Для уменьшения токсических веществ в выхлопных газах автомобилей необходимо
Катализатор топлива - устройство, предназначенное для снижения токсичности выхлопных газов и улучшения условий работы двигателя внутреннего сгорания за счет предварительной обработки углеводородного жидкого топлива, подаваемого в цилиндры двигателя. Обработка топлива в катализаторе топлива позволяет повысить полноту его сгорания, снизить образование вредных веществ при работе двигателя (снизить токсичность выхлопных газов), снизить удельный расход топлива, улучшить условия работы двигателя по критериям износа. Катализатор выхлопных газов - это элемент выхлопной системы автомобиля, который предназначен для дожигания выхлопной смеси до экологически чистых. Катализатор расположен либо на приемной трубе, либо сразу после нее. Внутри корпуса каталитического нейтрализатора находятся керамическая сотовая конструкция. Соты нужны для того, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой платиноиридиевого сплава. .Недогоревшие остатки (CO, CH, NO) касаясь поверхности каталитического слоя, окисляются до конца кислородом, присутствующим так же в выхлопных газах. В результате реакции выделяется тепло, разогревающее катализатор и, тем самым, активизируется реакция окисления. В конечном итоге на выходе из катализатора (исправного) выхлопные газы имеют концентрацию СО2.
Известно, что полнота сгорания топлива во многом определяется его состоянием. Бензин, заливаемый в бак при заправке, всегда не соответствует марке, которую он имел в хранилище завода изготовителя. Любые операции с бензином, инициируют ухудшение элементного состава топлива, поступающего в камеру сгорания.
Обработка топлива в катализаторе топлива позволяет повысить полноту его сгорания, снизить образование вредных веществ образующихся при работе двигателя (снизить токсичность выхлопных газов), снизить удельный расход топлива, улучшить условия работы двигателя по критериям износа, и даже восстановить геометрию поверхностей трения и зазоры в цилиндропоршневой группе двигателя.
В отличие от катализаторов - дожигателей, которые устанавливаются в выхлопном тракте и снижают выбросы вредных веществ за счет нейтрализации газов при контакте с нагретой поверхностью катализатора, КТ устанавливается в тракте подачи топлива и путем активного воздействия на топливо, предотвращает образование вредных веществ, повышает технические показатели работы двигателя внутреннего сгорания.
Использование разработанной технологии каталитической подготовки топлива (ступенчатое улучшение качественного молекулярного состава топлива каталитической обработкой и насыщение его солями плакирующих металлов) обеспечивает следующие отличительные особенности и преимущества “катализатора топлива”:
снижение износа двигателя за счет снижения трения и восстановления геометрии поверхностей цилиндропоршневой группы двигателя;
снижение расхода топлива;
улучшение технической характеристики двигателя без изменения его конструкции;
снижение массы загрязняющих веществ в выхлопных газах;
возможность использования в качестве топлива этилированных бензинов;
увеличение срока службы моторного масла;
способность работать в широком температурном диапазоне от – 40 0 до + 85 0С.
повышение мощности и КПД двигателя;
простоту его установки в тракте подачи топлива перед двигателем;
универсальность конструкции устройства для разных моделей транспортных средств;
возможность блочной компоновки для работы на мощных двигателях.
Эволюция катализаторов выхлопных газов.
В конце 60-х годов, когда мегаполисы Америки и Японии стали буквально задыхаться от смога, инициативу взяли на себя правительственные комиссии. Именно законодательные акты об обязательном снижении уровня токсичных выхлопов новых автомобилей вынудили промышленников усовершенствовать двигатели и разрабатывать системы нейтрализации.
В 1970 году в Соединенных Штатах был принят закон, в соответствии с которым уровень токсичных выхлопов автомобилей 1975 модельного года должен был быть в среднем наполовину меньше, чем у машин 1960 года выпуска: СН — на 87%, СО — на 82% и NOх — на 24%. Аналогичные требования были узаконены в Японии и в Европе.
Первым делом инженеры бросились совершенствовать системы питания и зажигания. Но было очевидно, что добиться столь существенного улучшения ситуации с токсичностью без применения дополнительных устройств просто невозможно.
В 1975 году на американских машинах появились первые катализаторы отработавших газов — тогда еще двухкомпонентные, так называемого окислительного типа. Двухкомпонентными они назывались потому, что могли нейтрализовать только два токсичных компонента — СО и СН. Окислительными — потому, что происходившие реакции представляли из себя окисление (то есть фактически дожигание) молекул СО и СН с образованием углекислого газа СО2 и воды Н2О.
На американских автомобилях 1975 года появились транзисторные системы зажигания с высокой энергией искры и свечи с медным сердечником центрального электрода — это свело к минимуму пропуски зажигания и последующие вспышки несгоревшего топлива в катализаторе, которые грозят оплавлением керамики.
В 1977-м к нему добавили "противоазотную" секцию, а еще через пару лет объединили все в едином корпусе, дав неправильное название "трехступенчатый" катализатор. На самом деле речь идет не о ступенях, а о трех подавляемых классах вредных веществ.
К 1990 году катализатор переехал вплотную к выпускному коллектору, чтобы быстрее нагреваться до рабочих температур (300?С) – тем самым уменьшить вредные выбросы на стадии прогрева.
В 1995 году фирма ”Эмитек” разработала технологию подогрева катализатора мощным электрическим сопротивлением. Основанная на этом принципе модель катализатора ”6С”(или ”Эмикэт”) была установлена на ”БМВ-Альпина В12”.
В 2000 году появилась цеолитовая ловушка углеводородов (СН), задерживающая их при пуске мотора и лишь после нагрева до 220°С отдающая на "съедение" готовому к работе катализатору.
Очищение выхлопных газов.
Это происходит за счет прохождения выхлопов с высокой температурой через решетку каталитического преобразователя, изготовленную из драгоценных металлов, в результате чего вредные выхлопы либо окисляются, либо распадаются на менее вредные химические вещества. Работа катализатора основана на внутреннем элементе, который представляет собой керамическую решетку, покрытую драгметаллами. Керамическая решетка имеет огромное количество проходов и при прохождении выхлопных газов максимальное количество отработанных газов соприкасается с поверхностью этой решетки — происходит каталитическая реакция. При условии, что керамическая решетка внутри катализатора забивается несгоревшими отходами топлива (такими, например, как свинец, масло), тогда эффективность катализатора значительно снижается. Поэтому применение топлива с содержанием тетраэтилсвинца недопустимо для автомобилей, оснащенных катализаторами за счет дополнительного сопротивления, создаваемого конвертором на пути следования отработанных газов автомобиля
Сравнительная характеристика катализатора выхлопных газов и катализатора топлива.
Сертификат и скидка на обучение каждому участнику
Пути снижения токсичности выбросов автотранспорта
Преподаватель Павлодарского нефтегазового колледжа,
Проблема, взятая за основу нашего исследования: главная экологическая проблема автомобильного транспорта - это высокая токсичность выхлопных газов. В их состав входит более 200 токсичных компонентов, в том числе таких биологически активных, как окись углерода, окислы азота, углеводороды, альдегиды, соединения свинца и многие другие. Доля оксида углерода составляет 74 процента, углеводородов - 10 процентов, оксидов азота -13,4. И так далее: сажа, диоксид серы, свинец…
Цель исследования: найти оптимальное техническое решение для снижения токсичности выбросов автотранспорта, применимое в условиях города Павлодара и Павлодарской области.
В ходе исследования решались следующие задачи:
Изучение статистики по воздействию автотранспорта на окружающую среду.
Анализ возможных способов снижения вредного воздействия автомобильных выхлопов на окружающую среду.
Изучение новых технологий по снижению токсичности выхлопов, выбор оптимального решения.
Вот некоторые статистические данные:
По данным МВД РК по состоянию на 30 июля 2012 года общая численность автомобилей в Казахстане составила 3 264 400 единиц, в том числе в Павлодарской области 163 597 единиц.
Анализ рынка автотранспорта, проведенный Минтранскомом, показывает, что казахстанцы эксплуатируют 59 процентов легковых автомашин возрастом старше 12 лет, 84 процента грузовых автомобилей и 57 процентов автобусов .
В большинстве крупных городов Казахстана вклад автотранспорта в загрязнение воздушного бассейна достигает 60 процентов и более от общих объемов вредных выбросов.
Сопоставив приведенные статистические данные, можно прийти к выводу, что воздействие автомобильных выхлопных газов становится действительно экологической проблемой и требует немедленного решения.
Существует несколько выходов из этой тяжелой экологической ситуации, например, такие как:
снижение количества автомобилей (что вряд ли возможно),
переход на альтернативные виды топлива (что тоже пока не вполне реально),
изменение стандартов токсичности автомобильных выхлопов,
усовершенствование двигателей автомобилей.
Рассмотрим эти решения каждый по отдельности:
Снижение количества автомобилей вряд ли возможно, так как автомобиль на сегодняшний день является не предметом роскоши, а необходимым средством передвижения и потребуется немало усилий, чтобы убедить рядового казахстанца отказаться от личного автомобиля.
Переход на альтернативные виды топлива тоже пока не вполне реален, потому, что он невозможен без перестройки инфраструктуры автомобильного транспорта, а это требует определенных финансовых вложений и времени.
В 2014 году у нас заработают нормы Евро-5, но изменение стандартов токсичности автомобильных выхлопов не решит проблему стареющего автопарка, так как стандарт распространяется на ввозимые автомобили, а нынешний автопарк будет находиться в обращении до окончания своего жизненного цикла, что никак не улучшит экологическую ситуацию в стране.
Интересными являются разработки ученых по техническому усовершенствованию автомобилей и их двигателей для улучшения его экологичности. Например, ученые предлагают:
"Зеленый ящик" (GreenBox), превращающий выхлопные газы в биотопливо;
МД-тюнинг - технология модификации дросселя и карбюратора;
Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (А- катализатор уменьшения вредных выхлопов, В- катализатор окисления (сгорания) вредных веществ, С- керамическая сотовая структура) – трехступенчато нейтрализует вредные выбросы.
Недостатками такого подхода к решению проблемы, как нам кажется, являются следующие:
Прибор контроля токсичности фиксирует только содержание бензола.
Регулировка карбюратора снижает содержание вредных веществ лишь до минимального уровня, установленного стандартом, т.е. кардинально проблему не решает.
Нас заинтересовали и поэтому более детально изучены в сравнении две новейшие разработки: технология МД-тюнинга и технология "Зеленого ящика" (GreenBox).
Коротко о МД-тюнинг можно сказать следующее:
Американский инженер Рон Хаттон, основатель компании GadgetmanTechnologies LLC, сделал ряд исследований и открытий в области аэродинамики. Он запатентовал работающую технологию модификации дросселя и карбюратора (МД-тюнинг), которая позволяет увеличить мощность автомобиля, снизить расход топлива, увеличить крутящий момент и динамичность. Кроме этого снижается количество вредных веществ в выхлопе.
Как это работает:
В процессе модификации дросселя в нем протачивается несколько выверенных фасок. Благодаря этим фаскам становится возможным формирование сильного вихревого воздушного потока, вследствие чего создается перепад давления, который приводит к скачку вакуума. При таком уровне создавшегося вакуума ни одна жидкость не может оставаться в состоянии жидкости, таким образом, бензин превращается в пары бензина (другое физическое состояние). При этом мощный вихревой воздушный поток эффективнее перемешивается с парами бензина (газ с газом), как в миксере, образуя предельно гомогенную (однородную) топливно-воздушную смесь (ТВС). Это обеспечивает более полное сгорание топлива, выработку большего количества энергии и, соответственно, большей мощности. Двигатель автомобиля становится более приемистым и быстрее набирает нужные обороты. Исчезает провал в начале движения автомобиля, педаль газа откликается на нажатие мгновенно.
Мы выделили следующие преимущества МД-тюнинга:
МД-тюнинг делается один раз на весь период эксплуатации автомобиля, не требует внимания, заливки, установки чего-то дополнительного, что может ломаться.
МД-тюнинг – это минимальное вмешательство в систему впуска, никаких вмешательств в двигатель, электронику, компьютер. Не влияет на гарантию!
После модификации автомобильные датчики инжекторных автомобилей в большинстве случаев сразу подхватывают новые данные, и машина работает в новом режиме без перенастройки.
МД-тюнинг не препятствует, он скорее, помогает получить максимум от чип-тюнинга, установки турбины, нитро, установки газобаллонного оборудования или любой другой модификации, которую вы захотите осуществить.
МД-тюнинг – это низкая стоимость модификации, он быстро окупается, не имеет негативных побочных эффектов, не доставляет неудобств.
Модификация занимает от одного до трех часов.
Модификация системы подготовки горючей смеси по этой технологии позволяет не только снизить в выхлопных газах уровень вредных веществ, но и повысить КПД двигателя в целом. Повышается мощность (на 5-15% в среднем), увеличивается ресурс двигателя, улучшается динамика разгона, снижается расход бензина на 10-25% в среднем (что безусловно немаловажно).
Из опыта применения:
Например, в России уже модифицированы сотни машин самых разных марок, среди которых Ford, Nissan, Mitsubishi, Chevrolet, Jaguar, Hammer, Mercedes, Opel, Toyota, Honda, Жигули, Газель, Лада, УАЗ и много-много других. Результат неизменен: снижение вредных выхлопов, увеличение динамики и мощности, снижение расхода топлива.
Британские химики научились превращать выхлопные газы в биотопливо. Ключевым элементом новой технологии является уникальный "Зеленый ящик" (GreenBox) - особая емкость, которая может улавливать и накапливать в себе углекислый газ, закись азота и другие вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах автомобиля.
Отработанные газы, собранные в "Зеленом ящике", затем предлагается отправлять на специальные фабрики, где они могут быть переработаны особыми, генетически модифицированными водорослями в биодизель. Такое топливо в последствии можно использовать для заправки автобусов, грузовиков или, к примеру, тепловозов. А опорожненные "Зеленые ящики" затем вновь могли бы поступать на заправки для повторного использования.
В настоящее время этой технологией заинтересовались многие крупные автопроизводители, среди которых Toyota, GM и несколько азиатских марок. Однако пока разработчики ведут переговоры и готовятся к получению патента на свою технологию.
Недостатком данной технологии является то, что п отребуется создание новых элементов инфраструктуры (выращивание водорослей, строительство перерабатывающих заводов, переоборудование заправочных станций).
В результате можно сделать вывод, что применение технологии МД-тюнинга является наиболее оптимальным техническим решением, которое не требует капитальных вложений в инфраструктуру и решает не только экологические проблемы.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ АВТОТРАНСПОРТА, ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Ингредиенты загрязнения атмосферы – это тысячи химических соединений, особенно металлы или их оксиды, токсичные вещества, аэрозоли. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в практике в настоящее время используется до 500 тыс. химических соединений. При этом около 40 тыс. соединений обладают весьма вредными для живых организмов свойствами, а 12 тыс. – токсичны.
Наиболее распространенные загрязнители – зола и пыль различного состава, оксиды цветных и черных металлов, различные соединения серы, азота, фтора, хлора, радиоактивные газы, аэрозоли и т.п. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха приходится на долю оксидов углерода – около 200 млн. тонн в год, пыли – около 250 млн. тонн в год, золы – около 120 млн. тонн в год, углеводородов – около 50 млн. тонн в год.
Одним из источников загрязнения атмосферы является автотранспорт, от использования которого происходит огромный выброс самых разнообразных химических веществ. В городах используется огромное количество машин с двигателями дизельного типа. А ведь известно, что выхлопной газ от дизельного двигателя содержит намного больше токсичных и ядовитых веществ, чем от карбюраторного двигателя. Более 200 вредных для организма человека веществ содержит отработанный газ двигателей внутреннего сгорания (ДВС), основой которого являются: окись углерода и азота, диоксиды азота и серы.
Положение с выхлопными газами автотранспорта еще и усугубляется тем, что во всех городах России практически не ведется контроль выхлопных газов на содержание СО. Посты технического обслуживания не оснащены приборами для проведения газоанализа и регулировки двигателей автомобилей.
По статистике, в среднем один легковой автомобиль выбрасывает в атмосферу за день около одного килограмма разных токсичных и канцерогенных веществ. Причем подобные вещества способны аккумулироваться и находиться в окружающей среде до 5 лет.
Зачастую выхлопными газами называют все выбросы в городскую атмосферу, в том числе котельных, заводов и других промышленных предприятий. На самом деле этим термином правильно называть только транспортные выбросы, которые появляются в результате переработки топлива. Также их называют отходящими газами.
Выхлопные газы – продукт работы двигателей внутреннего сгорания, и, учитывая стремительный рост количества транспорта за последние 50 лет и, в частности, прирост личного автотранспорта в городах, выхлопные газы в воздухе городов обосновались всерьез и надолго, а количество их только растет.
Важно знать, что лишь один автомобиль способен всего лишь за сутки поставить в воздух около килограмма таких вредных соединений. Большее вредное влияние здоровью человека, растительности, животным, а также почве и водным ресурсам оказывают машины, двигатели которых работают на дизеле, нежели на бензине или газе, при этом вырабатывается большее количество сажи.
Согласно статистике, грузовые машины и автобусы вырабатывают больше выхлопных газов, нежели легковые автомобили. Этот факт напрямую связан с режимом работы и объемами двигателей внутреннего сгорания автомобилей.
Так, например, легковая машина дает за сутки порядка 220 мг/м3 угарного газа, автобус 230 мг/м3, а небольшой грузовик целых 500 мг/м3. Легковушка дает 45 мг/м3 оксида азота, автобус 18 мг/м3, а небольшой грузовик – 70 мг/м3. Также автобус, в отличие от легковушки, постоянно выбрасывает в воздух оксиды серы, углерода и соединения свинца.
Выхлопные газы автомобилей – это сочетание двухсот-трехсот химических соединений, которые являются достаточно вредными для организма человека. Они получаются при сгорании различного автомобильного топлива и отходят в открытую атмосферу. Наибольший объем токсинов присутствует в выхлопных газах, когда двигатель работает на холостом ходу и на сниженных скоростях. При таких режимах происходит плохое выгорание топлива и отход несгоревших элементов топлива в количестве более чем в десять раз превышающем выхлопы при стандартном режиме автомобиля.
В составе выхлопных газов разных видов топлива, могут быть такие вредные элементы как:
оксиды азота и углерода;
диоксиды азота и серы;
некоторое количество сажи;
разные соединения свинца;
Содержание основных химических веществ в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания меняется в зависимости от типа двигателя, бензиновый или дизельный, однако основной набор остается прежним (табл. 1). При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе - сажа.
Химический состав выхлопных газов автомобиля
Объемная доля в бензиновом двигателе, %
Объемная доля в дизельном двигателе, %
Водяной пар H2O
Диоксид углерода СО2
Оксид углерода (CO – угарный газ)
Диоксид серы SO2
Как видно из таблицы, в состав выхлопных газов достаточно разнообразен, и большая часть компонентов токсична. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их подразделяют на группы.
Это нетоксичные вещества (азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха).
Это оксид углерода или угарный газ (СО) - продукт неполного сгорания топлива.Оксид углерода обладает наркотическим действием, раздражающе действует на кожу и слизистые оболочки. Оксид углерода при вдыхании связывается с гемоглобином крови, вытесняя из нее кислород, в результате чего наступает кислородное голодание, которое, прежде всего сказывается на центральную нервную систему. Высокая концентрация оксида углерода даже при кратковременном воздействии может вызвать смерть; небольшие дозы вызывают головокружение, головную боль, чувство усталости и замедленную реакцию. Оксид углерода – один из факторов, вызывающих болезнь сердца – стенокардию, т.е. уменьшение переноса кислорода к тканям, особенно пагубно для миокарда (сердечной мышцы).
В ее составе оксиды азота - NO и NO2. Вызывает сильное раздражение слизистых оболочек глаз, при высоких концентрациях оксидов азота (свыше 0,004%) возникают астматические проявления и отек легких.
В эту группу входят различные углеводороды (соединения типа СxНy). Углеводороды, наряду с токсичными свойствами, обладают также канцерогенным действием. Особой канцерогенной активностью отличается бензапирен (С29Н12), содержащийся в отработавших газах бензиновых двигателей и дизелей.
Эту группу составляют органические соединения - альдегиды. В отработавших газах содержатся в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Эти соединения, раздражают органы зрения, дыхательные пути, поражают центральную нервную систему, почки, печень. При фотохимическом смоге воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, отмечаются симптомы удушья, обострение легочных и нервных заболеваний, бронхиальной астмы.
Компоненты этой группы - сажа и другие дисперсные частицы. Адсорбируя на своей поверхности бензапирен, сажа оказывает более сильное негативное воздействие, чем в чистом виде. Сажа как любая мелкая пыль действует на органы дыхания, но главная опасность заключается в том, что на ней адсорбируются канцерогенные вещества, следовательно, возрастает риск заболеваний раком.
К этой группе относят сернистые соединения - серный ангидрид, сероводород, которые имеют место в отработавших газах, когда используется топливо с повышенным содержанием серы. Сернистые соединения оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека. Сернистый газ вызывает онкологические заболевания. Вдыхание влажного воздуха, содержащего оксид серы, особенно опасен для людей, страдающих сердечнососудистыми заболевания. Длительное вдыхание сернистого газа повышенной концентрации действует на организм особо токсично, вызывая нарушение деятельности нервной системы.
В состав этой группы входят свинец и его соединения. Эти компоненты появляются в отработавших газах при использовании этилированного бензина.Соединения свинца поражают органы и ткани организма, нервную систему, желудочно – кишечный тракт, нарушают обменные процессы, приводят к росту онкологических заболеваний. Опасность отравления соединениями свинца усугубляется тем, что они, как канцерогенные вещества не удаляются из организма, а накапливаются в нем, также как в почве и растениях. В организме человека свинец удерживается белками эритроцитов, затем поступает в плазму крови и достигает почек, печени и др. органов. В костях свинец накапливается постепенно и надолго остается в них.
Поражение десен, расстройство кишечника, заболевание почек, сосудов и центральной нервной системы, угнетение синтеза белка, отрицательное воздействие на генетический аппарат клетки – результат отравления свинцом. Если с водой человек получает больше 0,1 мг ионов свинца в сутки, то это может привести к повышенной утомляемости, депрессии, нарушению функций нервной системы, анемии, почечной недостаточности, судорогам. Ионы свинца можно удалить из воды, осадив их в виде сульфидов.
Свинцовое отравление даже на ранних стадиях влияет на головной мозг, в результате чего у детей снижается интеллект, нарушается координация движений, ухудшается слух и память.
Из 1000 т загрязняющих веществ, ежедневно попадающих в воздух из выхлопов автомобилей, 200 т угарного газа, 800 т углеводородов и других соединений. Приоритетной вредной примесью в отработавших газах автомобилей, работающих на бензине, является оксид углерода (СО), доля которого составляет в среднем 69% общего количества выбросов вредных веществ. Доли остальных примесей распределены следующим образом: 17% приходится на оксиды азота (NOх) и 14% - на суммарные углеводороды (СН) (см.приложение 4).
Вследствие содержания в выхлопных газах автомобилей вредных и даже ядовитых веществ, а также при постоянном действии таких элементов на органы человека, они способны вызывать развитие острых и хронических болезней.
Автомобиль стал бы гораздо безвреднее для окружающей его среды, если бы в его двигателе углеводородное топливо превращалось исключительно в углекислый газ и водяные пары. Но… Температура горения топлива бывает или слишком высокой, или очень низкой, что приводит к его неполному сгоранию. Кроме того, не следует забывать о качестве самого горючего и примесях, содержащихся в нем. Все это, как известно, приводит к возникновению токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота и серы, несгоревших углеводородов и прочих газов, а также твердых частиц сажи и соединений свинца.
Сегодня именно транспортные выбросы являются основной причиной загрязнения воздуха в городе и постоянно оказывают влияние на здоровье человека.
Состав выхлопных газов достаточно разнообразен, и большая часть компонентов токсична. Выхлопные газы автомобиля могут нанести вред здоровью, и достаточно серьезный. Прежде всего, оксид углерода или угарный газ не имеет вкуса и запаха, но при высокой концентрации вызывает головокружение, головную боль, тошноту, может приводить к обморокам.
Такав далеко не весь перечень воздействия интенсивно выделяемых на первый взгляд невинного голубоватого дымка глушителя автомобиля. Вред от выхлопных газов автомобиля во многом объясняют канцерогены – сажа и бензопирен, которые способствуют развитию опухолей, особенно — злокачественных.
Рассматривая выхлопные газы и вред, который они приносят, нужно добавить и про влияние этого химического коктейля целиком: длительный контакт с выхлопными газами приводит к смерти, в частности — от отравления конкретно угарным газом. Наибольшая опасность этих выбросов состоит в их количестве, распространенности и мелком размере частиц, что позволяет выхлопам проходить через естественные барьеры организма и попадать в легкие. При постоянном воздействии выхлопных газов на организм может развиваться иммунодефицит, страдают сосуды головного мозга; нервная, дыхательная, сердечнососудистая системы. Кроме того, большая часть токсичных веществ, входящих в состав выхлопных газов, может взаимодействовать друг с другом и с другими компонентами атмосферы, что способствует образованию смога.
Выхлопные выбросы действуют сразу непосредственно на внутренние органы дыхания, причем у детей младшего возраста намного значительнее, чем у взрослых. Это объясняется тем, что самая большая концентрация выбросов находится на уровне лица маленьких детей.
Химические соединения, что есть в составе выхлопных газов, в особенности тяжелые металлы, характеризуются свойством накапливаться в организме.Вследствие чего начинается зашлаковывание организма с последующим развитием серьезных заболеваний.
Наибольший вред выхлопные газы оказывают на водителей и пассажиров автотранспорта, которым приходится подолгу стоять в пробках, так как концентрация оксида углерода внутри автомобиля может превышать предельно допустимые нормы. Выхлопные газы от автотранспорта образуют смог (smog, от smoke — дым и fog — туман) — ядовитый туман в нижнем слое атмосферы. Смог состоит из тумана, дыма, частичек сажи, пыли, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Вредные газы, поступающие в атмосферу, вступают в реакцию между собой и образуют новые, токсичные соединения. Смог, состоящий из азотных, сернистых соединений и капелек воды, вызывает раздражение слизистых оболочек, головную боль, осложнения заболеваний дыхательных путей, отеки и т. д.
Так как выхлопные газы способствуют снижению количества кислорода в крови и мешают нормальному газообмену, следует выводить организм на полезные прогулки в пригород или в удаленный от дороги парк, чтобы получить порцию свежего воздуха.
При постоянном воздействии выхлопов стоит разнообразить свое меню антиоксидантами, которые содержатся в ягодах, фруктах, зеленых овощах и зеленом чае, а также в семечках, и пить больше воды, так как она способствует детоксикации. Такой “допинг” помогает организму справляться с последствиями вдыхания химического коктейля и поддерживает здоровье.
Каждый человек должен задуматься о том, какие серьёзные последствия несёт атмосфера, пропитанная вредными химическими веществами. Жизнь, данная нам однажды природой не должна нарушаться искусственными факторами, которые негативно сказываются на здоровье человека.
Однако исключить из жизни наличие автотранспорта невозможно или проблематично, но вполне возможно и необходимо сократить количество вредных примесей содержащихся в выхлопных газах. Одним из путей экологизации автомобильного транспорта является перевод его на альтернативные виды топлива.
В последние годы ведется активная разработка биологических видов топлива, электромобилей и возможных модификаций двигателя, что позволит отказаться от углеводородного “корма” автомобилей и сократит количество вредных выхлопных газов. Однако пока это все вопрос скорее будущего, а не настоящего, поэтому сейчас лучше защищаться от выбросов. Для защиты сферы обитания человека, правительство должно принимать законы, призванные оптимизировать движение городского транспорта. Кроме того, в настоящее время следует делать акцент на производстве экологически чистого транспорта, разрабатывать альтернативные энергоисточники для транспортных средств, развивать бизнес по прокату велосипедов и озеленять город.
Выхлопные газы ДВС - основной источник токсичных веществ двухтактного и четырехтактного двигателя внутреннего сгорания в городах, которые загрязняют воздух, которым дышит всё живое на Земле. Отработавшие газы, неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 различных веществ, большинство из которых - токсичны для организма человека.
Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводорода. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты и также тяжелые металлы.
Примерный состав выхлопных газов ДВС
| Компоненты выхлопного газа | Содержание по объему, % | Токсичность | |
|---|---|---|---|
| Двигатель | |||
| бензин | дизель | ||
| Азот | 74,0 - 77,0 | 76,0 - 78,0 | нет |
| Кислород | 0,3 - 8,0 | 2,0 - 18,0 | нет |
| Пары воды | 3,0 - 5,5 | 0,5 - 4,0 | нет |
| Диоксид углерода | 5,0 - 12,0 | 1,0 - 10,0 | нет |
| Оксид углерода | 0,1 - 10,0 | 0,01 - 5,0 | да |
| Углеводороды неканцерогенные | 0,2 - 3,0 | 0,009 - 0,5 | да |
| Альдегиды | 0 - 0,2 | 0,001 - 0,009 | да |
| Оксид серы | 0 - 0,002 | 0 - 0,03 | да |
| Сажа, г/м3 | 0 - 0,04 | 0,01 - 1,1 | да |
| Бензопирен, мг/м3 | 0,01 - 0,02 | до 0,01 | да |
Свинец
Свинец мягкий металл, который имеет 1 группу опасности. Отравление его соединениями занимает первое место по частоте среди всех соединений металлов [1] . В бензине этот металл известен под названием тетраэтилсвинец. По сути это тот же металл, только растворенный в жидкости (металлоорганическое соединение). Тетраэтилсвинец до недавнего времени (в России до 2003 года [2] ) использовался в качестве присадки в моторное топлива, повышающее его октановое число и препятствующее образованию детонации в цилиндрах двигателя. Этилированный бензин пожалуй самое большое зло человечества, его соединение находили буквально повсюду, в том числе и в костях, мозгу, нервных волокнах и т.д. организмов.
А все началось с Джона Рокфеллера, который в 1870 году основал фирму "Standard Oil" [3] . В то время топливом для автомобилей являлся спирт, а бензин (в классическом его понимании) продавался в аптеках в качестве отбеливателия, Джон решил (после покорения рынка керосина - да, раньше вместо керосина использовали китовый жир), что вместо спирта для двигателей внутреннего сгорания нужно использовать его бензин. Но проблема заключалась в том, что тот бензин имел очень низкое октановое число и двигателя запускались с большим трудом (а тогда был только кривой стартер), а срок службы значительно снижался - двигатель работал неустойчиво и издавал стуки. Перед Джоном Рокфеллером встала непростая задача - повысить октановое число бензина. Именно тогда ему пришло на помощь изобретение Томоса Миджли [4] - тетраэтисвинец. В 1916 году изобретатель Чарлз Кеттеринг [4] объединился с молодым ученым Томосом. Вместе они собрали команду для поиска и исследования такой добавки в бензин, которая могла бы устранить шум и запах ДВС. Они перепробовали сотни различных веществ - присадка была изобретена 1921 году и чтобы не вызывать лишних вопросов у населения, имела короткое название "Ethyl". Двигатель на этилированном бензине работал ровно и шептал словно кошечка. Однако в последствии изобретатель тетраэтилсвинца отравился своим же изобретением, но выздоровел, чего не скажешь о его коллегах.
Отравление чистым тетраэтилсвинцом происходит очень быстро. Всего лишь чайная ложка, попавшая непосредственно на кожу, может убить. После впитывания в дерму, вещество проникает в мозг и через несколько недель вызывает симптомы, подобные бешенству: галлюцинации, тремор, дезориентацию и, наконец - смерть. Дети в 5 раз более чувствительны к свинцу [5] чем взрослые, но они также более склонны испытывать неврологические проблемы, связанные с накоплением свинца в организме.
В 1983 году отделение Центра по контролю и профилактике заболеваний выявило "снижение уровня свинца в крови 1 к 1 со снижением свинца в бензине". При снижении продаж свинцового бензина на 50% уровень свинца в крови упал на 37%. Сегодня общеизвестно, что уровень свинца в крови выше 5 мкг/дл может привести к повреждениям в мозгу ребенка, увеличивая шанс расстройств внимания, низкого IQ, влияя на успеваемость и задерживая половое созревание. В середине 1980-х, Агентство по токсичным веществам подсчитало, что практически у 17% дошкольников уровень свинца в крови был выше 15 мкг/дл. Проблема была особенно острой в более бедных кварталах, странах и городах с высоким уровнем автомобилизации
В настоящее время от тетраэтилсвинца отказались практически все страны, в результате чего уровень свинца в крови американца упал до 0,858 мкг/дл, когда в 1975 году он равнялся 15 мкг/дл. Исследование 2002 года под номером PMC1240871 обнаружило, что из-за снижения свинца в окружающей среде к концу девяностых годов, уровень IQ среднего дошкольника вырос на пять баллов.
Теперь очередь за алюминием!
Недоксид или моноксид - он же угарный газ (CO)
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). В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распылении топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. 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.
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 NOx составляет оксид азота NO, который ещё в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO2). 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 NOx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.
Закись азота (N2O гемиоксид, веселящий газ) газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.
NO2 (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/м3. 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. 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 Не полностью сгоревшие CH, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. CH являются причиной многих хронических заболеваний. Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м3. Содержание CH в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (ПХХ, например, при торможении двигателем). При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, - возникают его частые пропуски. Выделение CH вызывается неполным сгоранием вблизи холодных стенок, если до конца сгорания остаются места с сильным локальным недостатком воздуха, недостаточным распыливанием топлива, при неудовлетворительном завихрение воздушного заряда и низких температурах (например, режим холостого хода). Углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где ограничен доступ кислорода, а также вблизи сравнительно холодных стенок камеры сгорания. Они играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру.
Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические CH обладают отравляющими свойствами. Углеводороды (олефины) и оксиды азота при определенных метеорологических условиях активно способствуют образованию смога.
Смог от выхлопных газов
Смог (Smog, от smoke дым и fog - туман) ядовитый туман, образуемый в нижнем слое атмосферы, загрязненной вредными веществами от промышленных предприятий, выхлопными газами от автотранспорта и теплопроизводящих установок при неблагоприятных погодных условиях. Он представляет собой аэрозоль, состоящую из дыма, тумана, пыли, частичек сажи, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Возникает в атмосфере промышленных городов при определенных метеорологических условиях. Поступающие в атмосферу вредные газы вступают в реакцию между собой и образуют новые, в том числе и токсичные соединения. В атмосфере при этом происходят реакции фотосинтеза, окисления, восстановления, полимеризации, конденсации, катализа и т.д. В результате сложных фотохимических процессов, стимулируемых ультрафиолетовой радиацией Солнца, из оксидов азота, углеводородов, альдегидов и других веществ образуются фотооксиданты (окислители).
Низкие концентрации NO2 могут создать большое количество атомарного кислорода, который в свою очередь образует озон и вновь реагирует с веществами, загрязняющими атмосферный воздух. Наличие в атмосфере формальдегида, высших альдегидов и других углеводородных соединений также способствует вместе с озоном образованию новых перекисных соединений. Продукты диссоциации взаимодействуют с олефинами, образуя токсичные гидроперекисные соединения. При их концентрации более 0,2 мг/м3 наступает конденсация водяных паров в виде мельчайших капелек тумана с токсичными свойствами. Их количество зависит от сезона года, времени суток и других факторов. В жаркую сухую погоду смог наблюдается в виде желтой пелены (цвет придает присутствующий в воздухе диоксид азота NO2 капельки желтой жидкости). Смог вызывает раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, может вызвать головную боль, отеки, кровоизлияния, осложнения заболеваний дыхательных путей. Ухудшает видимость на дорогах, увеличивая тем самым количество дорожно-транспортных происшествий. Опасность смога для жизни человека велика. Так, например, лондонский смог 1952 г. называют катастрофой, так как за 4 дня от смога погибло около 4 тыс. человек. Наличие в атмосфере хлористых, азотных, сернистых соединений и капелек воды способствует образованию сильных токсичных соединений и паров кислот, что губительно сказывается на растениях, а также сооружениях, особенно на исторических памятниках, сложенных из известняка. Природа смогов различна. Например, в Нью-Йорке образованию смога способствуют реакции фтористых и хлористых соединений с капельками воды; в Лондоне присутствие паров серной и сернистой кислот; в Лос-Анджелесе (калифорнийский или фотохимический смог) наличие в атмосфере оксидов азота, углеводородов; в Японии - присутствие в атмосфере частиц сажи и пыли.
Снижение концентрации токсичных веществ в выхлопных газах
В настоящее время Правительства всех стран вводит определенные нормы на концентрацию вредных веществ в выхлопных газах автомобилей. Поэтому производители автомобилей, чтобы попасть на рынок, вынуждены проводить модернизацию систем автомобилей с целью снижения уровня выделения токсичных веществ.
Такими системами могут служить каталитические нейтрализаторы, сажевые фильтры, мочевина и многое другое. Так, например, для дизельных двигателей устанавливаются нейтрализаторы выхлопных газов, которые позволяют снизить токсичность на 80%. В системах бензиновых двигателей устанавливают антитоксикатор в систему питания, что также позволяет добиться снижения концентрации вредных веществ.
Читайте также: