ЧЕМ ДЫШИТ ВОДИТЕЛЬ?

ЧЕМ ДЫШИТ ВОДИТЕЛЬ?

Чем пахнет из выхлопной трубы автомобиля, знают не только водители. Горожане привыкли к запаху выхлопных газов настолько, что порой и не ощущают его. Однако при определенных погодных условиях привыкшим к автомобильному перегару детям асфальта приходится констатировать чрезмерное содержание в городском воздухе выхлопных газов.

Оценить степень загрязненности московского воздуха можно даже и визуально. Те, кому случалось подлетать к Москве на самолете, могли обратить внимание на так называемый газовый купол. При определенных состояниях атмосферы над крупными городами загрязненный воздух практически не рассеивается и скапливается в виде громадного купола. Изнутри он незаметен, а со стороны, на фоне относительно чистого воздуха, выделяется достаточно отчетливо. Этот же эффект можно наблюдать, если взглянуть со стороны на автодорогу с интенсивным движением. Сидя в салоне автомобиля, движущегося внутри газового облака, к сожалению, не думаешь, чем нам приходится дышать. А вот если взглянуть, например, на Московскую кольцевую автодорогу, особенно на тот участок, где она проходит среди лесных массивов с их относительно чистым воздухом, нередко увидишь облако смога, простирающееся над дорогой.

Свидетелями загрязнения воздуха выхлопными газами придорожного пространства являются деревья, растущие вдоль дорог. В отличие от нас, не всегда обращающих внимание на степень загазованности воздуха и иногда не связывающих изменение нашего самочувствия с тем, чего мы надышались, придорожные деревья быстрее реагируют на это. На многих улицах Москвы липы и березы имеют явные отклонения от нормы. Ветви растут отдельными густыми пучками, наподобие банных веников. У других пород деревьев изменяется цвет и форма листьев, отслаивается кора, проявляются другие изменения. Но все это — лишь отдельные стадии угнетения деревьев. В дальнейшем растения ждет неминуемая гибель.

Хотим мы или не хотим замечать выхлопные газы, нравится нам их запах или нет, а здоровья они нам не прибавляют. Из чего же состоят автомобильные выхлопы, какое действие оказывают они на организм человека?

При полном сгорании углеводородов конечными продуктами являются углекислый газ (CO2) и пары воды. Однако полного их сгорания добиться пока технически невозможно. Кроме того, любое углеводородное топливо содержит множество добавок, которые отнюдь не улучшают свойства отработавших газов.

Всего в состав выбросов автомобилей входит более 200 различных химических веществ. Это продукты неполного сгорания в виде оксида углерода, альдегиды, кетоны, углеводороды, в том числе канцерогенные, водород, перекисные соединения, сажа. (Канцерогенными называют вещества, способствующие развитию раковых заболеваний.) Продукты термических реакций азота с кислородом, за счет чего образуются оксиды азота. Соединения неорганических веществ, которые входят в состав топлива (соединения свинца и других тяжелых металлов, диоксид серы и др.), избыточный кислород.

Высокое содержание свинца в отработавших газах объясняется тем, что для повышения октанового числа бензина используют различные антидетонационные добавки и чаще всего тетраэтилсвинец. При работе двигателя автомобиля тетраэтилсвинец распадается с образованием частиц твердого оксида свинца. В связи с его высокой токсичностью в последнее время намечается переход на использование неэтилированных бензинов. Однако пока доля потребляемого автотранспортом этилированного бензина достигает 75%.

Количество и состав отработавших газов определяются конструктивными особенностями автомашин, режимом работы их двигателей, техническим состоянием, качеством дорожных покрытий, метеоусловиями. Особенностями работы автомобильных двигателей являются переменные нагрузки, то есть периодические изменения режима работы: холостой ход, разгон, установившееся движение и торможение. Наиболее высокая концентрация оксида углерода (CO) в отработавших газах наблюдается при работе двигателя на холостом ходу и при повышенных нагрузках. Так, по данным НИИАТ, при работе двигателя на холостом ходу содержание оксида углерода в выхлопных газах может в два с лишним раза превышать его содержание при установившемся режиме. Но, вместе с тем, когда автомобиль разгоняется и движется с установившейся скоростью, в отработавших газах отмечаются наибольшие концентрации оксидов азота.

В таблице 1 приведена характеристика городского ритма движения автомобиля. Усредненные значения параметров даны в процентах к их суммарному значению за полный цикл городского движения. Например, за 1 час поездки по городу приблизительно 24 минуты машина простоит у светофоров и в пробках. То есть, 40% времени двигатель будет работать на холостых оборотах. За это время будет израсходовано около 15% топлива от суммарного расхода за этот час. Объем отработавших газов за время работы двигателя на холостом ходу (за 24 минуты) составит 10% от общего их объема, выбрасываемого за час. В их составе будет около 20% оксида углерода (CO) и около 17% углеводородов (CnHm) от суммарного количества этих веществ, выбрасываемого в среднем за час движения по городу.

^* под полным циклом подразумевается достаточно длительный период времени поездки по городу (например, один или несколько часов, если все это время проведено в пробке) на протяжении которого многократно повторяются ситуации, в которых двигатель автомобиля работает в различных режимах.

В среднем за год в России количество загрязняющих веществ, попадающих в атмосферный воздух с отработавшими газами автомобилей, превышает 19 миллионов тонн (!). В том числе более 15 млн т оксида углерода, около 4 млн т углеводородов и 1 млн т оксидов азота, а также более 5,5 тыс. т свинца. В пересчете на одного жителя России это составляет более 100 килограммов загрязняющих веществ ежегодно. Это в среднем. Естественно, на сельского жителя приходится меньше, чем на городского. Жители же столицы, наряду с иными благами, получают, по сравнению с другими городами, и наибольшее количество загрязнений повышенной концентрации.

Так, выхлопные трубы автомобилей ежегодно обогащают атмосферу Москвы более чем на 750 тыс. тонн. Из них около 600 тыс.  т угарного газа (CO), около 40 тыс.  т окислов азота и более 110 тыс.  т углеводородов. Легко рассчитать, сколько приходится отравляющих газов на душу населения. При этом львиную долю получают те, кто больше находится на автодорогах, из них — те, кто больше времени проводит в автомобильных пробках. Как нередко кончают те, кто проводит определенное время в автомобиле с работающим двигателем, находящемся внутри гаража, — известно.

Состав выбросов дизельных двигателей отличается от бензиновых. В дизельном двигателе происходит более полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота.

Кроме того, дизельные двигатели характеризуются также повышенной дымностью. Черный дым представляет собой продукт неполного сгорания и состоит из частиц углерода 0,1 — 0,3 мкм. Белый дым образуется в основном при работе двигателя на холостом ходу и состоит из частичек испарившегося топлива и капелек воды. В составе белого дыма присутствуют главным образом альдегиды, обладающие раздражающим действием. Голубой дым образуется при охлаждении на воздухе отработавших газов. Он состоит из капелек жидких углеводородов.

Важной особенностью выбросов дизельных автомобилей является содержание канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, среди которых наиболее вреден бенз(а)пирен. Последний, так же как и свинец, относится к первому классу опасности загрязняющих веществ.

Транспортные потоки в городах носят импульсивный характер, движение с постоянной скоростью может прерываться или тормозиться, после чего следует набор скорости. Увеличение количества транспортных средств в потоке ведет к сокращению продолжительности установившегося движения. Так, в Москве на долю установившегося движения приходится 12% общего времени поездки (в городах США — 18%), в то время как на холостой ход соответственно — 22% и 15%, разгон — 37% и 36,7%, замедление — 29% и 32,3%.

На преобладающий режим работы двигателя большое влияние оказывает интенсивность и плотность транспортных потоков. При малой плотности, до 10 автомобилей на километр, возможно движение со свободной скоростью, когда двигатель работает в установившемся режиме. При повышенной плотности, от 10 до 30 автомобилей на километр, падение скорости потока ведет к дополнительному расходу топлива. Наконец, при движении в сплошном потоке, то есть около 30 автомобилей на километр и больше, скорость потока снижается вплоть до затора, что также приводит к дополнительному расходу топлива.

В определенной мере по расходу топлива можно судить и о выбросах токсичных продуктов с отработавшими газами автомобилей. Так, при сгорании 1 кг бензина может выделяться более 500 г загрязняющих веществ и около 50 г при сгорании 1 кг дизельного топлива.

Приземная атмосфера является одной из наиболее важных жизнеобеспечивающих составляющих природной среды. Ее загрязнение оказывает сильное негативное воздействие не только непосредственно на человека, но и на растительность, живые организмы, почвы, грунты, поверхностные и подземные воды и другие компоненты городской среды жизни человека. Проникая в родники, откуда так любят попить москвичи, в различную огородную снедь и дары природы, например грибы, собранные у автотрассы, речную рыбку и т.д., рожденная нашим автомобилем отрава бумерангом возвращается к нам.

Очевидно, что основная масса загрязняющих веществ выпадает в непосредственной близости от автодорог. Ширина зоны влияния крупных автомагистралей достигает 400 — 500 м при максимальном загрязнении на расстоянии до 20 м от них. Особенности застройки Москвы проявляются в так называемом эффекте амфитеатра, когда вокруг плотного, сравнительно невысокого центра города возникла более высокая быстро застроенная периферия. В результате у стен зданий и других преград для движения воздушных масс в приземном слое атмосферы создаются застойные зоны загрязненного воздуха. Кроме того, газообразные загрязнители уходят от дорог в понижения рельефа, прежде всего в поймы рек Москвы, Яузы, Сетуни и других, где растворяются в воде, накапливаются в донных отложениях, попадают в речные растения, рыбу и другие организмы.

Между тем, скверы, часто расположенные в поймах рек и иных понижениях рельефа, закрытые от ветра застойные зоны и многие другие тихие уголки — излюбленные места прогулок детей с мамами, бабушками и дедушками. По данным же многочисленных исследований, действие на организм различных токсичных веществ зависит и от индивидуальной восприимчивости. Наиболее чувствительны к действию токсикантов как раз дети, женщины и пожилые люди. Кроме того, дети на московских улицах попадают в зону наивысшей загазованности — приземный воздух — из-за своего роста.

К наиболее опасным загрязнителям воздушного бассейна города относятся тяжелые металлы. Они способны незаметно накапливаться в организме человека. Коварство тяжелых металлов заключается еще и в том, что их совместное нахождение приводит к проявлению синергизма, при котором негативное воздействие на организм одновременно нескольких веществ во много раз выше, чем сумма их отдельных воздействий.

Вещества, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей, могут вызвать прогрессирующие поражения центральной нервной системы, печени, почек, мозга, половых органов, летаргию, синдром Паркинсона, пневмонию, эндемическую атаксию, подагру, бронхиальный рак, дерматиты, интоксикацию, аллергию, респираторные и другие заболевания. Причем чем больше количество вредных веществ в организме и чем дольше организм подвергается их воздействию, тем больше вероятность возникновения заболеваний.

К сожалению, полное решение проблемы загрязнения городского воздуха автотранспортом невозможно даже при использовании только дизельных или газобаллонных автомобилей. Применение неэтилированного бензина уменьшает выбросы свинца, но не спасает от других загрязнителей. Выбросы дизельных двигателей не содержат свинца и характеризуются низким содержанием окиси углерода, но при этом содержат больше окислов азота. Кроме того, выбросы недостаточно хорошо отрегулированных дизельных двигателей обогащены сажей, содержащей канцерогенные вещества, углеводороды и формальдегиды.

Конечно, и газобаллонные двигатели не идеальны, но они характеризуются значительно менее пагубным воздействием на окружающую среду, а следовательно, они предпочтительнее других видов углеводородных двигателей.

В этом году в Европе начат эксперимент по применению водородных двигателей. У них отработавшие газы полностью экологичны — они представляют собой пары воды. Но пока они не получат широкого распространения, для уменьшения загрязнения атмосферного воздуха можно рекомендовать следующее:

• по возможности переходить на использование газобаллонных двигателей;
• уменьшить количество и токсичность отработавших газов путем качественной регулировки двигателя;
• использовать нейтрализаторы отработавших газов для бензиновых и дизельных двигателей;
• выбирать рациональный режим работы двигателя, глушить его при продолжительных остановках, воздерживаться от движения в не отведенных для этого местах.

Таким образом, основными потребителями автомобильных выхлопов являются водители. Вторыми в этой скорбной очереди стоят дети, их мамы, бабушки и дедушки, а за ними и остальные пешеходы, среди которых — наши родственники и друзья. Давайте же возлюбим и себя, и их и постараемся, по возможности, снизить поток ядов, идущих из выхлопных труб наших автомобилей.

М. КОЗЛОВ, Зам. декана факультета профессиональной подготовки Международного независимого эколого-политического университета, «Полезные страницы», 1999, выпуск 4, с. 212.