Контроль забруднення повітряного середовища, викликаного автотранспортом
"1-3" 1. Введення
1. Основні викиди, що забруднюють повітря
2. Вивчення проблеми
2.1 Механізми емісії
2.2 Механізми поширення
3. Заходи щодо зниження забруднення повітря викидами автотранспорту
3.1 Технічні заходи
3.1.1 Бензиновий (карбюраторний) двигун
3.1.2 Дизельний двигун
3.1.3 Альтернативні види енергії
3.1.4 Електротранспорт
3.1.5 Гібридні комбінації
3.1.6 Результати порівняння видів палива
3.2 Організаційні заходи
3.2.1 Управління рухом
Висновок
Введення
Від загального забруднення повітря в результаті діяльності людини до 51% припадає на транспорт.
Частка автомобільного транспорту (за різними джерелами) становить 10-30%.
Визначення:
Забруднення повітря - забруднення атмосфери газоподібними, рідкими або твердими речовинами, які можуть створювати небезпеку для людського життя чи здоров'я, шкодити здоров'ю або природної життєдіяльності тварин і рослин, здатні викликати корозію матеріалів, знижувати видимість чи викликати небажані запахи.
[Із законодавства США]
1. Основні викиди, що забруднюють повітря
При пробігу 20 000 км автомобіль викидає:
· Свинець (Pb) - 0.775 кг
· Окисли азоту (NOx) - 40.75 кг
· Вуглеводні (НС) - 234 кг
· Чадний газ (CO) - 765 кг
Діаграма 1. Розподіл шкідливих викидів від роботи автомобіля
Висновок:
Основні викиди від роботи автотранспорту:
· Чадний газ (СО)
· Вуглеводні (НС)
· Оксиди азоту (NOx)
Під дією сонячного світла ці викиди зазнають хімічні перетворення, і список шкідливих речовин поповнюється низькорівневим (тропосферним) озоном О 3 і різноманітними токсинами фотохімічного походження.
Приклад:
Зміг найбільш серйозна неприємність з усіх типів забруднення повітря.
Смог (Smog від англійських слів smoke (дим) і fog (туман)) - туман, що утворюється при конденсації водяної пари навколо дрібних частинок диму.
У 1952 році в Лондоні такий зміг, викликаний димом від спалювання вугілля та англійською туманом, забрав близько 4 000 життів.
Сучасний різновид смогу, викликана вихлопами автомобілів великого міста, під впливом сонячної радіації перетворюється на фотохімічний зміг - туман жовтого кольору. Ці перетворення відбуваються при фотохімічному розкладанні вуглеводнів, що виділяються при спалюванні органічного палива, наприклад, бензину. Продукти реакції включають озон, альдегіди, кетони, ацетілнітрати, органічні кислоти та інші продукти розкладання. Крім того, автомобілі викидають так само і чадний газ СО, один з найбільш токсичних складових смогу.
Ще один тип смогу - "крижаної зміг", утворюється при дуже низьких температурах і являє собою концентрацію дрібних кристалів льоду навколо центрів - частинок диму.
Всі типи смогу знижують видимість і, за винятком крижаного смогу, дратують дихальну систему. Статистичні спостереження показують, що різні типи смогу діють на здоров'я людини по-різному. Фотохімічний зміг викликає роздратування і сльозоточивість слизової оболонки очей, а так само призводить до різних ушкоджень рослинності. Найбільш токсичні смоги викликають підвищення рівня смертності, особливо серед людей, які страждають хворобами дихальної та серцево-судинної систем.
2. Вивчення проблеми
Оцінка і вибір заходів зниження рівня забруднення повітряного середовища вимагають вивчення механізмів емісії та механізмів поширення шкідливих викидів.
Визначення
Емісія - виділення, випромінювання, викиди відходів, побічних результатів або забруднюючих речовин в атмосферу.
Методи вивчення універсальні і складаються з наступних стадій:
1. Визначення початкових умов
2. Збір даних про рівень забруднення повітря
3. Аналіз даних
4. Порівняння з нормативами
5. Винесення експертного висновку
6. Прийняття рішення
2.1 Механізми емісії
Повна емісія автотранспортного засобу залежить від трьох основних чинників:1. режим руху транспортного засобу
2. його швидкість
3. відстань пройденого шляху
Крім основних факторів на емісію також впливають:
· Пробіг автотранспортного засобу (ступінь його зносу)
· Марка автомобіля
· Маса автомобіля
· Ступінь очищення палива
· Температурний режим
Режими руху
Виділяють чотири основні режими руху:
· Холості оберти
· Розгін
· Маршовий режим
· Гальмування
Весь рух транспортного засобу складається з послідовних змін цих чотирьох режимів.
Зміна режимів руху призводить до негайного зміни складу і концентрації викидів:
Діаграма 2. Зміна викидів в залежності від режимів руху
Діаграма показує, як змінюється емісія основних забруднюючих речовин при зміні режимів руху.
Емісія сильно залежить від стану двигуна:
На початку поїздки, коли двигун ще не розігрітий, відбувається неповне згоряння палива, що призводить до додаткової емісії парів бензину і незгорілих вуглеводнів. Особливо шкідливий т.зв. "Холодний старт", тобто запуск холодного двигуна. Двигун працює нестабільно, відчуваючи великі навантаження. Значно збільшується витрата палива, а, отже, і емісія.
Наприкінці поїздки, коли автомобіль вже припаркований на стоянку, але двигун ще гарячий, відбувається додаткове випаровування палива в атмосферу.
Швидкість руху має безпосередній вплив на емісію.
Приклад:
Емісія вуглеводнів зменшується з підвищенням швидкості, емісія оксидів азоту - збільшується.
Діаграма 3. Залежність емісії від швидкості руху транспортного засобу
Висновок:
Механізм викиду повинен розглядатися комплексно, з урахуванням всіх можливих складових. В іншому випадку можлива ситуація, коли застосовуються односторонні заходи не тільки не поліпшать екологічної ситуації, але можуть посилити її.
Для прийняття обгрунтованих рішень по захисту чистоти повітря потрібен всебічний аналіз процесу забруднення. Точність аналізу підвищується при збільшенні обсягів статистичних даних.
2.2 Механізми поширення
Розробка і оцінка заходів транспортного контролю TCM (Traffic Control Measure) щодо забруднення повітря вимагає детального вивчення механізму поширення викидів.Приклад:
Концентрація чадного газу (CO) досягає найбільш високих позначок на перевантажених автошляхах і швидко знижується при значній відстані від місць з високою інтенсивністю руху транспорту. Зміна концентрації низькорівневого озону (О 3) по мірі віддалення від дороги відбувається значно повільніше, ніж чадного газу.
У цих умовах вибір ефективних заходів щодо зниження забруднення повітря є вкрай складним. Якщо для зниження концентрації СО досить локальних заходів ПВМ, то для зниження концентрації озону потрібні заходи більш широкого радіусу дії.
3. Заходи щодо зниження забруднення повітря викидами автотранспорту
У таких розвинених країнах як США і Англія оцінка впливу на навколишнє середовище є складовою частиною дорожнього планування і проектування.
Однак багато хто швидко розвиваються, такі як Індія, наприклад, страждають від екологічних проблем транспортного характеру.
Ці проблеми виникають через швидке зростання населення і пов'язаних з ним потреб у транспортуванні. Транспортні потоки значно зростають, зростає протяжність маршрутів і транспортна перевантаженість на них, посилюючи вплив на навколишнє середовище.
Всі заходи щодо зниження рівня забруднення повітря викидами автотранспорту можуть бути розділені на технічні заходи та організаційні заходи.
Технічні заходи
· Ефективне використання палива (зменшення маси автомобіля, зменшення потужності двигуна, використання неполнопріводних автомобілів для міських умов, поліпшення аеродинаміки, електронне запалювання, електронний контроль уприскування),
· Використання систем очищення вихлопних газів (каталітичні конвертери),
· Ефективне очищення палива (очищення від сірчаних домішок, використання високооктанових бензинів без вмісту свинцю),
· Нові ефективні двигуни
- Дизельні
- Газові
- Електричні
· Нові види палива: метанол, пропанол.
Організаційні заходи
· Поліпшення дорожнього покриття для забезпечення плавного руху транспортного потоку,
· Підвищення частки суспільного транспорту в міських пасажирських перевезеннях,
· Ефективне планування транспортних потоків,
· Використання HOV - смуги для руху транспортних засобів з кількістю пасажирів не менше 3-х,
· Посилення дотримання існуючих стандартів на забруднення довкілля та розробка нових.
Визначення:
Октанове число - умовна кількісна характеристика стійкості до детонації моторних палив, що застосовуються в карбюраторних двигунах внутрішнього згоряння. Октанове число чисельно дорівнює процентному (за об'ємом) змісту ізооктану (О.ч. якого прийнято 100%) у його суміші з н-гептаном (О.ч. дорівнює 0%), еквівалентної за детонаційної стійкості випробуваному паливу при стандартних умовах випробування. Октанове число найбільш поширених вітчизняних марок бензинів 76-89, авіабензин 91-95.
[Радянський енциклопедичний словник, Москва 1989]
Октанове число - співвідношення, що описує антидетонаційні властивості бензину.
Визначення:
Детонація моторних палив - надмірно швидке згоряння паливної суміші в циліндрі карбюраторного двигуна із-за накопичення органічних пероксидів в паливній суміші. Викликає характерний металевий "стукіт", вібрацію, перегрів двигуна.
[Радянський енциклопедичний словник, Москва 1989]
Детонація пошкоджує двигун і знижує його ефективність. Існують два способи боротьби з детонацією:
1. додавання в паливо антидетонаторов.
2. збільшення вмісту в паливі вуглеводневих ізомерів, що відрізняються більш плавним згоранням - збільшення октанового числа
Традиційно в якості антидетонатора використовуються сполуки свинцю (тетраетил свинцю). Сучасне законодавство забороняє використання бензину з вмістом свинцю через його високу токсичність в автомобільних вихлопах.
Паливо з октановим числом 95 і вище не вимагає застосування спеціальних антидетонаторних добавок. Такий бензин носить назву lead-free (без вмісту свинцю) і рекомендований до застосування у всіх розвинених країнах. Існують також марки бензину з октановим числом 96, 98, 99 і 100.
3.1 Технічні заходи
Після появи на ринку надходить нового або поліпшеного технічного пристрою для зниження емісії транспортного засобу, потрібен певний час для того, щоб стали помітні результати нововведення. Протягом цього часу нове обладнання замінюється старим на значній частині автомобілів. Так чи інакше, загальний рівень емісії поступово знижується в міру того, як поширюються все нові і нові технічні удосконалення.3.1.1 Бензиновий (карбюраторний) двигун
Поліпшення екологічних характеристик бензинового двигуна, перш за все, пов'язано зі зменшенням основних газів емісії: вуглеводнів СН, чадного газу СО і окислів азоту NOx.Для комплексної системи контролю емісії на автомобілі повинні використовуватися:
· Відповідне паливо
· Система електронного контролю запалювання
· Каталітичний конвертер
· Бортова діагностична система
При цьому мається на увазі правильне утримання та експлуатація автомобіля. В іншому випадку використання технічних засобів не матиме результату.
Довідка: каталітичний конвертер
Каталітичний конвертер - пристрій вихлопної системи автомобіля перетворює токсичні гази вихлопів на нешкідливі шляхом хімічної реакції.
Каталітичний конвертер зменшує викид вуглеводнів СН, чадного газу СО і / або оксидів азоту N Ох, окислюючи їх до порівняно безпечних вуглекислого газу СО2, води Н2О і оксиду азоту NO 2.
При використанні каталітичного конвертера необхідно використовувати бензин без вмісту свинцю Pb для запобігання засмічення каталізатора свинцем (С октановим числом не нижче АІ-95).
При використанні таких систем кількість шкідливих викидів мінімально. Іноді при поганій якості навколишнього повітря вихлопні гази виявляються навіть чистіше.
Однак, навіть оснащений такими комплексними системами, автомобіль має дуже високу емісію в перші хвилини поїздки, коли двигун ще не прогрілося до робочої температури і каталізатор не функціонує. В даний час, зусилля технологів сконцентровані саме на цьому відрізку циклу руху автомобіля. Але вже сьогодні можливо досягти прогріву до робочої температури для початку дії каталізатора менш ніж через 500 метрів шляху, при старті автомобіля з холодним двигуном.
Система контролю емісії працює з максимальним ефектом при рівномірному русі автомобіля. У цьому випадку, коли викид вуглеводнів та оксидів азоту незначний, емісія збільшується при багаторазовому прискоренні і гальмуванні.
Важливий напрямок досліджень для зниження емісії - поліпшення якості палива. Бензин з поліпшеними характеристиками складу емісії очікується вже в найближчі кілька років. Знижений вміст сірки S зменшить неприємний запах сульфіду сірки H2S, який характерний для каталітичних систем.
Таким чином, для досягнення повного контролю над емісією бензинового двигуна в країнах Європи вважається необхідним поєднання між каталітичними системами контролю і якістю пального.
3.1.2 Дизельний двигун
Дизельний двигун - найбільш поширена альтернатива бензинового двигуна. Ефективність використання палива в ньому покращена з 30% (30-і роки) до 45% (сьогодні).Порівняльна ефективність карбюраторних двигунів сьогодні трохи більше 30%.
Поліпшення досягалося в чотири послідовні етапи:
1. пряме уприскування
2. турбокомпресор
3. комбінація турбокомпресора з теплообмінником проміжного охолодження
4. турбодвигун
Довідка: турбокомпресор
Турбокомпресор - пристрій, що дозволяє підвищити потужність двигуна з мінімальним збільшенням маси. Турбокомпресор забирає теплову енергію вихлопних газів і використовує її для стиснення повітряно-паливної суміші, істотно збільшуючи потужність двигуна.
За останні 10 років емісія оксидів азоту і твердих складових від роботи дизельного двигуна була зменшена приблизно на 50%. Знижуючи температуру спалаху, рівень викидів оксидів азоту може бути скорочений ще більше.
Так само, як і бензин, дизельне паливо потребує кращому очищенню. Стандартне дизельне паливо містить занадто високий рівень ароматичних вуглеводнів і сірки. Проте останнім часом триває робота по створенню "екологічного дизельного палива", в якому вміст сірки вже зменшено з 0.1-0.3% до 0.001%, тобто в 1000 разів.
При використанні палива з низьким вмістом сірки стає можливим використовувати окислює каталітичний конвертер спільно з дизельними двигунами. При цьому вміст вуглеводнів і чадного газу в емісії зменшується до рівня, досягнутого карбюраторними двигунами.
3.1.3 Альтернативні види енергії
Розвиток автомобільних двигунів на звичайному паливі протягом останніх десяти років показує, що небезпека прямого впливу токсичних викидів на навколишнє середовище можливо стримувати в прийнятних межах. Проте рівень викидів вуглекислого газу СО2 створює набагато складнішу для вирішення проблему.Зниження шкідливого впливу транспортного руху можливе при використанні альтернативних видів енергії.
Застосування альтернативних видів енергії доцільно в наступних випадках:
· При гострій необхідності поліпшити якості повітря в певній зоні міського середовища,
· Для зниження накопичення в атмосфері надмірної кількості СО2. Це особливо актуально і для окремих міст, розташованих в улоговинах, не продуваються вітрами,
· При необхідності заміни дорогого палива на більш дешеві та екологічний види енергії. Наприклад, максимальне використання для пасажирських перевезень електротранспорту (трамваї, тролейбуси, метро).
Теоретично розглядається використання в якості пального водень Н2, як самий екологічний вид палива.
Чому? - При спалюванні водню утворюється лише вода. 2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О
У разі практичного використання нових видів палива виникають серйозні проблеми:
1. Витрати на виробництво нового палива в цілому значно перевищують витрати на види палива, отримані з нафти
Приклад:
Водень в даний час проводиться в основному методом електролізу (розкладання води під дією постійного струму), що вимагає високих енерговитрат. Для того щоб водень можна було практично використовувати, його необхідно стиснути до рідкої фази, що припускає додаткові витрати енергії.
2. Більш низька енергетична цінність нового палива в порівнянні з нафтою. Це означає потребу у великих обсягах палива, що викликає збільшення маси транспортного засобу і в кінцевому результаті - підвищення витрати палива. Так само з-за великих обсягів, займаних балонами, важко використовувати газоподібні види палива для автомобілів.
Приклад:
Теплотворна здатність рідких видів палива (енергетична цінність)
Однак, проблеми використання нових видів палива швидше економічні, ніж технологічні. Технічно нові двигуни вже існують і можуть бути запущені в масове виробництво при появі нового палива при доступному рівні цін. Однак введення нового палива викличе необхідність реорганізації системи зберігання і транспортування палива.
Основна з причин можливого використання альтернативного палива - зниження викидів СО2 в атмосферу. Однак для кінцевої оцінки впливу палива на забруднення атмосфери потрібно прорахувати весь ланцюжок, яку проходить паливо, від видобутку сировини до споживання. Можливо, що в цьому випадку негативні результати впливу нового палива на екологію не виявляться менше, ніж у традиційного палива.
В даний час легкий рейковий електротранспорт отримує новий розвиток у багатьох містах світу.
У часи, коли баланс між використанням легкового автомобіля і громадського транспорту стає питанням жвавих дискусій про стан навколишнього середовища (споживання енергії та шкідливі викиди), системи електротранспорту пропонують економічне, популярне серед населення, привабливе з точки зору навколишнього середовища рішення міських транспортних проблем.
У європейських містах є хороші приклади систем рейкового електротранспорту, що функціонують як на міських вулицях, так і за їх межами: Амстердам, Гренобль і Гетебург, а також деякі північноамериканські міста, наприклад Ванкувер.
У Великобританії, хвиля інтересу до рейковому транспорту виникла в середині 80-х років і прикладами сучасної системи електротранспорту стали Манчестерське метро (відкрито в 1992) і Шеффілдським супертріо (1994).
У 1994 р були здані в експлуатацію ще дві схеми електротранспорту: 27 кілометрова мережа трамвайних ліній у Кройдоні (у складі південної трамвайної мережі Лондона) і Західне Мідландское метро (19 км легкий рейковий маршрут з Бірмінгема до Вулверхамптона).
Громадський електротранспорт стає дуже привабливим не тільки через свою екологічність, але і за рахунок забезпечення пасажирів точної сервісної інформацією в реальному часі.
Трамвайні станції обладнуються електронними інформаційними дисплеями, телефонами і відеокамерами забезпечення безпеки.
У деяких містах, таких як Гетебург, Амстердам, Париж і Цюріх, трамваї є частиною великомасштабної транспортної системи управління та системи контролю міського транспортного руху, що дозволяє регулювати транспортні потоки і, в цілому, знижувати шкідливий вплив транспортного руху на навколишнє середовище, органічно доповнюючи пішохідним і велосипедним рухом.
Можливо забезпечувати спільну роботу систем легкого рейкового та більш важкого рейкового транспорту метро, як показують приклади Амстердама і Осло.
В Амстердамі 17 добре організованих легких трамвайних маршрутів експлуатуються на 130 км подвійного, одночасно з маршрутом важкого трамвая Sneltram, відкритого в 1990 році як частина плану міської влади знизити на 50% автодорожнє транспортний рух. Sneltram використовує, у свою чергу, тунелі метро.
Відповідно до оцінки витрат міських систем електротранспорту, опублікованій Лабораторією Транспортних Досліджень Великобританії в 1990 році, кращими європейськими прикладами є трамвайні лінії Нанта, відкриті в 1985 році і Гренобля, відкриті в 1987 році. Системи метро Ліона, Марселя і Лілля мають також хороший рівень розвитку.
Величезні витрати на компенсаційні виплати власникам землі в міських центрах є основною причиною, яка змушує прокладати ділянки систем легкого рейкового транспорту під землею.
Підняті над поверхнею землі на естакади рейкові шляхи, як наприклад, лондонський легкий рейковий Docklands коштують приблизно половину від вартості будівництва підземних шляхів і в два-три рази дорожче, ніж на поверхні.
Манчестерський Metrоlink має ділянку протяжністю 28 км суміщений з Британською залізничної приміської лінією і 3 км його нового шляху проходить по вулицях міського центру.
Величезні зусилля були зроблені для розвитку транспортних інформаційних систем в Європі під егідою Європейської Комісії. Програма DRIVE II (Dedicated Roadside Infrustructure for Vehicle Savety - Придорожня Інфраструктура для Безпеки Транспортних засобів), націлена на розвиток сучасної транспортної телематики. Одним з аспектів цієї програми є підпрограма PROMPT (Priority and Information in Public Transport - Пріоритетність і Інформація на Громадському транспорті), яка націлена на технології, що віддають пріоритет громадському транспорту.
Однією з таких технологій є наступна:
Громадському транспорту віддається пріоритет при роз'їздах на перетинах шляхом застосування пристроїв на основі ультракрасного випромінювання в транспортних засобах і індукованих контурів в провідному вагоні трамвая для перемикання сигналів світлофорів. Системи, подібні до цієї працюють швидше, надійніше і пунктуальним, дозволяючи громадському транспорту конкурувати з легковим автомобілем і підвищити статус електротранспорту як частини економічної, інтегрованої транспортної мережі, знижуючи стрес на навколишнє середовище.
Електромобіль - автомобіль, що приводиться в рух одним або кількома електродвигунами, які живляться від акумуляторних батарей.
Електромобілі можуть стати найбільш чистим альтернативним видом дорожнього транспорту, якщо основне завдання - поліпшення якості повітря, зниження перевантаженості доріг або зменшення шуму.
Головна проблема - пошук ефективного способу запасати енергію. Величезні зусилля докладаються для розробки ефективних батарей, які б мали прийнятний вагу. Акумулятори кращих моделей розраховані на 160-240 км шляху, після чого повинні бути перезаряджаючи. Перезарядка вимагає значного часу, порядку 5-12 годин. Ведуться експерименти по застосуванню в якості акумуляторних батарей конденсаторів великої ємності. Конденсатори мають, принаймні, дві переваги перед звичайними акумуляторами: практично миттєва зарядка і малу вагу.
На сьогоднішній день проведено безліч прототипів електромобілів, але жоден з них не був випущений у масове виробництво. Комерційний інтерес до них буде обмежений до тих пір, поки розвиток двигунів внутрішнього згоряння приносить результати у зменшенні їх емісії і поки викопні види палива доступні за ціною.
Але навіть якщо електротранспорт має нульову емісію при експлуатації, енергія для їх зарядки та експлуатації виробляється на електростанціях, більшість з яких небезпечні для навколишнього середовища. На частку електростанцій у забрудненні повітря припадає майже повністю решту 49%.
Широке поширення отримала гібридна комбінація двигун внутрішнього згоряння - електродвигун. Для поїздок по центру міста в години пік застосовується електродвигун, що не має емісії, а поза містом - звичайний бензиновий.
Велику перспективу має наступний метод. Бензиновий двигун працює в постійному режимі, заряджаючи батареї. При цьому транспортний засіб рухається, використовуючи електродвигун.
Переваги:
· Значне зменшення емісії за рахунок постійного режиму роботи двигуна внутрішнього згоряння,
· Спрощення механічної схеми - не потрібна механічна трансмісія й коробка передач, що знижує загальний шум транспортного засобу.
Недоліки:
· Велика додаткова маса (генератор + батареї + електродвигун),
· Збільшення загального шуму від працюючих генератора та електродвигуна.
Приклад
У системі громадського транспорту Стокгольма (Швеція) проходить випробування гібридний автобус з сучасним бензиновим двигуном і можливістю роботи на етанолі, генератор, батареї вагою 600 кг і електродвигун.
Повна емісія від використання різних видів палива набагато вище, якщо простежити весь технологічний ланцюжок від видобутку мінеральної сировини та виробництва палива, до його споживання.
ПОВНА ЕМІСІЯ = емісія видобутку + емісія переробки + емісія розподілу + емісія споживання
Дослідження, проведені корпорацією Volvo в 1991 році дозволяють найбільш повно оцінити емісію від використання різних видів палива. Розрахунки приведені для однієї і тієї ж марки автомобіля Volvo 740 GL.
· Для зниження накопичення в атмосфері надмірної кількості СО2. Це особливо актуально і для окремих міст, розташованих в улоговинах, не продуваються вітрами,
· При необхідності заміни дорогого палива на більш дешеві та екологічний види енергії. Наприклад, максимальне використання для пасажирських перевезень електротранспорту (трамваї, тролейбуси, метро).
Альтернативні види палива
Для великих міст, крім електроенергії, інтерес викликають альтернативні види палива: етанол, метанол і природний газ, особливо в районах з поганою якістю повітря.Теоретично розглядається використання в якості пального водень Н2, як самий екологічний вид палива.
Чому? - При спалюванні водню утворюється лише вода. 2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О
У разі практичного використання нових видів палива виникають серйозні проблеми:
1. Витрати на виробництво нового палива в цілому значно перевищують витрати на види палива, отримані з нафти
Приклад:
Водень в даний час проводиться в основному методом електролізу (розкладання води під дією постійного струму), що вимагає високих енерговитрат. Для того щоб водень можна було практично використовувати, його необхідно стиснути до рідкої фази, що припускає додаткові витрати енергії.
2. Більш низька енергетична цінність нового палива в порівнянні з нафтою. Це означає потребу у великих обсягах палива, що викликає збільшення маси транспортного засобу і в кінцевому результаті - підвищення витрати палива. Так само з-за великих обсягів, займаних балонами, важко використовувати газоподібні види палива для автомобілів.
Приклад:
Теплотворна здатність рідких видів палива (енергетична цінність)
| Вид палива | теплотворна здатність / барель |
| мазут | 6 287 000 |
| реактивне паливо (гас) | 5 670 000 |
| автомобільний бензин | 5 253 000 |
| скраплений природний газ | 3 955 000 |
| етанол | 3 400 000 |
| метанол | 2 720 000 |
| водень | 1 300 000 |
Основна з причин можливого використання альтернативного палива - зниження викидів СО2 в атмосферу. Однак для кінцевої оцінки впливу палива на забруднення атмосфери потрібно прорахувати весь ланцюжок, яку проходить паливо, від видобутку сировини до споживання. Можливо, що в цьому випадку негативні результати впливу нового палива на екологію не виявляться менше, ніж у традиційного палива.
3.1.4 Електротранспорт
Довідка: У Європі (Євросоюзі) 75% у міських пасажирських перевезеннях припадає на особистий автотранспорт, 1.5% - на велосипедний і лише 1% на електротранспорт (трамваї, метро).В даний час легкий рейковий електротранспорт отримує новий розвиток у багатьох містах світу.
У часи, коли баланс між використанням легкового автомобіля і громадського транспорту стає питанням жвавих дискусій про стан навколишнього середовища (споживання енергії та шкідливі викиди), системи електротранспорту пропонують економічне, популярне серед населення, привабливе з точки зору навколишнього середовища рішення міських транспортних проблем.
У європейських містах є хороші приклади систем рейкового електротранспорту, що функціонують як на міських вулицях, так і за їх межами: Амстердам, Гренобль і Гетебург, а також деякі північноамериканські міста, наприклад Ванкувер.
У Великобританії, хвиля інтересу до рейковому транспорту виникла в середині 80-х років і прикладами сучасної системи електротранспорту стали Манчестерське метро (відкрито в 1992) і Шеффілдським супертріо (1994).
У 1994 р були здані в експлуатацію ще дві схеми електротранспорту: 27 кілометрова мережа трамвайних ліній у Кройдоні (у складі південної трамвайної мережі Лондона) і Західне Мідландское метро (19 км легкий рейковий маршрут з Бірмінгема до Вулверхамптона).
Громадський електротранспорт стає дуже привабливим не тільки через свою екологічність, але і за рахунок забезпечення пасажирів точної сервісної інформацією в реальному часі.
Трамвайні станції обладнуються електронними інформаційними дисплеями, телефонами і відеокамерами забезпечення безпеки.
У деяких містах, таких як Гетебург, Амстердам, Париж і Цюріх, трамваї є частиною великомасштабної транспортної системи управління та системи контролю міського транспортного руху, що дозволяє регулювати транспортні потоки і, в цілому, знижувати шкідливий вплив транспортного руху на навколишнє середовище, органічно доповнюючи пішохідним і велосипедним рухом.
Можливо забезпечувати спільну роботу систем легкого рейкового та більш важкого рейкового транспорту метро, як показують приклади Амстердама і Осло.
В Амстердамі 17 добре організованих легких трамвайних маршрутів експлуатуються на 130 км подвійного, одночасно з маршрутом важкого трамвая Sneltram, відкритого в 1990 році як частина плану міської влади знизити на 50% автодорожнє транспортний рух. Sneltram використовує, у свою чергу, тунелі метро.
Відповідно до оцінки витрат міських систем електротранспорту, опублікованій Лабораторією Транспортних Досліджень Великобританії в 1990 році, кращими європейськими прикладами є трамвайні лінії Нанта, відкриті в 1985 році і Гренобля, відкриті в 1987 році. Системи метро Ліона, Марселя і Лілля мають також хороший рівень розвитку.
Величезні витрати на компенсаційні виплати власникам землі в міських центрах є основною причиною, яка змушує прокладати ділянки систем легкого рейкового транспорту під землею.
Підняті над поверхнею землі на естакади рейкові шляхи, як наприклад, лондонський легкий рейковий Docklands коштують приблизно половину від вартості будівництва підземних шляхів і в два-три рази дорожче, ніж на поверхні.
Манчестерський Metrоlink має ділянку протяжністю 28 км суміщений з Британською залізничної приміської лінією і 3 км його нового шляху проходить по вулицях міського центру.
Величезні зусилля були зроблені для розвитку транспортних інформаційних систем в Європі під егідою Європейської Комісії. Програма DRIVE II (Dedicated Roadside Infrustructure for Vehicle Savety - Придорожня Інфраструктура для Безпеки Транспортних засобів), націлена на розвиток сучасної транспортної телематики. Одним з аспектів цієї програми є підпрограма PROMPT (Priority and Information in Public Transport - Пріоритетність і Інформація на Громадському транспорті), яка націлена на технології, що віддають пріоритет громадському транспорту.
Однією з таких технологій є наступна:
Громадському транспорту віддається пріоритет при роз'їздах на перетинах шляхом застосування пристроїв на основі ультракрасного випромінювання в транспортних засобах і індукованих контурів в провідному вагоні трамвая для перемикання сигналів світлофорів. Системи, подібні до цієї працюють швидше, надійніше і пунктуальним, дозволяючи громадському транспорту конкурувати з легковим автомобілем і підвищити статус електротранспорту як частини економічної, інтегрованої транспортної мережі, знижуючи стрес на навколишнє середовище.
Електромобілі
ВизначенняЕлектромобіль - автомобіль, що приводиться в рух одним або кількома електродвигунами, які живляться від акумуляторних батарей.
Електромобілі можуть стати найбільш чистим альтернативним видом дорожнього транспорту, якщо основне завдання - поліпшення якості повітря, зниження перевантаженості доріг або зменшення шуму.
Головна проблема - пошук ефективного способу запасати енергію. Величезні зусилля докладаються для розробки ефективних батарей, які б мали прийнятний вагу. Акумулятори кращих моделей розраховані на 160-240 км шляху, після чого повинні бути перезаряджаючи. Перезарядка вимагає значного часу, порядку 5-12 годин. Ведуться експерименти по застосуванню в якості акумуляторних батарей конденсаторів великої ємності. Конденсатори мають, принаймні, дві переваги перед звичайними акумуляторами: практично миттєва зарядка і малу вагу.
На сьогоднішній день проведено безліч прототипів електромобілів, але жоден з них не був випущений у масове виробництво. Комерційний інтерес до них буде обмежений до тих пір, поки розвиток двигунів внутрішнього згоряння приносить результати у зменшенні їх емісії і поки викопні види палива доступні за ціною.
Але навіть якщо електротранспорт має нульову емісію при експлуатації, енергія для їх зарядки та експлуатації виробляється на електростанціях, більшість з яких небезпечні для навколишнього середовища. На частку електростанцій у забрудненні повітря припадає майже повністю решту 49%.
3.1.5 Гібридні комбінації
В даний ведуться роботи зі створення транспортних засобів з гібридною комбінацією двигунів. Тобто на одному транспортному засобі використовуються два різних типу двигуна.Широке поширення отримала гібридна комбінація двигун внутрішнього згоряння - електродвигун. Для поїздок по центру міста в години пік застосовується електродвигун, що не має емісії, а поза містом - звичайний бензиновий.
Велику перспективу має наступний метод. Бензиновий двигун працює в постійному режимі, заряджаючи батареї. При цьому транспортний засіб рухається, використовуючи електродвигун.
Переваги:
· Значне зменшення емісії за рахунок постійного режиму роботи двигуна внутрішнього згоряння,
· Спрощення механічної схеми - не потрібна механічна трансмісія й коробка передач, що знижує загальний шум транспортного засобу.
Недоліки:
· Велика додаткова маса (генератор + батареї + електродвигун),
· Збільшення загального шуму від працюючих генератора та електродвигуна.
Приклад
У системі громадського транспорту Стокгольма (Швеція) проходить випробування гібридний автобус з сучасним бензиновим двигуном і можливістю роботи на етанолі, генератор, батареї вагою 600 кг і електродвигун.
3.1.6 Результати порівняння видів палива
Розглядаючи емісію, найчастіше мають на увазі емісію від роботи транспортного засобу.Повна емісія від використання різних видів палива набагато вище, якщо простежити весь технологічний ланцюжок від видобутку мінеральної сировини та виробництва палива, до його споживання.
ПОВНА ЕМІСІЯ = емісія видобутку + емісія переробки + емісія розподілу + емісія споживання
Дослідження, проведені корпорацією Volvo в 1991 році дозволяють найбільш повно оцінити емісію від використання різних видів палива. Розрахунки приведені для однієї і тієї ж марки автомобіля Volvo 740 GL.
| ПОВНА ЕМІСІЯ (видобуток + переробка + розподіл + споживання) у грамах на 1 км шляху при використанні автомобіля Volvo 740 GL Вид палива | Дизель-ядерне паливо | Метанол | Бензин | Електри-кість | Електри-кість | Етанол |
| Джерело отримання | Сира нафта | Природний газ | Сира нафта | Енергія води | Спалювання нафтового конденсату | Гідроліз біомаси |
| CO | 0.53 | 0.91 | 1.03 | 0 | 0.11 | 1.09 |
| NOx | 1.21 | 0.36 | 0.57 | 0 | 0.55 | 1.04 |
| Тв. частинки | 0.11 | 0.01 | 0.03 | - | 1.32 | 0.45 |
| SOx | 0.38 | 0.09 | 0.35 | - | 1.32 | 0.45 |
| CO2 | 219 | 240 | 246 | 0 | 226 | 180 |
| CH4 | 0.13 | 0.33 | 0.16 | 0.14 | 0.12 | |
| N2O | 0.06 | 0.06 | 0.06 | 0 | 0.04 | 0.06 |
| Всього вуглеводнів, CH | 0.27 | 0.55 | 0.62 | 0 | 0.23 | 0.52 |
| Всього газів, що викликають "парниковий ефект" | 239 | 263 | 266 | 0 | 240 | 200 |
| Енерговитрати, кВт / год | 0.79 | 0.973 | 0.923 | 0.375 | 0.27 | 1.772 |
Незважаючи на те, що більш ефективні двигуни, а т.м. використання каталітичних конвертерів і систем упорскування палива дещо зменшують токсичні викиди, загальна кількість викидів від автотранспорту продовжує створювати проблеми у великих містах.
Приклад
План системи суворого контролю за викидами, який прийнято до реалізації в Південній Каліфорнії в 1989 році передбачає поступову ліквідацію автомобілів на бензиновому паливі до 2010 року. Їх місце повинні будуть зайняти нова система громадського транспорту і електромобілі.
Передбачається зменшення забруднення повітря за рахунок удосконалення технологій двигунів і використання альтернативних видів палива (метанол і пропан).
3.2 Організаційні заходи
ПрикладІсторична довідка:
У 1970х роках відбулося різке підвищення світових цін на всі види палива. Ситуація була настільки серйозною, що спричинила за собою економічну депресію. Всі Західні країни шукали шляхи виходу з енергетичної кризи. Франція розвивала ядерну енергетику, тоді як багато інших країн планували знову повернутися до використання мінерального вугілля, величезні запаси якого перебувають у США, Австралії та Південній Америці. Президент США Джиммі Картер запустив програму з використання синтетичного палива, одержуваного при перегонці вугілля і горючих сланців. Ці плани вимагали величезних витрат і вели до інтенсивного забруднення атмосфери.
До кінця 80-х економія палива вже не була більше такий актуальним завданням, як у 70-і роки.
Великі автомобілі, джипи і повнопривідні машини знову стали популярні. Національні вимоги ефективності використання пального для нових автомобілів стали менш суворими.
Але при цьому основні виробники автомобілів разом з потужними моделями випустили і прототипи високоефективних автомашин, створених з урахуванням екологічного аспекту. Вони використовували такі відомі технології:
· Турбокомпресор, який використовує надлишкову енергію для підвищення продуктивності двигуна
· Удосконалені дизельні двигуни
· Обтічний аеродинамічний дизайн корпусу
· Широке використання різних полімерів і легких матеріалів для зменшення маси автомобіля
Деякі з цих прототипів досягли ефективності використання палива 2.4 літра на 100 км шляху при русі по автомагістралі (тобто з рівномірною швидкістю). Ці моделі так і не стали популярними через орієнтацію ринку в бік потужних повнопривідних автомобілів з великим салоном.
Проте, зростання щільності транспортного потоку і загальне збільшення кількості транспортних засобів у містах, активізація руху на захист навколишнього середовища та громадську думку нарощують попит на ринку на економічні та екологічні транспортні засоби.
Зусиль тільки автомобілебудівної галузі недостатньо і велику роль для зниження впливу транспорту грають заходи щодо управління рухом за допомогою політичних та економічних заходів впливу.
3.2.1 Управління рухом
Існують два основних способи організувати рівномірний транспортний рух за допомогою політико-економічних заходів:1. Система дорожніх мит. Ця система передбачає пропускну схему з поділом на зони з диференційованою оплатою в залежності від часу і маршруту поїздок. У годину пік і в центрі міста розмір дорожньої мита встановлюється вище, ніж у міжпіковий годинник. Природне бажання користувача заощадити змушує його перенести поїздку з пікового часу на непіковий, а то й зовсім відмовитися від поїздки на особистому автомобілі і скористатися громадським транспортом. Завантаженість дороги стає більш рівномірної за часом доби і, таким чином, досягається регулювання перевантаженості доріг і зниження концентрації шкідливих викидів.
2. Система HOV (High occupancy vehicles - транспортні засоби з підвищеною завантаженням) Цей метод означає, що перевагу в русі отримує автомобіль, який має не менше двох пасажирів + водій.
Зазвичай для руху автомобілів HOV виділяється спеціальні смуги, що залишаються відносно вільними навіть у години пік.
Приклад
У штаті Луїзіана (США) був проведений експеримент з використання системи HOV.
Результати показали, як змінюється емісія:
| Забруднювачі | Базові викиди, тонн на рік | Розраховане зміна викидів, тонн на рік |
| Вуглеводні | 3.447 | +4.10 |
| Оксиди азоту | 4.933 | -7.36 |
Через надання транспортним засобам HOV виділеної смуги, середня швидкість на інших смугах впала. Це пояснює збільшення викиду вуглеводнів і зменшення викиду оксидів азоту (см Діаграму 3).
Таким чином, при дорожньому плануванні та управлінні необхідно враховувати всі фактори, що впливають на навколишнє середовище. В іншому випадку заходи, спрямовані на поліпшення ситуації, можуть значно посилити її.
Висновок
Управління забрудненням повітряного середовища залежить від трьох основних чинників:
1. Стану самого транспортного засобу, жорсткого контролю за відповідність нормативам охорони навколишнього середовища.
2. Розумного планування транспортних потоків та управління рухом в районах з підвищеною щільністю автотранспортних засобів.
3. Державних програм з розвитку екологічних транспортних засобів.
Американська Асоціація державних шосейних доріг і перевезень (AASHTO) зробила прогноз розвитку автомобільних перевезень в США на найближчі 10 років:
· Магістральні автоперевезення будуть продовжувати домінувати у вантажних і пасажирських перевезеннях у США
· Через відсутність більш екологічних видів палива і двигунів, захист повітряного середовища вимагає:
а) збільшення ролі громадського транспорту
б) посилення обмежень на використання автотранспорту в міських районах
· Буде поліпшено взаємодію між різними видами транспорту
· Будуть розвиватися транзитні і змішані перевезення
· Буде більш відповідально виконуватися планування перевезень на всіх державних рівнях США
· Більшість витрат на фінансування проектів захисту навколишнього середовища будуть переведені у відання окремих штатів та місцевих органів влади