Загрязнение воздуха в крупных городах, особенно в промышленно развитых странах нашей планеты становится для населения проблемой №1. Увеличивающиеся загрязнения от промышленности и автомобильного транспорта (АТ) потребовало принятия определенных законодательных актов по ограничению выбросов вредных веществ (ВВ) в первую очередь с отработавшими газами (ОГ) автомобилей.
Работы по уменьшению загрязнения городского воздуха ОГ автомобильного транспорта и по нормированию предельно допустимых концентраций токсичных веществ в отработавших газах автомобилей впервые, были предприняты в США, в штате Калифорния, где в 1959 году были приняты стандарты на предельно допустимые концентрации окиси углерода и углеводородов. В 1963 году в США был утвержден государственный стандарт, за основу которого был принят калифорнийский.
В 1968 году был предложен проект стандарта Комитета Внутреннего Транспорта Европейской Экономической Комиссии ООН, а в 1970 году он рекомендован к применению в странах Европы. В этих стандартах в первую очередь нормировались предельно-допустимые выбросы (ПДВ) оксида углерода (СО) и углеводородов (СН) в отработавших и картерных газах бензиновых двигателей. Объясняется это тем, что окись углерода составляла в этот период подавляющую часть токсичных веществ, содержащихся в ОГ, причем токсичные свойства ее не изменяются в зависимости от климатических и метеорологических условий.
Следует отметить, что углеводороды по своим токсичным свойствам значительно уступают таким веществам, как окись углерода или окислы азота (NOx). Ограничение выброса углеводородов путем нормирования ПДВ в отработавших газах и ликвидации их выброса с картерными газами было вызвано прежде всего в США стремлением избежать фотохимического тумана (смога), в образовании которого углеводороды, наряду с окислами азота, как считалось, играли определяющее значение.
В таблице 1. приведены предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе вредных веществ, рекомендуемые Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) и применяемые (принятые) в различных странах (Россия, Евросоюз и США).Как видно из таблицы, единого согласия по принятым нормативам пока нет.
Таблица №1
|
Загрязняющее вещество |
Время осреднения |
Предельно-допустимые концентрации |
|||
| ВОЗ, мг/ мЗ | Россия, мг/ мЗ | США, мг/ мЗ | ЕС, мг/мЗ | ||
| СО
монооксид углерода |
30 мин. | 60 | 5 | — | — |
| 8 часов | 10 | — | 10 | 10 | |
| NO2
оксиды азота |
30 мин | — | 0,2 | — | — |
| 24 часа | — | 0,04 | — | 0,125 (Не должна быть превышена более чем 3 раза за год) | |
| SO2
оксиды серы |
24 часа | 0,125 | 0,05 | 0,365 | 0,125 (Не должна быть превышена более чем 3 раза за год) |
|
РМ10 частицы взвешенные |
30 мин. | — | 0,5 | — | — |
| 24 часа | — | 0,15 | 0,15 | 0,05 (Не должна быть превышена более чем 3 раза за год) | |
| Средняя за год | 0,05 | — | 0,08 | 0,02 | |
Постоянное увеличение массы выброса вредных веществ из-за роста автомобильного парка в мире стимулировало международное законодательство (Правила ООН) периодически обновлять стандарты и ужесточать нормативные требования по выбросу вредных веществ автотранспортными средствами. Так, предельно допустимые выбросы — (ПДВ) вредных веществ: СО, СН, NOХ в международных Правилах ООН ужесточались в несколько этапов: за период с 1972 по 1986 гг., были ужесточены примерно в 2,5 раза, а с 1986 по 1992 гг., второй этап, для категорий наиболее массовых автомобилей примерно в 5 раз [1].
С 1992 года пошел третий этап ужесточения нормативов Евро. Новые нормативы на выброс ВВ для легковых автомобилей со сроками их введения приведены в таблице 2.
Таблица №2
Нормы на выброс вредных веществ с ОГ легковыми автомобилями
по Правилам № 83 ООН
|
Экологический класс автомобильной техники |
Год введения |
Выбросы вредных веществ с отработавшими газами, г/км |
||||
| Европа | Россия | СО | СН | NОx | PM | |
| Евро-1 | 1992 | 2002 | 2,72 | 0,97 | ||
| Евро-2 | 1996 | 2006 | 2,2 | 0,5 | ||
| Евро-3 | 2000 | 2008 | 2,3 | 0,2 | 0,15 | |
| Евро-4 | 2005 | 2012 | 1,0 | 0,1 | 0,08 | |
| Евро-5 | 2009 | 2014 | 1,0 | 0.1 | 0.06 | 0.005 |
| Евро-6 | 2014 | 2018 | 0,50 | 0.1 | 0.06 | 0.005 |
Для грузовых автомобилей и автобусов с 1993 года были введены Правила №49 ООН для испытания дизельных двигателей по оценке выброса оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и дополнительно твердых частиц с отработавшими газами (табл. 3).
Таблица №3
Нормы на выброс вредных веществ с ОГ автомобилями массой более 3,5 т
по Правилам № 49 ООН
|
Нормы |
Год введения |
Допустимая норма, г/кВт ∙ ч |
||||
| Европа | Россия | CO | CH | NOX | PM | |
| Евро-1 | 1993 | 2002 | 4.5 | 1.1 | 8 | 0.36 |
| Евро-2 | 1996 | 2006 | 4.0 | 1.1 | 7 | 0.15 |
| Евро-3 | 2000 | 2008 | 2.1 | 0.66 | 5 | 0.1 |
| Евро-4 | 2005 | 2010 | 1.5 | 0.46 | 3.5 | 0.02 |
| Евро-5 | 2008 | 2014 | 1.5 | 0.46 | 2.0 | 0.02 |
| Евро-6 | 2013 | 2018 | 1,5 | 0,13 | 0,4 | 0,01 |
Итак, поэтапное введение в последние 25 лет нормативов Европейской экономической комиссии ООН (нормы Евро), особенно ужесточающих выброс ВВ с ОГ автомобилей, естественно приводит к усложнению конструкций автомобилей и удорожанию (повышению) их стоимости. Возникает проблемный вопрос: существует ли экономическая целесообразность введения норм Евро — 6 и выше по дополнительному снижению выбросов ВВ, особенно твердых частиц с отработавшими газами автомобилей?
Несмотря на вводимые жесткие нормативы на выброс ВВ (Таблица 2 и 3) в 2012 году Всемирная организация здравоохранения предложила запретить использование автомобилей с дизельным двигателем в городах Европы по причине выброса ими значительного количества твердых частиц с ОГ так как твердые частицы, имеющие объем менее 2,5 мкм в диаметре упоминаются в медицинских документах как «вдыхаемые» частицы опасные для здоровья, так как глубоко проникают в дыхательную систему человека и животных, вызывая заболевание раком легких [2].
Вместе с тем, следует отметить, что резко ограничивая выбросы твердых частиц с ОГ для дизельных двигателей (см. таблицу №3) с 1990 года по настоящее время законодатели не обращают внимание на другие вредные частицы, выбрасываемые автомобилями в процессе эксплуатации за счет износа систем и агрегатов автомобиля, таких, как тормозные системы (накладки и диски), диски сцепления и шины.
Так в период 2005 — 2008 г.г. экологи Москвы пришли к выводу, что вовсе не автомобильные отработавшие газы, как это считалось раньше, являются основным загрязнителем московского воздуха: до 60% загрязняющих и опасных для здоровья веществ обеспечивает истертая в мелкую пыль резина автомобильных шин. За год в одной только Москве этой взвеси выбрасывается в воздух около 10 тысяч тонн (по данным парка автомобилей в 2008 г.), в настоящее время более 15 тысяч тонн [3].
Долгое время считалось, что размеры частиц продуктов износа протектора шин довольно велики и не могут причинить вред здоровью человека. Однако, исследованиями американских врачей обнаружено, что вблизи автострад городов присутствуют от 3800 до 6900 фрагментов шин в каждом кубическом метре воздуха, более 58% из них оказались размером менее 10 микрон и, следовательно, способны легко проникать в лёгкие человека. Кстати, такая шинная пыль из организма человека практически не выводится и может приводить к летальным исходам [4].
Международным агентством по изучению рака, а в нашей стране — Федеральным центром Госсанэпиднадзора — предприятия резиновой и шинной промышленности включены в список канцерогенно опасных. Установлено, что в шинной пыли присутствуют более 140 химических соединений различной степени токсичности, но особенно опасны для здоровья человека полиароматические углеводороды и летучие канцерогенные вещества N-нитрозамины.
Вредные вещества — N-нитрозамины, содержащиеся в мелкодисперсном
аэрозоле, выделяемом автомобильными шинами, более опасны для здоровья человека потому, что они, при попадании в бронхи и легкие, в течение нескольких суток переносятся непосредственно в кровь и лимфу человека за счет своей хорошей растворимости в воде и биологических жидкостях. Последствия наличия канцерогенных веществ в тканевых жидкостях организма медицине хорошо известны и часто приводят к летальным исходам [4].
Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что воздействию канцерогенных веществ подвергается широкий контингент населения, а не только персонал, непосредственно занятый в производстве автомобильных шин. Таким образом, возникает целый круг вопросов, относящихся к защите от подобных воздействий, как в рабочей зоне, так и от выбросов канцерогенных веществ в атмосферный воздух населенных мест.
В Евросоюзе в последнее время активизировалось внимание на экологичность пневматических шин для автомобилей. Директивой 76/769/ЕЕС запрещается применение в производстве шин в качестве пластификаторов дистилятные ароматические экстракты (ДАЕ), признанные канцерогенными.
Проведенные в «НАМИ» аналитические исследования различных шин позволили определить усредненную интенсивность износа протекторов шин на один километр пробега от легкового автомобиля на уровне 0,13 г/км, от автомобилей до 3,5 т – 0,32 г/км и от грузовых автомобилей и автобусов на уровне 1,5 г/км, что превышает нормативы Евро- 6 по выбросу ТЧ с ОГ, в 26 раз, 60 и 150 раз соответственно.
Рис. 1 — Реальный выброс ТЧ с ОГ и при износе шин и тормозных накладок при эксплуатации легковых и грузовых автомобилей и автобусов, в г/км.
Выполненные расчеты экологического ущерба по методике Госкомэкологии [5] представлены в таблице №4, где приведено сравнение величин ущерба от выбросов только твердых частиц с шинной пылью и с ОГ по отношению к будущим нормам Евро-6.
Расчеты проведены для условий густо населенных районов крупных городов с плотными траспортными потоками на примере г. Москва.
Таблица 4
|
Пробег |
Выбросы твердых частиц, г/км | Выброс ТЧ в кг за ПЖЦ |
Ущерб, руб. Показатели экологической опасности от ТЧ |
||||
| Автомобили | Км | От шин | Евро-6 | от шин | с ОГ | от шин | от ОГ |
| Легковые | 300000 | 0,132 | 0,005 г/км | 39,6 | 1,5 | 63152 | 1190 |
| Грузовые | 1000000 | 1,5 | 0,01 г/кВт | 1500 | 10 | 2385000 | 7950 |
Таким образом, ущерб от ТЧ, содержащихся в шинной пыли в настоящее время превышает ущерб, наносимый твердыми частицами, содержащимися в ОГ легкового автомобиля более чем в 50 раз, а по грузовому автомобилю в 300 раз. Проведенными дальнейшими экспериментальными исследованиями в НАМИ выявлено, что в процессе эксплуатации в результате износа шин, тормозных колодок, дисков и дорожного полотна, формируется повышенное содержание твердых частиц над проезжей частью улицы, а также и внутри салонов и кабин автомобилей (Рисунок 2).
Следует особо обратить внимание на представленные на рисунке 2 данные, из которых следует, что основные размеры твердых частиц в воздухе над проезжей частью дорог, а также и в салонах и кабинах автомобилей от износа шин и дорожного покрытия, находятся в диапазоне от 0,3 до 1 мкм, которые современными салонными фильтрами не улавливаются [6].
Рисунок 2 — Содержание твердых частиц в наружном воздухе и в салоне автомобиля при движении в городе (в плотном транспортном потоке).
Таким образом, весьма рано говорить о создании «экологически чистого автомобиля» и использовании этого термина, целесообразно говорить об экологической опасности автомобиля и приступить к комплексному нормированию этого показателя, состоящего из трех составляющих экологического ущерба: от ОГ и дополнительно от шинной пыли и дорожного покрытия, ввиду их повышенной относительной агрессивности по сравнению с отработавшими газами автомобилей [6].
ЛИТЕРАТУРА
- Азаров В.К. «Обзор и анализ проблемных вопросов нормирования экологических показателей и эффективности реализации их в производстве и эксплуатации автотранспортных средств», М.,2013 г., «Труды НАМИ», выпуск №255,с.50-66.
- Азаров В.К., Кутенев В.Ф., Степанов В.В. «О выбросе твердых частиц автомобильным транспортом», , М., «Журнал ААИ», 2012 г., №6(77), с. 55-58.
- Доклад «Загрязнение атмосферного воздуха в Москве во втором квартале 2008 года», ГПУ «Мос экомониторинг», м. 2009 г.
- А.И. Хесин, М.Е, Скудатны, В.Н. Ушмодин, «Канцерогенная опасность автомобильных шин». Журнал «Национальная безопасность и геополитика России», (федеральное издание), № 10-11 (51-52), 2003 г.
- «Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба», Москва, утверждена Госкомэкологии, 09.03.1999 г.
- Азаров В.К., Сайкин А.М.,Кутенев В.Ф., Малкин М.А. «Шины и дорожное покрытие как источник загрязнения воздуха автотранспортными средствами».Сб. научных трудов «Труды НАМИ», 2014, выпуск 256, стр. 72-85.[schema type=»book» name=»О новых экологических проблемах автотранспортных средств» author=»Азаров В.К., Кутенев Ф.Д. » publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-20″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.03.2015_03(12)» ebook=»yes» ]