Сокращение выбросов автотранспорта

Основным источником загрязнения городского воздуха в настоя­щее время является автомобильный транспорт. На его долю прихо­дится более половины всех загрязняющих веществ, поступающих в воздушную среду крупных городов. В состав отработанных выхлоп­ных газов входят около двухсот различных веществ. Многие из них весьма токсичны: монооксид углерода, оксиды азота, аэрозоли свинца, полициклические ароматические углеводороды, включая бензпирен. В связи с этим возникла острая необходимость разработки таких мероприятий, которые бы позволили снизить выбросы автотран­спорта или ослабить их негативное воздействие на качество среды оби­тания в городах.

Градостроительные мероприятия включают специальные приемы застройки и озеленение автомагистралей, размещение жилой заст­ройки по принципу зонирования (в первом эшелоне застройки – от магистрали – размещаются здания пониженной этажности, затем – дома повышенной этажности и в глубине застройки – детские и ле­чебно-оздоровительные учреждения. Тротуары, жилые, торговые и общественные здания изолируются от проезжей части улиц с напря­женным движением многорядными древесно-кустарниковыми посад­ками). Важное значение имеют сооружение транспортных развязок кольцевых дорог, использование подземного пространства для раз­мещения гаражей и автостоянок.

Наибольший выброс выхлопных газов имеет место при задержках машин у светофоров, при стоянке с не выключенным двигателем в ожидании зеленого света, при трогании с места и форсировании ра­боты мотора. Поэтому в целях снижения выбросов необходимо уст­ранить препятствия на пути свободного движения потока автомашин. В частности, сооружают специальные автомагистрали, не пересека­ющиеся на одном уровне с движением машин или пешеходов, спе­циальные переходы для пешеходов на всех пунктах скопления машин, а также эстакады или тоннели дня разгрузки перекрывающихся пото­ков транспорта.

Улучшению качества атмосферного воздуха в сочетании со сни­жением шума способствует применение электрического транспорта (трамвая, троллейбуса).

Контроль выброса токсичных веществ. Для снижения загазован­ности воздушной среды необходимо ограничить количество вредных веществ, выделяемых каждым автомобилем, т.е. установить нормы выброса токсичных веществ с выхлопными газами. Соответствие ав­томобилей указанным стандартам (в частности, по содержанию ок­сида углерода и углеводородов в выхлопных газах) проверяют инс­пекторы ГИБДД.

Отметим при этом, что такое простое мероприятие, как регули­ровка двигателей, может резко снизить токсичность выхлопных газов.

Изменение состава топлива. Известно, что в целях предотвраще­ния детонации горючего в двигателях автомашин в него добавляют тетраэтилсвинец, который делает выхлопные газы особо токсичными. Поэтому большие усилия были затрачены на замену указанного веще­ства на менее опасные, а также на получение стойкого к детонации бензина. При введении в топливо так называемых присадок, можно существенно уменьшить количество некоторых токсичных веществ: сажи, альдегидов, оксида углерода и других. Так, для карбюраторных питателей самыми эффективными оказались смеси различных спиртов.

Использование энергии торможения. Заметного сокращения расхода энергии, а значит, количества сжигаемого топлива и уменьшения загрязнения воздушной среды, можно достичь, если использовать энер­гию, затрачиваемую на торможение. Указанная рекуперация была впер­вые успешно реализована на электрическом транспорте. Ныне по­строены и успешно используются в автобусах маховичный и гидропнев­матический рекуператоры. При этом экономия топлива составила 27 – 40%, объем выхлопных газов снизился на 39 – 49 %.

Перевод автомобилей на сжиженный газ приводит к тому, что в выхлопе газобаллонных автомобилей содержится в 3 – 4 раза меньше оксида углерода, нежели в выхлопе бензиновых двигателей. При за­грузке в баллоны 300 л сжиженного газа автобус способен пройти без заправки до 500 км. Если добавить к этому, что газ дешевле бензи­на, то достоинства газобаллонного автомобиля становятся еще более наглядными.

Нейтрализаторы выхлопных газов. К настоящему времени выпус­каются нейтрализаторы следующих видов: каталитические (использу­ются твердые катализаторы), пламенные (дожигание примесей в от­крытом пламени), термические (метод беспламенного окисления) и жидкостные (с помощью химического связывания примесей жидки­ми реагентами). При этом широкое распространение получили ката­литические нейтрализаторы, которые превращают токсичный оксид углерода в малоопасный диоксид.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Например, в США разработан карбюратор с раздельным смесеобразованием. Он позволяет кроме обычной смеси получать обогащенную, которая по­дается в специальную предкамеру со свечой зажигания. Благодаря этому происходит полное сгорание рабочей смеси, что в свою оче­редь позволяет свести до минимума содержание оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах. Создан карбюратор, благодаря которому возможно использовать низкооктановые сорта бензина без антидетонационных добавок. В этом устройстве, состоящем из теп­лообменника, смесителя и реактора, бензин не только распыляется, но и расщепляется с помощью катализатора на более простые газы, например метан.

Во многих странах мира разрабатываются новые, более совершен­ие двигатели, которые можно устанавливать на серийные автомоби­ли. В частности, указывают на перспективность роторно-поршневого двигателя Ванкеля, который компактнее поршневых двигателей: объем в среднем на 30%, а масса на 11% меньше.

Альтернативное топливо. Весьма перспективным заменителей традиционного топлива для автомобилей является водород. Двигатель, работающий на жидком водороде, не дает никаких запахов, не выделяет таких токсичных веществ, как свинец, оксиды азота, углерода. Жидкий водород почти в десять раз легче бензина. На одной из международных автомобильных конкурсов первое место занял «фольксваген», для которого топливом служил водород. Интересно, что его отработанные газы были чище городского воздуха, который засасывался в карбюратор.

Признается перспективным автомобиль с размещенным на его шасси химическим реактором, в котором вырабатывается водород из углеводородов. Расчеты показали, что иметь такой реактор на маши­не экономичнее, нежели возить это топливо в специальных баллонах

Преградами на пути широкого внедрения водорода в качестве топ­лива для автомобильных двигателей является сложность получения его в достаточно больших количествах и необходимость обеспечения вы­сокого уровня безопасности при осуществлении процесса горения водорода.

К другим видам альтернативного топлива можно отнести этило­вый и метиловый спирты и их смеси. В США создан двигатель, в котором вместо бензина используется жидкий азот. Бак с охлажден­ным до жидкого состояния азотом соединен с испарителем, окру­женным «рубашкой», в которой циркулирует воздух. Жидкий азот, попадая в испаритель, превращается вследствие быстрого повыше­ния температуры в газ, который выходит под большим давлением из испарителя и приводит в действие электрогенератор. Вырабатывае­мый последним ток после выпрямления подается для питания элект­родвигателей, установленных на колесах. Выхлопные газы такого автомобиля состоят из чистого азота, который, естественно, не за­грязняет атмосферу.

Электромобили. Весьма перспективным является проект массо­вого перехода от автомобилей с бензиновыми и дизельными двигате­лями на электромобили, которые действуют от батарей-аккумулято­ров, подзаряжаемых на станциях.

Электромобили бездымны, бесшумны, их выделения не токсич­ны, они просты в управлении, а эксплуатация значительно эконо­мичнее, особенно в городах. Этому способствует относительно не­большой среднесуточный пробег автомобилей в городе, ограничение скорости и возможность организации сети зарядных станций для ба­тарей-аккумуляторов.

Сейчас в мире эксплуатируется сотни тысяч электромобилей раз­личного назначения, и парк их непрерывно растет. Дальнейшие ус­пехи в разработке электромобилей в основном будут зависеть от решения ряда технических проблем (создания компактных, недорогих легких аккумуляторов, разработка быстродействующих зарядных устройств). Укажем также на необходимость резкого увеличения резервных мощностей электростанций, поскольку они недостаточны, если потребуется в перспективе ежедневная подзарядка многих мил­лионов электромобилей.

Перспективно широкое внедрение так называемых гибридных двигателей в городе при относительно небольших скоростях должен ис­пользоваться только электромотор, питающийся от небольших бата­рей и обеспечивающий запас хода на 40—50 км, а при выезде за город должен включаться обычный двигатель. Одновременно элект­ромотор может быть использован как генератор для подзарядки акку­мулятора.

Солнечный автомобиль использует солнечную (или световую) энергию, которая улавливается при помощи специальных солнечных батарей. Электромобиль на спиральных гидридно-никелевых батареях прошел несколько лет назад без подзарядки 601 км.

Как же побыстрее и подешевле создать массовый экологически чистый автомобиль? Прежде всего, считают специалисты, необходи­мо усовершенствовать существующие конструкции: постараться умень­шить расход топлива, само топливо сделать более приемлемым с точ­ки зрения чистоты выхлопов, добиться снижения сопротивления воз­духа, так как оно при больших скоростях современных автомобилей отбирает большую долю энергии. Можно использовать новые, на­пример керамические, материалы для двигателей, чтобы повысить их КПД (за счет достижения более высоких температур), что приведет к снижению потребления топлива и, соответственно, к уменьшению загрязнения атмосферного воздуха. Начиная с 1998 г. компании «Дже­нерал моторс», «Форд» и «Крайслер» начали реализовывать програм­му выпуска экологичных автомобилей.