Содержание
Введение
1. Мониторинг атмосферного воздуха в местах скопления автотранспорта
2. Совершенствование двигателя внутреннего сгорания
3. Повышение качества автомобильных бензинов
4. Нейтрализаторы
5. Дизельное топливо
6. Автомобили на газе
7. Водород – автомобильное топливо XXI в
8. Электромобиль
9. Альтернативные виды топлива
10. Организация автомобильного движения в городах с целью улучшения экологической обстановки
11. Гаражи для личных автомобилей
12. Борьба с обледенением дорог
13. Автоматизированные системы управления городским транспортом
Использованная литература
Введение
В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автомобильного транспорта существенно обострились проблемы воздействия его на окружающую среду.
Автомобили сжигают огромное количество нефтепродуктов, нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом атмосфере. Поскольку основная масса автомобилей сконцентрирована в крупных городах, воздух этих городов не только обедняется кислородом, но и загрязняется вредными компонентами отработавших газов.
С каждым годом количество автотранспорта растет, а, следовательно, растет содержание в атмосферном воздухе вредных веществ. Постоянный рост количества автомобилей оказывает определенное отрицательное влияние на окружающую среду и здоровье человека.
Основными источниками загрязнения воздушного бассейна при эксплуатации автотранспорта являются двигатели внутреннего сгорания, которые выбрасывают в атмосферу отработавшие газы и топливные испарения. В отработавших газах обнаружено около 280 компонентов продуктов полного неполного сгорания нефтяных топлив, а также неорганические соединения тех или иных веществ присутствующих в топливе.
Нейтрализаторы
Устанавливаемые в выхлопных трактах автомобилей нейтрализаторы снизили суммарный выброс токсичных веществ автотранспортом, например в США с 76 млн т в 1980 г. до 55 млн т в 1985 г. Нейтрализаторами в этой стране оборудовано более 85% автомобилей.
В Швеции испытания 48 автомобилей разных моделей, оборудованных каталитическими фильтрами выхлопных газов, показали, что вредных веществ в выхлопах значительно меньше, чем даже предусмотрено стандартами: окиси углерода – на 34%, углеводородов – на 36%, окиси азота на 58%.
Испытания каталитических катализаторов, разработанных в нашей стране, показали, что они снижают уровень окиси углерода в отработанных газах на 80%, углеводородов – на 70%, окиси азота – на 50%. В целом токсичность выброса уменьшается в 10 раз. Процесс окисления, протекающий при прохождении отработанных газов через слои катализатора (например, керамические гранулы), практически беспламенный.
Лучшим катализатором оказалась платина, но этот дорогой и дефицитный материал не может применяться широко. Были предприняты поиски других, более дешевых и доступных катализаторов. Ученые пришли к выводу, что в известной степени платину могут заменить палладий, рутений, а также окись меди, окись хрома, окись никеля и двуокись марганца.
В нейтрализаторах российского производства используется окись алюминия. Как и в термореакторе, процесс окисления окиси углерода и углеводородов требует подачи дополнительного воздуха, а процесс восстановления окиси азота не требует подачи воздуха. Современные каталитические нейтрализаторы выполняются в виде двухкамерного реактора: в одной камере осуществляется окисление окиси углерода и углеводородов, а во второй восстановление окиси азота.
Нейтрализаторы этого типа применяются на автомобилях с бензиновыми и дизельными двигателями. Одна из трудностей состоит в том, что в отработанных газах дизелей содержится кислород (10% и более), в присутствии которого реакция восстановления окиси азота не происходит, а для окисления окиси углерода этого кислорода недостаточно. Поэтому обычные каталитические реакторы без дополнительных устройств обеспечивают у дизелей нейтрализацию несгоревших углеводородов и альдегидов, а окись углерода нейтрализуют лишь в небольшой доле.
По мере эксплуатации созданных приборов обнаружились и другие их недостатки. Так, при наличии бензинового двигателя с высокой степенью сжатия, работающего на этилированном бензине, поверхность катализатора быстро обволакивается свинцом. На катализаторе осаждаются сажа и сера, что существенно ослабляет его действие и практически выводит из строя после сравнительно небольшого пробега.
На Уральском электрохимическом комбинате ежегодно производится 2 млн каталитических блоков к автомобилям разных марок.
Выглядят они просто: зарубежный керамический или более прочный отечественный металлический сотовый блок, на который методом вдувания наносится тонкий каталитический слой из суспензии драгоценных металлов платиновой группы, заключается в контейнер и устанавливается в выхлопном тракте автомобиля. Горючие газы вступают в реакцию с химически активным веществом и очищают выхлопы от вредных продуктов на 97–99%, если двигатель оборудован системой впрыска топлива, и примерно на 60-70% – для обычных карбюраторных двигателей.
В России около 15,5 млн машин, находящихся в личном пользовании граждан, по большей части горожан. Какова перспектива оснащения индивидуального транспорта системами нейтрализации?
В течение трех последних лет в Москве на городском общественном транспорте было установлено 19 тыс. нейтрализаторов, снижающих уровень вредных выбросов на 20 тыс. т ежегодно. В 2003 г. с помощью этого приспособления предполагается сделать экологически чистыми 24 650 столичных автобусов.
В 2006 г. Мосгордума приняла закон «О применении на автотранспортных средствах нейтрализаторов отработавших газов и иных технических устройствах». Он предусматривает поэтапное оснащение нейтрализаторов на выхлопные трубы грузовиков, автобусов и легковых автомобилей в Москве, чьи двигатели внутреннего сгорания работают с превышением региональных норм выброса отработавших газов.На первом ламе законопроект предусматривает оборудование очистными устройствами наиболее экологически «грязных» машин – дизельных автобусов и грузовиков. На втором этапе – всего автотранспорта, принадлежащего юридическим лицам. А затем будут устанавливать нейтрализаторы и на частных автомашинах.
Законом предусматривается создание сети сертифицированных мастерских со специально подготовленными специалистами. Без них нейтрализаторы на машинах не появятся. Стоимость российского нейтрализатора составляет 1000 руб., а установка обойдется в 200 руб. Поощрять покупку транспортных средств, отвечающих экологическим нормам, городские власти могут за счет налоговой скидки при регистрации новой машины. Законом предусмотрены жесткие экологические нормы для въезжающих в Москву автолюбителей: если в выхлопах обнаружат превосходящие норму вредные вещества, то транспорт будут останавливать за пределами города. За соблюдением этого правила будут следить ГАИ, московская транспортная и экологическая инспекции.
В том же году принят второй закон, предусматривающий систему мер, обеспечивающих наличие на московских АЗС только неэтилированного топлива. Меры в основном носят административный характер – штрафы для юридических лиц до 100 минимальных заработных плат (МЗП), для руководителей АЗС – три МЗП. За повторное нарушение заправочные станции будут лишаться права торговли топливом, а за неоднократное игнорирование требований закона лицензия будет отбираться навсегда.
В 2008 г. южноафриканская фирма «Эдване индастриал рисерч» объявила об изобретении нового каталитического конвертера, который позволяет устранять до 95% вредных веществ из выхлопных газов автомобиля.
Если до сих пор подобные конвертеры изготовлялись с использованием платины, то инженеры фирмы предложили использовать марганец, что снизило стоимость изделия в 4 раза. Новый катализатор на марганцевой основе можно использовать со всеми видами дизельного топлива и бензина со свинцовыми добавками и без таковых.
Российские умельцы из военно-промышленного комплекса создали устройство, которое экономит 40% топлива и устраняет вредные выбросы. Это устройство (трансмиттер) представляет собой простой слой удивительного материала, технология которого тщательно просчитана и продумана. Слепое копирование ничего не дает. Эффект существенно усиливается, если материал охладить до определенной температуры. Причем ее надо строго выдерживать, для чего трансмиттер обложен миллиметровым слоем изолятора. На материал воздействуют электромагнитным полем. Трансмиттер начинает излучать слабые электромагнитные полны, которые улавливаются системой антенн, и энергия сбрасывается в атмосферу. Обработанное таким образом топливо сгорает полнее, что существенно уменьшает его расход и выбросы. Толщина данного устройства всего несколько сантиметров. Снаружи лишь два провода для электропитания. Потребляемая мощность как у обычной лампочки. По Москве уже бегают несколько стареньких «Жигулей» с нулевым выбросом угарного газа и расходом топлива 5 л на 100 км пробега.
Дизельное топливо
Немецкий инженер Рудольф Дизель (1858– 1913) удостоился, пожалуй, самой высокой чести, о которой может мечтать изобретатель – его имя навсегда стало неотделимо от сконструированного им теплового двигателя. В бензиновом двигателе рабочая (топливно-воздушная) смесь воспламеняется от постороннего источника (электрической искры), в дизельном – под действием температуры, повышающейся при сжатии смеси. Потребление топлива дизелем на 20–30% меньше.
В последнее время в мире наблюдается тенденция возврата к дизельным двигателям. У оборудованных ими автомобилей меньше токсичность отработанных газов (по сумме компонентов примерно втрое ниже, чем при бензиновых моторах). Но и дизельные двигатели экологически небезопасны: в процессе работы они выбрасывают твердые частицы – сажу, аэрозоли масла и несгоревшего топлива, продукты износа двигателя, сернистый ангидрид. Отработанные газы дизельного топлива содержат полициклические ароматические углеводороды, в том числе бенз(а)пирен. В них также присутствуют альдегиды, представленные формальдегидом и акролеином, являющиеся высокотоксичными соединениями.
Для очистки выхлопных газов на дизелях устанавливают не только окислительные нейтрализаторы, но и сажевые фильтры, системы рециркуляции. Сажевый фильтр представляет собой монолитный блок с большим числом заглушённых с одного конца параллельных каналов с пористыми стенками. Отработанные газы очищаются, проходя через пористые стенки из одного канала в другой. Фильтры делают из пенокерамики и пенометалла, поскольку поры этих материалов эффективно задерживают дизельную сажу.
С 1 января 2007 г. в Москве запрещено использовать на муниципальном транспорте дизельное топливо с содержанием серы более 0,05%. ГОСТ 17.02-02.01-84 «Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработанных газов. Нормы и методы измерений» дает подробные рекомендации водителю, как определить содержание окиси углерода в выхлопе, как отрегулировать двигатель. Отечественные стандарты предусматривают дальнейшее поэтапное ужесточение норм выброса токсичных веществ.
В некоторых городах появились «Икарусы» с двумя вместительными баллонами на крыше. Они работают на особом виде горючего – смеси дизельного топлива и природного газа. Это экологически чистые автобусы, за ними не тянется привычный дымный шлейф. Отработанных газов у них в 4 раза меньше, и при этом вдвое снижен расход дизельного топлива, на 10–12% повышена мощность двигателя, время работы между ремонтами увеличено в 1,5 раза.
С 80-х гг. в Западной Европе для дизелей применяют так называемое «биодизельное топливо»: эфиры жирных кислот, рапсометиловый эфир, получаемые при переработке растительных масел и их отходов. Основными потребителями в странах ЕС пока остаются грузовики и междугородные автобусы: их проезд в большинстве стран – членов Евросоюза на обычном дизельном топливе запрещен, а экологические штрафы превышают разницу в сбыточной стоимости масло-эфиров, смешанных видов топлива, с одной стороны, и дизельного топлива – с другой.
Испытания 2005–2008 гг. показали, что наиболее экономически эффективным, невысоким по капиталоемкости и надежным в эксплуатации является рапсовометиловый эфир (РМЭ). Принцип здесь такой: перед получением РМЭ 1 т масла смешивают с 110 л метанола. Потом к смеси добавляют катализатор – гидроокись калия – для отделения глицерина и нагревают до 40–50°С. Процесс повторяется до максимальной чистоты эфиров. Из 1 т масла при производстве РМЭ выделяется до 100 кг глицерина.
С 2008 г. в России проводятся испытания сельхозтракторов на биодизе смеси рапсового масла с дизтопливом в пропорции 75:25.
Автомобили на газе
Перевод автомашин на газовое топливо позволит почти в 100 раз снизить выбросы в атмосферу канцерогенных веществ. Сократится и расход нефтепродуктов: каждая тысяча газобаллонных автомобилей сэкономит на грузовых перевозках 12 тыс. т, на таксомоторных – 6 тыс. т, на пассажирских автобусах – 30 тыс. т в год. Значительно сократятся затраты и на охрану окружающей среды и воздушного бассейна.
Наиболее реальной альтернативой бензину и дизельному топливу является сжиженный или сжатый газ. Запасы его в несколько раз превосходят запасы нефти, да и технология переработки проще, чем технология извлечения бензина из нефти. Кроме того, для перехода на газообразное топливо практически не требуется вносить конструктивные изменения в двигатели внутреннего сгорания. Что же касается выбросов вредных компонентов, то концентрации окислов углерода и азота в выхлопе мотора, работающего на газе, значительно ниже, чем в выхлопе бензинового мотора, даже снабженного самым современным трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором с замкнутым контуром. Наконец, газовое топливо практически не содержит соединений свинца и серы.
Газ великолепно смешивается с воздухом и равномерно распределяется по цилиндрам двигателя, что гарантирует его практически полное сгорание и высокую топливную экономичность.
Эти преимущества особенно ярко проявляются по мере понижения температуры окружающего воздуха.
Кроме того, газовое топливо продлевает жизнь автомобильного двигателя почти в 1,5 раза: если бензин смывает, разжижает и портит смазку со стенок цилиндров, то газ не нарушает масляную пленку между трущимися деталями, и они меньше изнашиваются.
Сейчас из 500 млн автомашин, эксплуатируемых в мире, 1,2 млн работают на природном газе – метане, лишенном серы, свинца и различных примесей. Очевидно, что их доля будет постоянно расти, так как низкая стоимость и экологическая чистота делают их все более популярными. Использование природного газа на автотранспорте при полной загрузке только действующей сети автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) позволило бы снизить вредные выбросы на 10%.
Широкое использование в России природного газа в качестве альтернативного моторного газа содействовало бы решению животрепещущих для нашей страны проблем экономики, энергетики и экологии. В 2006 г. Комитет по промышленности, транспорту и энергетике Государственной Думы РФ рассмотрел и одобрил законопроект «О государственной политике в области использования природного газа в качестве моторного топлива». В нынешних условиях этот закон – одна из наиболее действенных мер, направленных на улучшение экологической обстановки в стране, а также энергообеспечения.
В условиях свободного рынка цена газового моторного топлива составит около 50% стоимости эквивалентного ему по энергосодержанию бензина АИ-76. При переводе на сжиженный природный газ доля топлива в общих эксплуатационных затратах на автомобиль сокращается вдвое, быстро окупаются затраты на приобретение газобаллонного оборудования и его установку (в течение полугода окупаются затраты при переводе на газ грузовых автомобилей моделей ГАЗ и ЗИЛ, в течение года автобусов «Икарус-280» и в течение 14 месяцев – автомобилей «КамАЗ-5320»).
В России к 2009 г. в 135 городах построено около 300 АГНКС, позволяющих ежедневно заправлять природным газом около 120 тыс.автомобилей и автобусов. Реальная цена газа составляет веет 3 руб. 40 коп. за литр газа.
Основная проблема в смене топливной аппаратуры. Импортное оборудование для карбюраторных автомобилей стоит 200-300 долларов, для инжекторных – 460–570 долларов. Отечественное несколько дешевле: для «жигулей» – 3900 руб., «волг» – 4500 руб.
Усиленное развитие автотранспорта в городах приводит к тому, что небо затягивается смогом. В связи с этим администрации ряда областей вспомнили об идее использования в качестве автомобильного топлива природного сжатого газа. В 2009 г. переведено на природный газ пассажирское предприятие № 1 Твери. На следующем этапе предусмотрено сотрудничество с Межрегион газом, Лентрансгазом и Газэнергопромбанком. Планируется обустройство газовой инфраструктурой как внутриобластных, так и крупнейших магистралей. После перевода транспорта на газ должны выиграть и сельские производители – газ примерно в 2 раза дешевле бензина и дизельного топлива.
В 2008 г. Самарская губернская дума приняла 4-летнюю региональную программу «Газ в моторах». За это время новый вид топлива должен перейти в 65% единиц транспортных средств во всех городах и районах области. На это будет затрачено 108 млн руб. Оборудование поставят бюро ракетно-космической координации «Энергия» и оборонные предприятия Самары, а заправочные станции построит Самаратрансгаз. Ожидается, что общий экономический эффект от выполнения программы составит около 60 млн руб. в год.
В 2008 г. работники автотранспортного предприятия г. Касимова (Рязанская область) предложили перевести городской общественный транспорт на газ. Газпром в свою очередь обещает держать в течение 10 лет цены на газ в 2 раза ниже, чем на бензин. В Рязанской области предполагается создать специальный фонд, который позволит осуществить перевод транспорта во всем регионе на более дешевое и экологически более безопасное топливо.
В будущем планируется освободить от уплаты различных экологических сборов автовладельцев, чьи транспортные средства работают не на бензине, а на газе. Существенные выгоды для водителей, отказавшихся от привычного горючего, представлены в законе «Об использовании природного газа в качестве моторного топлива».
Автомобили, работающие на природном газе, не будут ставиться на учет как источники вредных воздействий на атмосферный воздух. Соответственно их владельцам не придется получать разрешение на выброс вредных веществ.
Кроме того, машинам, и которых вместо бензина используется газ, разрешат не проходить так называемую проверку на окись углерода.
Плюс к лому решено материально заинтересовать водителей в переводе своих авто на экологически чистое топливо. Согласно законопроекту, стоимость газа должна быть значительно ниже, чем стоимость топлива из нефтепродуктов.
Подобные привилегии предполагается предоставлять частникам и коммерческим структурам. Транспортные средства государственных предприятий решено принудительно переводить на газ, начиная со второго года после окончательного принятия закона.
Создание в Москве целой сети газозаправочных станций станет своеобразным стартом для полного перехода на этот более экологичный вид горючего. Даже частичная «газификация» автотранспорта снизит вредные выбросы в атмосферу почти в 6 раз. В связи с этим уже в 2003 г. в столице было переориентировано на газовое топливо 950 городских автобусов и 15 тыс. грузовиков. Личный автопарк владельцы перевести на газ смогут самостоятельно. Сейчас в Москве действует не менее 50 мастерских, специализирующихся на установке газобаллонного оборудования. К этому же сроку планируется решить проблему с заправкой «газифицированных» автомашин. В 2001 г. в столице работало менее десятка газонаполнительных станций.
Немало стран, где правительство и деловые круги осознали необходимость газификации транспорта. В США, Италии, Испании, Новой Зеландии, Венесуэле разработаны и осуществляются государственные программы перевода транспорта на газомоторное топливо. Работа эта многогранна. Она не имеет одноразового решения. Это растянутый на годы процесс. В США, например, в принятый федеральный закон поправки вносятся уже одиннадцать лет. Этим законом и законами штатов регулируются налоговые и кредитные льготы, дотации на приобретение оборудования для АГНКС и газобаллонного оборудования для автомобилей.
В 1998 г. из 12 тыс. автомобилей, составлявших городской автопарк Нью-Йорка, лишь около 450 использовали в качестве топлива природный газ. С 2000 г. нью-йоркское такси работают на природном газе. Цель объявленной программы – оздоровление экологической обстановки в переполненном автомобилями городе. В соответствии с ней предполагается учредить специальный фонд в размере 3,5 млн долларов, из которого водителям такси будет выдаваться по 5 тыс. долларов на переоборудование автомобиля для перехода на газ. Компания «Форд моторе» объявила, что будет продавать автомобили, работающие на газе и на бензине по однойцене. Но таксистам, приобретающим новые машины, использующие в качестве топлива газ, будет предоставляться скидка – 6 тыс. долларов.
В Италии работа по газификации автотранспорта ведется с 1930 г. В 2006 г. здесь принята государственная экологическая программа применения СП Г на автотранспорте. Стоимость 1 м3 газа составляет 44,8% стоимости 1 л бензина. Годовой налог на бензиновый двигатель – 27 долларов на 1 л. с. мощности; на двигатель, работающий с использованием жидкого нефтяного газа, – 14,3, сжатого природного газа – 10 долларов.
Электромобиль
Только с 60-х гг. (особенно после энергетического кризиса 1973 г.) возник интерес к их массовому использованию. Это было вызнано не только энергетическими, но и серьезными экологическими проблемами: электромобиль не загрязняет и не подогревает воздух, он не такой шумный.
С 2003 г. в Калифорнии (США) вступает в действие закон, предусматривающий обязательный выпуск национальными производителями не менее 2% автомобилей с «нулевым выхлопом», прежде всего – электромобилей,
В 2008 г. фирма «Дженерал моторс» построила самый дорогостоящий электромобиль. Его начинка – 44 никель-металлогидридные батареи, топливные ячейки и трехфазный электромотор мощностью 137 л. с, разгоняющий машину весом 1300 кг до 150 км/ч с общим пробегом 500 км от одной зарядки. Исходным топливом для электромобиля служит технический спирт – метанол. Смешиваясь с водой, спирт разлагается в испарителе на водород и двуокись углерода. Водород поступает в топливные ячейки и после ионизации вырабатывает электроэнергию, подпитывающую батареи. Данные ионы окисляются кислородом, содержащимся в воздухе, и превращаются в воду, которая используется на первой стадии цикла. Таким образом решается масса проблем, которые прежде делали автомобиль на электротяге столь непривлекательным: батареи не нужно заряжать от сети, а баки – заправлять взрывоопасным водородом. Правда, здесь есть одно «но». Аналогичные установки американцы используют в космосе. И цена их столь заоблачная, что о «гражданском» применении таких установок пока не может быть и речи.
В Швеции создан 15-тонный грузовик, который назвали машиной будущего. В его двигателе соединены электромотор и газовая турбина. Электромотор используется на улицах города, чтобы не загрязнять атмосферу, а турбина – на загородных шоссе. Двигатель достаточно мощный 170 л. с, что позволяет грузовику развивать скорость ПО км/ч. Газовая турбина работает на этаноле, вредность выхлопных газов при этом в 10 раз меньше, чем от машин с поршневым мотором. А в качестве горючего могут быть использованы также метанол, бензин, дизельное горючее, рапсовое масло и природный газ.
Словом, поиск идет повсюду. Страна, которая первой выйдет на мировой рынок с электромобилем, не уступающим автомобилю с бензиновым двигателем, окажется лидером в гонке за транспорт XXI в.
Опередив в очередной раз остальные страны, Япония вступает в эру электромобилей. В Осаке постоянно действует первая на планете сеть скоростных подстанций, которым необходимо всего лишь 30 мин, чтобы «заправить» экологически чистый автомобиль, обещающий уже в недалеком будущем составить серьезную конкуренцию привычным машинам с двигателем внутреннего сгорания. До сих пор на подзарядку батарей уходило не менее 10 ч, что было одним из главных сдерживающих факторов широкого распространения электромобилей в мире. Однако с вводом в Осаке первых семи скоростных «электрозаправок» машины смогут свободно курсировать по городу. Они могут вернуться назад до того момента, как у них иссякнет вся энергия. Учитывая также, что последние модели электромобилей способны развивать скорость до 140 км/ч, зона их применения еще более расширяется.
Японская компания «Тойота» может стать первым в мире массовым производителем легковых автомобилей с двойной или «гибридной» системой энергоснабжения. Новая машина оснащена традиционным бензиновым двигателем, а также источниками энергопитания – аккумуляторными батареями, электромотором и электрогенератором.
Технология двойного питания, позволяющая водителям свободно переходить с одной системы на другую, в той или иной форме разрабатывалась практически всеми крупными автомобильными компаниями с целью повышения экологической безопасности своей продукции. Однако реализация проектов в большинстве случаев откладывалась в связи с высокими производственными расходами, которые неизбежно приводят к подорожанию автомобилей для покупателей. Если «Тойоте» удастся преодолеть проблему и запустить в производство экологически безопасную модель, это станет серьезным поводом для беспокойства ее американских и европейских конкурентов.
Пока представители «Тойоты» не раскрывают данных о планируемом объеме производства и возможной рыночной цене машины. Однако известно, что «гибкие» модели будут незначительно дороже традиционных. Успех предприятия во многом зависит от расценок и объемов производства.
Новая модель «Тойоты» будет оснащена двигателем внутреннего сгорания объемом 1500 см3, обеспечивающим возможность развития высокой скорости на автомагистралях. В городе же водитель может переключиться на экологически безопасную систему питания. Конструкция машины предусматривает подзарядку аккумуляторных батарей от бензинового двигателя. Таким образом должна быть преодолена проблема длительных простоев, которые вынуждены совершать автомобили, работающие на электричестве. Новая система также значительно более экономична в отношении расхода бензина.
Более 4000 экологически чистых электромобилей ездит по дорогам Германии – это 0,01% от общей численности автопарка страны. Количество электромобилей в 2007 г. увеличилось на 2,5%. Они заняты в основном на доставке мелких партий товаров в небольшие магазины. В этой связи эксперты полагают, что в Германии нашлось бы применение как минимум для 10 млн электромобилей. При этом потребление электроэнергии возросло бы на 5%, что потребовало бы строительства новых электростанций.
В настоящее время в России только Волжский автомобильный автозавод, не считая мелких опытно-конструкторских фирм, выпускает электромобили. В его арсенале «Ока электро», длиннобазная «Нива» ВАЗ-2131Э, «Пляжный «Эльф» и показанный на Парижском автосалоне 2009 г. оригинальный электромобиль «Рапан». Электрическая «Ока» весьма уверенно чувствует себя в плотном городском потоке, свободно разгоняясь до 100 км/ч. Запаса хода полностью заряженной машины хватает на 100 км при движении по городу. Главная проблема в несовершенстве аккумуляторных батарей. Создано и эксплуатируется несколько десятков аккумуляторов, в том числе никель-кадмиевые, никель-серные, серебряно-цинковые и др. Большинство имеет короткий срок службы, незначительную энергоемкость и высокую стоимость, сопоставимую порой со стоимостью всего автомобиля. Кроме того, для их подзарядки требуется немало времени. Та же «Ока электро», оснащенная никель-кадмиевой батареей, заряжается не менее 6-7 ч.
Перезарядка воздушно-алюминиевых батарей не требует использования электросети, а сводится к механической замене отработанных алюминиевых анодов новыми, на что уходит не более 15 мин. Еще проще и быстрее происходит замена электролита для удаления из него осадка гидроокиси алюминия. На заправочной станции отработанный электролит подвергают регенерации и используют для повторной заправки электромобилей, а отделенный от него гидроксид алюминия направляют на переработку. Автомобильная энергоустановка 92ВА-240 пока выпускается в опытных партиях.
В 2001 г. в Москве начали использоваться аккумуляторные электромобили «Муравей», предназначенные для уборки тротуаров и пешеходных зон. Эти экологически чистые машины работают только от электроэнергии и заряжаются от обычной розетки в 220 вольт в течение восьми часов. Продолжительность их работы без перезарядки – около четырех-пяти часов.
Маленькие желтые машинки высотой около полутора и длиной в два метра были созданы конструкторским бюро «Тетр». Электромобиль «Муравей» получил бронзовую медаль на Первом международном салоне инноваций и инвестиций. Недавно российские ученые предложили принципиально новый подход к решению проблемы: вырабатывать электроэнергию на борту электромобиля непосредственно из бензина (без теплового двигателя и генератора). Компактные электромоторы установлены прямо в колесах (рис. 1). Это так называемый механотронный узел, который не только экономит электроэнергию и во много раз снижает вес электромобиля. Компьютер управляет всеми колесами: тут и антиблокировочная система и система курсовой устойчивости. Под днищем машины установлены блоки топливных элементов – автономные электростанции суммарной мощностью 40 кВт. Дополнительно в цепь включен буфер из суперконденсаторов – для мгновенного повышения мощности. Заправиться можно бензином на обычной бензоколонке, но эффективнее использовать метанол, который можно синтезировать из угля или природного газа. Пойдет и водород и даже спирт. Расход топлива для автомобиля класса «Волга» составляет 3,5 л метанола на 100 км.
Рис. 5. Схема российского электромобиля
Механотронные узлы на электромобилях – дело будущего. Наука еще не подошла к созданию миниатюрных и достаточно мощных узлов. Для этого нужно решить проблему сверхпроводимости.
Топливными элементами Россия уже располагает. Оборонная промышленность выпускает самые дешевые мембраны для топливных элементов. Электронную начинку дешевле покупать за рубежом. Таким образом, в России создан электромобиль нового поколения. Многие зарубежные специалисты проявили интерес к российской технологии производства топливных элементов. В 2008 г. создана Российская ассоциация электрических транспортных
средств Росэлектротранс. Эта общественная организация будет заниматься продвижением электромобиля в России.
В интересах защиты окружающей среды считается целесообразным перевод автотранспорта на электротягу, особенно в крупных городах. Предполагается, используя существующие типы источников тока с определенным их усовершенствованием, создать и передать в эксплуатацию электромобили, экономически и технически конкурентоспособные с обычными автомобилями. Последующие этапы развития электромобилей связывают с их серийным и массовым производством и постепенным увеличением доли в автомобильном транспорте. Оценки показывают, что в 2000 г. электромобили могут составлять 5% общего числа автомобилей мира, а в 2025 г. – 15%.
Альтернативные виды топлива
Во всем мире ученые ищут и пытаются освоить альтернативные виды топлива. Особенно это важно для регионов, характеризующихся неблагоприятной экологической обстановкой. К подобным видам топлива относится газо-хол-бензин или дизельное топливо с 10–20%-ной добавкой этилового спирта, вырабатываемого из отходов растениеводства и лесопереработки, ранее выкидывавшихся на свалку. Если к середине 70-х гг. было всего 5 стран, использовавших такое топливо, то к 2008 г. их стало 30.
Первые пробы нетрадиционного топлива были сделаны в Бразилии. В 1968–1973 гг. там была разработана правительственная программа «Проалколь», рассчитанная на 10-15 лет. Она предусматривала «оснащение» нефтеспиртовым топливом не менее 2/3 всего автотранспорта страны.
Конструкторы разработали двигатели для работы в двух режимах – бензиновом и бензино-спиртовом. Кроме того, научились переналаживать и стандартные автомобильные двигатели на двухтопливный режим. Если в конце 70-х гг. на спиртонефтяном топливе в Бразилии работало около 1/3 легкового и примерно 20% грузового транспорта, то в 2007 г. соответственно 75% и почти 60%. В настоящее время промышленность страны выпускает около 8 млрд л этанола в год, из них 7,5 млрд л потребляется транспортом. Это привело к тому, что в 5 раз сократилась загрязненность воздуха в городах, втрое уменьшилось потребление нефтяного топлива автотранспортом. Сельскохозяйственные корпорации имеют стабильный рынок сбыта отходов. Правительство установило стабильные цены на сырье для «спиртового топлива», низкие налоги для предприятий, выпускающих нефтеспиртовые смеси, а также повысило цены на бензин и дизельное топливо. Тем самым «провоцировался» спрос на новую продукцию. По мути Бразилии пошли Зимбабве и Мозамбик, страны Юго-Восточной Азии и ЮАР. С середины 80-х гг. США начали выпускать такое горючее, а также специальные двухтопливные двигатели для легковых и грузовых автомобилей.
В 2000 г. правительственный комитет по реформированию аграрного комплекса и проблем экологии Украины одобрил проект программы «Этанол: 2000-2010», разработанной по поручению президента и правительства республики. Она предусматривает перевод примерно 1/3 автопарка на бензино-спиртовое и чисто спиртовое топливо – этанол. Ресурсы этанола практически неисчерпаемы: из отходов сельского хозяйства, главным образом свекловодства и переработки импортного тростникового сахара-сырца. На Украине ежегодно производится свыше 5,5 млн декалитров этанола и еще 300-310 тыс. декалитров сугубо технических спиртов (этанол, метанол и т. п.). Ежегодные мощности украинских предприятий позволяют выпускать 66 млн декалитров таких спиртов при потреблении в сфере транспорта 6–9 млн декалитров.
С 80-х гг. в Западной Европе для дизелей применяют так называемое «биодизельное топливо»: эфиры жирных кислот, рапсово-метиловый эфир (РМЭ), получаемые при переработке растительных масел и их отходов. Основными потребностями в странах ЕС пока остаются грузовики и междугородные автобусы: их проезд в большинстве стран – членов Евросоюза, на обычном дизельном топливе запрещен, а экологические штрафы превышают разницу в сбыточной стоимости масло-эфиров, смешанного топлива, с одной стороны, и дизельного топлива – с другой.
Испытания 2005-2008 гг. показали, что наиболее эффективным экономически невысоким по капиталоемкости и надежности в эксплуатации является РМЭ. Принцип здесь такой: перед получением РМЭ 1 т масла смешивают с 110 л метанола. Потом к смеси добавляют катализатор – гидроокись калия – для отделения глицерина и нагревают до 40–50°С. Процесс повторяется до максимальной чистоты эфиров. Из 1 т масла при производстве РМЭ выделяется до 100 кг глицерина.
С 2008 г. в России проводятся испытания сельхозтракторов на биодизе смеси рапсового масла с дизтопливом в пропорции 75:25. В Ижевске с этого года действует программа по охране окружающей среды (рассчитанная до 2003 г. включительно), предусматривающая серийное производство бензино-этанольных (или метанольных) топлив и соответствующих двигателей.
Многие рассматривают метанол или древесный спирт как перспективное автомобильное топливо, альтернативное бензину. С экологической точки зрения наиболее перспективно углеродное топливо. Оно сгорает «чище», образуя главным образом диоксид углерода и воду. Кроме того, давление паров метанола в несколько раз ниже давления паров бензина, поэтому испарение метанола практически не является источником загрязнения окружающей среды.
В выхлопных газах автомобиля, работающего на метаноле, содержится в 5 раз меньше двуокиси углерода и в 10 раз меньше различных углеводородов по сравнению с современными автомобилями с бензиновыми двигателями. В выхлопах работающих на метаноле автомобилей практически нет твердых веществ (сажи) и токсичных веществ за исключением формальдегида.
Главным недостатком метанола является более низкое энергосодержание: в единице объема метанола заключено примерно в 2 раза меньше энергии, чем в единице объема бензина или дизельного топлива. Это значит, что топливный бак для метанола больше и тяжелее. Преимуществами метанола являются высокое октановое число, низкие потери при сгорании и способность к конверсии (превращению) в газ с высоким энергосодержанием.
Для повышения КПД двигателя надо увеличить степень сжатия горючей смеси в цилиндре. Однако в бензиновых двигателях сжатие не должно быть больше 4–5-кратного. Метанол позволяет повысить степень сжатия до 15-кратного. В силу этого он обеспечивает повышение характеристик мощности и КПД, что обусловливает его предпочтение в автогоночной технике.
Кроме того, метанол позволяет полностью снизить потери тепла при сгорании, что кардинально изменяет систему охлаждения двигателя. В частности, по мнению некоторых специалистов, можно вообще отказаться от радиатора и вентилятора, особенно при использовании керамических материалов в наиболее теплонагруженных узлах двигателя. Между тем снижение массы двигателя с охлаждающей системой на 1 кг позволяет снизить массу других частей автомобиля на 750 г. А более легкому автомобилю требуется меньше энергии для ускорения.
Наконец, способность конверсии в газ с высоким энергосодержанием также является важным преимуществом. Получается смесь газов монооксида углерода и водорода, именуемая «синтез-газом» с высоким энергосодержанием. Ее можно взять, применяя специальный катализатор из тепла отработавших газов, что позволяет провести конверсию на борту автомобиля. Таким образом, с помощью утилизации тепла отходящих газов повышается КПД, топливная экономичность двигателя и его экологическая чистота.
В Российском НИИ технологии материалов для этого процесса разработан новый катализатор, обеспечивающий полную конверсию метанола, высокую стабильность и отсутствие побочных продуктов. Причем свойства этого катализатора не ухудшаются при использовании технического метанола. Метанол имеет следующие недостатки. Выхлопы автомобилей на метаноле содержат в 2 раза больше формальдегида, чем выхлопы автомобилей на бензине, однако при работе на метаноле количество выбрасываемых углеводородов, способных превращаться в формальдегид, уменьшается в десятки раз. Следовательно, уровень формальдегида даже понизится. Если же полностью контролировать метанол в «синтез-газе», то ни один канцероген, включая формальдегид, присутствовать в выхлопе не будет.
Самым перспективным сырьем для получения метанола является уголь, запасы которого в отличие от нефти и газа намного больше. Спрос на метанол как транспортное топливо откроет новый рынок сбыта для угля.
Средняя цена на метанол составляет 15 центов за 1 л против 29 центов за 1 л бензина. При увеличении объемов производства стоимость метанола будет еще ниже. Например, самый большой завод производительностью 900 тыс. т метанола в год построен в Чили фирмой «Келлог». Цена получаемого здесь метанола составляет всего 7 центов за 1 л.
Японские ученые предложили использовать в качестве горючего «кухонное» масло, являющееся бытовым отходом. Технологически эта операция состоит из двух этапов: на первом отработанное масло фильтруют из остатков пищи, а на втором – производят химическую реакцию с участием метанола и катализаторной смеси. Получается превосходное по свойствам горючее, которое годится для любого дизельного двигателя.
Борьба с обледенением дорог
До 40-х годов при гололедице дороги посыпали мелким щебнем. Затем использовали смесь песка с солью (9:1). В середине 60-х гг. начали применять чистую соль. Именно тогда проблема экологии вышла на первый план.
Соль способствует таянию снега и льда. Песко-соляные смеси дают принципиально другой эффект: они уменьшают скольжение и разрыхляют снег, делая его удобным для уборки.
В 2003 г. московские городские власти приняли решение посыпать улицы солью, что объясняется чисто экономическими причинами. Соленая жижа сама стекает в дождевые стоки, впитывается в почву, испаряется в воздухе. Если количество снега на дороге не уменьшается, то для столицы с ее 2,5 млн автомобилей(и пропускной способностью дорог примерно 800 тыс.) это чревато большими проблемами: машины перестанут двигаться.
Широкое применение соли приводит к росту содержания хлоридов в поверхностных и грунтовых водах, которые иногда используются для хозяйственно-питьевых нужд. Любители животных именно с солью на дорогах связывают рост числа заболеваний у своих питомцев, в частности, появление дематита у собак, а медики отмечают рост бронхолегочных заболеваний у людей. Соль ускоряет коррозию металла кузовов автомобилей, троллейбусных и трамвайных проводов и т. д. Хлориды разрушают бетонные сооружения, например коллекторы или мосты, не имеющие должной гидроизоляции, системы освещения и т. д.
По данным Института охраны природы, соль, попав в землю и грунтовые воды, воздействует на корневую систему растений. От дорог поднимается в воздух соляная взвесь, которая поражает почки деревьев. Подобная ситуация наблюдается вдоль всех городских дорог. Так, влияние соли на растительность вдоль МКАД проявляется на расстоянии около 200 м с обеих сторон трассы.
Бьют тревогу и представители музея-заповедника «Московский Кремль». По их данным, соль угрожает всем памятникам Москвы, построенным из белого камня, в том числе и кремлевским соборам.
К сожалению, «соляная» уборка снега в Москве не проходила экологической экспертизы, хотя закон «О федеральной экологической экспертизе» обязывает это делать.
Новое средство для борьбы с гололедом разработало некоммерческое предприятие «Экологические технологии Урала». В его состав входят отработанные электролиты машинного производства: хлористые соли калия, магния, кальция и натрия (менее 20%). Это значит, что средство менее агрессивно по отношению к металлу, резине, асфальту, кожаной обуви и растениям. Длительные испытания на пермских дорогах показали, что оно не засоляет придорожные земли, более того, является удобрением для растений.
Способность препарата расплавлять ледяную корку при температуре -15°С и ниже позволяет применять его при любой погоде. Препарат наносят на поверхность дороги, а через час под действием его гранул лед приобретает губчатую структуру. Средство гигроскопично, поэтому вода, а значит и грязь, не образуется. Получившуюся снежную кашицу подметают щетками-снегоочистителями – и асфальт чист.
Раньше тысячи тонн отработанного электролита ежегодно попадали в отвалы Соликамского магниевого завода и Березниковской «Ависмы», а предприятия платили штрафы за загрязнение окружающей среды. Использование электролита позволило не только найти применение отходам, но и извлекать из них прибыль.
Российский дорожный комитет рекомендовал повсеместно использовать новую технологию для обработки автодорог, улиц, тротуаров, перронов вокзалов и даже взлетных полос аэродромов. Это означает, что металлурги Соликамска и Березников получают государственный заказ и стабильный сбыт своих отходов.
Содержание
Введение
1. Мониторинг атмосферного воздуха в местах скопления автотранспорта
2. Совершенствование двигателя внутреннего сгорания
3. Повышение качества автомобильных бензинов
4. Нейтрализаторы
5. Дизельное топливо
6. Автомобили на газе
7. Водород – автомобильное топливо XXI в
8. Электромобиль
9. Альтернативные виды топлива
10. Организация автомобильного движения в городах с целью улучшения экологической обстановки
11. Гаражи для личных автомобилей
12. Борьба с обледенением дорог
13. Автоматизированные системы управления городским транспортом
Использованная литература
Введение
В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автомобильного транспорта существенно обострились проблемы воздействия его на окружающую среду.
Автомобили сжигают огромное количество нефтепродуктов, нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом атмосфере. Поскольку основная масса автомобилей сконцентрирована в крупных городах, воздух этих городов не только обедняется кислородом, но и загрязняется вредными компонентами отработавших газов.
С каждым годом количество автотранспорта растет, а, следовательно, растет содержание в атмосферном воздухе вредных веществ. Постоянный рост количества автомобилей оказывает определенное отрицательное влияние на окружающую среду и здоровье человека.
Основными источниками загрязнения воздушного бассейна при эксплуатации автотранспорта являются двигатели внутреннего сгорания, которые выбрасывают в атмосферу отработавшие газы и топливные испарения. В отработавших газах обнаружено около 280 компонентов продуктов полного неполного сгорания нефтяных топлив, а также неорганические соединения тех или иных веществ присутствующих в топливе.
Мониторинг атмосферного воздуха в местах скопления автотранспорта
В 2000 г. руководство Москомприроды решило организовать мониторинг атмосферного воздуха в местах наибольшего скопления автотранспорта. Для этого в городе было создано 50 постов непрерывного контроля (10 стационарных и 40 мобильных). Все они оборудованы американской техникой. Приборы представляют собой небольшие ящики, которые были размещены на столбах на Таганской площади, Садовом кольце в районе Сухаревской площади, на проспекте Мира, в районе Рижского вокзала, а также установлены на автотранспорте. Анализ отобранных проб воздуха позволит разработать профилактические мероприятия.
В 2001 г. в некоторых районах Москвы появились автоматы, отслеживающие уровень загрязнения воздуха. Особое внимание уделяется району третьего транспортного кольца. Здесь работают автоматические анализаторы – специальные системы, определяющие уровень примесей в воздухе, и в первую очередь выхлопных газов.
В целях реализации статьи 15 Федерального закона «Об охране атмосферного воздуха» правительство РФ приняло распоряжение № 641-р от 7 мая 2001 г., в котором предусмотрено:
ü определить, что сертификаты, подтверждающие соответствие содержания вредных (загрязненных) веществ в выбросах технических, технологических установок, двигателей, транспортных и иных передвижных средств и установок техническим нормативам выбросов, а также сертификаты, подтверждающие соответствие топлива нормам и требованиям охраны атмосферного воздуха, выдаются в порядке, предусмотренном законодательством Российской Федерации о сертификации;
ü Госстандарту России по предоставлению МПР России, согласованному с заинтересованными федеральными органами исполнительной власти, вносить в номенклатуру продукции и услуг (работ), обязательная сертификация которых предусмотрена законодательными актами Российской Федерации, дополнения, устанавливающие требования по соответствию содержания вредных (загрязненных) веществ в выбросах технических, технологических установок, двигателей, транспортных или иных передвижных средств и установок техническим нормативам выбросов, а также требования по соответствию топлива нормам и требованиям охраны атмосферного воздуха.
Дата: 2019-07-31, просмотров: 214.
