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 невыключенным 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 для 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 двигателей 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 антидетонаиионных 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 совершен­ные 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 заменителем 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 одном 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 размешенным 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 и 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 моторе», «Форд» и «Крайслер» начали реализовывать програм­му выпуска экологичных автомобилей.