Полная версия

Главная arrow Техника arrow Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования, 2015, том 2, вып. 2 (3) -

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

АНАЛИЗ НОРМАТИВОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

THE ANALYSIS OF ENVIRONMENTAL SAFETY STANDARDS OF MOTOR

VEHICLES

Ключевые слова: нормативы, транспорт, экология, газовое топливо, электромобили Keywords: standards, transport, environment, gas fuels, electric cars

В статье рассмотрены нормативы экологической безопасности автотранспортных средств «Евро», альтернативные виды топлива, проанализированы перспективы развития автомобильной промышленности на ближайшие годы. Помимо этого, авторы знакомят читателя с грядущими изменениями в конструкции двигателей внутреннего сгорания.

The article describes the standards of environmental safety of motor vehicles 'Euro', alternative fuels, prospects of development of automobile industry in the coming years. In addition, the author acquaints the reader with the upcoming changes in the design of internal combustion engines.

В современном мире вопросы защиты окружающей среды и экологической ответственности приобретают особое значение. Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является автомобильный транспорт. Доля загрязняющих веществ от автотранспорта в общем объеме выбросов в атмосферу, в среднем по России составляет примерно 42%, что превышает размер выбросов любой из отраслей промышленности. В больших городах этот показатель достигает 80-90%. Динамика роста вредных выбросов напрямую связана с увеличением количества автотранспортных средств. За последние несколько лет масса автомобильных выбросов в расчете на одного человека увеличилась на 15% и достигла 110 тысяч тонн загрязняющих веществ в год. На сегодняшний день около 70% россиян проживают в экологически неблагоприятных районах.

Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания содержат порядка 200 веществ. Длительность их существования от пары минут до 5 лет. По химическим свойствам и влиянию на организм человека все компоненты подразделяются на восемь групп:

I группа - нетоксичные вещества (азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха).

II группа - оксид углерода или угарный газ (СО).У гарный газ очень опасен и даже в малых количествах негативно влияет на весь организм.

III группа - оксиды азота - N0 и NO2. Оксид азота N0 оказывает влияние на центральную нервную систему, а также вызывает поражение крови за счёт связывания гемоглобина. Оксид азота NO2 раздражает дыхательные пути и угнетает аэробное окисление в легочной ткани, что приводит к развитию токсического отёка легких.

IV группа - углеводороды (соединения типа СХНУ). Углеводороды, наряду с токсичными свойствами, обладают также канцерогенным действием. Особой канцерогенной активностью отличается бенз(а)пирен (С29Н12), содержащийся в отработавших газах бензиновых двигателей и дизелей.

V группа - органические соединения - альдегиды. В отработавших газах содержатся в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Эти соединения раздражают слизистые оболочки, дыхательные пути, поражают центральную нервную систему.

VI группа - сажа и другие дисперсные частицы. Адсорбируя на своей поверхности бенз(а)пирен, сажа оказывает более сильное негативное воздействие, чем в чистом виде.

VII группа - сернистые соединения - серный ангидрид, сероводород, которые имеют место в отработавших газах, когда используется топливо с повышенным содержанием серы. Сернистые соединения оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека.

VIII группа - свинец и его соединения. Свинец является канцерогенным металлом. Свинец и его соединения являются политропными ядами (то есть действуют на разные органы и системы организма) и вызывают изменения в нервной и сердечно-сосудистой системах, а также нарушения ферментативных реакций, витаминного обмена, снижают иммунобиологическую активность человека.

Основной вредной примесью в отработавших газах автомобилей, работающих на бензине, является оксид углерода (СО), доля которого в среднем составляет 69% от общего количества выбросов вредных веществ. Доли остальных примесей распределяются следующим образом: 17%-оксиды азота (NOx) и 14%-суммарные углеводороды (СХНУ) (Рисунок 1) [1].

Доли основных компонентов отработавших газов двигателей, работающих

Рисунок 1 - Доли основных компонентов отработавших газов двигателей, работающих

на бензине.

В СССР первый стандарт, затрагивающий токсичность автомобилей с бензиновыми двигателями при выпуске их с завода и в процессе эксплуатации, появился в 1970 году (ГОСТ 16533-70), а относящийся к транспортным средствам с дизельными моторами - в 1975 году (ГОСТ 21393-75).

Обобщенная техническая характеристика автотранспортного средства, отражающая его негативное воздействие на окружающую среду, в России получила официальное название «экологический класс автомобильной техники». Данный параметр предусмотрен специальным техническим регламентом, который был утвержден постановлением Правительства РФ от 12 октября 2005 г. № 609 ”Об утверждении технического регламента ”0 требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ”.

Экологическая классификация автомобилей, принятая в данном регламенте, соответствует европейской и устанавливает экологические классы автомобилей в зависимости от выбросов с отработавшими газами.

Таблица 1 - Экологическая классификация автомобилей

Нормативный

документ

Г од введения

Нормы выбросов, г/км

В Европе

В России

Монооксид

углерода

Углеводороды+ Оксиды азота

Твердые

частицы

(дизель)

ОСТ 37.001.054-86

-

1990

13,33

4,94

-

Евро-1

1992

-

2,72

0,97

0,14

Евро-2

1995

2006

2,2

0,5

0,08

Евро-3

1999

2008

2,3

0,2+0,15

0,05

Евро^1

2005

2013

1,0

0,10+0,08

0,025

Евро-5

2009

2016

1,000

0,100+0,060

0,005

Евро-6

2015

1,000; 0,500 (для дизеля)

0,100+0,060

0,005

К 2020 году в Европе выбросы углекислого газа у новых автомобилей должны быть снижены до 95 г/км [3]. К таким показателям будут стремиться и автопроизводители других континентов. В настоящее время норма выброса составляет 130 г/км. Нормативный уровень выбросов СО2 зависит от снаряженной массы и высчитывается для каждого автомобиля по формуле:

где М - масса автомобиля в снаряженном состоянии в килограммах, Мо=1372 кг, а=0,0457. В 2016 году значение Мо будет пересмотрено.

Важно знать, что каждый производитель получает показатель по среднему уровню выбросов всей выпускаемой линейки автомобилей, а не отдельного экземпляра. Это не просто норма: за ее нарушение компания должна платить немалые штрафы. За каждый выпускаемый автомобиль, выбросы СО2 которого превышают средний установленный уровень, платится 5 евро при превышении на 1 г/км, 15 евро - за превышение на 2 г/км, 25 евро - 3 г/км, а после превышения на 4 г/км каждый грамм обходится производителю в 95 евро. С 2019 года все будет еще строже - каждый грамм превышения нормы обойдется в 95 евро. Но каждый производитель может получить бонус, если сократит выбрасываемый углекислый газ до 7 г/км. Правда, при условии применения инновационных технологий на выпускаемых автомобилях.

Для борьбы с вредными выбросами производителями автомобилей разработаны следующие методы:

  • 1) Оптимизация процесса сжигания топлива;
  • 2) Очистка топлива от элементов, являющихся источниками загрязняющих веществ;
  • 3) Очистка дымовых газов от загрязняющих веществ;
  • 4) Ассимиляция загрязнителей в атмосферном воздухе [6, с.358].
Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

Рисунок 2 - Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

С точки зрения конструкции можно рассматривать несколько систем, предназначенных для управления объемами вредных выбросов (Рисунок 2-4) [4-

5].

Сокращение вредных выбросов на транспорте — глобальная задача. Решить ее можно, в том числе, за счет использования экологически чистых видов топлива. Революционный путь, способный быстро и относительно экономично добиться уменьшения выбросов — переход к принципиально новому топливу — природному газу. Газ — это доступное, надежное, экологически чистое и менее дорогое топливо по сравнению с традиционными нефтепродуктами. По словам премьер-министра России Д.А. Медведева, переход на газомоторное топливо - важнейшая задача автомобильной промышленности на среднесрочную перспективу Г21.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

Рисунок 3 - Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

Ход реакций в нейтрализаторе

Рисунок 4 - Ход реакций в нейтрализаторе

Система управления нейтрализацией в бензиновом двигателе

Рисунок 5 - Система управления нейтрализацией в бензиновом двигателе.

Выбросы СО2 у автомобилей, работающих на газе, на четверть меньше по сравнению с машинами на бензиновых двигателях. Моторы на метане выделяют примерно на 95% меньше угарного газа, чем дизельные, а выбросы твердых частиц у газовых двигателей практически нулевые.

За первое десятилетие 21-го века мировой парк газовых автомобилей вырос в 10 раз. Сегодня более 20 миллионов автомобилей, автобусов и грузовиков во всем мире используют метан. Газовые автомобили пока составляют лишь 0,02% от всего парка дорожного транспорта, но их число стремительно растет.

Одна из ключевых проблем развития этого сегмента — недостаток инфраструктуры по заправке сжатым и сжиженными природным газом (КПГ/СПГ). Лишь после создания такой инфраструктуры, преимущества газовых автомобилей, судов и локомотивов смогут использоваться в полной мере [12, с.57].

Легковые автомобили заправляются компримированным природным газом (КПГ), большегрузный, муниципальный городской транспорт, а также морские и речные суда — сжиженным природным газом (СПГ).

С 2004-го по 2015-й год количество автомобилей на «голубом топливе» во всем мире выросло в 4,5 раза и составило 17,9 млн машин. Согласно прогнозу Международного газового союза, к 2020 году число транспортных средств на метане достигнет 50 млн. К 2040 г. доля автомобилей на природном газе должна достичь 4% в глобальном балансе моторного топлива. По прогнозам, в Европе спрос на газовое топливо составит до 40 млрд куб. м к 2030 году.

В 2017 году появится норматив Евро-бс, а к концу 2020 года автопроизводителей обяжут выполнять жесткие требования по выбросам СО2. Поэтому в ближайшие несколько лет, по оценкам автоэкспертов, следует ожидать изменений в конструкции автомобилей. Специалисты Bosch уже анонсировали появление в 2017 году серийных низковольтных (48 В) гибридов - ожидается, что они станут по-настоящему массовыми и позволят довести долю гибридов в структуре продаж новых автомобилей до одной трети к 2025 году [8]. Именно низковольтная гибридная схема должна продлить жизнь дизеля после 2017 года, помочь ему вписаться в Евро-бс [9] и успешно пройти сертификацию по новым правилам. Конструкция 48-вольтовых гибридов чрезвычайно проста, а цена входящих в нее электрических компонентов в несколько раз ниже, чем у «полноценных» (как правило, 400-вольтовых) гибридов. В связке с бензиновыми двигателями низковольтная гибридная схема тоже полезна, поскольку позволяет на 15% снизить выбросы СО2.

В настоящее время наряду с автомобилями, работающими на газовом топливе, появляются автомобили, работающие на электричестве[10]. Их доля пока что мала из-за высокой стоимости и слаборазвитой инфраструктуры (отсутствие заправочных станций и специализированных станций технического обслуживания), однако, по мнению большинства экспертов, именно за электромобилями - будущее мирового автомобилестроения. Сейчас многие страны в рамках борьбы за чистоту окружающей среды призывают полностью отказаться от двигателей внутреннего сгорания[11, с.289]. Так, например, во время проходящего этой зимой саммита по климату в Париже, представители ведущей европейской автомобильной державы - Германии - приняли решение вступить в Zero-emission vehicle alliance (ZEV)[7], то есть объединение промышленников, выступающее за полный переход на безвредный для окружающей среды транспорт. Альянс предполагает полный отказ от двигателей внутреннего сгорания к 2050 году. В ZEV уже входят Нидерланды, Великобритания, Норвегия, некоторые штаты США и провинции Канады. А в октябре свой масштабный долгосрочный план «озеленения» приняла Toyota. Он предполагает, что вся продукция японской фирмы к 2050 году будет состоять исключительно из гибридов, электромобилей и моделей с силовыми установками на топливных элементах.

Библиографический список

© Просянкин С.М., Красникова Д.А., Феклин Е.В., 2015

УДК 624.131.137 DOI 10.12737/19535 Сергеев А.С. Sergeev A.S.

аспирант кафедры Автомобильных Graduate student of department of roads

дорог и мостов Пермского and bridges , Perm National Research

национального исследовательского Polytechnic University,

политехнического университета, РФ Russian Federation

Юшков Б.С. Yushkov B.S.

канд. техн. наук, доцент, Ph.D., Professor,

заведующий кафедры head of department of roads and bridges,

Автомобильных дорог и мостов Perm National

Пермского национального Research Polytechnic

исследовательского University,

политехнического университета, РФ Russian Federation

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>