В настоящее время жизнь человека невозможно представить без различных автомобилей. Автомобили используются людьми для преодоления больших расстояний, упрощения различных работ (сельскохозяйственные либо погрузочно-разгрузочные), а также для перевозки различных грузов.
Наличие автомобилей в жизни человека позволяет ускорить все вышеперечисленные процессы, поэтому от их использования отказаться невозможно и их количество непрерывно ускоренно растет. Однако, каждый автомобиль наносит вред окружающей среде, здоровью человека. Такое воздействие нельзя не учитывать.
В 1992 годуНациональный институт раканачал исследования дизельных выхлопов у шахтеров и доказал, что присутствие большого количества выхлопных газов в воздухе увеличивает шанс развития рака легких.
Отработанные автомобильные выбросы содержат соединения свинца, кадмия, цинка, марганца, меди, хрома, кобальта, олова (таблица 1).
У совершенно здоровых людей загрязненный воздух вызывает усталость, плохой сон, кашель, головную боль [1].
Для предотвращения роста негативных реакций, необходимо найти способы сокращения выбросов путем создания альтернативных видов транспорта.
Таблица 1
Состав выхлопных газов
|
Компоненты выхлопного газа |
Содержание по объему,% |
Примечание |
|
|
Двигатели |
|||
|
бензиновые |
дизели |
||
|
Азот |
74,0–77,0 |
76,0–78,0 |
нетоксичен |
|
Кислород |
0,3–8,0 |
2,0–18,0 |
нетоксичен |
|
Пары воды |
3,0–5,5 |
0,5–4,0 |
нетоксичны |
|
Диоксид углерода |
5,0–12,0 |
1,0–10,0 |
нетоксичен |
|
Оксид углерода |
0,1–10,0 |
0,01–5,0 |
токсичен |
|
Углеводороды неканцерогенные |
0,2–3,0 |
0,009–0,5 |
токсичны |
|
Альдегиды |
0–0,2 |
0,001–0,009 |
токсичны |
|
Оксид серы |
0–0,002 |
0–0,03 |
токсичен |
|
Сажа, г/м3 |
0–0,04 |
0,01–1,1 |
токсична |
|
Бензопирен, мг/м3 |
0,01–0,02 |
до 0,01 |
канцероген |
Пути решения проблемы
В целях снижения загрязнения воздуха на пути отработавших газов в автомобили стали устанавливать каталитические нейтрализаторы, окисляющие несгоревшие углеводороды и угарный газ до углекислого газа и восстанавливающие оксиды азота до азота и кислорода.
Каталитические нейтрализаторы способны довольно эффективно снижать токсичность выхлопа, при этом они не влияют на потребление топлива и мощность двигателя
Другой выход — создание более экологического топлива.
Альтернативным видом топлива считалось топливо, разработанное американскими учеными — кукурузное топливо. Однако, проводимые исследования показали, что для того, чтобы произвести достаточное количество этанола на базе кукурузы, спрос на биотопливо уже оказывает отрицательное влияние на запасы пресной воды в Великих Равнинах Юго-Западной и Центральной части США. Центральной проблемой является относительно высокая потребность кукурузы в воде.
Ученые утверждают, что при использовании биоэтанола или биодизеля производится меньше энергии, чем затрачивается на их производство, и, тем более, меньше, чем при использовании нефтепродуктов [2].
Для примера можно взять поле пшеницы, выращиваемой для производства этанола. Оно может дать 400 литров топлива с одного урожая. Но если учесть трактор, который сожжет 300 литров топлива в сезон на обработку этого поля, грузовик для перевозки зерна, сжигающий 20 литров за рейс, и перегонный аппарат, использующий энергию 160 литров топлива, чтобы выполнить перегонку зерна в спирт, является ли производимый этанол по-настоящему экологически чистым, с низким уровнем выбросов топливом?
И наконец, кукурузное биотопливо загрязняет земную атмосферу парниковыми газами больше на 7 % в сравнении с выбросами от обычного бензина.
Водород как топливо для двигателей рассматривается в числе наиболее перспективных веществ.
При использовании водорода в обычном двигателе внутреннего сгорания возникает ряд проблем. В случае даже небольшой утечки при контакте с раскаленным выпускным коллектором он неизбежно загорится.
Для массового перехода на водород в качестве топлива существует целый ряд технологических и экологических препятствий.
– Производство водородного топлива на сегодняшний день обходится в 4 раза дороже, чем производство бензина.
– В случае массового внедрения таких силовых установок, резко увеличится количество водорода в атмосфере, что может привести к разрушению озонового слоя Земли, так как водородные двигатели выделяют значительно больше оксидов азота, чем бензиновые.
С точки зрения экологической чистоты наиболее перспективен электромобиль.
Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от автономного источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов и т. п.).
Одна из главных причин, почему кто-то покупает электрический автомобиль — это то, что он не выделяет вредных выбросов.
Электромобили требуют постоянной подзарядки, следовательно, нужно будет построить большое количество пунктов подзарядки, которые будут снабжены от электростанций.
При введении в эксплуатацию электромобилей, мгновенно возрастет потребление электроэнергии, а значит значительно увеличится доля выбросов, производимых электростанциями.
К примеру, автомобиль Nissan LEAF, как заявляет производитель, потребляет 30 кВт-ч на 160 км. При среднем расходе энергии электрического автомобиля в 30 кВт-час на 160 км пробега, за 1км пробега машины, электрический силовой агрегат потребляет 0,19 кВт-ч. Поэтому если Вы приобретете электрический автомобиль, то при пробеге 25,000 в год (в среднем 68,4 км/день), Вы затратите на зарядку аккумуляторной батареи около 4750 кВт энергии. Таким образом, при среднем расходе 400 кВт в месяц на семью за квартиру, каждая семья при наличие 1 электромобиля потребляет в два раза больше электроэнергии, чем раньше.
Получение энергии из альтернативных источников (солнечные батареи, ветровые электростанции) хорошо отразится на экологии, но это требует больших капиталовложений и значительной площади для их установки. Установка солнечной батареи непосредственно на электромобиль также не является оптимальным решением, потому что это увеличивает его массу, он становится недопустимо тяжелым, следовательно, повлечет за собой массу проблем в обслуживании дорожного покрытия, так же потребуется большая площадь.
В качестве площади под солнечные батареи можно использовать крыши домов. Панель с площадью примерно 0,2 квадратных метра будет иметь мощность модуля примерно 10 Вт. Такой модуль будет весить около 2 кг. Ясным солнечным днем с 1 квадратного метра элемента можно получить 120 Вт мощности. Такого количества энергии не хватит даже для того, чтобы обеспечить работу компьютера. Одна солнечная батарея площадью 10 квадратных метров способна дать уже больше 1 кВт энергии, а это в силе обеспечить нормальную работу нескольких лампочек, телевизора и компьютера.
Для загородного дома, в котором проживают 3–4 человека, в светлое время года и светлое время дня, может оказаться достаточно 20 квадратных метров площади солнечных батарей (это примерная ежемесячная потребляемая мощность 200–300 кВт).
Как правило, участка крыши, ориентированного на юг, для установки данной площади солнечной батареи будет достаточно. В случае если площадь крыши, которая ориентирована на юг, составляет 40 квадратных метров, то это при 18–20 солнечных днях может выдавать до 500 кВт ежемесячно.
Нельзя не отметить и очевидные достоинства:
– длительный срок службы;
– независимость от технических неполадок организации, поставляющей энергию;
– крайне невысокая вероятность выхода из строя солнечной батареи;
– отсутствие необходимости в постоянном техническом обслуживании;
– бесплатность энергии.
Электромобиль может проехать без подзарядки порядка 150 -250 км. Одним из недостатков электромобилей является тот факт, что их приходится очень долго заряжать. Это дело не одного и даже не двух часов. Порой на зарядку такого автомобиля уходит до двенадцати часов.
Разработчики из Израиля создали технологию, позволяющую заряжать мобильные устройства за несколько секунд, а электромобили — за пару минут.
Основатель StoreDot также поделился планами на будущее, в которые входит создание таких аккумуляторов для электромобилей. Если и этот проект удастся воплотить в реальность, то на полную зарядку электродвигателя будет уходить около 2–3 минут [3].
Заключение
Для уменьшения вреда, наносимого автомобилями окружающей среде, необходимо создать жесткие экологические требования к производимым автомобилям, уменьшить количество автомобилей, возраст которых превышает 10 лет, развивать альтернативные виды топлива.
В идеале, транспортный сектор будет полностью электрифицирован и все энергосистема со временем перейдет на экологически чистые источники энергии, а крупногабаритные транспортные средства такие как автобусы, мусоровозы и полуприцепы грузовых автомобилей перейдут на более экологическое топливо: газ и водород.
Литература:
- Снижение загрязнения воздуха [Электронный источник]. — Режим доступа: http://biofile.ru. Дата обращения 10.10.2016.
- Десять проблем биотоплива [Электронный источник]. — Режим доступа: http://qriosity.ru. Дата обращения: 17.10.2016.
- Зарядить за 30 секунд [Электронный источник]. — Режим доступа: naked-science.ru. Дата обращения: 17.10.2016.
