Какой газ выделяет автомобиль. Состав выхлопных газов

19.07.2019

Выхлопные газы

В Евросоюзе разрешенный уровень вредных веществ в выхлопе зависит от возраста автомобиля. Если год выпуска автомобиля раньше чем 1978, то нет каких - либо фиксированных ограничений, существует лишь одно требование, чтобы не было видимого дыма, выходящего из выхлопной трубы. Если машина 1979-1986 года выпуска, то максимальный лимит выделяемых ею вредных веществ, измеряемых на холостом ходу таков: CO - меньше, чем 4,5%, СH - 100 ppm. Кислород должен быть меньше чем 5%. Последний показатель обычно используется для подтверждения того, что ничего незаконного для снижения уровня CO с системами автомобиля сделано не было. С 1986 по 1990 в большинстве стран требования стали более высокими: CO - 3,5%, CH - 600 ppm. С 1991 были установлены новые правила относительно автомобилей оборудованных каталитическим дожигателем выхлопных газов. Сейчас уровень вредных выхлопов автомобиля измеряют двумя способами: на холостом ходу и на 2500 оборотах двигателя в минуту. С помощью каталитического дожигателя выхлопных газов уровень вредных выхлопов намного сократился, по этой причине показатели ограничений вредных выхлопов тоже уменьшились. На холостом ходу уровень CO должен быть не более 0,5%, а CH не более 100 ppm. В это же время так называемый коэффициент избытка воздуха альфа высчитывается математически и должен быть между 0,91 - 1,03. Также уровень кислорода должен быть меньше чем 0,5% и контрольный уровень CO 2 должен быть меньше 16.

Владельцы новых машин не имеют проблем с получением разрешения на использование их транспорта. Хотя, например, в Финляндии средний возраст легкового автомобиля составляет 10,5 лет. Но когда автомобиль имеет значительный пробег и возраст, при прохождении теста на вредность выхлопа он может быть отправлен на ремонт.

Очень часто эти проблемы встречаются у старых автомобилей, когда двигатель уже имеет значительный пробег и потерял свою былую мощь. Зачастую владельцы не замечают, что их автомобиль уже утратил мощность.

Количество отходящих газов автомобилей

В основном определяется массовым расходом топлива автомобилями. Расход по расстоянию нормируется и обычно указывается производителями (одна из потребительских характеристик). В отношении суммарного объема выходящих из глушителя выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру -- один литр сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 кубометров или 16000 литров смеси различных газов. На основании этих данных можно судить примерное количество выбрасываемых в атмосферу вредных примесей, но здесь есть небольшая проблема. Мы можем определить только количество разных газов, вылетающее при сжигании определённого количества литров топлива, но никак ни при одном выхлопе, и уж тем более за промежуток времени (час, день, месяц и т.д.). Поэтому судить о количестве газов, выбрасываемых в атмосферу каждый час, мы не можем в принципе. Нигде не установлено, что все машины в день проезжают определённое кол-во километров с одной скоростью. А искать какое-либо среднее число -- значит, обманывать себя, потому что данные могут быть не только сильно приближёнными, но и вовсе ошибочными.

Таблица №1. Расход топлива у машин разных марок

K -- карбюраторный двигатель

i -- инжекторный двигатель

D -- дизельный двигатель

плотность бензина при +20С колеблется от 0,69 до 0,81 г/смі

плотность дизельного топлива при +20С по ГОСТ 305-82 не более 0,86 г/смі

Таблица №2. Состав автомобильных выхлопных газов

Выхлопные газы (или отработавшие газы) - основной источник токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания - это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны. Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводороды. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты. Примерный состав выхлопных газов представлен в таблице 1.При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе -- сажа. Теперь попытаемся выяснить, чем же опасен каждый выхлоп, и каково количество газов, вырывающихся из выхлопной трубы.

Оксид углерода (CO - угарный газ)

Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода - продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа). Если его содержание велико, двигатель расходует слишком много топлива и масла из картера.

В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе.

Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0,1-0,2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей. В среднем, машины при сжигании литра бензина выбрасывают в воздух около 800 литров углекислого газа

Оксиды азота (NO, NO2 , N2O , N2O3 , N2O5 , в дальнейшем - NOx )

Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NОx составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO 2).

Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека NОx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет. При сжигании литра бензина из выхлопной трубы выбрасывается примерно 128 л оксидов азота.

Закись азота (N 2 O - гемиоксид, веселящий газ) - газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO 2 (диоксид) - бледно-желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе. Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее CO, а при учете вторичных превращений - в 40 раз.

Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации Nox в воздухе в пределах 0,5-6,0 мг/м 3 . Азотная кислота вызывает сильную коррозию углеродистых сталей.

На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Так, при повышении температуры от 2500 до 2700 К скорость реакции увеличивается в 2,6 раза, а при уменьшении от 2500 до 2300 К - уменьшается в 8 раз, т.е. чем выше температура, тем выше концентрация NOx. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NOx. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота.

Углеводороды (CnHm - этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.)

Углеводороды - органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных CH, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах. Измеряется его количество в условной единице ppm (кол-во частиц на миллион). Так что даже незначительное увеличение эффективности сгорания может иметь большое влияние на его уровень. Обычно, чрезвычайно высокий уровень углеводорода является проблемой не только хозяев машин, но и механиков.

Наличие CH в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций. Существуют несколько факторов влияющих на количество углеводорода в выхлопных газах. Герметичность клапанов, их чистота и регулировка момента зажигания, все они одинаково важны. Не только регулировка момента зажигания, но также и текущая сила сгорания, все, что влияет на сгорание, имеет большое значение в ограничении количества углеводорода в выхлопных газах. Примерное кол-во углеводорода, образующегося при сгорании литра бензина -- 400-450л.

Кого-то эти цифры могут испугать, но давайте разберёмся: литры -- это мера объёма, и, ни в коем случае нельзя путать эти цифры с жидкостью, ведь 800 литров -- довольно большое число для жидкости. А для газа? Газ является веществом, у которого молекулы в несколько сотен и тысяч раз меньше расстояния между ними. Если представить что-то более плотное, то обьём сократится в десятки и сотни раз. А теперь внимательно -- литр бензина, при сжигании которого и производится этот обьём, расходуется для преодоления расстояния в 10 км. Постараемся рассеять большинство иллюзий -- это не такое сильное загрязнение, просто в момент выхлопа выделяется неприятный запах, и нам кажется, что состав воздуха вокруг резко изменился. Но на нашей одежде даже осадка никакого не осталось.

Основными источниками выбросов автомобиля являются двигатель внутреннего сгорания, испарение топлива через систему вентиляции топливного бака, а также ходовая часть: в результате трения шин о дорожное покрытие, износа тормозных колодок и коррозии металлических деталей независимо от выбросов двигателя образуются частицы мелкодисперсной пыли. При эрозии катализатора выделяются платина, палладий и родий, а при износе накладок сцепления также выделяются токсичные вещества, такие как свинец, медь и сурьма. Для этих вторичных выбросов автомобилей также должны быть установлены предельные значения.

Вредные вещества

Рис. Состав выхлопных газов

Состав отработавших (выхлопных) газов автомобиля включает множество веществ или групп веществ. Преобладающей частью компонентов ОГ являются неядовитые, содержащиеся в обычном воздухе газы. Как показано на рисунке, лишь небольшая часть ОГ является вредной для окружающей среды и здоровья людей. Несмотря на это, необходимо дальнейшее снижение концентрации токсичных компонентов ОГ. Хотя современные автомобили сегодня дают очень чистый выхлоп (у автомобилей Евро-5 он в некоторых аспектах даже чище всасываемого воздуха), огромное число эксплуатируемых автомобилей, которых только в Германии насчитывается около 56 млн единиц, выбрасывает значительное количество ядовитых и вредных для здоровья веществ. Исправить ситуацию призваны новые технологии и введение более жестких требований к экологичности ОГ.

Оксид углерода (СО)

Оксид углерода (угарный газ) СО - газ без цвета и запаха. Это яд для дыхательной системы, нарушающий функцию центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. В человеческом организме он связывает красные кровяные тельца и вызывает кислородное голодание, которое за короткое время приводит к смерти от удушья. Уже при концентрации в воздухе 0,3% по объему угарный газ в очень короткое время убивает человека. Действие зависит от концентрации СО в воздухе, от длительности и глубины вдыхания. Лишь в среде с нулевой концентрацией СО он может быть выведен из организма через легкие.

Оксид углерода всегда возникает при недостатке кислорода и при неполном сгорании.

Углеводороды (СН)

Углеводороды выбрасываются в атмосферу в виде несгоревшего топлива. Они оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки и органы дыхания человека. Дальнейшая оптимизация рабочего процесса двигателя возможна лишь путем совершенствования производственных технологий и углубления знаний о процессах сгорания.

Углеводородные соединения возникают в виде парафинов, олефинов, ароматов, альдегидов (особенно формальдегидов) и полициклических соединений. Экспериментально доказаны канцерогенные и мутагенные свойства более 20 полициклических ароматических углеводородов, которые в силу своего малого размера способны проникать до легочных пузырьков. Самыми опасными углеводородными соединениями считаются бензол (С6Н6), толуол (метилбензол) и ксилол (диметилбензол, общая формула С6Н4 (СН3)2). К примеру, бензол может вызвать у человека изменения картины крови и привести к возникновению рака крови (лейкемии).

Причиной выбросо углеводородов в атмосферу всегда является неполное сгорание топлива, недостаток кислорода, а при очень обедненной смеси - слишком медленное сгорание топлива.

Окислы азота (NOх)

При высокой температуре сгорания (более 1100°С) содержащийся в воздухе реакционно инертный азот активируется и вступает в реакции со свободным кислородом в камере сгорания, образуя окислы. Они очень вредны для окружающей среды: становятся причинами образования смога, гибели лесов, выпадения кислотных дождей; также окислы азота являются переходными веществами для образования озона. Они - яд для крови, вызывают рак. В процессе сгорания возникают различные окислы азота - NO, NO2, N2O, N2O5- имеющие общее обозначение NOx. При соединении их с водой возникают азотная (HNO3) и азотистая (HNO2) кислоты. Диоксид азота (NO2) - красно-коричневый ядовитый газ с едким запахом, раздражающий органы дыхания и образующий соединения с гемоглобином крови.

Это самый проблематичный из всех окислов азота и в перспективе для него будут действовать отдельные нормы по допустимой концентрации. Доля NO2 в общих выбросах оксидов азота в будущем должна будет составлять менее 20%. В директиве 1999/30/EG с 2010 года предельно допустимая концентрация N02 установлена на уровне 40 мкг/м Соблюдение этой предельной концентрации предъявляет особые требования к защите от вредных выбросов.

Самые благоприятные условия для образования окислов азота - высокая температура сгорания обедненной топливовоздушной смеси. Системы рециркуляции ОГ позволяют снизить долю окислов азота в выхлопе автомобилей.

Оксиды серы (SOx)

Оксиды серы образуются из содержащейся в топливе серы. В процессе сгорания сера реагирует с кислородом и водой, образуя оксиды серы, серную (H2SO4) и сернистую (H2SO3) кислоты. Оксид серы - основная составляющая кислотных дождей и причина гибели лесов. Это водорастворимый едкий газ, воздействие которого на организм человека проявляется в покраснении, опухании и усилении секреции влажных слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. Диоксид серы воздействует на слизистые носоглотки, бронхов и глаз. Наиболее часто местом «атаки» диоксида серы являются бронхи. Сильное раздражающее воздействие на дыхательные пути объясняется образованием сернистой кислоты во влажной среде. Вглубь дыхательных путей попадают взвешенный в мелкодисперсной пыли диоксид серы SO2 и аэрозоль серной кислоты. Наиболее чувствительно реагируют на растущую концентрацию диоксида серы в воздухе астматики и маленькие дети. Высокое содержание серы в топливе сокращает срок службы катализаторов бензиновых зельных двигателей.

Снижение выбросов диоксида серы реализуется путем ограничения содержания серы в топливе. Цель - топливо, не содержащее серы.

Сероводород (H2S)

Последствия воздействия этого газа на органическую жизнь пока не совсем ясны науке, однако известно, что у человека он способен вызвать тяжелые отравления. В тяжелых случаях возникает угроза удушья, потеря сознания и паралич центральной нервной системы. При хроническом отравлении отмечается раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. Запах сероводорода ощущается уже при концентрации его в воздухе в количестве 0,025 мл/м3.

Сероводород в выхлопных газах возникает при определенных условиях, причем, несмотря даже на наличие катализатора, и зависит от содержания серы в топливе.

Аммиак (NH3)

Вдыхание аммиака приводит к раздражению дыхательных путей, кашлю, одышке и удушью. Также аммиак вызывает воспаляющиеся покраснения на коже. Прямое отравление аммиаком случается редко, так как даже большие его количества быстро превращаются в мочевину. При прямом вдыхании большого количества аммиака функции легких зачастую нарушаются на долгие годы. Особенно опасен этот газ для глаз. При сильном воздействии аммиака на глаза могут наступить помутнение роговицы и слепота.

При определенных условиях аммиак может образоваться даже в катализаторе. В то же время аммиак оказывается полезен в качестве восстановителя для катализаторов SCR.

Сажа и частицы

Сажа - это чистый углерод и нежелательный продукт неполного сгорания углеводородов. Причиной образования сажи является недостаток кислорода при сгорании или преждевременное охлаждение сжигаемых газов. Частицы сажи часто связываются с несгоревшими остатками топлива и моторного масла, а также воды, продуктов износа деталей двигателя, сульфатов и пепла. Частицы сильно отличаются друг от друга по форме и размеру.

Таблица. Классификация частиц

В таблице показана классификация и размеры частиц. Наиболее часто при работе двигателя образуются частицы диаметром около 100 нанометров (0,0000001 м или 0,1 мкм); такие частицы способны естественным путем попадать в легкие человека. При агглютинации (склеивании) частичек сажи друг с другом и другими компонентами масса, количество и распределение частиц в воздухе могут значительно меняться. Основные компоненты частиц представлены на рисунке.

Рис. Основные компоненты частиц

Благодаря своей губчатой структуре частички сажи могут захватывать как органические, так и неорганические вещества, образующиеся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. В результате масса частичек сажи может возрасти в три раза. Это будут уже не отдельные частички углерода, а правильной формы агломераты, образующиеся вследствие молекулярного притяжения. Размер таких агломератов может достигать 1 мкм. Выбросы сажи и других частиц особенно активно происходят при сгорании дизельного топлива. Эти выбросы считаются канцерогенными. Опасные наночастицы представляют количественно большую долю частиц, но по массе составляют лишь небольшой процент. По этой причине предлагается ограничивать содержание частиц в ОГ не по массе, а по количеству и распределению. В перспективе предусмотрено дифференцирование между размером частиц и их распределением.

Рис. Состав частиц

Выбросы частиц при работе бензиновых двигателей на два-три порядка ниже, чем при работе дизельных двигателей. Тем не менее, данные частицы обнаруживаются даже в выхлопе бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива. Поэтому есть предложения по ограничению предельного содержания частиц в отработавших газах автомобилей. Сублимация - непосредственный переход вещества из твердого состояния в газообразное, и наоборот. Сублиматом называют твердый осадок газа при его охлаждении.

Мелкая пыль

При работе двигателей внутреннего сгорания образуются также особо мелкие частицы - пыль. Она состоит главным образом из частиц полициклических углеводородов, тяжелых металлов и соединений серы. Часть фракций пыли способна проникать в легкие, другие фракции в легкие не проникают. Фракции размером более 7 мкм менее опасны, так как отфильтровываются собственной системой фильтрации человеческого организма.

Различный процент более мелких фракций (менее 7 мкм) проникают в бронхи и легочные пузырьки (альвеолы), вызывая локальное раздражение. В области легочных пузырьков растворимые компоненты попадают в кровь. Собственная система фильтрации организма справляется не со всеми фракциями мелкой пыли. Атмосферные пылевые загрязнения называют также аэрозолями. Они могут быть в твердом или жидком состоянии и в зависимости- от размеров могут иметь различный период существования. При движении мельчайшие частички могут соединяться в более крупные с относительно стабильным периодом существования в атмосфере. Такими свойствами в основном обладают частицы диаметром от 0,1 мкм до 1 мкм.

При оценке образования мелкой пыли в результате работы автомобильного двигателя следует отличать эту пыль от пыли, образующейся естественным путем: пыльцы растений, дорожной пыли, песка и многих других веществ. Нельзя недооценивать и такие источники мелкой пыли в городах, как износ тормозных колодок и шин. Так что выхлопы дизельных двигателей - не единственный «источник» пыли в атмосфере.

Синий и белый дым

Синий дым возникает во время работы дизельного двигателя при температуре ниже 180°С из-за мельчайших конденсирующихся капелек масла. При температуре выше 180°С эти капельки испаряются. Несгоревшие углеводородные компоненты топлива участвуют в образовании синего дыма и при температурах от 70°С до 100°С. Большое количество синего дыма указывает на большой износ цилиндропоршневой группы, стержней и направляющих втулок клапанов. Слишком поздно выставленное начало подачи топлива также может быть причиной образования синего дыма.

Белый дым состоит из водяного пара, возникающего во время сгорания топлива и становящегося заметным при температуре ниже 70°С. Особенно характерно появление белого дыма у форкамерных и вихрекамерных дизелей после холодного запуска. Причиной белого дыма являются также несгоревшие углеводородные компоненты и конденсаты.

Углекислый газ (СO2)

Углекислый газ - это бесцветный, негорючий, кисловатый на вкус газ. Иногда его ошибочно называют угольной кислотой. Плотность СO2 примерно в 1,5 раза выше плотности воздуха. Углекислый газ является составной частью выдыхаемого человеком воздуха (3-4%) При вдыхании воздуха, содержащего 4-6% СO2, у человека возникают головные боли, шум в ушах и учащение сердцебиения, а при более высоких концентрациях СO2 (8-10%) наступают приступы удушья, потеря сознания и остановка дыхания. При концентрации более 12 % наступает смерть от кислородного голодания. К примеру, горящая свеча тухнет при концентрации СO2 8-10% по объему. Хоть углекислый газ и относится к удушающим веществам, но как компонент выхлопа двигателя не считается ядовитым. Проблема в том, что углекислый газ, как показано на рисунке, значительно способствует глобальному парниковому эффекту.

Рис. Доля газов в парниковом эффекте

Вместе с ним развитию парникового эффекта способствуют метан, закись азота (веселящий газ, оксид диазота), фторуглеводороды и гексафторид серы. Углекислый газ, водяной пар и микрогазы влияют на радиационный баланс Земли. Газы пропускают видимый свет, но поглощают тепло, отражаемое от земной поверхности. Без этой теплозадерживающей способности средняя температура на поверхности Земли была бы около -15°С.

Это называется природным парниковым эффектом. При увеличении концентрации микрогазов в атмосфере растет доля поглощаемого теплового излучения и возникает дополнительный парниковый эффект. По оценкам экспертов, к 2050 году средняя температура на Земле вырастет на +4°С. Это может привести к повышению уровня моря более чем на 30 см, вследствие чего начнут таять горные ледники и полярные ледяные «шапки», изменится направление морских течений (в том числе Гольфстрима), изменятся воздушные потоки, а моря затопят огромные пространства суши. Вот к чему может привести парниковые газы, образующиеся при деятельности людей.

Суммарные антропогенные выбросы СO2 составляют 27,5 млрд т в год. При этом Германия относится к крупнейшим источникам СO2 в мире. Энергетически обусловленные выбросы СO2 составляют в среднем около миллиарда тонн в год. Это около 5% всего производимого в мире СO2. Средняя семья из 3 человек в Германии производит в год 32,1 т СO2. Выбросы СO2 можно уменьшить только путем снижения расхода энергии и топлива. Пока энергия добывается путем сжигания ископаемых носителей проблема образования чрезмерного количества углекислого газа будет сохраняться. Поэтому срочно необходим поиск альтернативных источников энергии. Автопромышленность интенсивно работает над решением этой проблемы. Однако бороться с парниковым эффектом можно только в глобальном масштабе. Даже если в пределах ЕС будет достигнут большой прогресс в снижении выбросов углекислого газа, в других странах в ближайшие годы может, напротив, произойти значительный рост количества выбросов. США с большим отрывом лидируют в производстве парниковых газов, как в абсолютном выражении, так и в пересчете на душу населения. Имея долю в населении Земли всего 4,6%, они производят 24% мировых выбросов углекислого газа. Это примерно вдвое больше, чем в Китае, доля которого в населении Земли составляет 20,6%. 130 миллионов автомобилей в США (это меньше 20% от общего числа автомобилей на планете) производят столько же углекислого газа, сколько вся промышленность Японии - четвертой страны в мире по выбросам СО2.

Без дополнительных мер по защите климата глобальные выбросы СО2 вырастут к 2020 году на 39% (относительно 2004 г.) и составят 32,4 млрд т в год. Выбросы углекислого газа в США в ближайшие 15 лет увеличатся на 13% и превысят 6 млрд т. В Китае следует ожидать увеличения выбросов СO2 на 58%, до 5,99 млрд т, а в Индии - на 107%, до 2,29 млрд т. В странах ЕС, напротив, прирост составит лишь около одного процента.

Хайруллин Данил - 6 класс

«Тот, кто не знает математики, не может узнать никакой

другой науки и даже не может обнаружить своего невежества».

Роджер Бэкон

В связи с увеличением количества автомобилей в настоящее время, изучение транспортного фактора загрязнения атмосферы становится актуальным.

Цель этой исследовательской работы - методом простых математических вычислений доказать проблему загрязнения воздуха выхлопными газами в Бик-Утеевском сельском поселении. Выбросы выхлопных газов - основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ в атмосфере и образования смога. В отношении суммарного объема выходящих из глушителя автомобиля выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру - один килограмм сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 килограммов смеси различных газов. Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ.

Основными источниками загрязнения воздуха в моей деревне является автомобили и сельхозмашины, их выхлопные газы. Я думаю, как можно быстрее нужно придумать безвредные виды топлива, например, с использованием солнечной или водной энергии.

Каждый населенный пункт должен иметь зелёную зону, которая должна служить «зелёными лёгкими». Мы знаем, что деревья очищают воздух, поглощая углекислый газ, и выделяет кислород, задерживают пыль (например, тополь).

В данной работе я постаралась путем математических расчетов раскрыть суть проблемы, связанной с загрязнением атмосферного воздуха, выяснить, почему эта проблема является для человечества угрозой номер один.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МБОУ «Бик-Утеевская основная общеобразовательная школа Буинского муниципального района Республики Татарстан»

Примерный расчет

вреда от выхлопных газов

По Бик-Утеевскому Сельскому Поселению

Хайруллин Данил Рифатович,

класс,

Руководитель исследовательской работы :

Салаватуллина Фарида Фидаиловна,

учитель математики
МБОУ «Бик-Утеевская ООШ Буинского м.р. РТ»

2013 год

Введение
Теоритическая часть.
Практическая часть.

3.2. Примерный расчёт выбросов вредных веществ автомобилями.

3.3. Примерный расчёт выбросов вредных веществ тракторным парком ООО СХП «Бола».

4. Заключение.

5. Список литературы.

Введение

«Тот, кто не знает математики,

не может узнать никакой другой науки

и даже не может обнаружить своего невежества»

Роджер Бэкон

16 сентября 1987 года был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Впоследствии по инициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя. 16 сентября этого учебного года в рамках Международного дня озонового слоя в нашей школе прошла республиканская природоохранная акция «Урок чистоты». Акция прошла в форме беседы, в ходе которой мы в доступной форме познакомились с такими понятиями как озон, озоновый слой, с информацией о значении озонового слоя, о причинах его разрушения и методах восстановления. Предполагается множество причин ослабления озонового щита. Во-первых – это запуски космических ракет, сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то думали, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго.

Да, опасность необратимых изменений в природе становится реальной. Ученые бьют тревогу: жизнь на Земле на гране экологической катастрофы. По данным Всемирного союза охраны природы за последние 500 лет полностью вымерло 844 вида животных, а 23 % млекопитающих и 16 % птиц в мире находятся под угрозой вымирания. Ежегодно сжигается 1 млрд тонн топлива, выбрасываются в атмосферу сотни млн. тонн оксидов азота , серы , углерода , часть из них возвращается в виде кислотных дождей , сажи , золы и пыли . Почвы и воды загрязняются промышленными и бытовыми стоками и другими отходами.

Полученные информации заставили меня задуматься: Что же нас ожидает - новые проблемы или безоблачное будущее? Каким будет человечество через 100, 200 лет? Сможет ли человек своим разумом и волей спасти себя самого и нашу планету от нависших над ней угроз? А что конкретно я могу сделать, чтобы спасти нашу планету?

Ведь не только космические корабли и фабричные трубы загрязняют воздух нашей планеты, еще есть автомобили, которые ежедневно выбрасывают в атмосферу по всему миру многочисленные тонны ядовитых газов и паров, продуктов сгорания химических веществ. Значит, автомобиль тоже источник загрязнения окружающей среды? А в связи с увеличением количества автомобилей в настоящее время, изучение транспортного фактора загрязнения атмосферы становится актуальным.

Цель моей исследовательской работы - методом простых математических вычислений доказать проблему загрязнения воздуха выхлопными газами автотранспорта и сельхозмашин Бик-Утеевского сельского поселения.

Для решения поставленной цели я определил следующие задачи:

1. Изучить литературу по данной проблеме.

2. Определить влияния выхлопных газов автотранспорта на здоровье человека и животных.

4. Провести примерный расчет по возможному сокращению загрязнения атмосферы при посадке деревьев.

Методы моих исследований: опросы и анкетирование, математические вычисления при помощи микрокалькулятора, сопоставления данных.

Теоритическая часть.

Сегодня трудно представить себе человеческую цивилизацию без автомобиля. Но то, что машина из блага цивилизации может превратиться в ее бич, человечество стало понимать сравнительно недавно. Автомобили сжигают огромное количество нефтепродуктов, нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом атмосфере.

Из страницы Интернет-сайта Викепедия я узнал следующие понятия. Выхлопные или отходящие газы являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов - основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ в атмосфере и образования смога. В отношении суммарного объема выходящих из глушителя автомобиля выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру - один килограмм сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 килограммов смеси различных газов.

Дальше я изучил примерный состав автомобильных выхлопных газов, названия некоторых я еще не совсем понимаю, но я представляю их %-ное содержание (Таблица №1). В состав выхлопных газов входят и нетоксичные вещества, это - азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ. А токсичные вещества и канцерогены я выделил жирным цветом. Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ (CO).

Таблица №1


N 2 , об.%	74-77	76-78
O 2 , об.%	0,3-8,0	2,0-18,0
H 2 O (пары), об.%	3,0-5,5	0,5-4,0
CO 2 , об.%	0,0-16,0	1,0-10,0
*, об.% (угарный газ)	0,1-5,0	0,01-0,5
Оксиды азота *, об.%	0,0-0,8	0,0002-0,5
Углеводороды *, об.%	0,2-3,0	0,09-0,5
Альдегиды *, об.%	0,0-0,2	0,001-0,009
Сажа **, г/м 3	0,0-0,04	0,01-1,10
Бензпирен -3,4**, г/м 3	10-20·10 −6	10×10 −6

Оказывается длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма - иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, бронхита, пневмонии, рака лёгких. Также выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга, могут возникнуть различные нарушения сердечно-сосудистой системы. Учеными замечено, что собаки, кошки, другие мелкие животные подвержены больше риску, так как выхлопные трубы автомобилей расположены на небольшом расстоянии от земли и первыми, кто получает свою долю выхлопа, становятся именно братья наши меньшие.

Практическая часть.

3.1.Сбор и обработка информации.

Для достижения поставленной цели я обратился в Бик-Утеевский Сельский Совет с просьбой предоставить информацию о количестве жителей и автотранспорта. По данным Сельского Совета на начало года в Бик-Утеевском Сельском поселении зарегистрировано 517 человек, в том числе дети дошкольного возраста 38, 132 пенсионера старше 70 лет; 72 легковых автомобиля различных марок. Значит, каждый седьмой житель имеет личное транспортное средство.

Во-вторых, я о братился в бухгалтерию ООО СХП «Бола» с просьбой оказать содействие в расчёте содержания выхлопов отработанных газов при сельхоз работах. Полученные данные я внес в таблицу№2.

Таблица №2

п/п	Наименование транспортного средства	Вид двигателя	Количество, шт	Отработано за 1 год
				Км. пробега	Эталон гектар
	Грузовые автомобили различных марок	Дизельный		202 590
		Бензиновый		296 126
	Колесные трактора различных марок	Дизельный			1748
	Гусеничные трактора различных марок	Дизельный			1163
	Зерноуборочные комбайны различных марок	Дизельный
	Кормоуборочные комбайны	Дизельный

В-третьих, я провел опрос своих сверстников и учителей школы, которым задал следующие вопросы:

Есть ли у вас, автомобиль?
Какой вид топлива он использует?
Средний пробег автомобиля за год?

В опросе участвовали 20 человек. В результате я получил следующие данные:

Таблица № 3

№ анкеты	Вопрос № 1	Вопрос № 2	Вопрос № 3	№ анкеты	Вопрос № 1	Вопрос № 2	Вопрос № 3
	Да	бензин	48100		Да	бензин	30800
	Да	бензин	8900		Да	бензин	28000
	Да	бензин	15000		Да	бензин	45000
	нет				Да	бензин	20000
	Да	бензин	32000		да	бензин	22000
	Да	бензин	30100		Да	бензин	18000
	Да	бензин	7500		Да	бензин	17000
	Да	бензин	23000		Да	бензин	21000
	нет				Да	бензин	17000
	Да	бензин	35000		Да	бензин	13500

Из 20 анкетированных 18 имеют автомобили. Средний пробег одного автомобиля за один год примерно 26600 км. Основной вид топлива – бензин.

Дальше я произвел математические расчеты. При расчетах воспользовался методическими указаниями для выполнения расчетно-практических работ при расчете вредных выбросов.

К выбрасываемым автотранспортом вредным веществам относятся угарный газ, углеводороды и оксиды азота.

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчётным методом. Исходными данными для расчёта являются:

Общий пробег автотранспорта за год;

Нормы расхода топлива транспортом;

Таблица №4

Значение коэффициента, определяющий выброс вредных веществ от автотранспорта, в зависимости от вида горючего приведены в табл. 5.

Таблица №5

Коэффициент численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента в литрах при сгорании в двигателе автомашины количества топлива (в литрах), необходимого для проезда 1 км.

3.2 Расчёт выбросов вредных веществ автомобилями.

Расчет расхода топлива я внес в таблицу №6.

Тип транспорта	К-во автом обилей, шт	Средний пробег в год, км.	Всего пробег, км	Расход топлива на 1 км, литр
Легковой автомобиль		26600	1915200	0,12	229864
			296126		88838
			202590	0,35	70906

Затем я рассчитал количество выделившихся вредных веществ от автотранспорта и внес в таблицу №7 .

Тип транспорта	Всего расход топлива за год, литр	Суммарное количество вредных веществ на 1 литр, литр	Всего суммарное количество вредных веществ, литр
Легковой автомобиль	229864	0,74	170099
Грузовой автомобиль с бензиновым двигателем	88838	0,74	65740
Дизельный грузовой автомобиль	70906	0,17	12054
Итого			274893

Полученные цифры испугали меня, неужели так много? Тут учительница мне объяснила: « Давай разберёмся, ни в коем случае нельзя путать. Для жидкости это довольно большое число. А для газа нет? В газах расстояние между молекулами много больше размеров самих молекул. Газ можно сжать так, что его объем уменьшится в несколько раз. Если представить что-то более плотное, то объём сократится в десятки и сотни раз. Постарайся рассеять иллюзии».

Расчёт выбросов вредных веществ тракторным парком ООО СХП «Бола».

В хозяйстве за один год всего отработано 3930 эталон гектар, потрачено 27510 кг топлива. При расчетах необходимо учитывать мощность двигателя и виды работы, поэтому я взял приблизительные величины.

	Массовый выброс загрязняющих веществ	Всего
	угарный	Оксиды азота	Углеводороды
г/кг		48.8	0.17
Кг на 3930 эт.га	117.9	9359		9598.4

Итак, я рассчитал примерное количество выбросов вредных веществ в воздух от транспорта в моем сельском поселении за один год. Много это или мало. В масштабах моей деревни, наверное, мало, а если эти цифры перевести в крупные города, где кроме автотранспорта есть еще промышленные отходы, получится огромная цифра.

3.4. Примерный расчет по возможному сокращению загрязнения атмосферы при посадке деревьев.

При своих расследованиях я обнаружил следующий факты: за лето одно взрослое дерево может очистить воздух от 20-30, а некоторые породы даже от 50 кг вредных веществ и пыли. Одним из самых лучших пород является тополь. Именно он лучше всех других деревьев справляется с выхлопными газами. Я посчитал, вдоль дорог в моем сельском поселении около 40 км лесопосадки, это 25000 деревьев.

В сельском поселении всего работоспособного населения 517 - (38+132) = 347 человек. Если каждый человек от 7 до 70 лет посадит каждый год одно дерево, то мы поможем природе очистится от 10 тонн вредных веществ и пыли.

Заключение

В данной работе я постаралась путем математических расчетов раскрыть суть проблемы, связанный с загрязнением атмосферного воздуха, выяснить, почему эта проблема является для человечества угрозой номер один. В заключении хочу сказать, что в ходе работы я узнал много нового и могу сделать следующие выводы:

Без математических знаний представить об угрожающих масштабах воздействия человека на окружающую среду нельзя представить.
Основными источниками загрязнения воздуха в моей деревне является автомобильный транспорт и их выхлопные газы. Я думаю, как можно быстрее нужно придумать безвредные виды топлива, например, с использованием солнечной или водной энергии.
Каждый населенный пункт должен иметь зелёную зону, которая должна служить «зелёными лёгкими». Мы знаем, что деревья очищают воздух, поглощая углекислый газ, и выделяет кислород, задерживают пыль (например, тополь). Данная информация для меня является не маловажной.

Своими выводами я поделился со своими сверстниками и учителями.

Список литературы:

Методические указания к выполнению расчетно-практической работы. Уч.-изд. Издательство Архангельского государственного технического университета, 2004г
Методические указания по расчету выброса вредных веществ автомобильным транспортом. Москва. Гидрометиздат. 2005 г.
http://ru.wikipedia.org/wiki/
Казанцева Л.К., Тагаева Т.О. Современная экологическая ситуация в России // ЭКО. – 2005.
Задачи: 1 . Изучить литературу по данной проблеме. 2 . Определить влияния выхлопных газов автотранспорта на здоровье человека и животных. 3 . Рассчитать примерное количество выбросов вредных веществ в воздух от транспорта в моем сельском поселении. 4 . Провести примерный расчет по возможному сокращению загрязнения атмосферы при посадке деревьев.
Сегодня трудно представить себе человеческую цивилизацию без автомобиля Выбросы выхлопных газов - основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ в атмосфере и образования смога. В отношении суммарного объема выходящих из глушителя автомобиля выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру - один килограмм сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 килограммов смеси различных газов. килограммов смеси различных газов.
П римерный состав автомобильных выхлопных газов Бензиновые двигатели Дизели N 2 , об.% 74-77 76-78 O 2 , об.% 0,3-8,0 2,0-18,0 H 2 O (пары), об.% 3,0-5,5 0,5-4,0 CO 2 , об.% 0,0-16,0 1,0-10,0 CO *, об.% (угарный газ) 0,1-5,0 0,01-0,5 Оксиды азота *, об.% 0,0-0,8 0,0002-0,5 Углеводороды *, об.% 0,2-3,0 0,09-0,5 Альдегиды *, об.% 0,0-0,2 0,001-0,009 Сажа **, г/м 3 0,0-0,04 0,01-1,10 Бензпирен -3,4**, г/м 3 10-20·10 −6 10×10 −6
Выхлопные газы - причина различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, бронхита, пневмонии, рака лёгких. Также выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга, могут возникнуть различные нарушения сердечно-сосудистой системы.
Учеными замечено, что собаки, кошки, другие мелкие животные подвержены больше риску, так как выхлопные трубы автомобилей расположены на небольшом расстоянии от земли и первыми, кто получает свою долю выхлопа, становятся именно братья наши меньшие.
Сбор и обработка информации По данным Сельского Совета на начало года в Бик-Утеевском сельском поселении зарегистрировано 517 человек, в том числе дети дошкольного возраста 38, 132 пенсионера старше 70 лет; 72 легковых автомобиля различных марок. Значит, каждый седьмой житель имеет личное транспортное средство.
в бухгалтерию ООО СХП «Бола» получил следующие данные: Сбор и обработка информации № п/п Наименование транспортного средства Вид двигателя Количество, шт Отработано за 1 год Км. пробега Эталон гектар 1. Грузовые автомобили различных марок Дизельный 4 202 590 Бензиновый 8 296 126 2. Колесные трактора различных марок Дизельный 12 1748 3. Гусеничные трактора различных марок Дизельный 17 1163 4. Зерноуборочные комбайны различных марок Дизельный 7 608 5. Кормоуборочные комбайны Дизельный 3 411
Сбор и обработка информации Опросил сверстников и учителей школы, которым задал следующие вопросы: Есть ли у вас, автомобиль? Какой вид топлива он использует? Средний пробег автомобиля за год? Результат: Из 20 анкетированных 18 имеют автомобили. Средний пробег одного автомобиля за один год примерно 26600 км. Основной вид топлива – бензин.
Расчёт выбросов вредных веществ автомобилями Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчётным методом. Исходными данными для расчёта являются: - общий пробег автотранспорта за год; - нормы расхода топлива транспортом; - значение коэффициента, определяющий выброс вредных веществ от автотранспорта, в зависимости от вида горючего.
Расчет расхода топлива Значения коэффициента, определяющие выброс вредных веществ от автотранспорта Вид топлива Угарный газ Углеводороды Диоксид азота Бензин 0,6 0,1 0,04 Дизельное топливо 0,1 0,03 0,04 Тип транспорта К-во автом обилей, шт Средний пробег в год, км. Всего пробег, км Расход топлива на 1 км, литр Всего расход топлива за год, литр Легковой автомобиль 72 26600 1915200 0,12 229864 Грузовой автомобиль с бензиновым двигателем 8 296126 0,3 88838 Дизельный грузовой автомобиль 4 202590 0,35 70906
Расчёт выбросов вредных веществ автомобилями Тип транспорта Всего расход топлива за год, литр Суммарное количество вредных веществ на 1 литр, литр Всего суммарное количество вредных веществ, литр Легковой автомобиль 229864 0,74 170099 Грузовой автомобиль с бензиновым двигателем 88838 0,74 65740 Дизельный грузовой автомобиль 70906 0,17 12054 Итого 274893
Расчёт выбросов вредных веществ тракторным парком ООО СХП «Бола » В хозяйстве за один год всего отработано 3930 эталон гектар, потрачено 27510 кг топлива. При расчетах необходимо учитывать мощность двигателя и виды работы.
Расчёт выбросов вредных веществ тракторным парком ООО СХП «Бола» Массовый выброс загрязняющих веществ Всего Угарный газ Оксиды азота Углеводороды г/кг 30 48.8 0.17 кг на 3930 эт.га 117.9 9359 3.5 9598.4
Примерный расчет по возможному сокращению загрязнения атмосферы при посадке деревьев За лето одно взрослое дерево может очистить воздух от 20-30, а некоторые породы даже от 50 кг вредных веществ и пыли. Одним из самых лучших пород является тополь. В сельском поселении всего работоспособного населения 347 человек. Если каждый человек от 7 до 70 лет посадит одно дерево, то мы поможем природе очистится от 10 тонн вредных веществ и пыли.
Выводы 1. Без математических знаний представить об угрожающих масштабах воздействия человека на окружающую среду нельзя представить. 2. Основными источниками загрязнения воздуха в моей деревне является автомобильный транспорт и сельхозмашины, их выхлопные газы. 3. Каждый населенный пункт должен иметь зелёную зону. Мы знаем, что деревья очищают воздух, поглощая углекислый газ, и выделяет кислород, задерживают пыль (например, тополь).

Сейчас, благодаря СМИ, под пристальным вниманием общественности находится Планеты, а именно ее насыщение и загрязнение выхлопными газами автомобилей. Особенно внимательно люди отслеживают и обсуждают такой растиражированный в прессе побочный результат повсеместной автомобилизации как «парниковый эффект» и вред выхлопных газов дизельных автомобилей.

Однако, как известно выхлопные газы, выхлопным газам - рознь, несмотря на то, что все они опасны для организма человека и других форм жизни на Земле. Так что делает их опасными? И что отличает их друг от друга? Посмотрим под микроскопом из чего состоит сизый смог вылетающий из выхлопной трубы. Углекислый газ, копоть, оксид азота и некоторые другие не менее опасные элементы.

Ученные отмечают, что экологическая обстановка во многих промышленно развитых и развивающихся странах значительной улучшилась за последние 25 лет. В основном это связано с постепенным, но неминуемым ужесточением экологических норм, а также переносом производств на другие континенты и в другие страны, в том числе в Восточную Азию. В России, Украине, и других странах СНГ, большое количество предприятий было закрыто из-за политических и экономических потрясений, что с одной стороны создало чрезвычайно сложную социально-экономическую обстановку, но в значительной мере улучшило экологические показатели этих стран.

Тем не менее, по данным ученных-исследователей, наибольшую опасность для нашей зеленой планеты представляют именно автомобили. Даже при поэтапном ужесточении норм выбросов вредных веществ в атмосферу, в связи с ростом количества автомобилей, результаты этой работы, увы, нивелируются.

Если сегментировать общую массу разнообразных транспортных средств присутствующих сейчас на планете, наиболее грязными остаются , особенно опасны автомобили с данным типом топлива превышением по оксиду азота. Несмотря на десятилетия разработок и заверения автопроизводителей о том, что они смогут сделать дизели чище, оксид азота и мелкие частицы сажи по-прежнему остаются главными врагами дизеля.

Именно в связи с данными проблемами, связанными с использованием дизельных двигателей, такие крупные немецкие города, как Штутгарт и Мюнхен в настоящее время обсуждают запрет на использование автомобилей, работающих на тяжелом топливе.

Вот исчерпывающий список вредных веществ, входящих в выхлопные газы и вред, наносимый здоровью человека при их вдыхании

Выхлопные газы

Отходящие газы - это газообразные отходы, возникающие в процессе преобразования жидкого углеводородного топлива в энергию на которой работает ДВС путем сгорания.

Бензол

Бензол содержится в небольших количествах в бензине. Бесцветная, прозрачная, легко подвижная жидкость.

Как только вы заполняете бак своего автомобиля бензином, первое с первым опасным для здоровья веществом, с которым вы будете контактировать, - это именно бензол, испаряющийся из бака. Но наиболее опасен бензол при сгорании топлива.

Бензол является одним из тех веществ, которые могут вызывать рак у человека. Тем не менее, решающее сокращение в воздухе опасного бензола было достигнуто много лет назад с помощью трехходового катализатора.

Мелкая пыль (твердые частицы)

Этот загрязнитель воздуха является неопределенным веществом. Лучше сказать, что это комплексная смесь веществ, которая может отличаться по происхождению, форме и своему химическому составу.

В автомобилях сверхмелкий абразив присутствует в любых формах эксплуатации, скажем, при износе шин и тормозных дисков. Но наибольшую опасность представляет сажа . Ранее этим неприятным моментом в эксплуатации страдали исключительно дизельные двигатели. Благодаря установке фильтров твердых частиц ситуация значительно улучшилась.

Теперь схожая проблема появилась и бензиновых моделей, поскольку они все чаще используют системы прямого впрыска топлива, что приводит к побочному производству еще более мелких твердых частиц, чем у дизельных двигателей.

Однако, по данным ученных исследующих природу проблемы, всего 15% мелкой пыли, осаждающейся в легких, производят автомобили, источником опасного явления может быть любая деятельность человека, от сельского хозяйства, до лазерных принтеров, каминов и конечно же сигарет.

Здоровье жителей мегаполисов

Фактическая нагрузка на организм человека от выхлопных газов зависит от объема трафика и погодных условий. Тот, кто живет на оживленной улице, подвергается воздействию оксидов азота или мелкой пыли значительно сильнее.

Выхлопные газы не одинаково опасны для всех жителей. Здоровые люди практически никак не почувствуют «газовую атаку», хотя интенсивность нагрузки от этого не снизиться, а вот состояние здоровья астматика или человека с сердечно-сосудистыми заболеваниями может значительно ухудшиться ввиду наличия выхлопных газов.

Углекислый газ (CO2)

Вредный для всего климата планеты газ неизбежно возникает при сжигании ископаемых видов топлива, таких как дизельное топливо или бензин. С точки зрения CO2 дизельные двигатели немного “чище”, чем бензиновые, потому что они в основном потребляют меньше топлива.

Для человека CO2 безвреден, но не является таковым для природы. Парниковый газ CO2 отвечает за большую часть глобального потепления. По данным Федерального Министерства окружающей среды Германии, в 2015 году доля углекислого газа в общем объеме выбросов парниковых газов составила 87,8 процента.

С 1990 года выбросы углекислого газа почти непрерывно сокращаются, в общей сложности уменьшившись на 24,3 процента. Однако, несмотря на производство все более экономичных двигателей, рост автомобилизации и увеличение грузового движения нивелирует попытки ученных и инженеров уменьшить вред. Ввиду чего выбросы углекислого газа остаются на высоком уровне.

Кстати: весь автотранспорт, скажем, Германии несет ответственность “только” за 18 процентов выбросов CO2. Более чем в два раза больше, 37 процентов, уходит на выбросы энергетики. В США картина противоположенная, там наиболее серьезный урон природе наносят именно автомобили.

Окись углерода (Co, угарный газ)

Чрезвычайно опасный побочный продукт горения. Монооксид углерода представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Соединение углерода и кислорода возникает при неполном сжигании углеродсодержащих веществ и является крайне опасным ядом. Поэтому качественная вентиляция в гаражах и подземных паркингах имеет важное значение для жизни их пользователей.

Даже небольшое количество окиси углерода приводит к повреждению организма, несколько минут проведенных в плохо проветриваемом гараже с работающим автомобилем может убить человека. Будьте предельно осторожны! Не прогревайте в закрытых боксах и помещениях без вентиляции!

Но насколько опасен оксид углерода на открытом воздухе? Проведённый в Баварии эксперимент показал, что в 2016 году средние значения, показанные измерительными станциями, оказались между 0,9-2,4 мг/м 3 , оказались значительно ниже предельных показателей.

Озон

Для обывателя озон не является каким-то опасным или токсичным газом. Однако, в реальности это не так.

Под воздействием солнечного света углеводороды и окись азота превращается в озон. Через дыхательные пути озон попадает в организм и приводит к повреждению клеток. Последствия, влияния озона: местное воспаление дыхательных путей, кашель и одышка. При небольших объемах озона никаких проблем с последующим восстановлением клеток организма не возникнет, но при больших концентрациях этот безобидный с виду газ может спокойно убить здорового человека. Не зря в России этот газ отнесен к самому высокому классу опасности.

С изменением климата повышается риск появления высоких концентраций озона. Ученые считают, что к 2050 году озоновая нагрузка должна резко возрасти. Для решения проблемы, окислы азота, выбрасываемые транспортом должны быть значительно сокращены. Кроме того, факторов влияния на распространение озона достаточно много, например, растворители в красках и лаках также активно способствуют возникновению проблемы.

Двуокись серы (SO2)

Это загрязняющее вещество возникает при сжигании в топливе серы. Она относится к классическим атмосферным загрязнителям, возникающим при процессе горения, на электростанциях и в промышленности. SO2 является одним из самых главных «ингредиентов» загрязняющих веществ образующих смог, также называемый “Лондон смог”.

В атмосфере диоксид серы подвергается ряду процессов преобразования, в результате чего могут возникнуть серная кислота, сульфиты и сульфаты. SO2 действует в первую очередь на слизистые оболочки глаза и верхних дыхательных путей. Что касается окружающей среды, диоксид серы может повреждать растения и вызывать окисление почвы.

Оксиды Азота (NOx)

Оксиды азота образуются, главным образом, в процессе сгорания в двигателях внутреннего сгорания. Дизельные автомобили считаются основным источником. Введение катализаторов и сажевых фильтров продолжает увеличиваться, так что выбросы будут заметно снижаться, но произойдет это только в будущем.

Образование токсичных веществ – продуктов неполного сгорания и окислов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования окислов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (С Х H Y), окислы азота (NO X), альдегиды и сажу. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% С Х H Y и 98% NO X , картерные газы по – 5% С Х H Y , 2% NO X , а топливные испарения – до 40% С Х H Y . В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О 2 , О 3 , С, СО, СО 2 , СН 4 , C n H m , C n H m О, NO, NO 2 , N, N 2 , NH 3 , HNO 3 , HCN, H, H 2 , OH, H 2 O.

Вредные токсичные выбросы можно разделить на регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NO X , C X H Y , R X CHO, SO 2 , сажа, дым. СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО 2 на СО и О 2 при высоких температурах.

NO X (оксиды азота) – самый токсичный газ из ОГ.

N – инертный газ при нормальных условиях. Активно реагирует с кислородом при высоких температурах.

Выброс с ОГ зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно увеличивается выброс оксидов азота.

Гидроводороды (С x Н y) – этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. ОГ содержат около 200 разных гидроводородов.

В дизельных двигателях С x Н y образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.

ДВС выбрасывает большее количество С x Н y , когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.

Дым – непрозрачный газ. Дым может быть белым, синим, черным. Цвет зависит от состояния ОГ.

Белый и синий дым – это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации.

Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

Синий дым бывает от масла. Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива. Черный дым состоит из сажи. Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность.

Сажа – представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3... 100 мкм.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом. Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.

SO 2 (оксид серы) – образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания. SO 2 ,H 2 S – очень опасны для растительности.

Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87% общей эмиссии свинца по различным оценкам. РЬО (оксиды свинца) – возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин. При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5... 0,85 кг оксидов свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта – отказ от использования этилированных бензинов.

Альдегиды (R x CHO) – образуются, когда топливо сжигается при низких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра. При сжигании топлива при высоких температурах эти альдегиды исчезают.

Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1)ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65%); 2)картерные газы (20%); 3)углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15%).