Teraz, dzięki mediom, Planeta znajduje się pod baczną obserwacją opinii publicznej, a mianowicie jej nasycenia i zanieczyszczenia spalinami z samochodów. Ludzie ze szczególną uwagą przyglądają się i omawiają powielany w prasie produkt uboczny powszechnej motoryzacji, jak „efekt cieplarniany” i szkodliwość gazów spalinowych z samochodów z silnikiem Diesla.
Jednak, jak wiadomo, spaliny, spaliny - walka, mimo że wszystkie one są niebezpieczne dla ludzkiego ciała i innych form życia na Ziemi. Więc co sprawia, że są niebezpieczne? A co ich różni od siebie? Zobaczmy pod mikroskopem, z czego zbudowany jest szary smog wylatujący z rury wydechowej. Dwutlenek węgla, sadza, tlenek azotu i kilka innych równie niebezpiecznych pierwiastków.
Naukowcy zauważają, że sytuacja środowiskowa w wielu krajach uprzemysłowionych i rozwijających się znacznie się poprawiła w ciągu ostatnich 25 lat. Wynika to głównie ze stopniowego, ale nieuchronnego, zaostrzania się norm środowiskowych, a także przenoszenia produkcji na inne kontynenty i inne kraje, w tym do Azji Wschodniej. W Rosji, na Ukrainie i innych krajach WNP duża liczba przedsiębiorstw została zamknięta z powodu wstrząsów politycznych i gospodarczych, które z jednej strony stworzyły niezwykle trudną sytuację społeczno-gospodarczą, ale znacznie poprawiły wyniki środowiskowe tych krajów.
Niemniej jednak, zdaniem naukowców, to właśnie samochody stanowią największe zagrożenie dla naszej zielonej planety. Nawet przy stopniowym zaostrzaniu norm emisji szkodliwych substancji do atmosfery, ze względu na wzrost liczby samochodów, wyniki tej pracy niestety się niwelują.
Jeśli podzielimy łączną masę różnych pojazdów obecnych na planecie, pozostaną najbrudniejsze, szczególnie niebezpieczne pojazdy z tego rodzaju paliwem w nadmiarze tlenku azotu. Pomimo dziesięcioleci rozwoju i zapewnień producentów samochodów, że mogą uczynić diesle czystszymi, tlenek azotu i sadza pozostają głównymi wrogami diesli.
To w związku z tymi problemami związanymi z użytkowaniem silników Diesla duże niemieckie miasta, takie jak Stuttgart czy Monachium, dyskutują obecnie o zakazie użytkowania pojazdów na paliwo ciężkie.
Oto wyczerpująca lista szkodliwych substancji zawartych w spalinach i szkodliwych dla zdrowia ludzkiego przy wdychaniu.
Spaliny
Gazy odlotowe to gazowe produkty odpadowe powstające w procesie przetwarzania ciekłego paliwa węglowodorowego na energię, na której spalanie pracuje silnik spalinowy.
Benzen
Benzen występuje w niewielkich ilościach w benzynie. Bezbarwny, przezroczysty, łatwo mobilny płyn.
Gdy tylko napełnisz bak swojego samochodu benzyną, pierwszą substancją, z którą zetkniesz się z pierwszym niebezpiecznym dla zdrowia jest benzen, który paruje ze zbiornika. Ale benzen jest najbardziej niebezpieczny podczas spalania paliwa.
Benzen jest jedną z tych substancji, które mogą powodować raka u ludzi. Jednak zdecydowaną redukcję w powietrzu niebezpiecznego benzenu osiągnięto wiele lat temu za pomocą trójdrożnego katalizatora.
Drobny pył (cząstki stałe)
To zanieczyszczenie powietrza jest substancją nieokreśloną. Lepiej powiedzieć, że jest to złożona mieszanina substancji, które mogą różnić się pochodzeniem, kształtem i składem chemicznym.
W samochodach bardzo drobne ścierniwo występuje we wszystkich formach eksploatacji, na przykład przy zużytych oponach i tarczach hamulcowych. Ale największym niebezpieczeństwem jest sadza. Wcześniej tylko silniki wysokoprężne cierpiały z powodu tego nieprzyjemnego momentu pracy. Dzięki zainstalowaniu filtrów cząstek stałych sytuacja uległa znacznej poprawie.
Teraz podobny problem pojawił się w przypadku modeli benzynowych, ponieważ w coraz większym stopniu wykorzystują one systemy bezpośredniego wtrysku paliwa, co prowadzi do powstawania jeszcze drobniejszych cząstek stałych niż silniki Diesla.
Jednak według naukowców badających naturę problemu, tylko 15% drobnego pyłu osadzającego się w płucach jest produkowane przez samochody, a każda działalność człowieka, od rolnictwa, po drukarki laserowe, kominki i oczywiście papierosy, może być źródłem niebezpieczne zjawisko.
Zdrowie mieszkańców megamiast
Rzeczywiste obciążenie organizmu człowieka spalinami zależy od natężenia ruchu i warunków pogodowych. Mieszkańcy ruchliwej ulicy są znacznie bardziej narażeni na działanie tlenków azotu lub drobnego pyłu.
Spaliny nie są jednakowo niebezpieczne dla wszystkich mieszkańców. Zdrowi ludzie praktycznie nie odczuwają „ataku gazu”, chociaż intensywność obciążenia z tego nie zmniejszy się, ale stan zdrowia astmatyka lub osoby z chorobami układu krążenia może znacznie się pogorszyć z powodu obecności spalin.
Dwutlenek węgla (CO2)
Gaz, szkodliwy dla całego klimatu planety, nieuchronnie pojawia się podczas spalania paliw kopalnych, takich jak olej napędowy czy benzyna. Pod względem emisji CO2 silniki wysokoprężne są nieco czystsze niż silniki benzynowe, ponieważ generalnie zużywają mniej paliwa.
CO2 jest nieszkodliwy dla ludzi, ale nie dla przyrody. Gaz cieplarniany CO2 odpowiada za większość globalnego ocieplenia. Według niemieckiego Federalnego Ministerstwa Środowiska w 2015 roku udział dwutlenku węgla w całkowitej emisji gazów cieplarnianych wyniósł 87,8 proc.
Od 1990 roku emisje dwutlenku węgla spadają niemal nieprzerwanie, łącznie o 24,3 procent. Jednak mimo produkcji wydajniejszych silników, rozwój motoryzacji i wzrost ruchu towarowego neutralizuje dążenia naukowców i inżynierów do ograniczania szkód. W rezultacie emisje dwutlenku węgla pozostają wysokie.
Nawiasem mówiąc: wszystkie pojazdy, powiedzmy, w Niemczech odpowiadają za „tylko” 18 procent emisji CO2. Ponad dwa razy więcej, 37 procent, wydaje się na emisje energii. W Stanach Zjednoczonych sytuacja jest odwrotna, gdzie najpoważniejsze szkody w przyrodzie wyrządzają samochody.
Tlenek węgla (Co, tlenek węgla)
Niezwykle niebezpieczny produkt uboczny spalania. Tlenek węgla to gaz bezbarwny, bezwonny i bez smaku. Połączenie węgla i tlenu występuje, gdy substancje zawierające węgiel są niecałkowicie spalone i jest niezwykle niebezpieczną trucizną. Dlatego wysokiej jakości wentylacja w garażach i parkingach podziemnych jest niezbędna dla życia ich użytkowników.
Nawet niewielka ilość tlenku węgla może uszkodzić organizm, a kilka minut spędzonych w słabo wentylowanym garażu z jadącym samochodem może zabić człowieka. Bądź bardzo ostrożny! Nie ogrzewaj w zamkniętych boksach i pomieszczeniach bez wentylacji!
Ale jak niebezpieczny jest tlenek węgla na zewnątrz? Eksperyment przeprowadzony w Bawarii wykazał, że w 2016 roku średnie wartości pokazywane przez stacje pomiarowe mieściły się w przedziale 0,9-2,4 mg/m 3, były znacznie poniżej wartości granicznych.
Ozon
Dla laika ozon nie jest jakimś niebezpiecznym lub toksycznym gazem. Jednak w rzeczywistości tak nie jest.
Pod wpływem światła słonecznego węglowodory i tlenek azotu przekształcają się w ozon. Przez drogi oddechowe ozon dostaje się do organizmu i prowadzi do uszkodzenia komórek. Konsekwencje, skutki działania ozonu: miejscowe zapalenie dróg oddechowych, kaszel i duszność. Przy niewielkich ilościach ozonu nie pojawią się żadne problemy z późniejszą odbudową komórek ciała, ale w wysokich stężeniach ten pozornie nieszkodliwy gaz może bezpiecznie zabić zdrowego człowieka. Nie bez powodu w Rosji ten gaz zaliczany jest do najwyższej klasy zagrożenia.
Wraz ze zmianą klimatu wzrasta ryzyko wysokich stężeń ozonu. Naukowcy uważają, że do 2050 r. ładunek ozonu powinien gwałtownie wzrosnąć. Aby rozwiązać ten problem, tlenki azotu emitowane z transportu muszą zostać znacznie zredukowane. Ponadto istnieje wiele czynników wpływających na rozprzestrzenianie się ozonu, na przykład rozpuszczalniki w farbach i lakierach również aktywnie przyczyniają się do problemu.
Dwutlenek siarki (SO2)
To zanieczyszczenie powstaje, gdy siarka jest spalana w paliwach. Należy do klasycznych zanieczyszczeń atmosferycznych powstających w procesie spalania, w elektrowniach i przemyśle. SO2 jest jednym z najważniejszych „składników” zanieczyszczeń smogowych, zwanym też „smogiem londyńskim”.
W atmosferze dwutlenek siarki przechodzi szereg procesów przemian, które mogą wytwarzać kwas siarkowy, siarczyny i siarczany. SO2 działa przede wszystkim na błony śluzowe oczu i górnych dróg oddechowych. Z punktu widzenia środowiska dwutlenek siarki może uszkadzać rośliny i powodować zakwaszenie gleby.
Tlenki azotu (NOx)
Tlenki azotu powstają głównie podczas spalania w silnikach spalinowych. Za główne źródło uważa się pojazdy z silnikiem Diesla. Wprowadzanie katalizatorów i filtrów cząstek stałych stale rośnie, więc emisje zostaną znacznie zmniejszone, ale stanie się to dopiero w przyszłości.
Mały program edukacyjny dla tych, którzy lubią oddychać z rury wydechowej.
Spaliny silnika spalinowego zawierają około 200 elementów. Okres ich istnienia trwa od kilkunastu minut do 4-5 lat. Zgodnie z ich składem chemicznym i właściwościami, a także charakterem wpływu na organizm ludzki, łączy się je w grupy.
Pierwsza grupa. Zawiera substancje nietoksyczne (naturalne składniki powietrza atmosferycznego)
Druga grupa. Ta grupa obejmuje tylko jedną substancję - tlenek węgla, czyli tlenek węgla (CO). Produkt niepełnego spalania paliw ropopochodnych jest bezbarwny i bezwonny, lżejszy od powietrza. W tlenie i powietrzu tlenek węgla pali się niebieskawym płomieniem, wydzielając dużo ciepła i zamieniając się w dwutlenek węgla.
Tlenek węgla ma wyraźne działanie toksyczne. Wynika to z jej zdolności do reagowania z hemoglobiną krwi, prowadzącą do powstania karboksyhemoglobiny, która nie wiąże tlenu. W rezultacie zaburzona zostaje wymiana gazowa w organizmie, pojawia się głód tlenu i dochodzi do nieprawidłowego działania wszystkich układów organizmu.
Kierowcy samochodów często są podatni na zatrucie tlenkiem węgla, gdy nocują w kabinie z włączonym silnikiem lub gdy silnik rozgrzewa się w zamkniętym garażu. Charakter zatrucia tlenkiem węgla zależy od jego stężenia w powietrzu, czasu trwania narażenia oraz podatności osobnika. Łagodne zatrucie powoduje pulsowanie w głowie, ciemnienie oczu i przyspieszenie akcji serca. W ciężkim zatruciu świadomość staje się zmętniała, wzrasta senność. Przy bardzo wysokich dawkach tlenku węgla (powyżej 1%) następuje utrata przytomności i śmierć.
Trzecia grupa. Zawiera tlenki azotu, głównie NO - tlenek azotu i NO 2 - dwutlenek azotu. Są to gazy powstające w komorze spalania silnika spalinowego o temperaturze 2800 °C i ciśnieniu około 10 kgf/cm2. Tlenek azotu jest gazem bezbarwnym, nie wchodzi w interakcje z wodą i jest w niej słabo rozpuszczalny, nie reaguje z roztworami kwasów i zasad.
Jest łatwo utleniany przez tlen atmosferyczny i tworzy dwutlenek azotu. W normalnych warunkach atmosferycznych NO ulega całkowitemu przekształceniu w gaz NO 2 o brązowej barwie i charakterystycznym zapachu. Jest cięższy od powietrza, dlatego gromadzi się w zagłębieniach, rowach i stanowi duże zagrożenie podczas obsługi pojazdu.
Dla organizmu człowieka tlenki azotu są jeszcze bardziej szkodliwe niż tlenek węgla. Ogólny charakter oddziaływania zmienia się w zależności od zawartości różnych tlenków azotu. Gdy dwutlenek azotu wejdzie w kontakt z wilgotną powierzchnią (błony śluzowe oczu, nosa, oskrzeli), powstają kwasy azotowy i azotawy, które podrażniają błony śluzowe i wpływają na tkankę pęcherzyków płucnych. Przy wysokich stężeniach tlenków azotu (0,004 - 0,008%) występują objawy astmatyczne i obrzęk płuc.
Wdychając powietrze zawierające tlenki azotu w wysokich stężeniach, osoba nie odczuwa nieprzyjemnych wrażeń i nie spodziewa się negatywnych konsekwencji. Przy długotrwałym narażeniu na tlenki azotu w stężeniach przekraczających normę ludzie chorują na przewlekłe zapalenie oskrzeli, zapalenie błony śluzowej przewodu pokarmowego, cierpią na osłabienie serca, a także zaburzenia nerwowe.
Wtórna reakcja na działanie tlenków azotu objawia się powstawaniem azotynów w organizmie człowieka i ich wchłanianiem do krwi. Powoduje to konwersję hemoglobiny do methemoglobiny, co prowadzi do upośledzenia czynności serca.
Tlenki azotu mają również negatywny wpływ na wegetację, tworząc na blaszkach liściowych roztwory kwasu azotowego i azotawego. Ta właściwość odpowiada również za wpływ tlenków azotu na materiały budowlane i konstrukcje metalowe. Ponadto uczestniczą w fotochemicznej reakcji powstawania smogu.
Czwarta grupa. Do tej najliczniejszej w składzie grupy należą różne węglowodory, czyli związki typu C x H y. Spaliny zawierają węglowodory różnych serii homologicznych: parafinowe (alkany), naftenowe (cyklany) i aromatyczne (benzen), łącznie około 160 składników. Powstają w wyniku niepełnego spalania paliwa w silniku.
Jedną z przyczyn białego lub niebieskiego dymu są niespalone węglowodory. Dzieje się tak, gdy zapłon mieszaniny roboczej w silniku jest opóźniony lub w niskich temperaturach w komorze spalania.
Węglowodory są toksyczne i mają niekorzystny wpływ na układ krążenia człowieka. Związki węglowodorowe zawarte w spalinach, wraz z właściwościami toksycznymi, mają działanie rakotwórcze. Substancje rakotwórcze to substancje, które przyczyniają się do powstawania i rozwoju nowotworów złośliwych.
Szczególne działanie rakotwórcze ma aromatyczny węglowodór benz-a-piren C 20 H 12 zawarty w spalinach silników benzynowych i wysokoprężnych. Dobrze rozpuszcza się w olejach, tłuszczach, ludzkiej surowicy krwi. Gromadząc się w organizmie człowieka do niebezpiecznych stężeń, benz-a-piren stymuluje powstawanie nowotworów złośliwych.
Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego pochodzącego od Słońca węglowodory wchodzą w reakcję z tlenkami azotu, w wyniku czego powstają nowe toksyczne produkty – fotooksydanty, będące podstawą „smogu”.
Fotooksydanty są biologicznie aktywne, działają szkodliwie na organizmy żywe, prowadzą do wzrostu chorób płuc i oskrzeli u ludzi, niszczą wyroby gumowe, przyspieszają korozję metali, pogarszają widoczność.
Piąta grupa. Składa się z aldehydów - związków organicznych zawierających grupę aldehydową -CHO, związaną z rodnikiem węglowodorowym (CH 3, C 6 H 5 lub inne).
Spaliny zawierają głównie formaldehyd, akroleinę i aldehyd octowy. Największa ilość aldehydów powstaje na biegu jałowym i przy niskich obciążeniach gdy temperatury spalania w silniku są niskie.
Formaldehyd НСНО to bezbarwny gaz o nieprzyjemnym zapachu, cięższy od powietrza, łatwo rozpuszczalny w wodzie. Działa drażniąco na błony śluzowe człowieka, drogi oddechowe, wpływa na centralny układ nerwowy i powoduje nieprzyjemny zapach spalin, zwłaszcza w silnikach wysokoprężnych.
Akroleina CH 2 = CH-CH = O, czyli aldehyd kwasu akrylowego, to bezbarwny trujący gaz o zapachu spalonego tłuszczu. Działa na błony śluzowe.
Aldehyd octowy CH 3 CHO to gaz o ostrym zapachu i toksycznym działaniu na organizm ludzki.
Szósta grupa. Sadza i inne rozproszone cząstki (produkty zużycia silnika, aerozole, oleje, osady węglowe itp.) są do niego uwalniane. Sadza - czarne stałe cząstki węgla powstające podczas niecałkowitego spalania i termicznego rozkładu węglowodorów paliwowych. Nie stanowi bezpośredniego zagrożenia dla zdrowia, ale może podrażniać drogi oddechowe. Tworząc zadymiony ślad za pojazdem, sadza pogarsza widoczność na drogach. Największą szkodę sadzy stanowi adsorpcja na jej powierzchni benz-a-pirenu, który w tym przypadku ma silniejszy negatywny wpływ na organizm człowieka niż w czystej postaci.
Siódma grupa. Jest to związek siarki - gazy nieorganiczne takie jak dwutlenek siarki, siarkowodór, które pojawiają się w spalinach silników w przypadku stosowania paliwa o wysokiej zawartości siarki. Oleje napędowe zawierają znacznie więcej siarki niż inne paliwa stosowane w transporcie.
Krajowe pola naftowe (zwłaszcza w regionach wschodnich) charakteryzują się wysokim odsetkiem obecności siarki i związków siarki. Dlatego otrzymywany z niego olej napędowy, według przestarzałych technologii, wyróżnia się cięższym składem frakcyjnym, a jednocześnie jest mniej oczyszczony ze związków siarki i parafin. Według norm europejskich, wprowadzonych w 1996 r., zawartość siarki w oleju napędowym nie powinna przekraczać 0,005 g / l, a zgodnie z normą rosyjską - 1,7 g / l. Obecność siarki zwiększa toksyczność spalin z silników Diesla i jest przyczyną pojawiania się w nich szkodliwych związków siarki.
Związki siarki mają ostry zapach, są cięższe od powietrza i rozpuszczają się w wodzie. Działają drażniąco na błony śluzowe gardła, nosa i oczu człowieka, mogą prowadzić do zaburzenia metabolizmu węglowodanów i białek oraz zahamowania procesów oksydacyjnych, przy wysokich stężeniach (powyżej 0,01%) - do zatrucia organizmu. Niekorzystny wpływ na florę ma również bezwodnik siarkowy.
Ósma grupa. Składniki tej grupy – ołów i jego związki – występują w spalinach samochodów gaźnikowych tylko wtedy, gdy stosowana jest benzyna ołowiowa, która zawiera dodatek zwiększający liczbę oktanów. Określa zdolność silnika do pracy bez detonacji. Im wyższa liczba oktanowa, tym benzyna jest bardziej odporna na detonację. Spalanie detonacyjne mieszaniny roboczej przebiega z prędkością ponaddźwiękową, czyli 100 razy szybciej niż normalnie. Praca silnika z pukaniem jest niebezpieczna, ponieważ silnik się przegrzewa, jego moc maleje, a jego żywotność jest znacznie skrócona. Wzrost liczby oktanowej benzyny pomaga zmniejszyć możliwość detonacji.
Jako dodatek zwiększający liczbę oktanową stosuje się środek przeciwstukowy - płyn etylowy R-9. Benzyna z dodatkiem cieczy etylowej staje się ołowiem. Skład płynu etylowego zawiera właściwy środek przeciwstukowy - tetraetyloołów Pb (C 2 H 5) 4, zmiatacz - bromek etylu (BgC 2 H 5) i α-monochloronaftalen (C 10 H 7 Cl), wypełniacz - B-70 benzyna, przeciwutleniacz – paraoksydifenyloamina i barwnik. Podczas spalania benzyny ołowiowej zmiatacz pomaga usunąć ołów i jego tlenki z komory spalania, przekształcając je w stan pary. Wraz ze spalinami odprowadzane są do otoczenia i osadzają się przy drogach.
W środowisku drogowym około 50% emisji cząstek ołowiu jest natychmiast rozprowadzane na sąsiednią powierzchnię. Reszta unosi się w powietrzu przez kilka godzin w postaci aerozoli, po czym również osadza się na ziemi przy drogach. Nagromadzenie ołowiu na poboczach dróg zanieczyszcza ekosystemy i sprawia, że pobliskie gleby nie nadają się do użytku rolniczego.
Dodanie dodatku R-9 do benzyny powoduje, że jest wysoce toksyczny. Różne marki benzyn mają różny procent dodatku. Aby odróżnić marki benzyny ołowiowej, są one barwione poprzez dodanie do dodatku wielokolorowych barwników. Benzyna bezołowiowa jest dostarczana w postaci niepomalowanej (Tabela 9).
W rozwiniętych krajach świata stosowanie benzyny ołowiowej jest ograniczone lub zostało już całkowicie wycofane. Jest nadal szeroko stosowany w Rosji. Jednak zadaniem jest zaniechanie jego używania. Duże ośrodki przemysłowe i ośrodki wypoczynkowe przestawiają się na stosowanie benzyny bezołowiowej.
Negatywny wpływ na ekosystemy mają nie tylko rozpatrywane składniki spalin silnikowych, podzielone na osiem grup, ale także same paliwa węglowodorowe, oleje i smary. Posiada dużą zdolność parowania, zwłaszcza gdy temperatura wzrasta, opary paliw i olejów rozprzestrzeniają się w powietrzu i niekorzystnie wpływają na organizmy żywe.
Przypadkowe i celowe wycieki zużytego oleju bezpośrednio na ziemię lub do zbiorników wodnych występują w miejscach tankowania pojazdów paliwem i olejem. Roślinność długo nie rośnie w miejscu plamy olejowej. Produkty naftowe, które dostają się do zbiorników wodnych, mają szkodliwy wpływ na ich florę i faunę.
Według badań ekologów, w dużych miastach prawie 90% zanieczyszczeń powietrza to spaliny samochodowe. Najgorsze zanieczyszczenia to pojazdy z silnikami wysokoprężnymi. Ważną rolę odgrywa również rodzaj spalanej benzyny. Na przykład benzyna siarkowa uwalnia do atmosfery tlenki siarki, a chlor, brom i ołów. Ale najczęstszy skład spalin jest następujący:
Azot - 75%;
- tlen - 0,3-8,0%;
- woda - 3-5%;
- dwutlenek węgla - 0-16%;
- tlenek węgla - 0,1-5,0%;
- tlenki azotu - 0,8%;
- węglowodory - 0,1-2,5%;
- aldehydy - do 0,2%;
- sadza - do 0,04%;
- benzpiren - 0,0005%.
Tlenek węgla
Produkt niepełnego spalania benzyny lub oleju napędowego. Gaz ten nie ma koloru, więc człowiek nie czuje jego obecności w atmosferze. To jest jego główne niebezpieczeństwo. Tlenek węgla wiąże hemoglobinę i powoduje powstawanie tkanek i narządów w organizmie. Prowadzi to do bólów i zawrotów głowy, utraty przytomności, a nawet śmierci.
Często zdarza się, że samochód nagrzewa się w zamkniętym lub nawet otwartym garażu i prowadzi do śmierci właściciela samochodu. Bezwonny i bezbarwny tlenek węgla prowadzi do utraty przytomności i śmierci.
Dwutlenek azotu
Żółtawo-brązowy gaz o ostrym zapachu. Zmniejsza widoczność, nadaje powietrzu brązowawy odcień. Jest bardzo toksyczny, może powodować zapalenie oskrzeli, znacznie obniża odporność organizmu na przeziębienia. Dwutlenek azotu ma szczególnie negatywny wpływ na osoby cierpiące na przewlekłe choroby układu oddechowego.
Węglowodory
W obecności tlenków azotu i pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ze słońca węglowodory ulegają utlenieniu, po czym tworzą toksyczne substancje zawierające tlen o ostrym zapachu, tzw. smog fotochemiczny. Cykliczne węglowodory aromatyczne znajdują się również w żywicach i sadzy, są najsilniejszymi czynnikami rakotwórczymi. Niektóre z nich są zdolne do wywoływania mutacji.
Formaldehyd
Bezbarwny gaz o nieprzyjemnym i ostrym zapachu. W dużych ilościach działa drażniąco na drogi oddechowe i oczy. Jest toksyczny, uszkadza układ nerwowy, działa mutagenny, alergizujący i rakotwórczy.
Kurz i sadza
Zawieszone cząstki o wielkości nie większej niż 10 mikronów. Może powodować choroby układu oddechowego i błon śluzowych. Sadza jest czynnikiem rakotwórczym i może powodować raka.
Podczas pracy silnika na ściankach układu wydechowego gromadzą się niespalone cząsteczki. Pod wpływem ciśnienia gazu uwalniane są do atmosfery, zanieczyszczając ją.
Benzpiren 3,4
Jedna z najniebezpieczniejszych substancji, która zawiera spaliny. Jest silnym czynnikiem rakotwórczym, zwiększa prawdopodobieństwo zachorowania na raka.
W wyniku pracy silnika spalinowego, w który wyposażony jest każdy nowoczesny samochód, dochodzi do spalania paliwa wodorowęglanowego, a do atmosfery emitowana jest ogromna ilość różnych związków chemicznych. Od połowy lat 60. ubiegłego wieku emisje spalin stały się problemem wielu ludzi. Od tego momentu rozpoczyna się walka ludzkości o maksymalne możliwe ograniczenie tych emisji.
Problem z gazem cieplarnianym
Zmiana klimatu na poziomie globalnym to jedna z ważnych cech XXI wieku. Pod wieloma względami zmiany te są spowodowane działalnością człowieka, w szczególności w ostatnich dziesięcioleciach znacznie wzrosła emisja gazów cieplarnianych do atmosfery. Głównym źródłem emisji są spaliny samochodowe, z których 30% to gazy cieplarniane.
Gazy cieplarniane występują naturalnie i mają regulować temperaturę naszej niebieskiej planety, ale nawet niewielki wzrost ich ilości w atmosferze może prowadzić do poważnych globalnych konsekwencji.
Najbardziej niebezpiecznym gazem cieplarnianym jest CO2, czyli dwutlenek węgla. Odpowiada za około 80% wszystkich emisji, z których większość związana jest ze spalaniem paliwa w silnikach samochodowych. Dwutlenek węgla długo pozostaje aktywny w atmosferze, co zwiększa jego niebezpieczeństwo.
Samochód jest głównym zanieczyszczeniem atmosfery
Jednym z głównych źródeł dwutlenku węgla jest spaliny samochodowe. Oprócz CO2 emitują do atmosfery tlenek węgla CO, pozostałości węglowodorów, tlenki azotu, związki siarki i ołowiu oraz cząstki stałe. Wszystkie te związki uwalniane są do powietrza w ogromnych ilościach, co prowadzi do globalnego wzrostu temperatury i pojawienia się groźnych chorób u ludzi mieszkających w dużych miastach.
Ponadto różne pojazdy emitują różne spaliny, w zależności od rodzaju używanego paliwa, takiego jak benzyna czy olej napędowy. Tak więc podczas spalania benzyny pojawia się cała masa związków chemicznych, na które składają się głównie tlenek węgla, tlenki azotu, węglowodory i związki ołowiu. Spaliny z silników Diesla zawierają sadzę, która wytwarza smog, niespalone węglowodory, tlenki azotu i bezwodnik siarkowy.
Tak więc szkodliwość spalin dla środowiska jest niezaprzeczalna. Podejmowane są starania w celu zmniejszenia emisji z każdego samochodu oraz zastąpienia stosowania benzyny alternatywnymi i bardziej przyjaznymi dla środowiska źródłami energii, takimi jak energia słoneczna lub wiatrowa. Dużo uwagi poświęca się paliwu wodorowemu, którego spalanie skutkuje zwykłą parą wodną.
Wpływ emisji na zdrowie ludzi
Szkody, jakie spaliny mogą wyrządzić zdrowiu ludzkiemu, mogą być bardzo poważne.
Przede wszystkim niebezpieczny jest tlenek węgla, który w przypadku wzrostu jego stężenia w atmosferze powoduje utratę przytomności, a nawet śmierć. Oprócz tego szkodliwe są tlenki siarki i związki ołowiu, które w dużych ilościach wylatują z rury wydechowej samochodu. Wiadomo, że siarka i ołów są wysoce toksyczne i mogą pozostawać w organizmie przez długi czas.
Węglowodory i cząstki sadzy, które również są uwalniane do atmosfery w wyniku częściowego spalania paliwa w silniku, mogą powodować poważne choroby układu oddechowego, w tym rozwój nowotworów złośliwych.
Stały i długotrwały wpływ spalin na organizm prowadzi do osłabienia odporności człowieka, zapalenia oskrzeli. Uszkodzenie dotyczy naczyń krwionośnych i układu nerwowego.
Spaliny z samochodów
Obecnie we wszystkich krajach świata samochody podlegają obowiązkowym testom na zgodność z ustalonymi normami środowiskowymi. W większości przypadków wywoływane są następujące spaliny, których szkodliwość dla środowiska jest maksymalna:
- tlenek węgla i dwutlenek węgla;
- różne pozostałości węglowodorów.
Jednak współczesne normy rozwiniętych krajów świata nakładają również wymagania na poziom tlenków azotu emitowanych do atmosfery oraz na układ sterowania odparowywaniem paliwa ze zbiornika paliwa.
Dwutlenek węgla (CO)
Dwutlenek węgla jest najgroźniejszym ze wszystkich zanieczyszczeń środowiska, ponieważ nie ma koloru ani zapachu. Szkodliwość dla zdrowia spalin samochodowych jest znaczna, np. jego stężenie w powietrzu zaledwie 0,5% może spowodować utratę przytomności, a następnie śmierć w ciągu 10-15 minut, a takie stężenie jak 0,04% prowadzi na ból głowy ...
Ten produkt silnika spalinowego jest generowany w dużych ilościach, gdy mieszanka benzynowa jest bogata w węglowodory i uboga w tlen. W takim przypadku dochodzi do niepełnego spalania paliwa i powstaje CO. Problem można rozwiązać, odpowiednio regulując gaźnik, wymieniając lub czyszcząc brudny filtr powietrza, regulując zawory wtryskujące mieszankę paliwową i wykonując inne środki.
Podczas nagrzewania się samochodu w spalinach uwalniana jest duża ilość CO, ponieważ silnik jest zimny i częściowo spala mieszankę benzynową. Dlatego pojazd należy rozgrzewać w dobrze wentylowanym pomieszczeniu lub na zewnątrz.
Węglowodory i oleje organiczne
Węglowodory, które nie ulegają wypaleniu w silniku, a także odparowane oleje organiczne to substancje, które decydują o głównej szkodliwości spalin samochodowych dla środowiska. Same w sobie związki chemiczne nie są niebezpieczne, jednak przedostając się do atmosfery, reagują z innymi substancjami pod wpływem światła słonecznego, a powstałe związki powodują ból oczu i utrudniają oddychanie. Ponadto węglowodory są główną przyczyną smogu w dużych miastach.
Zmniejszenie ilości węglowodorów w spalinach uzyskuje się poprzez regulację gaźnika tak, aby nie gotował ani ubogiej, ani bogatej mieszanki, a także stałe monitorowanie niezawodności pierścieni sprężających w cylindrach silnika i regulację świec zapłonowych. Całkowite spalanie węglowodorów prowadzi do powstania dwutlenku węgla i pary wodnej, które są substancjami nieszkodliwymi zarówno dla środowiska, jak i dla człowieka.
Tlenki azotu
Około 78% powietrza atmosferycznego to azot. Jest to gaz dość obojętny, ale przy temperaturach spalania paliwa powyżej 1300°C azot rozpada się na poszczególne atomy i reaguje z tlenem, tworząc różnego rodzaju tlenki.
Z tymi tlenkami wiążą się również szkody dla zdrowia ludzkiego spowodowane przez spaliny. W szczególności najbardziej cierpi układ oddechowy. W wysokich stężeniach i długotrwałej ekspozycji tlenki azotu mogą powodować bóle głowy i ostre zapalenie oskrzeli. Tlenki są również szkodliwe dla środowiska. W atmosferze tworzą smog i niszczą warstwę ozonową.
W celu zmniejszenia emisji tlenków azotu w samochodach stosuje się specjalny system recyrkulacji emisji gazów, którego zasadą jest utrzymywanie temperatury silnika poniżej progu powstawania tych tlenków.
Odparowywanie paliwa
Proste odparowanie paliwa ze zbiornika może być jednym z głównych źródeł zanieczyszczenia środowiska. W związku z tym od kilkudziesięciu lat produkowane są specjalne zbiorniki, których konstrukcja ma na celu rozwiązanie tego problemu.
Zbiornik paliwa również musi „oddychać”. W tym celu wymyślono specjalny system, który polega na tym, że wnęka samego zbiornika jest połączona za pomocą węży ze zbiornikiem wypełnionym węglem aktywnym. Węgiel ten jest w stanie wchłonąć powstałe opary paliwa, gdy silnik samochodu nie pracuje. Gdy tylko silnik się uruchomi, odpowiedni otwór otwiera się i opary wchłonięte przez węgiel trafiają do silnika w celu spalania.
Wydajność całego systemu ze zbiornika i węży musi być stale monitorowana, ponieważ mogą wyciekać opary paliwa, które zanieczyszczają środowisko.
Rozwiązanie problemu emisji w dużych miastach
Dziesiątki tysięcy fabryk są skoncentrowane w dużych, nowoczesnych miastach, żyją miliony ludzi, a ulicami jeżdżą setki tysięcy samochodów. Wszystko to bardzo zanieczyszcza atmosferę, która stała się głównym problemem XXI wieku. Aby go rozwiązać, władze miasta wprowadzają szereg środków administracyjnych i środków.
Na przykład w 2003 roku w Londynie przyjęto protokół przeciwko zanieczyszczaniu środowiska przez transport drogowy. Zgodnie z tym protokołem kierowcy przejeżdżający przez centrum miasta podlegają dopłacie w wysokości 10 funtów. W 2008 roku władze Londynu zatwierdziły nowe prawo, które zaczęło skuteczniej regulować ruch ciężarówek, autobusów i samochodów osobowych w centrum miasta, ustalając dla nich górny próg prędkości. Działania te doprowadziły do 12% redukcji zawartości szkodliwych gazów w atmosferze nad Londynem.
Od 2000 roku podobne działania podjęto w wielu miastach liczących ponad milion mieszkańców. Wśród nich są następujące:
- Tokio;
- Berlin;
- Ateny;
- Madryt;
- Paryż;
- Sztokholm;
- Bruksela i inne.
Odwrotny skutek prawa antysmogowego
Walka ze spalinami samochodowymi nie jest łatwym zadaniem, co ilustrują dwa najbrudniejsze miasta na świecie: Meksyk i Pekin.
Od 1989 roku w stolicy Meksyku obowiązuje prawo zakazujące korzystania z prywatnego samochodu w niektóre dni tygodnia. Początkowo ta ustawa zaczęła przynosić pozytywne skutki i zmniejszyła się emisja gazów, ale po pewnym czasie mieszkańcy zaczęli kupować samochody używane, dzięki czemu zaczęli codziennie jeździć prywatnym transportem, zamieniając w ciągu tygodnia jeden samochód na drugi. Sytuacja ta jeszcze bardziej pogorszyła stan atmosfery miejskiej.
Podobną sytuację obserwujemy w stolicy Chin. Według danych z 2015 roku około 80% mieszkańców Pekinu posiada kilka samochodów, które umożliwiają im codzienne poruszanie się. Ponadto w tej metropolii odnotowuje się ogromną liczbę naruszeń prawa przeciwko zanieczyszczeniom.
Powstawanie substancji toksycznych - produktów niepełnego spalania i tlenków azotu w cylindrze silnika podczas spalania zachodzi na zasadniczo różne sposoby. Pierwsza grupa substancji toksycznych związana jest z reakcjami chemicznymi utleniania paliwa, zachodzącymi zarówno w okresie przedpłomieniowym, jak iw procesie spalania – rozprężania. Druga grupa substancji toksycznych powstaje, gdy azot i nadmiar tlenu łączą się w produktach spalania. Reakcja tworzenia tlenków azotu ma charakter termiczny i nie jest bezpośrednio związana z reakcjami utleniania paliwa. Dlatego wskazane jest osobne rozważenie mechanizmu powstawania tych substancji toksycznych.
Główne toksyczne emisje z pojazdu to: gazy wydechowe (spaliny), gazy przedmuchiwane i opary paliwa. Gazy wydechowe silnika zawierają tlenek węgla (CO), węglowodory (C X H Y), tlenki azotu (NO X), aldehydy i sadzę. Gazy przedmuchowe to mieszanina części spalin, które przedostały się przez nieszczelności w pierścieniach tłokowych do skrzyni korbowej silnika, z oparami oleju silnikowego. Opary paliwa przedostają się do środowiska z układu zasilania silnika: przegubów, węży itp. Rozkład głównych składników emisji dla silnika gaźnikowego jest następujący: spaliny zawierają 95% CO, 55% CX HY i 98% NO X, gazy skrzyni korbowej - 5% CX HY, 2% NO X, a opary paliwa - do góry do 40% CXHY. Generalnie w spalinach silników mogą znajdować się następujące nietoksyczne i toksyczne składniki: O, O 2, O 3, C, CO, CO 2, CH 4, C n H m, C n H m O, NO, NO 2, N, N 2, NH 3, HNO 3, HCN, H, H 2, OH, H 2 O.
Szkodliwe emisje toksyczne można podzielić na regulowane i nieregulowane. Działają na organizm człowieka w różny sposób. Szkodliwe emisje toksyczne: CO, NO X, C X H Y, R X CHO, SO 2, sadza, dym. CO (tlenek węgla)- ten gaz jest bezbarwny i bezwonny, lżejszy od powietrza. Powstaje na powierzchni tłoka i na ściance cylindra, w której aktywacja nie następuje na skutek intensywnego odprowadzania ciepła ze ścianki, słabego rozpylenia paliwa oraz dysocjacji CO 2 na CO i O 2 w wysokich temperaturach.
NO X (tlenki azotu) Jest najbardziej toksycznym gazem spalinowym.
N jest gazem obojętnym w normalnych warunkach. Reaguje aktywnie z tlenem w wysokich temperaturach.
Emisja spalin zależy od temperatury otoczenia. Im większe obciążenie silnika, tym wyższa temperatura w komorze spalania, a co za tym idzie, wzrasta emisja tlenków azotu.
Wodór (C x H y)- etan, metan, benzen, acetylen i inne pierwiastki toksyczne. Spaliny zawierają około 200 różnych rodzajów wodoru.
W silnikach wysokoprężnych C x H y powstają w komorze spalania z powodu niejednorodnej mieszanki, tj. płomień gaśnie w bardzo bogatej mieszance, w której brakuje powietrza z powodu niewłaściwej turbulencji, niskiej temperatury, słabej atomizacji.
Silnik spalinowy emituje więcej C x H y na biegu jałowym z powodu słabych turbulencji i zmniejszonej szybkości spalania.
Palić- gaz nieprzezroczysty. Dym może być biały, niebieski, czarny. Kolor zależy od stanu spalin.
Biały i niebieski dym- mieszanina kropli paliwa z mikroskopijną ilością pary; powstały w wyniku niepełnego spalania i późniejszej kondensacji.
biały dym powstaje, gdy silnik jest zimny, a następnie znika z powodu ciepła. Różnicę między białym dymem a niebieskim określa wielkość kropli: jeśli średnica kropli jest większa niż długość fali niebieskiej, wówczas oko postrzega dym jako biały.
Niebieski dym pochodzi z oleju. Obecność dymu wskazuje, że temperatura jest niewystarczająca do całkowitego spalenia paliwa. Czarny dym składa się z sadzy. Dym negatywnie wpływa na organizm ludzki, zwierzęta i roślinność.
Sadza- jest ciałem bezforemnym bez sieci krystalicznej; W spalinach silnika wysokoprężnego sadza składa się z nieokreślonych cząstek o wymiarach 0,3...100 mikronów.
Powodem powstawania sadzy jest to, że warunki energetyczne w cylindrze silnika wysokoprężnego są wystarczające do całkowitego zniszczenia cząsteczki paliwa. Lżejsze atomy wodoru dyfundują do warstwy bogatej w tlen, reagują z nią i niejako izolują atomy węglowodorów od kontaktu z tlenem. Powstawanie sadzy zależy od temperatury, ciśnienia w komorze spalania, rodzaju paliwa, stosunku paliwo-powietrze.
SO 2 (tlenek siarki)- powstaje podczas pracy silnika z paliwa otrzymywanego z oleju siarkowego (szczególnie w silnikach wysokoprężnych); te emisje podrażniają oczy i układ oddechowy. SO 2, H 2 S - bardzo niebezpieczne dla roślinności.
Głównym źródłem zanieczyszczenia powietrza w Federacji Rosyjskiej są obecnie pojazdy wykorzystujące benzynę ołowiową: według różnych szacunków od 70 do 87% całkowitej emisji ołowiu. PLO (tlenki ołowiu)- występują w spalinach silników gaźnikowych przy stosowaniu benzyny ołowiowej. Podczas spalania jednej tony benzyny ołowiowej do atmosfery emitowane jest około 0,5 ... 0,85 kg tlenków ołowiu. Według wstępnych danych, problem zanieczyszczenia środowiska ołowiem z emisji pojazdów staje się istotny w miastach powyżej 100 tys. mieszkańców oraz na terenach lokalnych położonych wzdłuż autostrad o dużym natężeniu ruchu. Radykalną metodą walki z zanieczyszczeniem ołowiem pochodzącym z transportu drogowego jest unikanie stosowania benzyny ołowiowej.
Aldehydy (R x CHO)- powstają w wyniku spalania paliwa w niskich temperaturach lub bardzo ubogiej mieszanki, a także w wyniku utlenienia cienkiej warstwy oleju w ściance cylindra. Gdy paliwo spala się w wysokich temperaturach, aldehydy te znikają.
Zanieczyszczenia powietrza przepływają trzema kanałami: 1) spaliny emitowane przez rurę wydechową (65%); 2) gazy przedmuchowe (20%); 3) węglowodory w wyniku odparowania paliwa ze zbiornika, gaźnika i rurociągów (15%).