего сгорания, применяемыми во всех сферах нашей жизни. В странах ЕЭС на долю автотранспорта приходится до 70 выбросов оксида углерода, до 50 оксида азота, до 45 углеводородов и до 90 свинца, и это при жестких экологических требованиях к транспорту и применяемым топливам Евро 1-4. В России на долю автотранспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые в крупных городах главный источник загрязнения атмосферы.

В отработавших газах двигателей содержится около 280 компонентов. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 тонны топлива и около 20 30 тонн воздуха, в том числе 4,5 тонны кислорода.

При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу кгт угарного газа 700, диоксида азота 40, несгоревших углеводородов 230 и твердых веществ 2 5. Кроме того, из-за применения этилированного бензина выбрасывается много весьма опасных для здоровья соединений свинца, в странах ЕЭС для решения этой проблемы в бензины с высокооктановым числом добавляют другие антидетонаторы. Усугубляется положение в нашей стране и тем, что львиная доля транспорта эксплуатируемого предприятиями имеет предельный физический износ.

По ряду объективных факторов не происходит морального обновления подвижного состава. Связанно это, прежде всего с экономическим положением предприятий, тем, что отечественный автопаром выпускает устаревшие модели не блещущие экономичностью, экологической и санитарной безопасностью, а иностранные марки не доступны из-за цены. Электромобиль не роскошь, а средство выживания Электромобиль - транспортное средство, ведущие колеса которого приводятся от электромотора, питаемого аккумуляторными батареями.

Впервые появился он в Англии и во Франции в начале 80-х годов девятнадцатого века, то есть раньше автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Тяговый электродвигатель в таких машинах получал питание от батарей свинцовых аккумуляторов с энергоемкостью всего 20 ватт-часов на килограмм. В общем, чтобы питать двигатель мощностью в 20 киловатт в течение часа, требовался свинцовый аккумулятор массой в 1 тонну. Поэтому с изобретением двигателя внутреннего сгорания производство автомобилей стало стремительно набирать обороты, а об электромобилях забыли до возникновения серьезных экологических проблем.

Во-первых, развитие парникового эффекта с последующим необратимым изменением климата и, во-вторых, снижение иммунитета многих людей вследствие нарушения основ генетической наследственности. Данные проблемы были спровоцированы токсическими веществами, которые в достаточно больших количествах содержатся в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания.

Решение проблем состоит в снижении уровня токсичности отработавших газов, особенно окиси и двуокиси углерода, притом, что объем производства автомобилей нарастает. Ученые, проведя ряд исследований, наметили несколько направлений решения перечисленных задач, одной из которых является производство электромобилей. Это, по сути, первая технология, официально получившая статус нулевого выброса, и она уже представлена на рынке. Концерн General Motors одним из первых приступил к продаже серийных электромобилей массового производства.

Толчком к этому послужило калифорнийское законодательство, согласно которому автопроизводители, желающие присутствовать на рынке штата Калифорния, должны поставлять 2 автомобилей с нулевыми выбросами в атмосферу. У нас разработкой электромобилей занимается в основном Волжский автозавод, не считая конструкторских фирм. В его арсенале ВАЗ-2109Э, ВАЗ-2131Э, Эльф, Рапан, семейство электромобилей Гольф. Надо сказать, что эксплуатационные расходы в электромобиле существенно меньше, чем в стандартном автомобиле, требующем затраты на поддержание систем охлаждения, питания, выхлопа. Долговечность электродвигателя составляет примерно десять тысяч часов.

Таким образом, количество операций по обслуживанию электродвигателя сведено к минимуму. Например, в двигателе постоянного тока нужно только периодически менять щетки, а вот более современный трехфазный электродвигатель и синхронный электродвигатель переменного тока практически не нуждаются в обслуживании.

Если говорить об электромобилях вазовского производства, то там в качестве силового агрегата применяют два двигателя постоянного тока мощностью 25кВт с крутящим моментом 110 Нм и мощностью 40 кВт с крутящим моментом 190 Нм. Двигатели первого типа, как правило, устанавливаются на легкие электромобили, такие, как Гольф, Ока Электро, Эльф, а более мощные - на машины семейств ВАЗ-2108, ВАЗ-2109, Ниву. Почему, несмотря на бесшумность, простоту управления и нулевую эмиссию электромобиль не стал массовым средством передвижения Главная проблема заключается в несовершенстве аккумуляторных батарей незначительный пробег от одной зарядки, длительный цикл перезарядки и высокая цена. В настоящее время делают ставку на никель-металлогидридные и литий-ионовые аккумуляторные батареи.

В России уже приступили к производству опытных партий никель-металлогидридных батарей, а вот с литий-ионовыми батареями пока только идут опытные работы. Несмотря на эти недостатки, европейцы верят в электромобили как в средство способное очистить сильно загрязненные улицы.

Станет ли электромобиль реальной альтернативой автомобилю - еще вопрос. Но его применение в мегаполисах, курортах, парках, то есть в зонах с повышенными экологическими требованиями вполне оправдано. Диметиловый эфир Одна из острейших экологических проблем больших городов прогрессирующее загрязнение их воздушного бассейна вредными выбросами двигателей внутреннего сгорания в Москве в 1986 г. 870 тыс. т, в 1995 г. 1,7 млн. т. Известные способы снижения токсичности двигателей, такие, как применение каталитической обработки выхлопных газов, использование альтернативных топлив типа метанола, этанола, природного газа не приводят к радикальному решению указанной проблемы.

Одним из выходов может стать приспособление двигателей к работе на новом альтернативном топливе диметиловом эфире ДМЭ. Его благоприятные физико-химические показатели способствуют полному устранению дымности выхлопных газов и снижению их токсичности а также шумности.

Диметиловый эфир CH3-O-CH3 обладает очень важными свойствами он является газообразным при нормальных условиях и его молекулы не имеют углерод-углеродных химических связей, способствующих сажеобразованию при горении. В настоящее время ДМЭ применяется, главным образом, в качестве вытеснительного газа в аэрозольных упаковках. В настоящее время в ряде стран отрабатываются способы приспособления двигателей к работе на ДМЭ. К примеру, в Дании уже проводятся эксплуатационные испытания приспособленных к работе на ДМЭ городских автобусов.

В нашей стране работы по переводу дизелей на ДМЭ ведутся в инициативном порядке с 1996 г. в НИИД, который имеет многолетний опыт создания дизелей специального назначения. Ожидается, что в результате этой работы будет обеспечено радикальное снижение токсичности автомобильных двигателей до уровня зарубежных норм на 2000 гг. Для создания экологически чистого автомобиля был использован АМО ЗИЛ 5301 Бычок с дизелем Д-245.12 производства Минского моторного завода.

Двигатель, снабженный турбокомпрессором, имеет номинальную мощность 80 кВт при частоте вращения 2400 обмин. Нормы токсичности отработанных газов по правилам 49 ЕЭК ООН НаименованиеСО, гкВт-чСН, гкВт-чNOx, гкВт-чPT частицы, гкВт-чДата введения49-0111,22,414,4 49-02A EURO-14,51,18,00,36199549-02B EURO-24,01,17,00,15-EURO-32,00,65,00,119 99EURO-41,50,53,50,082003 2005EURO-51,00,52,00,052005 2009 Показатели выбросов при работе по внешней характеристике Мощность и экономичность в энергетическом эквиваленте двигателя при питании его ДМЭ и ДТ оказались практически одинаковыми.

На всех режимах, включая режим запуска и холостого хода, двигатель устойчиво работал на ДМЭ при полностью бездымном выхлопе коэффициент оптической плотности К0, в то время как при работе на ДТ наблюдался типичный для дизелей уровень дымности отработавших газов, соответствующий К17 28 . Уровень абсолютных и удельных вредных выбросов при работе на ДМЭ, оцениваемый по методике Правил 49-02 ЕЭК ООН, имел следующие особенности 1. Уровень выбросов окислов азота NOx на всех режимах был существенно меньше, чем на ДТ. Особенно значительная разница снижение в 2 3 раза наблюдалась на наиболее нагруженных режимах Ne50 100 . 2. При нагрузке Ne50 100 на режиме максимального крутящего момента n1600 обмин уровень выбросов несгоревших углеводородов СН понижался на 20 70 по сравнению с ДТ, а на режимах малых нагрузок Ne10 20 значительно превышал уровень на дизельном топливе, достигая 2000 3000 чнм. 3. Уровень выбросов окиси углерода СО при работе на ДМЭ на всех режимах превышал соответствующие величины на ДТ, достигая 1000 чнм. По сравнению с природным газом работа двигателя на режимах внешней характеристики на ДМЭ обеспечивала уменьшение выбросов NOx в 2,5 3,0 раза, СО в 5 6 раз, а СН в 3,0 3,5 раза. Природный газ в качестве топлива для транспортного двигателя без использования нейтрализатора имеет преимущества лишь по сравнению с бензином.

Поэтому в программах конвертирования двигателей и перехода на газовое топливо предусматривается применение 3-ступенчатых каталитических нейтрализаторов, например, фирмы J. Matthey со степенью очистки газов от NOх 35 80 , от СО 85 95 , от СН 50 80 . И только в этом случае уровень вредных выбросов приближается к достигнутому при работе на ДМЭ без дополнительной очистки отработавших газов.

Снижения уровня выбросов СО и СН, зарегистрированного в опытах с ДМЭ на малых нагрузках, можно добиться путем оптимизации топливоподачи и воздухоснабжения.

Применение каталитического нейтрализатора при работе двигателя на ДМЭ приведет к практически полному устранению вредных выбросов.

В плане первых мероприятий по совершенствованию рабочего процесса на режимах малых нагрузок, где наблюдается повышенный уровень выбросов СО и СН, подготовлена к проверке опытная конструкция выхлопной трассы двигателя, перепускающая часть отработанных газов мимо турбокомпрессора.

Кроме того, ведется дальнейшее совершенствование топливной системы грузового автомобиля. Проведенные исследования показали, что наиболее трудно решаемая экологическая задача значительного уменьшения выбросов окиси азота и дымности с переводом дизеля на работу на ДМЭ полностью решается. Специалисты считают, что новые жесткие нормы отработанных газов ULEV, EURO-3 не могут быть достигнуты без применения ДМЭ.