Что находится в выхлопных газах автомобилей

Таблица Менделеева выхлопных газов

Сейчас, благодаря СМИ, под пристальным вниманием общественности находится тема экологии Планеты, а именно ее насыщение и загрязнение выхлопными газами автомобилей. Особенно внимательно люди отслеживают и обсуждают такой растиражированный в прессе побочный результат повсеместной автомобилизации как «парниковый эффект» и вред выхлопных газов дизельных автомобилей.

Однако, как известно выхлопные газы, выхлопным газам – рознь, несмотря на то, что все они опасны для организма человека и других форм жизни на Земле. Так что делает их опасными? И что отличает их друг от друга? Посмотрим под микроскопом из чего состоит сизый смог вылетающий из выхлопной трубы. Углекислый газ, копоть, оксид азота и некоторые другие не менее опасные элементы.

Смотрите также: Все что нужно знать при использовании AdBlue в машине

Ученные отмечают, что экологическая обстановка во многих промышленно развитых и развивающихся странах значительной улучшилась за последние 25 лет. В основном это связано с постепенным, но неминуемым ужесточением экологических норм, а также переносом производств на другие континенты и в другие страны, в том числе в Восточную Азию. В России, Украине, и других странах СНГ, большое количество предприятий было закрыто из-за политических и экономических потрясений, что с одной стороны создало чрезвычайно сложную социально-экономическую обстановку, но в значительной мере улучшило экологические показатели этих стран.

Тем не менее, по данным ученных-исследователей, наибольшую опасность для нашей зеленой планеты представляют именно автомобили. Даже при поэтапном ужесточении норм выбросов вредных веществ в атмосферу, в связи с ростом количества автомобилей, результаты этой работы, увы, нивелируются.

Если сегментировать общую массу разнообразных транспортных средств присутствующих сейчас на планете, наиболее грязными остаются дизельные моторы, особенно опасны автомобили с данным типом топлива превышением по оксиду азота. Несмотря на десятилетия разработок и заверения автопроизводителей о том, что они смогут сделать дизели чище, оксид азота и мелкие частицы сажи по-прежнему остаются главными врагами дизеля.

Именно в связи с данными проблемами, связанными с использованием дизельных двигателей, такие крупные немецкие города, как Штутгарт и Мюнхен в настоящее время обсуждают запрет на использование автомобилей, работающих на тяжелом топливе.

Вот исчерпывающий список вредных веществ, входящих в выхлопные газы и вред, наносимый здоровью человека при их вдыхании

Выхлопные газы

Отходящие газы – это газообразные отходы, возникающие в процессе преобразования жидкого углеводородного топлива в энергию на которой работает ДВС путем сгорания.

Бензол

Бензол содержится в небольших количествах в бензине. Бесцветная, прозрачная, легко подвижная жидкость.

Как только вы заполняете бак своего автомобиля бензином, первое с первым опасным для здоровья веществом, с которым вы будете контактировать, – это именно бензол, испаряющийся из бака. Но наиболее опасен бензол при сгорании топлива.

Бензол является одним из тех веществ, которые могут вызывать рак у человека. Тем не менее, решающее сокращение в воздухе опасного бензола было достигнуто много лет назад с помощью трехходового катализатора.

Мелкая пыль (твердые частицы)

Этот загрязнитель воздуха является неопределенным веществом. Лучше сказать, что это комплексная смесь веществ, которая может отличаться по происхождению, форме и своему химическому составу.

В автомобилях сверхмелкий абразив присутствует в любых формах эксплуатации, скажем, при износе шин и тормозных дисков. Но наибольшую опасность представляет сажа от выхлопных газов. Ранее этим неприятным моментом в эксплуатации страдали исключительно дизельные двигатели. Благодаря установке фильтров твердых частиц ситуация значительно улучшилась.

Теперь схожая проблема появилась и бензиновых моделей, поскольку они все чаще используют системы прямого впрыска топлива, что приводит к побочному производству еще более мелких твердых частиц, чем у дизельных двигателей.

Однако, по данным ученных исследующих природу проблемы, всего 15% мелкой пыли, осаждающейся в легких, производят автомобили, источником опасного явления может быть любая деятельность человека, от сельского хозяйства, до лазерных принтеров, каминов и конечно же сигарет.

Здоровье жителей мегаполисов

Фактическая нагрузка на организм человека от выхлопных газов зависит от объема трафика и погодных условий. Тот, кто живет на оживленной улице, подвергается воздействию оксидов азота или мелкой пыли значительно сильнее.

Выхлопные газы не одинаково опасны для всех жителей. Здоровые люди практически никак не почувствуют «газовую атаку», хотя интенсивность нагрузки от этого не снизиться, а вот состояние здоровья астматика или человека с сердечно-сосудистыми заболеваниями может значительно ухудшиться ввиду наличия выхлопных газов.

Углекислый газ (CO2)

Вредный для всего климата планеты газ неизбежно возникает при сжигании ископаемых видов топлива, таких как дизельное топливо или бензин. С точки зрения CO2 дизельные двигатели немного “чище”, чем бензиновые, потому что они в основном потребляют меньше топлива.

Смотрите также: Новая Audi Q5 в деталях

Для человека CO2 безвреден, но не является таковым для природы. Парниковый газ CO2 отвечает за большую часть глобального потепления. По данным Федерального Министерства окружающей среды Германии, в 2015 году доля углекислого газа в общем объеме выбросов парниковых газов составила 87,8 процента.

С 1990 года выбросы углекислого газа почти непрерывно сокращаются, в общей сложности уменьшившись на 24,3 процента. Однако, несмотря на производство все более экономичных двигателей, рост автомобилизации и увеличение грузового движения нивелирует попытки ученных и инженеров уменьшить вред. Ввиду чего выбросы углекислого газа остаются на высоком уровне.

Кстати: весь автотранспорт, скажем, Германии несет ответственность “только” за 18 процентов выбросов CO2. Более чем в два раза больше, 37 процентов, уходит на выбросы энергетики. В США картина противоположенная, там наиболее серьезный урон природе наносят именно автомобили.

Окись углерода (Co, угарный газ)

Чрезвычайно опасный побочный продукт горения. Монооксид углерода представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Соединение углерода и кислорода возникает при неполном сжигании углеродсодержащих веществ и является крайне опасным ядом. Поэтому качественная вентиляция в гаражах и подземных паркингах имеет важное значение для жизни их пользователей.

Даже небольшое количество окиси углерода приводит к повреждению организма, несколько минут проведенных в плохо проветриваемом гараже с работающим автомобилем может убить человека. Будьте предельно осторожны! Не прогревайте автомобиль в закрытых боксах и помещениях без вентиляции!

Но насколько опасен оксид углерода на открытом воздухе? Проведённый в Баварии эксперимент показал, что в 2016 году средние значения, показанные измерительными станциями, оказались между 0,9-2,4 мг/м³, оказались значительно ниже предельных показателей.

Озон

Для обывателя озон не является каким-то опасным или токсичным газом. Однако, в реальности это не так.

Под воздействием солнечного света углеводороды и окись азота превращается в озон. Через дыхательные пути озон попадает в организм и приводит к повреждению клеток. Последствия, влияния озона: местное воспаление дыхательных путей, кашель и одышка. При небольших объемах озона никаких проблем с последующим восстановлением клеток организма не возникнет, но при больших концентрациях этот безобидный с виду газ может спокойно убить здорового человека. Не зря в России этот газ отнесен к самому высокому классу опасности.

С изменением климата повышается риск появления высоких концентраций озона. Ученые считают, что к 2050 году озоновая нагрузка должна резко возрасти. Для решения проблемы, окислы азота, выбрасываемые транспортом должны быть значительно сокращены. Кроме того, факторов влияния на распространение озона достаточно много, например, растворители в красках и лаках также активно способствуют возникновению проблемы.

Двуокись серы (SO2)

Это загрязняющее вещество возникает при сжигании в топливе серы. Она относится к классическим атмосферным загрязнителям, возникающим при процессе горения, на электростанциях и в промышленности. SO2 является одним из самых главных «ингредиентов» загрязняющих веществ образующих смог, также называемый “Лондон смог”.

В атмосфере диоксид серы подвергается ряду процессов преобразования, в результате чего могут возникнуть серная кислота, сульфиты и сульфаты. SO2 действует в первую очередь на слизистые оболочки глаза и верхних дыхательных путей. Что касается окружающей среды, диоксид серы может повреждать растения и вызывать окисление почвы.

Оксиды Азота (NOx)

Оксиды азота образуются, главным образом, в процессе сгорания в двигателях внутреннего сгорания. Дизельные автомобили считаются основным источником. Введение катализаторов и сажевых фильтров продолжает увеличиваться, так что выбросы будут заметно снижаться, но произойдет это только в будущем.

Смотрите также: Что будет если электрокары будут развиваться как компьютеры

NO2 является раздражающим газом. Это приводит к раздражению глаз и повреждению слизистой оболочки дыхательного тракта. Благодаря своей бронхо-сужающей характеристике, это особенно проблематично для астматиков и людей с хроническим обструктивным заболеванием легких.

Данные замеров показывают, что в среднем в годовом отношении количество NOx было превышено на 57% от нормы. Главными виновниками остается разнообразный транспорт. С 2010 года наблюдается лишь незначительное снижение тренда загрязнения. С 1990 по 2015 год выбросы снизились на 59%.

Ингредиенты загрязнения атмосферы – это тысячи химических соединений, особенно металлы или их оксиды, токсичные вещества, аэрозоли. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в практике в настоящее время используется до 500 тыс. химических соединений. При этом около 40 тыс. соединений обладают весьма вредными для живых организмов свойствами, а 12 тыс. – токсичны.

Наиболее распространенные загрязнители – зола и пыль различного состава, оксиды цветных и черных металлов, различные соединения серы, азота, фтора, хлора, радиоактивные газы, аэрозоли и т.п. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха приходится на долю оксидов углерода – около 200 млн. тонн в год, пыли – около 250 млн. тонн в год, золы – около 120 млн. тонн в год, углеводородов – около 50 млн. тонн в год.

Одним из источников загрязнения атмосферы является автотранспорт, от использования которого происходит огромный выброс самых разнообразных химических веществ. В городах используется огромное количество машин с двигателями дизельного типа. А ведь известно, что выхлопной газ от дизельного двигателя содержит намного больше токсичных и ядовитых веществ, чем от карбюраторного двигателя. Более 200 вредных для организма человека веществ содержит отработанный газ двигателей внутреннего сгорания (ДВС), основой которого являются: окись углерода и азота, диоксиды азота и серы.

Положение с выхлопными газами автотранспорта еще и усугубляется тем, что во всех городах России практически не ведется контроль выхлопных газов на содержание СО. Посты технического обслуживания не оснащены приборами для проведения газоанализа и регулировки двигателей автомобилей.

По статистике, в среднем один легковой автомобиль выбрасывает в атмосферу за день около одного килограмма разных токсичных и канцерогенных веществ. Причем подобные вещества способны аккумулироваться и находиться в окружающей среде до 5 лет.

Зачастую выхлопными газами называют все выбросы в городскую атмосферу, в том числе котельных, заводов и других промышленных предприятий. На самом деле этим термином правильно называть только транспортные выбросы, которые появляются в результате переработки топлива. Также их называют отходящими газами.

Выхлопные газы – продукт работы двигателей внутреннего сгорания, и, учитывая стремительный рост количества транспорта за последние 50 лет и, в частности, прирост личного автотранспорта в городах, выхлопные газы в воздухе городов обосновались всерьез и надолго, а количество их только растет.

Важно знать, что лишь один автомобиль способен всего лишь за сутки поставить в воздух около килограмма таких вредных соединений. Большее вредное влияние здоровью человека, растительности, животным, а также почве и водным ресурсам оказывают машины, двигатели которых работают на дизеле, нежели на бензине или газе, при этом вырабатывается большее количество сажи.

Согласно статистике, грузовые машины и автобусы вырабатывают больше выхлопных газов, нежели легковые автомобили. Этот факт напрямую связан с режимом работы и объемами двигателей внутреннего сгорания автомобилей.

Так, например, легковая машина дает за сутки порядка 220 мг/м3 угарного газа, автобус 230 мг/м3, а небольшой грузовик целых 500 мг/м3. Легковушка дает 45 мг/м3 оксида азота, автобус 18 мг/м3, а небольшой грузовик – 70 мг/м3. Также автобус, в отличие от легковушки, постоянно выбрасывает в воздух оксиды серы, углерода и соединения свинца.

Выхлопные газы автомобилей – это сочетание двухсот-трехсот химических соединений, которые являются достаточно вредными для организма человека. Они получаются при сгорании различного автомобильного топлива и отходят в открытую атмосферу. Наибольший объем токсинов присутствует в выхлопных газах, когда двигатель работает на холостом ходу и на сниженных скоростях. При таких режимах происходит плохое выгорание топлива и отход несгоревших элементов топлива в количестве более чем в десять раз превышающем выхлопы при стандартном режиме автомобиля.

В составе выхлопных газов разных видов топлива, могут быть такие вредные элементы как:

оксиды азота и углерода;

диоксиды азота и серы;

сернистый ангидрид;

бензопирен;

альдегиды;

ароматические углеводороды;

некоторое количество сажи;

разные соединения свинца;

взвешенные частицы.

Содержание основных химических веществ в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания меняется в зависимости от типа двигателя, бензиновый или дизельный, однако основной набор остается прежним (табл. 1). При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе — сажа.

Таблица 1.

Химический состав выхлопных газов автомобиля

Компонент	Объемная доля в бензиновом двигателе, %	Объемная доля в дизельном двигателе, %	Токсичность
Азот N2	74–77	76–78	нетоксичен
Кислород O2	0,3–8	2–18	нетоксичен
Водоро́д Н2	0 – 5,0	—	нетоксичен
Водяной пар H2O	3–5,5	0,5–4	нетоксичен
Диоксид углерода СО2	5–12	1–10	нетоксичен
Оксид углерода (CO – угарный газ)	0,5–12	0,01–5	токсичен
Углеводороды CхHу	0,2–3	0,009–0,5	токсичны
Альдегиды	0–2	0,001–0,009	токсичны
Диоксид серы SO2	0–0,002	0–0,03	токсичен
Сажа, г/м3	0–0,04	0,1–1,1	Канцерогены
Бензапирен, г/м3	0,01–0,02	0–0,01	Канцерогены

Как видно из таблицы, в состав выхлопных газов достаточно разнообразен, и большая часть компонентов токсична. По химичес­кому составу и свойствам, а также ха­рактеру воздействия на организм че­ловека их подразделяют на группы.

Это нетоксичные вещества (азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосфер­ного воздуха).

Это оксид углеро­да или угарный газ (СО) — продукт неполного сгорания топлива.Оксид углерода обладает наркотическим действием, раздражающе действует на кожу и слизистые оболочки. Оксид углерода при вдыхании связывается с гемоглобином крови, вытесняя из нее кислород, в результате чего наступает кислородное голодание, которое, прежде всего сказывается на центральную нервную систему. Высокая концентрация оксида углерода даже при кратковременном воздействии может вызвать смерть; небольшие дозы вызывают головокружение, головную боль, чувство усталости и замедленную реакцию. Оксид углерода – один из факторов, вызывающих болезнь сердца – стенокардию, т.е. уменьшение переноса кислорода к тканям, особенно пагубно для миокарда (сердечной мышцы).

В ее составе окси­ды азота — NO и NO2. Вызывает сильное раздражение слизистых оболочек глаз, при высоких концентрациях оксидов азота (свыше 0,004%) возникают астматические проявления и отек легких.

В эту группу входят различные углеводороды (со­единения типа СxНy). Углеводороды, наряду с токсичными свойствами, обладают также канцерогенным действием. Особой канцерогенной ак­тивностью отличается бензапирен (С29Н12), содержащийся в отработав­ших газах бензиновых двигателей и дизелей.

Эту группу состав­ляют органические соединения — аль­дегиды. В отработавших газах содер­жатся в основном формальдегид, ак­ролеин и уксусный альдегид. Эти со­единения, раздражают органы зрения, дыхательные пути, поражают центральную нервную систему, почки, печень. При фотохимическом смоге воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, отмечаются симптомы удушья, обострение легочных и нервных заболеваний, бронхиальной астмы.

Компоненты этой группы — сажа и другие дисперсные частицы. Адсорбируя на своей повер­хности бензапирен, сажа оказывает более сильное негативное воздей­ствие, чем в чистом виде. Сажа как любая мелкая пыль действует на органы дыхания, но главная опасность заключается в том, что на ней адсорбируются канцерогенные вещества, следовательно, возрастает риск заболеваний раком.

К этой группе от­носят сернистые соединения — сер­ный ангидрид, сероводород, которые имеют место в отработавших газах, когда используется топливо с повы­шенным содержанием серы. Сернис­тые соединения оказывают раздража­ющее действие на слизистые оболоч­ки горла, носа, глаз человека. Сернистый газ вызывает онкологические заболевания. Вдыхание влажного воздуха, содержащего оксид серы, особенно опасен для людей, страдающих сердечнососудистыми заболевания. Длительное вдыхание сернистого газа повышенной концентрации действует на организм особо токсично, вызывая нарушение деятельности нервной системы.

В состав этой группы входят свинец и его соедине­ния. Эти компоненты появляются в отработавших газах при использова­нии этилированного бензина.Соединения свинца поражают органы и ткани организма, нервную систему, желудочно – кишечный тракт, нарушают обменные процессы, приводят к росту онкологических заболеваний. Опасность отравления соединениями свинца усугубляется тем, что они, как канцерогенные вещества не удаляются из организма, а накапливаются в нем, также как в почве и растениях. В организме человека свинец удерживается белками эритроцитов, затем поступает в плазму крови и достигает почек, печени и др. органов. В костях свинец накапливается постепенно и надолго остается в них.

Поражение десен, расстройство кишечника, заболевание почек, сосудов и центральной нервной системы, угнетение синтеза белка, отрицательное воздействие на генетический аппарат клетки – результат отравления свинцом. Если с водой человек получает больше 0,1 мг ионов свинца в сутки, то это может привести к повышенной утомляемости, депрессии, нарушению функций нервной системы, анемии, почечной недостаточности, судорогам. Ионы свинца можно удалить из воды, осадив их в виде сульфидов.

Свинцовое отравление даже на ранних стадиях влияет на головной мозг, в результате чего у детей снижается интеллект, нарушается координация движений, ухудшается слух и память.

Из 1000 т загрязняющих веществ, ежедневно попадающих в воздух из выхлопов автомобилей, 200 т угарно­го газа, 800 т углеводородов и других соединений. Приоритетной вредной примесью в отработавших газах автомобилей, работающих на бензине, является оксид углерода (СО), доля которого составляет в среднем 69% общего количества выбросов вредных веществ. Доли остальных примесей распределены следующим образом: 17% приходится на оксиды азота (NOх) и 14% — на суммарные углеводороды (СН) (см.приложение 4).

Вследствие содержания в выхлопных газах автомобилей вредных и даже ядовитых веществ, а также при постоянном действии таких элементов на органы человека, они способны вызывать развитие острых и хронических болезней.

Автомобиль стал бы гораздо безвреднее для окружающей его среды, если бы в его двигателе углеводородное топливо превращалось исключительно в углекислый газ и водяные пары. Но… Температура горения топлива бывает или слишком высокой, или очень низкой, что приводит к его неполному сгоранию. Кроме того, не следует забывать о качестве самого горючего и примесях, содержащихся в нем. Все это, как известно, приводит к возникновению токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота и серы, несгоревших углеводородов и прочих газов, а также твердых частиц сажи и соединений свинца.

Сегодня именно транспортные выбросы являются основной причиной загрязнения воздуха в городе и постоянно оказывают влияние на здоровье человека.

Состав выхлопных газов достаточно разнообразен, и большая часть компонентов токсична. Выхлопные газы автомобиля могут нанести вред здоровью, и достаточно серьезный. Прежде всего, оксид углерода или угарный газ не имеет вкуса и запаха, но при высокой концентрации вызывает головокружение, головную боль, тошноту, может приводить к обморокам.

Такав далеко не весь перечень воздействия интенсивно выделяемых на первый взгляд невинного голубоватого дымка глушителя автомобиля. Вред от выхлопных газов автомобиля во многом объясняют канцерогены – сажа и бензопирен, которые способствуют развитию опухолей, особенно — злокачественных.

Рассматривая выхлопные газы и вред, который они приносят, нужно добавить и про влияние этого химического коктейля целиком: длительный контакт с выхлопными газами приводит к смерти, в частности — от отравления конкретно угарным газом. Наибольшая опасность этих выбросов состоит в их количестве, распространенности и мелком размере частиц, что позволяет выхлопам проходить через естественные барьеры организма и попадать в легкие. При постоянном воздействии выхлопных газов на организм может развиваться иммунодефицит, страдают сосуды головного мозга; нервная, дыхательная, сердечнососудистая системы. Кроме того, большая часть токсичных веществ, входящих в состав выхлопных газов, может взаимодействовать друг с другом и с другими компонентами атмосферы, что способствует образованию смога.

Выхлопные выбросы действуют сразу непосредственно на внутренние органы дыхания, причем у детей младшего возраста намного значительнее, чем у взрослых. Это объясняется тем, что самая большая концентрация выбросов находится на уровне лица маленьких детей.

Химические соединения, что есть в составе выхлопных газов, в особенности тяжелые металлы, характеризуются свойством накапливаться в организме.Вследствие чего начинается зашлаковывание организма с последующим развитием серьезных заболеваний.

Наибольший вред выхлопные газы оказывают на водителей и пассажиров автотранспорта, которым приходится подолгу стоять в пробках, так как концентрация оксида углерода внутри автомобиля может превышать предельно допустимые нормы. Выхлопные газы от автотранспорта образуют смог (smog, от smoke — дым и fog — туман) — ядовитый туман в нижнем слое атмосферы. Смог состоит из тумана, дыма, частичек сажи, пыли, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Вредные газы, поступающие в атмосферу, вступают в реакцию между собой и образуют новые, токсичные соединения. Смог, состоящий из азотных, сернистых соединений и капелек воды, вызывает раздражение слизистых оболочек, головную боль, осложнения заболеваний дыхательных путей, отеки и т. д.

Так как выхлопные газы способствуют снижению количества кислорода в крови и мешают нормальному газообмену, следует выводить организм на полезные прогулки в пригород или в удаленный от дороги парк, чтобы получить порцию свежего воздуха.

При постоянном воздействии выхлопов стоит разнообразить свое меню антиоксидантами, которые содержатся в ягодах, фруктах, зеленых овощах и зеленом чае, а также в семечках, и пить больше воды, так как она способствует детоксикации. Такой “допинг” помогает организму справляться с последствиями вдыхания химического коктейля и поддерживает здоровье.

Каждый человек должен задуматься о том, какие серьёзные последствия несёт атмосфера, пропитанная вредными химическими веществами. Жизнь, данная нам однажды природой не должна нарушаться искусственными факторами, которые негативно сказываются на здоровье человека.

Однако исключить из жизни наличие автотранспорта невозможно или проблематично, но вполне возможно и необходимо сократить количество вредных примесей содержащихся в выхлопных газах. Одним из путей экологизации автомобильного транспорта является перевод его на альтернативные виды топлива.

В последние годы ведется активная разработка биологических видов топлива, электромобилей и возможных модификаций двигателя, что позволит отказаться от углеводородного “корма” автомобилей и сократит количество вредных выхлопных газов. Однако пока это все вопрос скорее будущего, а не настоящего, поэтому сейчас лучше защищаться от выбросов. Для защиты сферы обитания человека, правительство должно принимать законы, призванные оптимизировать движение городского транспорта. Кроме того, в настоящее время следует делать акцент на производстве экологически чистого транспорта, разрабатывать альтернативные энергоисточники для транспортных средств, развивать бизнес по прокату велосипедов и озеленять город.

Чистого Вам воздуха и крепкого здоровья!

Список литературы:

Влияние выхлопных газов на организм людей. — [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://otravlenye.ru/vidy/himicheskie/vliyanie-vyhlopnyh-gazov-na-organizm-lyudej.html#i

Вяткин М. Ф., Куимова М. В. О влиянии выхлопных газов автомобилей на здоровье человека // Молодой ученый. — 2015. — №10. — С. 87-88. — URL https://moluch.ru/archive/90/19172/

Загрязнение окружающей среды выхлопными газами. — [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://yabrukova.21310s16.edusite.ru/p65aa1.html

Автомобиль и человек. Помощь или вред? — [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://eco.na5bal.ru/eco/2630/index.html

О ВЫХЛОПНЫХ ГАЗАХ

Современные требования к двигателям внутреннего сгорания становятся все строже, из-за чего приходится совершенствовать устройства, очищающие выхлопные газы. Например, в Калифорнии (США), где велика концентрация машин, действуют такие нормы, что если их машина попала бы на наши дороги, то содержание вредных веществ в выходящих из ее «дымохода» выхлопных газах было бы меньше, чем количество вредоносных веществ, содержащихся в воздухе, попадающем в мотор, то есть по улице ездил бы «очиститель воздуха».

Почему же безукоризненно работающий двигатель внутреннего сгорания вообще производит загрязняющие воздух вещества? В бензиновых и дизельных двигателях используется абсолютно разное топливо, в котором больше всего содержится углеводородов (CH). Помимо прочего, топливо содержит различные добавки и присадки для увеличения октанового числа. При реакции соединений оксида углерода (CO) с кислородом получается диоксид углерода или углекислый газ (CO₂) и водяной пар (H₂O).

В результате неполного сгорания выхлопные газы содержат больше или меньше вредных веществ. Неполное сгорание может быть обусловлено малым временем горения топлива в цилиндре, отличием температуры горения (обогащенная смесь, из-за чего возрастает температура горения), отличием температуры попадающего в двигатель воздуха (если воздух берется из-под капота, где температура поднялась до 70^oC, то в таком расширенном воздухе количество кислорода меньше, чем в 25-градусном воздухе снаружи), ошибками в системе зажигания и прочими факторами – все это влияет на количество содержащихся в выхлопных газах вредных веществ.

Как известно, в воздухе содержится 78% азота (N) и 21% кислорода (O2), оставшийся 1% составляют прочие газы. Для того, чтобы при сгорании топливной смеси в двигателе образовывалось минимальное количество вредных выбросов, топливная смесь должна иметь такую консистенцию, чтобы на 1 кг бензина расходовалось 14,7 кг (а не литров) воздуха.
Выражая то же соотношение в литрах: 1 л бензина, смешанный с 9500 л воздуха (данные: BOSCH Gasoline-Engine Management).

Содержащиеся в выхлопных газах компоненты:
содержащиеся в выхлопных газах компоненты можно поделить на вредные и безвредные.
Безвредные:
азот N₂
кислород O2
диоксид углерода CO₂  (см. парниковый эффект)
водяной пар H₂O

Кислород всегда присутствует в выхлопных газах. Если бы большая его часть не использовалась, то смесь была бы слишком слабой или же проблемы возникали бы при правильном смешивании кислорода и топлива. При нормальном сгорании содержание остаточного кислорода в выхлопных газах крайне мало, так как большая его часть была израсходована. Диоксид углерода (CO₂) и водяной пар являются остатками процесса сгорания. Чем выше значение CO₂ , тем тщательнее проходил процесс сгорания смеси. Во время сгорания топлива в цилиндрах содержание CO₂ составляет порядка 14%. За то время, пока выхлопные газы проходят через катализатор и добираются до конца выхлопной системы, содержание диоксида углерода возрастает до 15–16%.

Образующийся вследствие человеческой деятельности дым промышленных предприятий, выхлопные газы машин и столбы дыма современных реактивных самолетов наносят наибольший вред экологическому балансу. За последние годы в составе продуктов горения возросло содержание углекислого газа (углерода). Находящийся в атмосфере углекислый газ препятствует теплообмену, что способствует чрезмерному потеплению днем и сильному охлаждению ночью. Сжигая ископаемое топливо, человек выбрасывает в атмосферу множество углекислого газа. CO₂ формирует вокруг Земли удерживающий тепло купол. Ученые называют подобное явление парниковым эффектом, а газ – парниковым.

В Эстонии нет установленных норм по CO₂ при проверке машины на ТО. Согласно постановлению министра по охране окружающей среды https://www.riigiteataja.ee/ert/act.jsp?replstring=33&dyn=874386&id=942852  §3, при продаже новой машины каждый продавец должен прилагать информацию о количестве выбросов CO₂ на один километр. Количество CO₂ можно сократить при уменьшении расхода топлива.

Вредные вещества:

монооксид углерода CO (угарный газ)
соединения водорода HC (несгоревшее топливо и масло)
оксиды азота NO и NO₂, который обозначают NO_x, так как O постоянно меняется
оксид серы SO₂
твердые частицы (сажа)

МОНООКСИД УГЛЕРОДА, ИЛИ УГАРНЫЙ ГАЗ (CO)

… вырабатывается в том случае, когда в поступающей в цилиндр смеси содержание кислорода слишком низкое. На количество кислорода может повлиять забитый воздушный фильтр и положение дроссельной заслонки (закрыта или открыта), разумеется, и закрытый воздушный клапан может внести свою лепту. Обогащенная смесь может быть причиной возросшего количества CO. Срок службы двигателя зависит от состава поступающей в цилиндры смеси. Во время сгорания смеси в цилиндрах наибольшую ее часть составляет содержащийся в выхлопных газах СО. При контакте с воздухом СО реагирует довольно быстро – в результате получается диоксид углерода (CO₂). Угарный газ вреден и опасен для людей. При его связывании с гемоглобином происходит снижение усвояемости кислорода кровью, так как организм не хочет усваивать угарный газ, а кровяные тельца вынуждены работать с привычной «нагрузкой» дольше, чем обычно. Вдыхание воздуха, содержащего более 0,3% угарного газа на протяжении определенного времени может быть смертельно опасным для человека.

Несгораемые частицы бензина или соединения водорода (HC)

Малое количество кислорода в попавшей в мотор горючей смеси (что способствовало неполному сгоранию в цилиндрах двигателя, а это, в свою очередь, привело к увеличению содержания угарного газа) приводит к неполному сгоранию и увеличению содержания соединений водорода и частичек сажи. Также на увеличение количества HC влияет позднее возгорание (в этом случае уменьшается время горения топливной смеси) и неисправное зажигание (высоковольтные провода, свечи, неисправные контакты и т.п.), а также обогащенная смесь. Из-за снижения давления поступающего к форсункам топлива или из-за забитых форсунок, частички топлива остаются слишком большими, что приводит к более длительному времени их сгорания.
Т.н. «ароматные соединения водорода» имеют резкий запах, а также способствуют появлению раковой опухоли. Соединения водорода вместе с оксидом азота под воздействием солнечных лучей образуют загрязняющий смог, который почти не имеет запаха, но раздражает слизистую оболочку, а также имеет наркотическое действие. Большое количество несгоревших частичек бензина вредно для здоровья, а также оно приводит, например, к исчезновению лесов.

Оксид азота (NO_x)

Основным компонентом воздуха является азот N₂ (почти 70%), который в нормальных условиях не реагирует с кислородом. При высоких температурах и под давлением (например, в цилиндре в ходе процесса сгорания) происходит химическая реакция, в результате которой образуется монооксид азота (NO). При выходе из двигателя и, реагируя с кислородом, образуется диоксид азота NO₂. Подобные соединения называются оксидами азота на уровне IKS NO+ NO₂ = NO_x. Количество NO_x зависит от температуры сгорания в цилиндре в кубической функции, то есть при увеличении температуры сгорания (при обогащенной смеси) то содержание NO_x увеличивается до уровня в третьей степени.

Для уменьшения количества оксида азота, на современных машинах используется система рециркуляции отработавших газов (EGR). Принцип ее действия: при движении машины по шоссе с одинаковой скоростью часть выхлопных газов снова направляется в цилиндры, что приводит к ухудшению топливной смеси, падает температура горения, а содержание газа падает почти втрое. Большое количество оксида азота раздражает органы дыхания, а также может привести к отравлению. Под воздействием солнца и HC оксиды азота способствуют появлению смога и кислотных дождей. По мнению ученых, содержащийся в выхлопных газах оксид азота сказывается на плодородии. Проведенные в Италии исследования показывают, что выхлопные газы значительно ухудшают качество спермы молодых людей и мужчин среднего возраста.

Свинец и соединения свинца

Так как в наше время используют не содержащий свинец бензин, то есть этилированный, то и говорить о свинцовых соединениях больше не нужно.

Твердые частицы

Твердые частицы – то маленькие крупицы, образующиеся при неполном сгорании из несгоревшего топлива и масла. Черный дым, который вырабатывает дизельный мотор при больших нагрузках, содержит множество твердых частиц, так как при большой нагрузке в моторе возникает дефицит воздуха, и часть топлива не сгорает. Твердые частицы приводят к образованию раковых опухолей в дыхательных путях. Во время работы дизельного мотора образуется довольно мало монооксида углерода (CO). Углеводород HC является отходом рабочего процесса дизельного мотора, который содержит плохо пахнущие компоненты. HC также способствует возникновению смога.

Снижение в выхлопных газах вредоносных соединений не так и просто, как это может показаться. С твердыми частицами еще можно разобраться – сделать процесс сгорания эффективнее, количество частиц в выхлопе уменьшится, как и расход топлива. Улучшить процесс сгорания можно за счет увеличения доли воздуха.

Дизельные моторы работают лучше при избытке воздуха – в камеру сгорания подается больше воздуха, чем нужно для сгорания топлива. Обычно за воздух в камере сгорания отвечает турбокомпрессор. Прошедший через турбокомпрессор воздух  теплый, а, значит, расширенный, поэтому его нужно охладить, чтобы в камеру сгорания уместилось как можно больше воздуха. Для этого используется промежуточное охлаждение. Эффективность также увеличивается и за счет температуры сгорания, что не совсем верно, так как это, в свою очередь, способствует увеличению NO_x.
Если мы хотим уменьшить количество NO_x соединений, то на пути есть загвоздка: понизим температуру сгорания, что уменьшит количество оксида азота, это приведет к неэффективности процесса сгорания, что приведет к увеличению выбросов частиц и оксида углерода. Поэтому производители двигателей балансируют, чтобы выработать комбинации, при которой выхлоп был бы чистым, а расход топлива низким. Если удается понизить число выбросов, то за это приходится платить большим расходом топлива. Прежде всего, расход топлива снижается при понижении температуры горения.

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.

Таблица 1

^* 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.

Таблица 2

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.

Выхлопные газы ДВС — основной источник токсичных веществ двухтактного и четырехтактного двигателя внутреннего сгорания в городах, которые загрязняют воздух, которым дышит всё живое на Земле. Отработавшие газы, неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 различных веществ, большинство из которых — токсичны для организма человека.

Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводорода. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты и также тяжелые металлы.

Примерный состав выхлопных газов ДВС

 

Компоненты выхлопного газа	Содержание по объему, %	Токсичность
Двигатель
бензин	дизель
Азот	74,0 — 77,0	76,0 — 78,0	нет
Кислород	0,3 — 8,0	2,0 — 18,0	нет
Пары воды	3,0 — 5,5	0,5 — 4,0	нет
Диоксид углерода	5,0 — 12,0	1,0 — 10,0	нет
Оксид углерода	0,1 — 10,0	0,01 — 5,0	да
Углеводороды неканцерогенные	0,2 — 3,0	0,009 — 0,5	да
Альдегиды	0 — 0,2	0,001 — 0,009	да
Оксид серы	0 — 0,002	0 — 0,03	да
Сажа, г/м3	0 — 0,04	0,01 — 1,1	да
Бензопирен, мг/м3	0,01 — 0,02	до 0,01	да

Свинец

Свинец мягкий металл, который имеет 1 группу опасности. Отравление его соединениями занимает первое место по частоте среди всех соединений металлов ^[1]. В бензине этот металл известен под названием тетраэтилсвинец. По сути это тот же металл, только растворенный в жидкости (металлоорганическое соединение). Тетраэтилсвинец до недавнего времени (в России до 2003 года ^[2]) использовался в качестве присадки в моторное топлива, повышающее его октановое число и препятствующее образованию детонации в цилиндрах двигателя. Этилированный бензин пожалуй самое большое зло человечества, его соединение находили буквально повсюду, в том числе и в костях, мозгу, нервных волокнах и т.д. организмов.

А все началось с Джона Рокфеллера, который в 1870 году основал фирму «Standard Oil» ^[3]. В то время топливом для автомобилей являлся спирт, а бензин (в классическом его понимании) продавался в аптеках в качестве отбеливателия, Джон решил (после покорения рынка керосина — да, раньше вместо керосина использовали китовый жир), что вместо спирта для двигателей внутреннего сгорания нужно использовать его бензин. Но проблема заключалась в том, что тот бензин имел очень низкое октановое число и двигателя запускались с большим трудом (а тогда был только кривой стартер), а срок службы значительно снижался — двигатель работал неустойчиво и издавал стуки. Перед Джоном Рокфеллером встала непростая задача — повысить октановое число бензина. Именно тогда ему пришло на помощь изобретение Томоса Миджли ^[4] — тетраэтисвинец. В 1916 году изобретатель Чарлз Кеттеринг ^[4] объединился с молодым ученым Томосом. Вместе они собрали команду для поиска и исследования такой добавки в бензин, которая могла бы устранить шум и запах ДВС. Они перепробовали сотни различных веществ — присадка была изобретена 1921 году и чтобы не вызывать лишних вопросов у населения, имела короткое название «Ethyl». Двигатель на этилированном бензине работал ровно и шептал словно кошечка. Однако в последствии изобретатель тетраэтилсвинца отравился своим же изобретением, но выздоровел, чего не скажешь о его коллегах.

Отравление чистым тетраэтилсвинцом происходит очень быстро. Всего лишь чайная ложка, попавшая непосредственно на кожу, может убить. После впитывания в дерму, вещество проникает в мозг и через несколько недель вызывает симптомы, подобные бешенству: галлюцинации, тремор, дезориентацию и, наконец — смерть. Дети в 5 раз более чувствительны к свинцу^[5] чем взрослые, но они также более склонны испытывать неврологические проблемы, связанные с накоплением свинца в организме.

В 1983 году отделение Центра по контролю и профилактике заболеваний выявило «снижение уровня свинца в крови 1 к 1 со снижением свинца в бензине». При снижении продаж свинцового бензина на 50% уровень свинца в крови упал на 37%. Сегодня общеизвестно, что уровень свинца в крови выше 5 мкг/дл может привести к повреждениям в мозгу ребенка, увеличивая шанс расстройств внимания, низкого IQ, влияя на успеваемость и задерживая половое созревание. В середине 1980-х, Агентство по токсичным веществам подсчитало, что практически у 17% дошкольников уровень свинца в крови был выше 15 мкг/дл. Проблема была особенно острой в более бедных кварталах, странах и городах с высоким уровнем автомобилизации

В настоящее время от тетраэтилсвинца отказались практически все страны, в результате чего уровень свинца в крови американца упал до 0,858 мкг/дл, когда в 1975 году он равнялся 15 мкг/дл. Исследование 2002 года под номером PMC1240871 обнаружило, что из-за снижения свинца в окружающей среде к концу девяностых годов, уровень IQ среднего дошкольника вырос на пять баллов.

Теперь очередь за алюминием!

Недоксид или моноксид — он же угарный газ (CO)

Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа). В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распылении топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе. Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0,1 — 0,2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей.

Оксиды азота (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, в дальнейшем NOx)

Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NOx составляет оксид азота NO, который ещё в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO2). Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека NOx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.

Закись азота (N2O гемиоксид, веселящий газ) газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO2 (диоксид) бледно-желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе. Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее CO, а при учете вторичных превращений в 40 раз. Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации NOx в воздухе в пределах 0,5 — 6,0 мг/м3. Азотная кислота вызывает сильную коррозию углеродистых сталей. На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Так, при повышении температуры от 2500 до 2700 К скорость реакции увеличивается в 2,6 раза, а при уменьшении от 2500 до 2300 К — уменьшается в 8 раз, т.е. чем выше температура, тем выше концентрация NOx. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NOx. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота.

Углеводороды (CnHm этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.)

Углеводороды органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных CH, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах. Наличие CH в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций Не полностью сгоревшие CH, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. CH являются причиной многих хронических заболеваний. Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м3. Содержание CH в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (ПХХ, например, при торможении двигателем). При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, — возникают его частые пропуски. Выделение CH вызывается неполным сгоранием вблизи холодных стенок, если до конца сгорания остаются места с сильным локальным недостатком воздуха, недостаточным распыливанием топлива, при неудовлетворительном завихрение воздушного заряда и низких температурах (например, режим холостого хода). Углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где ограничен доступ кислорода, а также вблизи сравнительно холодных стенок камеры сгорания. Они играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру.

Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические CH обладают отравляющими свойствами. Углеводороды (олефины) и оксиды азота при определенных метеорологических условиях активно способствуют образованию смога.

Смог от выхлопных газов

Снижение концентрации токсичных веществ в выхлопных газах

В настоящее время Правительства всех стран вводит определенные нормы на концентрацию вредных веществ в выхлопных газах автомобилей. Поэтому производители автомобилей, чтобы попасть на рынок, вынуждены проводить модернизацию систем автомобилей с целью снижения уровня выделения токсичных веществ.

Такими системами могут служить каталитические нейтрализаторы, сажевые фильтры, мочевина и многое другое. Так, например, для дизельных двигателей устанавливаются нейтрализаторы выхлопных газов, которые позволяют снизить токсичность на 80%. В системах бензиновых двигателей устанавливают антитоксикатор в систему питания, что также позволяет добиться снижения концентрации вредных веществ.

Снижение вредных веществ своими руками

Значительно снизить вредность выхлопных газов можно и самостоятельно:

1. Приобретайте только качественное топливо.
2. Не удаляйте каталитический нейтрализатор (конвертер) или сажевый фильтр. Сейчас в России происходит массовая скупка этого устройства под любыми причинами. Запомните, исправный катализатор не препятствует работе двигателя, не снижает его мощность или экономичность. Инженерами просчитано практически всё, в том числе катализатор включен в динамический и тепловой расчет ДВС, удаляя его, вы приобретаете массу неудобств: выхлоп с резким запахом, большее выделение пара в холоднее время года из выхлопной трубы, низкая эффективность работы двигателя за счет обязательной перепрошивки ЭБУ на евро-2, чуть больший расход топлива и, конечно, ТОКСИЧНОСТЬ.
3. Следите за состоянием свечей зажигания и количеством отложений в камере сгорания.
4. Воздушный фильтр также повышает токсичность выхлопа — меняйте и проверяйте его чаще.
5. Следует содержать в исправном состоянии топливную систему и систему контроля состава выхлопа.

Источники:

1. Токсичные металлы 1 группы опасности
2. Федеральный закон от 2003 года «О запрете производства и оборота этилированного автомобильного бензина в Российской Федерации»
3. The Dismantling of The Standard Oil Trust
4. Thomas Midgley и Charles F. Kettering
5. Lead poisoning and health
6. The Most Important Scientist You’ve Never Heard Of (на русском тут)