Для сокращения потребления моторных топлив нефтяного происхождения перспективен поиск их заменителей, интенсивно ведущийся во всех автомобилестроительных странах. Такие топлива полностью или частично нефтяного происхождения, получили название альтернативных. Основное сырье для альтернативных моторных топлив - биомасса или природный газ. Наиболее распространенный способ получения моторных топлив из возобновляемого растительного сырья - биомассы - является ферментация (брожение), в результате чего получаются спирты, в частности метанол и этанол, которые можно применять не только как добавки к бензину, но и в чистом виде. Важное преимущество метанола - его высокая детонационная стойкость, позволяющая увеличить степень сжатия до 12-14. Однако, по данным английских исследователей, использование метанола в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания создает серьезные проблемы, связанные с загрязнением атмосферного воздуха токсичным метилнитритом, содержащимся в отработанных газах.
Более приемлем с точки зрения охраны окружающей среды этанол, или этиловый спирт. Особенно перспективен для производства этанола сахарный тростник. В настоящее время 20% -я добавка спирта в бензин рассматривается как наиболее эффективная с технико-экономической точки зрения, поскольку в этом случае не нужны модификация или дополнительная регулировка двигателя. Больше всего автомобилей, работающих на бензине с этанолом, в Бразилии.
Природный газ - один из альтернативных видов моторного топлива. Это отличное топливо для машин как вследствие его дешевизны, так и из-за значительного уменьшения загрязнения окружающей среды при его использовании. При прочих равных условиях в выхлопных газах автомобилей, работающих на газе, оксида углерода меньше на 25-40%, диоксида азота меньше на 25-30%, а сажи меньше на 40-50%, чем у автомобилей с бензиновым двигателями. У природного газа октановое число от 105 до 110 единиц (у самого высокосортного бензина только 98 единиц). Высокооктановое стабильное по составу газов топливо хорошо смешивается с воздухом и равномерно распределяется по цилиндрам двигателя, способствуя более полному сгоранию рабочей смеси и уменьшению выброса токсичных веществ. Кроме того, такое топливо не смывает смазку цилиндров и тем самым почти в 1,5 раза продлевает жизнь двигателя.
Главный претендент на звание “топлива будущего” - водород, запасы которого практически не ограничены, а процесс сжигания в двигателе характеризуется высоким энергетическим и экологическим совершенством. Для получения водорода могут быть использованы различные термохимические или биохимические способы с использованием экологически чистой энергии Солнца. В нашей стране и за рубежом уже созданы экспериментальные автомобили, использующие водород в жидком виде или в составе твердых металлогидратов в качестве основного топлива или в смеси с бензином. Бензиноводородный двигатель по сравнению с бензиновым характеризуется увеличением степени сгорания топлива, при этом уменьшаются выбросы (оксида углерода - в 9 раз, оксидов азота - в 7 раз, углеводородов - в 2 раза) и расход бензина (при 10-15% -й добавке водорода расход бензина снижается наполовину).
Преимущества водорода как автомобильного топлива несомненны. Его теплотворная способность в три раза выше, чем у бензина, а продукты сгорания содержат безобидный компонент - водяной пар. Более полувека назад профессор Орлин из МГТУ им. Баумана впервые создал и запустил карбюраторный двигатель на водороде. Использование водорода в качестве топлива потребует значительного увеличения его производства. В этом заключается одно из главных препятствий на пути широкого применения водорода как двигательное топливо.
Загрязнение воздуха автомобильным транспортом и характеристики некоторых веществ в выхлопных газах.
Воздействие автотранспорта и обеспечивающей его инфраструктуры на природную среду сопровождается не только потреблением невозобновимых природных ресурсов и связанным с этим загрязнением природной среды, но и негативными изменениями биосферы и прежде всего воздушного бассейна, обусловленными непосредственной работой современных карбюраторных и дизельных автомобильных двигателей.
Загрязнение атмосферного воздуха в результате работы автомобиля обусловлено тремя основными источниками: системой выпуска отработанных газов, системой смазки и вентиляции картера, системой питания. На долю выхлопных газов приходится наибольшая часть (70-80%) вредных веществ, выделяемых автомобильным двигателем. Камера сгорания двигателя - это своеобразный химический реактор, синтезирующий вредные вещества, которые затем поступают в атмосферу. Даже нейтральный атмосферный азот, попадая в камеру сгорания двигателя, превращается в ядовитые оксиды азота. В отработанных газах содержится более 200 различных химических соединений, из них около 150 - производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному или неравномерному сгоранию топлива в двигателе.
Доля автотранспорта в загрязнении атмосферы высокоавтомобилизированных стран составляет: во Франции - 32%, а Великобритании - 34%, в США - 60%.
Ситуация во многих городах России, по критериям Госкомсанэпидемнадзора, в последние несколько лет оценивается как критическая. Так, в Москве суточный пробег автопарка составляет в настоящее время 68 019 тысяч машинокилометров. При этом суточный выброс вредных веществ с отработанными газами автомобилей равен 3029,7 т, из них: оксида углерода - 2369,1 т, оксидов азота - 163,9 т, углеводородов - 462,1 т, сернистого ангидрида - 33 т. В числе этих выбросов такие опасные отравляющие вещества, как полициклические углеводороды и другие канцерогенные вещества - 900 кг, свинец - 700 кг. Уровень загрязнения центральной части города и вдоль отдельных магистралей по главным автомобильным поллютантам составляет 10 - 20 предельно допустимых концентраций. При сохранении сегодняшних тенденций суточный пробег автотранспорта в Москве в 2000 году составит 69 788 тысяч машино - километров, а суточный валовой выброс загрязняющих веществ - 4779,4 т.
Характеристики некоторых веществ, содержащихся в выхлопных газах
Сначала необходимо определить средний состав основных компонентов отработанных газов автомобилей. Для карбюраторных двигателей состав отработанных газов следующий: азот (74 - 77%), водяной пар (3 - 5,5 %), диоксид углерода (5 - 12%), оксид углерода (1 - 10%, токсичен), оксиды азота (0 - 0,8%, токсичны), альдегиды (0 - 0,2%, токсичны), углеводороды (0,2 - 3%, токсичны), сернистый газ (0 - 0,002%, токсичен), бенз (а) перен (10 - 20 мкг/м3,), сажа (0 - 0,4 г/м3). Для дизельного двигателя содержание азота составляет 76 - 78%, водяного пара - 0,5 - 4%, СО2 - 1 - 10%, СО - 0,01 - 0,5%, оксидов азота - 0,001 - 0,4%, альдегидов - 0 - 0,002%, углеводородов - 0,01 - 0,1%, сернистого газа - 0-0,03%, сажи - 0,01 - 1 г/м3, бенз (а) перена - до 10 мкг/м3.
Теперь подробнее рассмотрим некоторые загрязняющие вещества, входящие в состав отработанных газов.
1. Оксид углерода СО (угарный газ). Это безцветный, не имеющий запаха газ, образующийся при неполном окислении углерода. В большинстве крупных городов 90% окиси углерода попадает в воздух вместе с выхлопными газами. Это первичный загрязнитель атмосферы. Реакция образования оксида углерода: С + 1/2О2 - -> СО. Если при неполном сгорании углерода образуется окись углерода, то полное сгорание дает в качестве конечного продукта двуокись углерода.
Скачать реферат