Вихлопні гази
У Євросоюзі дозволений рівень шкідливих речовину вихлопі залежить від віку автомобіля. Якщо рік випуску автомобіля раніше ніж 1978, то немає якихось фіксованих обмежень, існує лише одна вимога, щоб не було видимого диму, що виходить з вихлопної труби. Якщо машина 1979-1986 року випуску, то максимальний ліміт шкідливих речовин, що виділяються нею, вимірюваних на холостому ходу такий: CO - менше, ніж 4,5%, СH - 100 ppm. Кисень має бути меншим ніж 5%. Останній показник зазвичай використовується для підтвердження того, що нічого незаконного для зниження рівня CO із системами автомобіля зроблено не було. З 1986 по 1990 рік у більшості країн вимоги стали вищими: CO - 3,5%, CH - 600 ppm. З 1991 були встановлені нові правила щодо автомобілів, обладнаних каталітичним допалювачем вихлопних газів. Зараз рівень шкідливих вихлопів автомобіля вимірюють двома способами: на холостому ходу та на 2500 оборотах двигуна за хвилину. За допомогою каталітичного випалювача вихлопних газів рівень шкідливих вихлопів набагато скоротився, з цієї причини показники обмежень шкідливих вихлопів теж зменшилися. На холостому ході рівень CO повинен бути не більше 0,5%, а СН не більше 100 ppm. У цей час так званий коефіцієнт надлишку повітря альфа обчислюється математично і може бути між 0,91 - 1,03. Також рівень кисню повинен бути меншим ніж 0,5% і контрольний рівень CO 2 повинен бути меншим за 16.
Власники нових машин не мають проблем із отриманням дозволу на використання їхнього транспорту. Хоча, наприклад, у Фінляндії середній вік легкового автомобіля становить 105 років. Але коли автомобіль має значний пробіг та вік, при проходженні тесту на шкідливість вихлопу він може бути відправлений на ремонт.
Дуже часто ці проблеми трапляються у старих автомобілів, коли двигун уже має значний пробіг і втратив свою колишню міць. Найчастіше власники не помічають, що їхній автомобіль уже втратив потужність.
Кількість відхідних газів автомобілів
В основному визначається масовою витратоюпалива автомобілями. Витрата на відстані нормується і зазвичай вказується виробниками (одна зі споживчих характеристик). Щодо сумарного обсягу вихлопних газів, що виходять з глушника, приблизно можна орієнтуватися на таку цифру - один літр бензину, що спалюється, призводить до утворення приблизно 16 кубометрів або 16000 літрів суміші різних газів. На підставі цих даних можна судити приблизну кількість шкідливих домішок, що викидаються в атмосферу, але тут є невелика проблема. Ми можемо визначити лише кількість різних газів, що вилітає при спалюванні певної кількості літрів палива, але ніяк при жодному вихлопі, і тим більше за проміжок часу (година, день, місяць і т.д.). Тому судити про кількість газів, що викидаються в атмосферу щогодини, ми не можемо в принципі. Ніде не встановлено, що всі машини в день проїжджають певну кількість кілометрів з однією швидкістю. А шукати якесь середнє число - значить, обманювати себе, тому що дані можуть бути не тільки сильно наближеними, а й зовсім хибними.
Таблиця №1. Витрата палива у машин різних марок
K - карбюраторний двигун
i - інжекторний двигун
D - дизельний двигун
густина бензину при +20С коливається від 0,69 до 0,81 г/смі
густина дизельного палива при +20С за ГОСТ 305-82 не більше 0,86 г/смі
Таблиця №2. Склад автомобільних вихлопних газів
Вихлопні гази (або гази, що відпрацювали) - основне джерело токсичних речовин двигуна внутрішнього згоряння- це неоднорідна суміш різних газоподібних речовинз різноманітними хімічними та фізичними властивостями, що складається з продуктів повного та неповного згоряння палива, що надходять із циліндрів двигунів у його випускну систему. У своєму складі вони містять близько 300 речовин, більшість із яких токсичні. Основними нормованими токсичними компонентами вихлопних газів двигунів є оксиди вуглецю, азоту та вуглеводні. Крім того, з вихлопними газамив атмосферу надходять граничні та ненасичені вуглеводні, альдегіди, канцерогенні речовини, сажа та інші компоненти. Приблизний склад вихлопних газів представлений у таблиці 1. При роботі двигуна на етильованому бензині у складі вихлопних газів є свинець, а у двигунів, що працюють на дизельному паливі - сажа. Тепер спробуємо з'ясувати, чим небезпечний кожен вихлоп, і яка кількість газів, що вириваються з вихлопної труби.
Оксид вуглецю (CO - чадний газ)
Прозорий, що не має запаху отруйний газ, трохи легше за повітря, погано розчинний у воді. Оксид вуглецю - продукт неповного згоряння палива, що на повітрі горить синім полум'ям із заснуванням діоксиду вуглецю (вуглекислого газу). Якщо його вміст велике, двигун витрачає занадто багато палива та олії з картера.
У камері згоряння двигуна CO утворюється при незадовільному розпилюванні палива, в результаті холоднопламенних реакцій, при згоранні палива з нестачею кисню, а також внаслідок дисоціації діоксиду вуглецю при високих температурах. При цьому процес вигоряння CO продовжується і у випускному трубопроводі.
Слід зазначити, що з експлуатації дизелів концентрація CO у вихлопних газах невелика (приблизно 0,1-0,2%), тому, зазвичай, концентрацію CO визначають для бензинових двигунів. У середньому машини при спалюванні літра бензину викидають у повітря близько 800 літрів вуглекислого газу.
Оксиди азоту (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, надалі - NOx)
Оксиди азоту є одними з найбільш токсичних компонентів газів, що відпрацювали. За нормальних атмосферних умов азот є дуже інертним газом. При високих тисках і особливо температурах азот активно входить у реакцію з киснем. У вихлопних газах двигунів понад 90% усієї кількості NОx становить оксид азоту NO, який ще в системі випуску, а потім і в атмосфері легко окислюється в діоксид (NO 2).
Оксиди азоту дратівливо впливають на слизові оболонки очей, носа, руйнують легкі людини, оскільки під час руху дихальним трактом вони взаємодіють із вологою верхніх дихальних шляхів, утворюючи азотну і азотисту кислоти. Як правило, отруєння організму людини NОx проявляється не відразу, а поступово, причому якихось нейтралізуючих засобів немає. При спалюванні літра бензину із вихлопної труби викидається приблизно 128 л оксидів азоту.
Закис азоту (N 2 O – геміоксид, що веселить газ) – газ з приємним запахом, добре розчинний у воді. Має наркотичну дію.
NO 2 (діоксид) - блідо-жовта рідина, що бере участь у освіті смогу. Діоксид азоту використовується як окислювач у ракетному паливі. Вважається, що для організму людини оксиди азоту приблизно в 10 разів небезпечніші за CO, а при обліку вторинних перетворень - у 40 разів.
Оксиди азоту становлять небезпеку для листя рослин. Встановлено, що їхній безпосередній токсичний вплив на рослини проявляється при концентрації Nox у повітрі в межах 0,5-6,0 мг/м 3 . Азотна кислота викликає сильну корозію вуглецевих сталей.
На величину викиду оксидів азоту значно впливає температура в камері згоряння. Так, у разі підвищення температури від 2500 до 2700 До швидкість реакції збільшується в 2,6 разу, а при зменшенні від 2500 до 2300 К - зменшується в 8 разів, тобто. що температура, то вище концентрація NOx. Раннє уприскування палива або високий тискСтиснення в камері згоряння також сприяють утворенню NOx. Чим вища концентрація кисню, тим вища концентрація оксидів азоту.
Вуглеводні (CnHm - етан, метан, етилен, бензол, пропан, ацетилен та ін.)
Вуглеводні - органічні сполуки, молекули яких побудовані лише з атомів вуглецю та водню, є токсичними речовинами. У вихлопних газах міститься більше 200 різних CH, які діляться на аліфатичні (з відкритим або закритим ланцюгом) і містять бензольне або ароматичне кільце. Ароматичні вуглеводні містять у молекулі один або кілька циклів із 6 атомів вуглецю, з'єднаних між собою простими або подвійними зв'язками (бензол, нафталін, антрацен та ін.). Мають приємний запах. Вимірюється його кількість в умовній одиниці ppm (у частинок на мільйон). Отже, навіть незначне збільшення ефективності згоряння може мати великий вплив на його рівень. Зазвичай, надзвичайно високий рівеньВуглеводень є проблемою не тільки господарів машин, а й механіків.
Наявність CH у відпрацьованих газах двигунів пояснюється тим, що суміш у камері згоряння є неоднорідною, тому у стінок, у перезбагачених зонах, відбувається гасіння полум'я та обрив ланцюгових реакцій. Існують кілька факторів, що впливають на кількість вуглеводню у вихлопних газах. Герметичність клапанів, їх чистота та регулювання моменту запалювання, всі вони однаково важливі. Не тільки регулювання моменту запалювання, але й поточна сила згоряння, все, що впливає на згоряння, має велике значення в обмеженні кількості вуглеводнів у вихлопних газах. Приблизна кількість вуглеводню, що утворюється при згорянні літра бензину - 400-450л.
Когось ці цифри можуть злякати, але давайте розберемося: літри - це міра об'єму, і в жодному разі не можна плутати ці цифри з рідиною, адже 800 літрів - досить велика кількість для рідини. А для газу? Газ є речовиною, у якої молекули в кілька сотень і тисяч разів менші за відстань між ними. Якщо уявити щось щільніше, то обсяг скоротиться в десятки та сотні разів. А тепер уважно - літр бензину, при спалюванні якого і виробляється цей обсяг, витрачається для подолання відстані 10 км. Постараємося розсіяти більшість ілюзій - це не таке сильне забруднення, просто в момент вихлопу виділяється неприємний запах, і нам здається, що повітря навколо навколо різко змінився. Але на нашому одязі навіть осаду ніякого не лишилося.
Основними джерелами викидів автомобіля є двигун внутрішнього згоряння, випаровування палива через систему вентиляції. паливного бака, а також ходова частина: в результаті тертя шин дорожне покриття, зносу гальмівних колодок та корозії металевих деталей незалежно від викидів двигуна утворюються частинки дрібнодисперсного пилу. При ерозії каталізатора виділяються платина, паладій і родій, а при зносі накладок зчеплення також виділяються токсичні речовини, такі як свинець, мідь та сурма. Для цих вторинних викидів автомобілів також мають бути встановлені граничні значення.
Шкідливі речовини
Мал. Склад вихлопних газів
Склад відпрацьованих (вихлопних) газів автомобіля включає множину речовин або груп речовин. Переважною частиною компонентів ОГ є неотруйні гази, що містяться в звичайному повітрі. Як показано на малюнку, лише невелика частина ОГ є шкідливою для довкіллята здоров'я людей. Незважаючи на це, потрібне подальше зниження концентрації токсичних компонентів ОГ. Хоча сучасні автомобілі сьогодні дають дуже чистий вихлоп (у автомобілів Євро-5 він у деяких аспектах навіть чистіше всмоктуваного повітря), величезна кількість експлуатованих автомобілів, яких тільки в Німеччині налічується близько 56 млн одиниць, викидає значну кількість отруйних та шкідливих для здоров'я речовин. Виправити ситуацію покликані нові технології та запровадження більш жорстких вимог до екологічності ОГ.
Оксид вуглецю (СО)
Оксид вуглецю(чадний газ) СО - газ без кольору та запаху. Це отрута для дихальної системи, що порушує функцію центральної нервової та серцево-судинної систем. У людському організмі він пов'язує червоні кров'яні тільця та викликає кисневе голодування, яке за короткий час призводить до смерті від ядухи. Вже при концентрації повітря 0,3% за обсягом чадний газ у дуже короткий час вбиває людину. Дія залежить від концентрації ЗІ в повітрі, від тривалості та глибини вдихання. Лише серед з нульової концентрацією СО може бути виведено з організму через легкі.
Оксид вуглецю завжди виникає при нестачі кисню та при неповному згорянні.
Вуглеводні (СН)
Вуглеводні викидаються в атмосферу у вигляді незгорілого палива. Вони мають подразнюючу дію на слизові оболонки та органи дихання людини. Подальша оптимізація робочого процесу двигуна можлива лише шляхом удосконалення виробничих технологій та поглиблення знань про процеси згоряння.
Вуглеводневі сполуки виникають у вигляді парафінів, олефінів, ароматів, альдегідів (особливо формальдегідів) та поліциклічних сполук. Експериментально доведено канцерогенні та мутагенні властивості понад 20 поліциклічних ароматичних вуглеводнів, які в силу свого малого розміру здатні проникати до легеневих бульбашок. Найнебезпечнішими вуглеводневими сполуками вважаються бензол (С6Н6), толуол (метилбензол) та ксилол (диметилбензол, загальна формулаС6Н4 (СН3)2). Наприклад, бензол може викликати в людини зміни картини крові та призвести до виникнення раку крові (лейкемії).
Причиною викиду вуглеводнів в атмосферу завжди є неповне згоряння палива, нестача кисню, а при дуже збідненій суміші - надто повільне згоряння палива.
Окиси азоту (NOх)
При високій температурі згоряння (більше 1100°С) реакційно інертний азот, що міститься в повітрі, активується і вступає в реакції з вільним киснем в камері згоряння, утворюючи оксиди. Вони дуже шкідливі для довкілля: стають причинами утворення смогу, загибелі лісів, випадання кислотних дощів; також оксиди азоту є перехідними речовинами для утворення озону. Вони – отрута для крові, викликають рак. У процесі згоряння виникають різні оксиди азоту - NO, NO2, N2O, N2O5 - мають загальне позначення NOx. При з'єднанні з водою виникають азотна (HNO3) і азотиста (HNO2) кислоти. Діоксид азоту (NO2) - червоно-коричневий отруйний газ з їдким запахом, що подразнює органи дихання та утворює сполуки з гемоглобіном крові.
Це найбільш проблематичний з усіх оксидів азоту і в перспективі для нього діятимуть окремі норми допустимої концентрації. Частка NO2 у загальних викидах оксидів азоту у майбутньому повинна становити менше 20%. У директиві 1999/30/EG з 2010 року гранично допустима концентрація N02 встановлена на рівні 40 мкг/м. Дотримання цієї граничної концентрації висуває особливі вимоги до захисту від шкідливих викидів.
Найсприятливіші умови для утворення оксидів азоту - висока температура згоряння збідненої паливоповітряної суміші. Системи рециркуляції ОГ дозволяють знизити частку оксидів азоту у вихлопі автомобілів.
Оксиди сірки (SOx)
Оксиди сірки утворюються з сірки, що міститься в паливі. У процесі згоряння сірка реагує з киснем та водою, утворюючи оксиди сірки, сірчану (H2SO4) та сірчисту (H2SO3) кислоти. Оксид сірки – основна складова кислотних дощів та причина загибелі лісів. Це водорозчинний їдкий газ, вплив якого на організм людини проявляється у почервонінні, опуханні та посиленні секреції вологих слизових оболонок очей та верхніх дихальних шляхів. Діоксид сірки впливає на слизові носоглотки, бронхів та очей. Найчастіше місцем «атаки» діоксиду сірки є бронхи. Сильне подразнення на дихальні шляхи пояснюється утворенням сірчистої кислоти у вологому середовищі. Вглиб дихальних шляхів потрапляють зважений у дрібнодисперсному пилу діоксид сірки SO2 та аерозоль сірчаної кислоти. Найбільш чутливо реагують на зростаючу концентрацію діоксиду сірки у повітрі астматики та маленькі діти. Високий змістсірки у паливі скорочує термін служби каталізаторів бензинових зельних двигунів.
Зниження викидів діоксиду сірки реалізується шляхом обмеження вмісту сірки у паливі. Ціль - паливо, що не містить сірки.
Сірководень (H2S)
Наслідки впливу цього газу на органічне життя поки що не зовсім зрозумілі науці, проте відомо, що людина здатна викликати важкі отруєння. У важких випадках виникає загроза ядухи, втрата свідомості та параліч центральної нервової системи. При хронічному отруєнні відзначається подразнення слизових оболонок очей та дихальних шляхів. Запах сірководню відчувається вже за концентрації їх у повітрі у кількості 0,025 мл/м3.
Сірководень у вихлопних газах виникає за певних умов, причому, незважаючи навіть на наявність каталізатора, залежить від вмісту сірки в паливі.
Аміак (NH3)
Вдихання аміаку призводить до подразнення дихальних шляхів, кашлю, задишки та задухою. Також аміак викликає запалення почервоніння на шкірі. Пряме отруєння аміаком трапляється рідко, оскільки навіть його великі кількості швидко перетворюються на сечовину. При прямому вдиханні великої кількості аміаку функції легень часто порушуються довгі роки. Особливо небезпечний цей газ для очей. При сильному впливі аміаку на очі можуть настати помутніння рогівки та сліпота.
За певних умов аміак може утворитися навіть каталізаторі. У той же час аміак виявляється корисним як відновник для каталізаторів SCR.
Сажа та частки
Сажа- це чистий вуглець та небажаний продукт неповного згоряння вуглеводнів. Причиною утворення сажі є нестача кисню при згорянні або передчасне охолодження газів, що спалюються. Частинки сажі часто зв'язуються з залишками палива і моторного масла, що не згоріли, а також води, продуктів зносу деталей двигуна, сульфатів і попелу. Частинки сильно відрізняються одна від одної за формою та розміром.
Таблиця. Класифікація частинок
У таблиці показано класифікацію та розміри частинок. Найбільш часто при роботі двигуна утворюються частинки діаметром близько 100 нанометрів (0,0000001 м-код або 0,1 мкм); такі частинки здатні природним шляхом потрапляти у легені людини. При аглютинації (склеювання) частинок сажі один з одним та іншими компонентами маса, кількість та розподіл частинок у повітрі можуть значно змінюватися. Основні компоненти частинок представлені малюнку.
Мал. Основні компоненти частинок
Завдяки своїй губчастій структурі частинки сажі можуть захоплювати як органічні, так і неорганічні речовини, що утворюються при згорянні палива у циліндрах двигуна. В результаті маса частинок сажі може зрости втричі. Це будуть не окремі частинки вуглецю, а правильної формиагломерати, що утворюються внаслідок молекулярного тяжіння. Розмір таких агломератів може досягати 1 мкм. Викиди сажі та інших часток особливо активно відбуваються при згорянні дизельного палива. Ці викиди вважаються канцерогенними. Небезпечні наночастки становлять кількісно велику частку частинок, але за масою становлять лише невеликий відсоток. З цієї причини пропонується обмежувати вміст часток в ОГ не за масою, а за кількістю та розподілом. У перспективі передбачено диференціювання між розміром частинок та їх розподілом.
Мал. Склад частинок
Викиди частинок при роботі бензинових двигунів на два-три порядки нижчі, ніж під час роботи дизельних двигунів. Тим не менш, дані частинки виявляються навіть у вихлопі бензинових двигунів з безпосереднім упорскуваннямпалива. Тому є пропозиції щодо обмеження граничного вмісту частинок у відпрацьованих газах автомобілів. Сублімація - безпосередній перехід речовини з твердого стану до газоподібного, і навпаки. Субліматом називають твердий осад газу при його охолодженні.
Дрібний пил
Працюючи двигунів внутрішнього згоряння утворюються також особливо дрібні частки - пил. Вона складається головним чином із частинок поліциклічних вуглеводнів, важких металів та сполук сірки. Частина фракцій пилу здатна проникати у легені, інші фракції у легені не проникають. Фракції розміром понад 7 мкм менш небезпечні, оскільки фільтруються власною системою фільтрації людського організму.
Різний відсоток дрібніших фракцій (менше 7 мкм) проникають у бронхи та легеневі бульбашки (альвеоли), викликаючи локальне подразнення. У ділянці легеневих бульбашок розчинні компоненти потрапляють у кров. Власна система фільтрації організму справляється не з усіма фракціями дрібного пилу. Атмосферні пилові забруднення називають також аерозолями. Вони можуть бути в твердому або рідкому стані і в залежності від розмірів можуть мати різний період існування. При русі найдрібніші частинки можуть з'єднуватися в більші з відносно стабільним періодом існування в атмосфері. Такими властивостями переважно мають частинки діаметром від 0,1 мкм до 1 мкм.
При оцінці утворення дрібного пилу в результаті роботи автомобільного двигунаслід відрізняти цей пил від пилу, що утворюється природним шляхом: пилку рослин, дорожнього пилу, піску та багатьох інших речовин. Не можна недооцінювати й такі джерела дрібного пилу у містах, як знос гальмівних колодок та шин. Так що вихлопи дизельних двигунів - не єдине «джерело» пилу в атмосфері.
Синій та білий дим
Синій димвиникає під час роботи дизельного двигунапри температурі нижче 180°С через дрібні краплі масла, що конденсуються. При температурі вище 180 ° С ці крапельки випаровуються. Вуглеводневі компоненти палива, що не згоріли, беруть участь в утворенні синього диму і при температурах від 70°С до 100°С. Велика кількість синього диму вказує на велике зношування циліндропоршневої групи, стрижнів та напрямних втулок клапанів. Занадто пізно виставлений початок подачі палива також може бути причиною утворення синього диму.
Білий дим складається з водяної пари, що виникає під час згоряння палива і стає помітним при температурі нижче 70°С. Особливо характерна поява білого димуу форкамерних та вихрекамерних дизелів після холодного запуску. Причиною білого диму є незгорілі вуглеводневі компоненти і конденсати.
Вуглекислий газ (СO2)
Вуглекислий газ- це безбарвний, негорючий, кислуватий на смак газ. Іноді його помилково називають вугільною кислотою. Щільність СO2 приблизно в 1,5 рази вище за щільність повітря. Вуглекислий газ є складовоюповітря, що видихається людиною (3-4%) При вдиханні повітря, що містить 4-6% СO2, у людини виникають головні болі, шум у вухах і почастішання серцебиття, а при більш високих концентраціях СO2 (8-10%) наступають напади задухи, втрата свідомості та зупинка дихання. При концентрації понад 12% настає смерть від кисневого голодування. Наприклад, свічка, що горить, тухне при концентрації СO2 8-10% за обсягом. Хоча вуглекислий газ і відноситься до задушливих речовин, але як компонент вихлопу двигуна не вважається отруйним. Проблема у цьому, що вуглекислий газ, як показано малюнку, значно сприяє глобальному парниковому ефекту.
Мал. Частка газів у парниковому ефекті
Разом з ним розвитку парникового ефекту сприяють метан, закис азоту (звеселяючий газ, оксид діазоту), фторвуглеводні та гексафторид сірки. Вуглекислий газ, водяна пара та мікрогази впливають на радіаційний баланс Землі. Гази пропускають видиме світло, але поглинають тепло, що відбивається від земної поверхні. Без цієї теплозатримуючої здатності середня температура поверхні Землі була близько -15°С.
Це називається природним парниковим ефектом. При збільшенні концентрації мікрогазів в атмосфері зростає частка теплового випромінювання, що поглинається, і виникає додатковий парниковий ефект. За оцінками експертів, до 2050 року середня температура Землі зросте на +4°С. Це може призвести до підвищення рівня моря більш ніж на 30 см, внаслідок чого почнуть танути гірські льодовики та полярні крижані «шапки», зміниться напрямок морських течій (у тому числі Гольфстріму), зміняться повітряні потоки, а моря затоплять величезні простори суші. Ось чого може призвести парникові гази, що утворюються при діяльності людей.
Сумарні антропогенні викиди СO2 становлять 27,5 млрд. т на рік. При цьому Німеччина належить до найбільших джерел С2 у світі. Енергетично обумовлені викиди СO2 становлять у середньому близько мільярда тонн на рік. Це близько 5% всього виробленого у світі СО2. Середня сім'я з трьох осіб у Німеччині виробляє на рік 32,1 т СO2. Викиди СO2 можна зменшити лише шляхом зниження витрати енергії та палива. Поки енергія видобувається шляхом спалювання викопних носіїв, проблема утворення надмірної кількості вуглекислого газу буде зберігатися. Тому терміново потрібний пошук альтернативних джерел енергії. Автопромисловість інтенсивно працює над вирішенням цієї проблеми. Однак боротися з парниковим ефектом можна лише у глобальному масштабі. Навіть якщо в межах ЄС буде досягнуто великого прогресу у зниженні викидів вуглекислого газу, в інших країнах найближчими роками може, навпаки, відбутися значне зростання кількості викидів. США з великим відривом лідирують у виробництві парникових газів, як у абсолютному вираженні, і у перерахунку душу населення. Маючи частку населення Землі лише 4,6%, вони виробляють 24% світових викидів вуглекислого газу. Це приблизно вдвічі більше, ніж у Китаї, частка якого у населення Землі становить 20,6%. 130 мільйонів автомобілів у США (це менше 20% від загальної кількості автомобілів на планеті) виробляють стільки ж вуглекислого газу, скільки вся промисловість Японії - четвертої країни у світі з викидів СО2.
Без додаткових заходівіз захисту клімату глобальні викиди СО2 зростуть до 2020 року на 39% (щодо 2004 р.) і становитимуть 32,4 млрд т на рік. Викиди вуглекислого газу в США в найближчі 15 років збільшаться на 13% і перевищать 6 млрд т. У Китаї слід очікувати збільшення викидів СO2 на 58%, до 5,99 млрд т, а в Індії - на 107%, до 2,29 млрд т. У країнах ЄС, навпаки, приріст становитиме лише близько одного відсотка.
Хайруллін Данило - 6 клас
«Той, хто не знає математики, не може дізнатися жодної
іншої науки і навіть не може виявити свого невігластва».
Роджер Бекон
У зв'язку із збільшенням кількості автомобілів на даний час вивчення транспортного фактора забруднення атмосфери стає актуальним.
Ціль цієї дослідницької роботи- методом простих математичних обчислень довести проблему забруднення повітря вихлопними газами у Бік-Утієвському сільському поселенні. Викиди вихлопних газів - основна причина перевищення допустимих концентрацій токсичних речовин в атмосфері та утворення смогу. Відносно сумарного обсягу вихлопних газів, що виходять з глушника автомобіля, приблизно можна орієнтуватися на таку цифру - один кілограм спалюваного бензину призводить до утворення приблизно 16 кілограмів суміші різних газів. Найбільшу небезпеку становлять оксиди азоту, приблизно 10 разів більш небезпечні, ніж чадний газ.
Виявляється тривалий контакт із середовищем, отруєним вихлопними газами автомобілів, викликає загальне послаблення організму – імунодефіцит. Крім того, гази самі собою можуть стати причиною різних захворювань.
Основними джерелами забруднення повітря в моєму селі є автомобілі та сільгоспмашини, їх вихлопні гази. Я думаю, якнайшвидше потрібно придумати нешкідливі види палива, наприклад, з використанням сонячної або водної енергії.
Кожен населений пунктповинен мати зелену зону, яка повинна бути «зеленими легкими». Ми знаємо, що дерева очищають повітря, поглинаючи вуглекислий газ і виділяє кисень, затримують пил (наприклад, тополя).
У цій роботі я постаралася шляхом математичних розрахунків розкрити суть проблеми, пов'язаної із забрудненням атмосферного повітряз'ясувати, чому ця проблема є для людства загрозою номер один.
Завантажити:
Попередній перегляд:
МБОУ «Бік-Утіївська основна загальноосвітня школа Буїнського муніципального району Республіки Татарстан»
Зразковий розрахунок
шкоди від вихлопних газів
За Бік-Утієвським Сільським Поселенням
Хайруллін Данило Рифатович,
- клас,
Керівник дослідницької роботи:
Салаватуліна Фаріда Фідаїлівна,
вчитель математики
МБОУ «Бік-Утіївська ЗОШ Буїнського м.р. РТ»
2013 рік
- Вступ
- Теоретична частина.
- Практична частина.
3.2. Орієнтовний розрахуноквикидів шкідливих речовин автомобілями
3.3. Зразковий розрахунок викидів шкідливих речовин тракторним парком ТОВ СГП «Бола».
4. Висновок.
5. Список літератури.
Вступ
«Той, хто не знає математики,
не може дізнатися жодної іншої науки
і навіть не може виявити свого невігластва»
Роджер Бекон
16 вересня 1987 року було прийнято Монреальський протокол щодо речовин, що руйнують озоновий шар. Згодом з ініціативи ООН цей день став відзначатись як День захисту озонового шару. 16 вересня цього навчального рокуу рамках Міжнародного дняозонового шару у нашій школі відбулася республіканська природоохоронна акція «Урок чистоти». Акція пройшла у формі бесіди, в ході якої ми в доступній формі познайомилися з такими поняттями як озон, озоновий шар, з інформацією про значення озонового шару, про причини його руйнування та методи відновлення.Передбачається безліч причин ослаблення озонового щита. По-перше – це запуски космічних ракет,паливо, що згорає, «випалює» в озоновому шарі великі дірки. Колись думали, що ці «дірки» затягуються. Виявилося, що ні. Вони є досить довго.
Так, небезпека незворотних змін у природі стає реальною. Вчені б'ють на сполох: життя на Землі на межі екологічної катастрофи. За данимиСвітового союзу охорони навколишнього середовища за останні 500 років повністю вимерло 844 види тварин, а 23%ссавців та 16 % птахів у світі перебувають під загрозою вимирання. Щорічно спалюється 1 млрд. тонн палива, викидаються в атмосферу сотні млн. тонн.оксидів азоту , сірки , вуглецю , частина з них повертається у виглядікислотних дощів , сажі , золи і пилу . Ґрунти та води забруднюються промисловими та побутовими стоками та іншими відходами.
Отримані інформації змусили мене задуматися: Що ж на нас чекає - нові проблеми чи безхмарне майбутнє? Яким буде людство за 100, 200 років? Чи зможе людина своїм розумом і волею врятувати себе саму і нашу планету від загроз, що нависли над нею? А що саме я можу зробити, щоб урятувати нашу планету?
Адже не лише космічні кораблі та фабричні труби забруднюють повітря нашої планети, ще є автомобілі, які щодня викидають в атмосферу по всьому світу численні тонни отруйних газів та пар, продуктів згоряння хімічних речовин.Отже, автомобіль теж є джерелом забруднення навколишнього середовища? А у зв'язку із збільшенням кількості автомобілів на даний час вивчення транспортного фактора забруднення атмосфери стає актуальним.
Мета моєї дослідницької роботи – методом простих математичних обчислень довести проблему забруднення повітря вихлопними газами автотранспорту та сільгоспмашин Бік-Утієвського сільського поселення.
Для вирішення поставленої мети я визначив такі завдання:
1. Вивчити літературу з цієї проблеми.
2. Визначити вплив вихлопних газів автотранспорту на здоров'я людини та тварин.
4. Провести зразковий розрахунок щодо можливого скорочення забруднення атмосфери при посадці дерев.
Методи моїх досліджень: опитування та анкетування, математичні обчислення за допомогою мікрокалькулятора, зіставлення даних.
Теоретична частина.
Сьогодні важко уявити людську цивілізацію без автомобіля.Але те, що машина з блага цивілізації може перетворитися на її бич, людство почало розуміти порівняно недавно. Автомобілі спалюють величезну кількість нафтопродуктів, завдаючи одночасно відчутну шкоду довкіллю, головним чином атмосфері.
Зі сторінки Інтернет-сайту Вікіпедія я дізнався такі поняття. Вихлопні або відхідні гази є продуктами окиснення та неповного згоряння вуглеводневого палива. Викиди вихлопних газів - основна причина перевищення допустимих концентрацій токсичних речовин в атмосфері та утворення смогу. Відносно сумарного обсягу вихлопних газів, що виходять з глушника автомобіля, приблизно можна орієнтуватися на таку цифру - один кілограм спалюваного бензину призводить до утворення приблизно 16 кілограмів суміші різних газів.
Далі я вивчив зразковий складавтомобільних вихлопних газів, назви деяких я ще не зовсім розумію, але я уявляю їхній %-ний вміст (Таблиця №1). До складу вихлопних газів входять і нетоксичні речовини, це азот, кисень, водень, водяна пара, вуглекислий газ. А токсичні речовини та канцерогени я виділив жирним кольором.Найбільшу небезпеку становлять оксиди азоту, приблизно 10 разів більш небезпечні, ніж чадний газ (CO).
Таблиця №1
N 2, про.% | 74-77 | 76-78 |
O 2, про.% | 0,3-8,0 | 2,0-18,0 |
H 2 O (пари), об.% | 3,0-5,5 | 0,5-4,0 |
CO 2 об.% | 0,0-16,0 | 1,0-10,0 |
*, про.% (чадний газ) | 0,1-5,0 | 0,01-0,5 |
Оксиди азоту *, про.% | 0,0-0,8 | 0,0002-0,5 |
Вуглеводні *, про.% | 0,2-3,0 | 0,09-0,5 |
Альдегіди *, про.% | 0,0-0,2 | 0,001-0,009 |
Сажа **, г/м 3 | 0,0-0,04 | 0,01-1,10 |
Бензпірен -3,4**, г/м 3 | 10-20·10 −6 | 10×10 −6 |
Виявляється тривалий контакт із середовищем, отруєним вихлопними газами автомобілів, викликає загальне послаблення організму – імунодефіцит. Крім того, гази самі собою можуть стати причиною різних захворювань. Наприклад, дихальної недостатності, гаймориту, бронхіту, пневмонії, раку легень. Також вихлопні гази спричиняють атеросклероз судин головного мозку, можуть виникнути різні порушення серцево-судинної системи.Вченими помічено, що собаки, кішки, інші дрібні тварини схильні більше ризикуТак як вихлопні труби автомобілів розташовані на невеликій відстані від землі і першими, хто отримує свою частку вихлопу, стають саме брати наші менші.
- Практична частина.
3.1.Збір та обробка інформації.
Для досягнення поставленої мети я звернувся до Бік-Утієвської Сільської Ради з проханням надати інформацію про кількість мешканціві автотранспорту. За даними Сільської Ради на початок року в Бік-УтієвськомуСільське поселеннязареєстровано 517 осіб, у тому числі діти дошкільного віку 38, 132 пенсіонери віком від 70 років; 72 легкові автомобілі різних марок. Отже, кожен сьомий мешканець має власний транспортний засіб.
По-друге, я про братився до бухгалтерії ТОВ СГП «Бола» з проханням сприяти розрахунку змісту вихлопів відпрацьованих газів при сільгосп роботах. Отримані дані я вніс до таблиці №2.
Таблиця №2
п/п | Найменування транспортного засобу | Вид двигуна | Кількість, шт | Відпрацьовано за 1 рік | |
км. пробігу | Еталон гектар |
||||
Вантажні автомобілі різних марок | Дизельний | 202 590 | |||
Бензиновий | 296 126 | ||||
Колісні тракторирізних марок | Дизельний | 1748 |
|||
різних марок | Дизельний | 1163 |
|||
Зернозбиральні комбайнирізних марок | Дизельний | ||||
Кормозбиральні комбайни | Дизельний |
По-третє, я провів опитування своїх однолітків та вчителів школи, яким поставив такі питання:
- Чи є у вас автомобіль?
- Який вид палива він використовує?
- Середній пробіг автомобіля за рік?
В опитуванні брали участь 20 людей. В результаті я отримав такі дані:
Таблиця №3
№ анкети | Питання №1 | Питання №2 | Питання №3 | № анкети | Питання №1 | Питання №2 | Питання №3 |
Так | бензин | 48100 | Так | бензин | 30800 |
||
Так | бензин | 8900 | Так | бензин | 28000 |
||
Так | бензин | 15000 | Так | бензин | 45000 |
||
ні | Так | бензин | 20000 |
||||
Так | бензин | 32000 | так | бензин | 22000 |
||
Так | бензин | 30100 | Так | бензин | 18000 |
||
Так | бензин | 7500 | Так | бензин | 17000 |
||
Так | бензин | 23000 | Так | бензин | 21000 |
||
ні | Так | бензин | 17000 |
||||
Так | бензин | 35000 | Так | бензин | 13500 |
З 20 анкетуваних 18 мають автомобілі. Середній пробіг одного автомобіля за рік приблизно 26600 км. Основний вид палива – бензин.
Далі я зробив математичні розрахунки.При розрахунках скориставсяметодичними вказівками для виконання розрахунково-практичних робітпри розрахунку шкідливих викидів.
До шкідливих речовин, що викидаються автотранспортом, відносяться чадний газ, вуглеводні і оксиди азоту.
Кількість викидів шкідливих речовин, що надходять від автотранспорту до атмосфери, можна оцінити розрахунковим способом. Вихідними даними для розрахунку є:
Загальний пробіг автотранспорту протягом року;
Норми витрат палива транспортом;
Таблиця №4
Значення коефіцієнта, що визначає викид шкідливих речовин від автотранспорту, залежно від виду пального наведено у табл. 5.
Таблиця №5
Коефіцієнт чисельно дорівнює кількості шкідливих викидів відповідного компонента в літрах при згорянні в двигуні машини кількості палива (у літрах), необхідного для проїзду 1 км.
3.2 Розрахунок викидів шкідливих речовин автомобілями.
Розрахунок витрати палива я вніс до таблиці №6.
Тип транспорту | К-сть автом багать, шт | Середній пробіг на рік, км. | Усього пробіг, км | Витрата палива на 1 км, літр | |
26600 | 1915200 | 0,12 | 229864 |
||
296126 | 88838 |
||||
202590 | 0,35 | 70906 |
Потім я розрахував кількість шкідливих речовин, що виділилися від автотранспорту, і вніс до таблиці №7 .
Тип транспорту | Усього витрата палива за рік, літр | Сумарна кількість шкідливих речовин на 1 літр, літр | Усього сумарна кількість шкідливих речовин, літр |
Легковий автомобіль | 229864 | 0,74 | 170099 |
Вантажний автомобіль із бензиновим двигуном | 88838 | 0,74 | 65740 |
Дизельний вантажний автомобіль | 70906 | 0,17 | 12054 |
Разом | 274893 |
Отримані цифри налякали мене, невже так багато? Тут вчителька мені пояснила: «Давай розберемося, ні в якому разі не можна плутати. Для рідини це досить багато. А для газу нема? У газах відстань між молекулами багато більше розмірівсамих молекул.Газ можна стиснути так, що його обсяг зменшиться у кілька разів. Якщо уявити щось щільніше, то обсяг скоротиться в десятки та сотні разів. Постарайся розсіяти ілюзії».
- Розрахунок викидів шкідливих речовин тракторним парком ТОВ СГП «Бола».
У господарстві за один рік відпрацьовано 3930 еталон гектар, витрачено 27510 кг палива. При розрахунках необхідно враховувати потужність двигуна та види роботи, тому я взяв приблизні величини.
Масовий викид забруднюючих речовин | Усього | |||
чадний | Оксиди азоту | Вуглеводні | ||
г/кг | 48.8 | 0.17 | ||
кг на 3930 пов. | 117.9 | 9359 | 9598.4 |
Отже, я розрахував зразкову кількість викидів шкідливих речовин у повітря від транспорту в моєму сільському поселенні за один рік. Багато це чи мало. У масштабах мого села, напевно, мало, а якщо ці цифри перевести у великі міста, де, крім автотранспорту, є ще промислові відходи, вийде величезна цифра.
3.4. Приблизний розрахунок щодо можливого скорочення забруднення атмосфери при посадці дерев.
При своїх розслідуваннях я виявив такі факти:за літо одне доросле дерево може очистити повітря від 20-30, а деякі породи навіть від 50 кг шкідливих речовин та пилу.Одним з найкращих порід є тополя. Саме він краще за всіх інших дерев справляється з вихлопними газами. Я порахував, вздовж доріг у моєму сільському поселенні близько 40 км лісопосадки, це 25 000 дерев.
У сільському поселенні всього працездатного населення 517 – (38+132) = 347 осіб. Якщо кожна людина від 7 до 70 років посадить щороку одне дерево, ми допоможемо природі очиститися від 10 тонн шкідливих речовин і пилу.
Висновок
У цій роботі я постаралася шляхом математичних розрахунків розкрити суть проблеми, пов'язану із забрудненням атмосферного повітря, з'ясувати, чому ця проблема є для людства загрозою номер один. На закінчення хочу сказати, щопід час роботи я дізнався багато нового і можу зробити такі висновки:
- Без математичних знань уявити про загрозливі масштаби впливу людини на навколишнє середовище не можна уявити.
- Основними джерелами забруднення повітря в моєму селі є автомобільний транспорт та їх вихлопні гази. Я думаю, якнайшвидше потрібно придумати нешкідливі види палива, наприклад, з використанням сонячної або водної енергії.
- Кожен населений пункт повинен мати зелену зону, яка має бути «зеленими легкими». Ми знаємо, що дерева очищають повітря, поглинаючи вуглекислий газ і виділяє кисень, затримують пил (наприклад, тополя). Дана інформаціядля мене є не маловажною.
Своїми висновками я поділився зі своїми однолітками та вчителями.
Список літератури:
- Методичні вказівки до виконання розрахунково-практичної роботи. Уч.-вид. Видавництво Архангельського державного технічного університету, 2004р.
- Методичні вказівки щодо розрахунку викиду шкідливих речовин автомобільним транспортом. Москва. Гідрометіздат. 2005 р.
- http://ua.wikipedia.org/wiki/
- Казанцева Л.К., Тагаєва Т.О. Сучасна екологічна ситуаціяу Росії // ЕКО. - 2005.
Завдання: 1 . Вивчити літературу з цієї проблеми. 2 . Визначити вплив вихлопних газів автотранспорту на здоров'я людини та тварин. 3 . Розрахувати зразкову кількість викидів шкідливих речовин у повітря від транспорту в моєму сільському поселенні. 4 . Провести зразковий розрахунок щодо можливого скорочення забруднення атмосфери при посадці дерев.
Сьогодні важко уявити собі людську цивілізацію без автомобіля Викиди вихлопних газів – основна причина перевищення допустимих концентрацій токсичних речовин в атмосфері та утворення смогу. Відносно сумарного обсягу вихлопних газів, що виходять з глушника автомобіля, приблизно можна орієнтуватися на таку цифру - один кілограм спалюваного бензину призводить до утворення приблизно 16 кілограмів суміші різних газів. кілограмів суміші різних газів.
Прикладний склад автомобільних вихлопних газів Бензинові двигуни Дизелі N 2, об.% 74-77 76-78 O 2 об.% 0,3-8,0 2,0-18,0 H 2 O (пари), про. % 3,0-5,5 0,5-4,0 CO 2 , об.% 0,0-16,0 1,0-10,0 CO *, об.% (чадний газ) 0,1-5 ,0 0,01-0,5 Оксиди азоту *, об.% 0,0-0,8 0,0002-0,5 Вуглеводні *, об.% 0,2-3,0 0,09-0,5 Альдегіди *, об.% 0,0-0,2 0,001-0,009 Сажа **, г/м 3 0,0-0,04 0,01-1,10 Бензпірен -3,4**, г/м 3 10-20·10 −6 10×10 −6
Вихлопні гази – причина різних захворювань. Наприклад, дихальної недостатності, гаймориту, бронхіту, пневмонії, раку легень. Також вихлопні гази спричиняють атеросклероз судин головного мозку, можуть виникнути різні порушення серцево-судинної системи.
Вченими помічено, що собаки, кішки, інші дрібні тварини схильні до ризику, оскільки вихлопні труби автомобілів розташовані на невеликій відстані від землі і першими, хто отримує свою частку вихлопу, стають саме брати наші менші.
Збір та обробка інформації За даними Сільської Ради на початок року в Бік-Утієвському сільському поселенні зареєстровано 517 осіб, у тому числі діти дошкільного віку 38, 132 пенсіонери віком від 70 років; 72 легкові автомобілі різних марок. Отже, кожен сьомий мешканець має власний транспортний засіб.
у бухгалтерію ТОВ СГП «Бола» отримав такі дані: Збір та обробка інформації № п/п Найменування транспортного засобу Вид двигуна Кількість, шт Відпрацьовано за 1 рік Км. пробігу Еталон гектар 1. Вантажні автомобілі різних марок Дизельний 4 202 590 Бензиновий 8 296 126 2. Колісні трактори різних марок Дизельний 12 1748 3. Гусеничні трактори різних марок Дизельний 17 1163 6Урожай очні комбайни дизельний 3 411
Збір та обробка інформації Опитував однолітків та вчителів школи, яким поставив такі питання: Чи є у вас автомобіль? Який вид палива він використовує? Середній пробіг автомобіля за рік? Результат: Із 20 анкетованих 18 мають автомобілі. Середній пробіг одного автомобіля за рік приблизно 26600 км. Основний вид палива – бензин.
Розрахунок викидів шкідливих речовин автомобілями Кількість викидів шкідливих речовин, що надходять від автотранспорту в атмосферу, можна оцінити розрахунковим методом. Вихідними даними для розрахунку є: - загальний пробіг автотранспорту протягом року; - норми витрат палива транспортом; - Значення коефіцієнта, що визначає викид шкідливих речовин від автотранспорту, залежно від виду пального.
Розрахунок витрати палива Значення коефіцієнта, що визначають викид шкідливих речовин від автотранспорту Вид палива Угарний газ Вуглеводні Діоксид азоту Бензин 0,6 0,1 0,04 Дизельне паливо 0,1 0,03 0,04 Тип транспорту К-ть автом обилей, шт Середній пробіг на рік, км. Усього пробіг, км Витрата палива на 1 км, літр Всього витрата палива за рік, літр Легковий автомобіль 72 26600 1915200 0,12 229864 Вантажний автомобіль з бензиновим двигуном 8 296126 0,3 88838 Дизельний вантажний автомобіль 4
Розрахунок викидів шкідливих речовин автомобілями Тип транспорту Усього витрата палива за рік, літр Сумарна кількість шкідливих речовин на 1 літр, літр Усього сумарна кількість шкідливих речовин, літр Легковий автомобіль 229864 0,74 170099 Вантажний автомобіль з бензиновим двигуном 88838 0 70906 0,17 12054 Разом 274893
Розрахунок викидів шкідливих речовин тракторним парком ТОВ СГП «Бола» У господарстві за один рік всього відпрацьовано 3930 еталон гектар, витрачено 27510 кг палива. При розрахунках необхідно враховувати потужність двигуна та види роботи.
Розрахунок викидів шкідливих речовин тракторним парком ТОВ СГП «Бола» Масовий викид забруднюючих речовин Усього Угарний газ Оксиди азоту Вуглеводні г/кг 30 48.8 0.17 кг на 3930 пов.га 117.9 9359 3.5 959.
Приблизний розрахунок щодо можливого скорочення забруднення атмосфери при посадці дерев За літо одне доросле дерево може очистити повітря від 20-30, а деякі породи навіть від 50 кг шкідливих речовин та пилу. Одним з найкращих порід є тополя. У сільському поселенні всього працездатного населення 347 осіб. Якщо кожна людина від 7 до 70 років посадить одне дерево, то ми допоможемо природі очиститись від 10 тонн шкідливих речовин та пилу.
Висновки 1. Без математичних знань уявити про загрозливі масштаби впливу людини на навколишнє середовище не можна уявити. 2. Основними джерелами забруднення повітря в моєму селі є автомобільний транспорт та сільгоспмашини, їх вихлопні гази. 3. Кожен населений пункт повинен мати зелену зону. Ми знаємо, що дерева очищають повітря, поглинаючи вуглекислий газ і виділяє кисень, затримують пил (наприклад, тополя).
Зараз, завдяки ЗМІ, під пильною увагою громадськості знаходиться Планети, а саме її насичення та забруднення вихлопними газами автомобілів. Особливо уважно люди відстежують та обговорюють такий розтиражований у пресі побічний результат повсюдної автомобілізації як «парниковий ефект» та шкоду вихлопних газів дизельних автомобілів.
Однак, як відомо вихлопні гази, вихлопним газам - ворожнеча, незважаючи на те, що всі вони небезпечні для організму людини та інших форм життя на Землі. То що робить їх небезпечними? І що відрізняє їх одне від одного? Подивимося під мікроскопом з чого складається сизий зміг, що вилітає з вихлопної труби. Вуглекислий газ, кіптява, оксид азоту та деякі інші не менш небезпечні елементи.
Вчені відзначають, що екологічна обстановка в багатьох промислово розвинених країнах, що розвиваються, значною покращилася за останні 25 років. В основному це пов'язано з поступовим, але неминучим жорсткістю екологічних норм, а також перенесенням виробництв на інші континенти та інші країни, в тому числі в Східну Азію. У Росії, Україні та інших країнах СНД, велика кількістьпідприємств було закрито через політичні та економічні потрясіння, що з одного боку створило надзвичайно складну соціально-економічну обстановку, але значною мірою покращило екологічні показники цих країн.
Проте, за даними вчених-дослідників, найбільшу небезпеку для нашої зеленої планети мають саме автомобілі. Навіть при поетапному посиленні норм викидів шкідливих речовин в атмосферу, через зростання кількості автомобілів, результати цієї роботи, на жаль, нівелюються.
Якщо сегментувати загальну масу різноманітних транспортних засобівприсутніх зараз на планеті, найбільш брудні залишаються, особливо небезпечні автомобілі з цим типом палива перевищенням по оксиду азоту. Незважаючи на десятиліття розробок та запевнення автовиробників про те, що вони зможуть зробити дизелі чистішими, оксид азоту та дрібні частинки сажі, як і раніше, залишаються головними ворогами дизеля.
Саме у зв'язку з даними проблемами, пов'язаними з використанням дизельних двигунів, такі великі німецькі міста, як Штутгарт і Мюнхен, нині обговорюють заборону на використання автомобілів, що працюють на важкому паливі.
Ось вичерпний список шкідливих речовин, що входять у вихлопні гази і шкоду, що завдається здоров'ю людини при їхньому вдиханні
Вихлопні гази
Відхідні гази - це газоподібні відходи, що виникають у процесі перетворення рідкого вуглеводневого палива в енергію, на якій працює ДВС шляхом згоряння.
Бензол
Бензол міститься у невеликих кількостях у бензині. Безбарвна, прозора, легко рухлива рідина.
Як тільки ви заповнюєте бак свого автомобіля бензином, перша з першою небезпечною для здоров'я речовиною, з якою ви контактуватимете, - це саме бензол, що випаровується з бака. Але найнебезпечніший бензол при згорянні палива.
Бензол є одним із тих речовин, які можуть викликати рак у людини. Проте, вирішальне скорочення повітря небезпечного бензолу було досягнуто багато років тому з допомогою триходового каталізатора.
Дрібний пил (тверді частки)
Цей забруднювач повітря є невизначеною речовиною. Краще сказати, що це комплексна суміш речовин, яка може відрізнятися за походженням, формою та своїм хімічним складом.
У автомобілях наддрібний абразив присутній у будь-яких формах експлуатації, скажімо, при зносі шин та гальмівних дисків. Але найбільшу небезпеку становить сажа. Раніше цим неприємним моментом в експлуатації страждали виключно дизельні двигуни. Завдяки встановленню фільтрів твердих частинок ситуація значно покращилася.
Тепер схожа проблема виникла і бензинових моделей, оскільки вони все частіше використовують системи прямого упорскування палива, що призводить до побічного виробництва ще дрібніших твердих частинок, ніж у дизельних двигунів.
Однак, за даними вчених, що досліджують природу проблеми, всього 15% дрібного пилу, що тримає в облозі в легенях, виробляють автомобілі, джерелом небезпечного явища може бути будь-яка діяльність людини, від сільського господарства, до лазерних принтерів, камінів і звичайно ж сигарет.
Здоров'я мешканців мегаполісів
Фактичне навантаження на організм людини від вихлопних газів залежить від обсягу трафіку та погодних умов. Той, хто живе на жвавій вулиці, піддається впливу оксидів азоту або дрібного пилу значно сильнішим.
Вихлопні гази не однаково небезпечні всім жителям. Здорові люди практично ніяк не відчують «газову атаку», хоча інтенсивність навантаження від цього не знизиться, а стан здоров'я астматика або людини з серцево-судинними захворюваннями може значно погіршитися через наявність вихлопних газів.
Вуглекислий газ (CO2)
Шкідливий для всього клімату планети газ неминуче виникає при спалюванні викопних видів палива, таких як дизельне паливо чи бензин. З точки зору CO2 дизельні двигуни трохи "чистіше", ніж бензинові, тому що вони в основному споживають менше палива.
Для людини CO2 нешкідливий, але не є таким для природи. Парниковий газ CO2 відповідає за більшу частину глобального потепління. За даними Федерального Міністерства навколишнього середовища Німеччини, 2015 року частка вуглекислого газу в загальному обсязі викидів парникових газів склала 87,8 відсотка.
З 1990 року викиди вуглекислого газу майже безперервно скорочуються, загалом зменшившись на 24,3 відсотка. Однак, незважаючи на виробництво все більш економічних двигунів, зростання автомобілізації та збільшення вантажного рухунівелює спроби вчених та інженерів зменшити шкоду. Через що викиди вуглекислого газу залишаються на високому рівні.
До речі: весь автотранспорт, скажімо, Німеччини несе відповідальність лише за 18 відсотків викидів CO2. Більш ніж удвічі більше, 37 відсотків, йде на викиди енергетики. У США картина протилежна, там найбільш серйозну шкоду природі завдають саме автомобілі.
Окис вуглецю (Co, чадний газ)
Надзвичайно небезпечний побічний продуктгоріння. Монооксид вуглецю є безбарвним газом без смаку і запаху. З'єднання вуглецю і кисню виникає при неповному спалюванні вуглецевмісних речовин і є вкрай небезпечною отрутою. Тому якісна вентиляція у гаражах та підземних паркінгах має важливе значення для життя їх користувачів.
Навіть невелика кількість окису вуглецю призводить до пошкодження організму, кілька хвилин проведених у погано провітрюваному гаражі з працюючим автомобілем може вбити людину. Будьте дуже обережні! Не прогрівайте у закритих боксах та приміщеннях без вентиляції!
Але наскільки небезпечний оксид вуглецю на відкритому повітрі? Проведений у Баварії експеримент показав, що в 2016 році середні значення, показані вимірювальними станціями, опинилися між 0,9-2,4 мг/м 3 , виявилися значно нижчими від граничних показників.
Озон
Для обивателя озон не є якимось небезпечним чи токсичним газом. Проте, насправді це не так.
Під впливом сонячного світла вуглеводні та окис азоту перетворюється на озон. Через дихальні шляхи озон потрапляє до організму і призводить до пошкодження клітин. Наслідки, впливи озону: місцеве запалення дихальних шляхів, кашель та задишка. При невеликих обсягах озону жодних проблем із подальшим відновленням клітин організму не виникне, але при великих концентраціях цей нешкідливий на вигляд газ може спокійно вбити здорову людину. Не дарма у Росії цей газ віднесено до найвищого класу небезпеки.
Зі зміною клімату підвищується ризик появи високих концентрацій озону. Вчені вважають, що до 2050 року озонове навантаження має різко зрости. Для вирішення проблеми оксиди азоту, що викидаються транспортом, повинні бути значно скорочені. Крім того, факторів впливу на поширення озону досить багато, наприклад, розчинники у фарбах та лаках також активно сприяють виникненню проблеми.
Двоокис сірки (SO2)
Ця забруднююча речовина виникає під час спалювання в паливі сірки. Вона відноситься до класичних атмосферних забруднювачів, що виникають при процесі горіння, на електростанціях та в промисловості. SO2 є одним із найголовніших «інгредієнтів» забруднюючих речовин, що утворюють смог, також званий “Лондон смог”.
В атмосфері діоксид сірки піддається ряду процесів перетворення, внаслідок чого можуть виникнути сірчана кислота, сульфіти та сульфати. SO2 діє в першу чергу на слизові оболонки ока та верхніх дихальних шляхів. Що стосується навколишнього середовища, діоксид сірки може пошкоджувати рослини та викликати окислення ґрунту.
Оксиди Азоту (NOx)
Оксиди азоту утворюються, головним чином, у процесі згоряння двигунах внутрішнього згоряння. Дизельні автомобілі вважаються основним джерелом. Введення каталізаторів та сажевих фільтрівпродовжує збільшуватися, так що викиди помітно знижуватимуться, але відбудеться це тільки в майбутньому.
Утворення токсичних речовин – продуктів неповного згоряння та оксидів азоту в циліндрі двигуна в процесі згоряння відбувається принципово різними шляхами. Перша група токсичних речовин пов'язана з хімічними реакціями окислення палива, що протікають як у передполум'яний період, так і в процесі згоряння – розширення. Друга група токсичних речовин утворюється при з'єднанні азоту та надлишкового кисню у продуктах згоряння. Реакція утворення оксидів азоту має термічний характер і не пов'язана безпосередньо з реакціями окислення палива. Тому розгляд механізму утворення цих токсичних речовин доцільно вести окремо.
До основних токсичних викидів автомобіля відносяться: відпрацьовані гази (ОГ), картерні гази та паливні випари. Відпрацьовані гази, що викидаються двигуном, містять окис вуглецю (ЗІ), вуглеводні (З Х H Y), оксиди азоту (NO X), альдегіди та сажу. Картерні гази – це суміш частини відпрацьованих газів, що проникла через нещільність поршневих кілець у картер двигуна, з парами моторного масла. Паливні випари надходять у довкілля із системи живлення двигуна: стиків, шлангів тощо. Розподіл основних компонентів викидів у карбюраторного двигунанаступне: відпрацьовані гази містять 95% СО, 55% С Х H Y і 98% NO X , картерні гази по - 5% С Х H Y , 2% NO X , а паливні випари - до 40% С Х H Y . У загальному випадкуу складі відпрацьованих газів двигунів можуть міститися такі нетоксичні та токсичні компоненти: 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.
Шкідливі токсичні викиди можна поділити на регламентовані та нерегламентовані. Вони діють організм людини по-різному. Шкідливі токсичні викиди: СО, NO X , C X H Y , R X CHO, SO 2 сажа, дим. СО (оксид вуглецю)– цей газ без кольору та запаху, легший за повітря. Утворюється на поверхні поршня і на стінці циліндра, в якому активація не відбувається внаслідок інтенсивного тепловідведення стінки, поганого розпилення палива та дисоціації 2 на З і 2 при високих температурах.
NO X (оксиди азоту)- Найтоксичніший газ з ОГ.
N – інертний газ при нормальних умовах. Активно реагує з киснем за високих температур.
Викид із ОГ залежить від температури середовища. Чим більше навантаженнядвигуна, тим вище температура в камері згоряння і відповідно збільшується викид оксидів азоту.
Гідроводні (З x Н y)- Етан, метан, бензол, ацетилен та ін токсичні елементи. ОГ містять близько 200 різних гідроводнів.
У дизельних двигунах З x Н y утворюються камері згоряння через гетерогенної суміші, тобто. полум'я гасне в дуже багатою суміші, де не вистачає повітря за рахунок неправильної турбулентності, низької температури, поганого розпилення.
ДВЗ викидає більшу кількість З x Н y коли працює в режимі холостого ходу, за рахунок поганої турбулентності та зменшення швидкості згоряння.
Дим- Непрозорий газ. Дим може бути білим, синім, чорним. Колір залежить стану ОГ.
Білий та синій дим– це суміш краплі палива з мікроскопічною кількістю пари; утворюється через неповне згоряння та подальшу конденсацію.
Білий димутворюється, коли двигун перебуває у холодному стані, а потім зникає через нагрівання. Відмінність білого диму від синього визначається розміром краплі: якщо діаметр краплі більший за довжину хвилі синього кольору, то око сприймає дим як білий.
Синій дим буває від олії. Наявність диму показує, що температура недостатня повного згоряння палива. Чорний дим складається із сажі. Дим негативно впливає на організм людини, тварин та рослинність.
Сажа– являє собою безформне тіло без кристалічних ґрат; в ОГ дизельного двигуна сажа складається з невизначених частинок з розмірами 0,3... 100 мкм.
Причина утворення сажі полягає в тому, що енергетичні умови в циліндрі дизельного двигуна виявляються достатніми, щоб молекула палива повністю зруйнувалася. Більш легкі атоми водню дифундують у багатий киснем шар, вступають із нею у реакцію як і ізолюють вуглеводневі атоми від контакту з киснем. Освіта сажі залежить від температури, тиску в камері згоряння, типу палива, відношення паливо-повітря.
SO 2 (оксид сірки)– утворюється під час роботи двигуна з палива, що отримується із сірчистої нафти (особливо у дизелях); ці викиди дратують очі, органи дихання. SO 2 ,H 2 S – дуже небезпечні рослинності.
Головним забруднювачем атмосферного повітря свинцем Російської Федераціїнині є автотранспорт, який використовує етилований бензин: від 70 до 87% загальної емісії свинцю за різними оцінками. РЬО (оксиди свинцю)- Виникають в ОГ карбюраторних двигунів, коли використовується етильований бензин. При спалюванні однієї тонни етилованого бензину в атмосферу викидається приблизно 0,5...0,85 кг оксидів свинцю. За попередніми даними, проблема забруднення навколишнього середовища свинцем від викидів автотранспорту стає значущою у містах із населенням понад 100 000 осіб та для локальних ділянок уздовж автотрас із інтенсивним рухом. Радикальний метод боротьби із забрудненням довкілля свинцем викидами автомобільного транспорту- Відмова від використання етилованих бензинів.
Альдегіди (R x CHO)– утворюються, коли паливо спалюється при низьких температурахабо суміш дуже бідна, а також через окислення тонкого шару олії у стінці циліндра. При спалюванні палива за високих температур ці альдегіди зникають.
Забруднення повітря йде трьома каналами: 1)ОГ, що викидаються через вихлопну трубу (65%); 2) картерні гази (20%); 3)вуглеводні в результаті випаровування палива з бака, карбюратора та трубопроводів (15%).
