Проблемы связанные со сжиганием топлива кратко

Обновлено: 06.07.2024

Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания являются источником таких органических
токсикантов, как фенантрен, антрацен, флуорантен, пирен, хризен, дибензпирилен и др.,
обладающие сильной канцерогенной активностью, а так же раздражающие кожу и слизистые
оболочки дыхательных путей.
Анализ механизмов химических реакций проходящих внутри двигателя при сгорании топлива
показал, что основной причиной образования органических токсикантов является неполное
сгорание топлива:
в процессе сгорания топлива металлы, из которых состоит сплав двигателя, являются
катализаторами многих химических процессов, приводящих к образованию конденсирующих
ароматических соединений и их производных;
образование сажи при неполном сгорании топлива способствует ароматизации углеводородов;
химический состав бензина существенно определяет концентрацию образующихся
конденсированных соединений.
Наибольшую опасность представляет бензин каталитического риформинга, по
причине высокой непредельности входящих в его состав углеводородов и высокого содержания
ароматических углеводородов.
Меньшую опасность представляет бензин каталитического крекинга, хотя
и имеющий меньшую теплоту сгорания.
Уменьшить выбросы органических токсикантов, образующихся при сгорании углеводородного
топлива, можно несколькими способами:
увеличить поступление кислорода в камеру сгорания топлива, что увеличит процент сгорания
органических веществ;
подавить каталитическую активность никеля и железа, входящих в состав сплава конструкции
камеры сгорания, введя небольшое количество металлического свинца, являющегося
каталитическим ядом для этих металлов;
использовать топливо, в составе которого преобладают предельные углеводороды, природный газ,
петролейный эфир, синтетический бензин.

Загрязнение атмосферы и водоемов, изменение климатических условий, исчерпание природных ресурсов — главные экологические проблемы использования топлива. Чтобы уменьшить количество вредных выбросов, выделяемых в результате сгорания сырья, следует изменить технологию его образования.

Источники топливного загрязнения атмосферы

Вредные вещества выбрасываются в атмосферу при сгорании топлива. Половина от общего количества вредных соединений выделяется транспортными средствами, 40% — промышленными объектами.

Во время работы двигателя образуются продукты окисления (сгоревшие вещества) и неизмененные соединения. На последние приходится 1-2% потребляемого сырья.

Вещества, которые входят в состав дымовых газов после сжигания топлива:

углекислый и угарный газы (50%);
оксид азота (до 10%);
серная окись (20%);
углеводород (от 10 до 20%).

Непереработанное топливо оседает на поверхности воды, почвы, деревьев. Оно состоит из несгоревших органических соединений, золы и пыли.

Самые опасные соединения:

бензапирен;
альдегид;
формальдегид.

Они наносят серьезный ущерб экологической обстановке и здоровью человека.

Негативное воздействие соединений на экологию

Топливные соединения отрицательно влияют на все сферы экосистемы.

Загрязнение атмосферы газообразными продуктами.
Выбросы теплых жидкостей в водоемы.
Парниковый эффект.
Воздействие озона в приземленных слоях атмосферы.
Прогрессирующее истощение природных ресурсов.

Аэрозоли (пыли) являются механическими загрязнителями окружающей среды. Накопление их в воздухе ухудшает его прозрачность и видимость.

ТЭС сбрасывают теплую воду в водоемы. Согласно законодательству, сбросы не должны повышать температуру вод более, чем на 3 °С.

В результате водные пространства зарастают водорослями, которые поглощает кислород. Из-за недостатка этого вещества погибают обитатели рек и озер. Их количество уменьшается.

Парниковый эффект — свойство воздушного пространства пропускать радиацию от солнца и задерживать ее на поверхности земли, тем самым сохраняя тепло. Газы, образующиеся при сгорании топлива, усиливают способность земной поверхности удерживать энергию. Это приводит к повышению температуры.

В верхних слоях атмосферы создается озоновый слой, играющий роль защитного экрана. Вырабатываемое при сжигании топлива вещество оседает в нижних слоях атмосферы. Здесь элемент разрушает растения, разъедает пластмассу и стройматериалы.

Уголь и нефть, необходимые для топлива, являются исчерпаемыми природными ресурсами. Их запасы велики, но не бесконечны.

Отрицательное влияние продуктов сгорания топлива на здоровье

После попадания в атмосферу летучие газы с током ветра разлетаются во все стороны. Они поражают большие группы людей, провоцируя проблемы со здоровьем.

Продукты горения топлива приводят к развитию таких болезней:

хронический бронхит;
анемия;
злокачественные опухоли.

Пыль, сажа, копоть вдыхаются людьми и оседают в дыхательных путях. Мелкие частицы проникают глубоко в легкие. Это приводит к развитию хронических заболеваний дыхательных путей: обструктивному бронхиту, бронхиальной астме.

Бензапирен обладает канцерогенной активностью. Он повышает вероятность роста злокачественных новообразований.

Угарный газ проникает в эритроциты (красные кровяные клетки) и вытесняет оттуда гемоглобин (главный переносчик кислорода). Ткани и органы не получают достаточного количества кислорода. Развивается анемия (малокровие). Больного беспокоят усталость, частые обмороки, слабость, сонливость.

Способы решения проблемы

Высокая потребность населения в собственном транспорте, рост количества промышленных объектов ухудшают состояние экосистемы с каждым днем.

Пути решения экологических проблем:

Изменение механизмов образования топлива.
Повышение его качества.
Использование альтернативных источников энергии.
Соблюдение правил пользования личным автомобилем.
Разработка новых типов двигателей.

Чтобы кардинально поменять механизм образования топлива, следует провести такие мероприятия:

Внедрить новые технологии обработки сырья.
Заменить часть топлива на воду, силамин и прочие вещества, способные ускорить процесс горения.
Насыщать сырье кислородом перед началом горения.

В России широко используют дизель. Продукты его горения в двигателе — основные источники загрязнения воздуха.

Чтобы уменьшить выбросы ядовитых веществ, приняты новые стандарты для дизеля. Они ограничивают содержание серы, ароматических углеводородов. Ввели новый показатель — смывающая способность дизеля.

Ветер является неисчерпаемым природным ресурсом. Использование альтернативных источников энергии предотвратит истощение запасов нефти и газа и уменьшит количество вредных выбросов.

Горение топлива отрицательно сказывается на состоянии экосистемы и здоровье человека. Ужесточением законов о сжигании сырья, сознательным отношением граждан к использованию топлива можно решить эту проблему.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Министерство науки Российской Федерации

Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С.П. Королёва

Экологические проблемы ДВС и пути их решения

Студент Р.А. Игнатенко, гр. 233

Преподаватель В.Н. Вякин

Экологические проблемы использования углеводородного топлива 3

Современные методы улучшения качества дизельных топлив 4

Устройства обработки топлива 6

Укрощение ДВС 7

Проблема выбросов автотранспортом в городских условиях и аспекты решения данной проблемы 10

Электромобиль не роскошь, а средство выживания 11

Диметиловый эфир 13

Список используемых источников: 18

Введение

На сегодняшний день одной из актуальных экологических проблем является проблема автотранспорта, т. к. двигатели внутреннего сгорания, работающие на продуктах нефтепереработки, оказывают наибольшее антропогенное воздействие на окружающую среду. Ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается 250 млн. т. мелкодисперсных аэрозолей. Сейчас в биосфере содержится около 3 млн. химических соединений, никогда ранее не встречавшихся в природе.

Проблема экологической безопасности при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания требует разработки экологически чистых моторных топлив.

Экологические проблемы использования углеводородного топлива

Анализ механизмов химических реакций проходящих внутри двигателя при сгорании топлива показал, что основной причиной образования органических токсикантов является неполное сгорание топлива:

в процессе сгорания топлива металлы, из которых состоит сплав двигателя, являются катализаторами многих химических процессов, приводящих к образованию конденсирующих ароматических соединений и их производных;

образование сажи при неполном сгорании топлива способствует ароматизации углеводородов;

химический состав бензина существенно определяет концентрацию образующихся конденсированных соединений.

Наибольшую опасность представляет бензин каталитического риформинга, по причине высокой непредельности входящих в его состав углеводородов и высокого содержания ароматических углеводородов.

Меньшую опасность представляет бензин каталитического крекинга, хотя и имеющий меньшую теплоту сгорания.

Уменьшить выбросы органических токсикантов, образующихся при сгорании углеводородного топлива, можно несколькими способами:

увеличить поступление кислорода в камеру сгорания топлива, что увеличит процент сгорания органических веществ;

подавить каталитическую активность никеля и железа, входящих в состав сплава конструкции камеры сгорания, введя небольшое количество металлического свинца, являющегося каталитическим ядом для этих металлов;

использовать топливо, в составе которого преобладают предельные углеводороды, природный газ, петролейный эфир, синтетический бензин.

Современные методы улучшения качества дизельных топлив

Получение дизельных топлив, соответствующих современным требованиям, возможно путем повышения качества нефтепереработки и введения пакета присадок различного назначения.

Основными достоинствами дизельных двигателей по сравнению с другими двигателями внутреннего сгорания являются экономичность и сравнительная дешевизна топлива, поэтому их применение постоянно расширяется. Растущая во всем мире, в том числе и в России, дизелизация легкового и грузового автотранспорта требует неотложного решения вопросов повышения качества топлив, поскольку выхлопные газы ДВС стали основным источником загрязнения атмосферного воздуха.

Правительствами индустриально развитых стран и рядом международных организаций были проведены фундаментальные исследования по выяснению влияния наиболее значимых факторов качества дизельных топлив (ДТ) на эксплуатационные характеристики двигателей и загрязнение окружающей среды продуктами сгорания. Эти работы завершились принятием новых стандартов на дизельное топливо. В частности, Всемирной топливной хартией и европейским стандартом EN 590, которые в отличие от действующего российского ГОСТа 305-82 жестко ограничивают содержание в топливе серы, ароматических и полиароматических углеводородов, вводится новый показатель "смазывающая способность топлива" и устанавливается значительно более высокий уровень цетанового числа.

Автомобили - главная причина появления смога в крупных городах. Доля выхлопных газов достигает 4/5 от общего объема вредных выбросов в атмосферу.

ГОСТ 305-82 перестал отвечать современным требованиям по перечисленным выше показателям, что уже сказывается на состоянии воздушного бассейна и здоровье россиян. Назрела необходимость принятия нового, обязательного для исполнения, российского стандарта, может быть, даже более жесткого, чем европейский. Такое развитие событий представляется неизбежным. Хотя производство нового топлива требует значительных усилий от нефтепереработчиков, это позволит в значительной степени решить проблемы экологической безопасности и качественной эксплуатации дизельных двигателей.

Если сегодня основная масса отечественных ДТ, по сути, представляет собой гидроочищенный до содержания серы 0,2% продукт атмосферной перегонки нефти, то получение современных экологически чистых ДТ представляет технологически более сложную задачу, причем достижение таких показателей как цетановое число, смазывающая способность, температура застывания на сегодняшний день невозможно без введения соответствующих присадок.

Одним из основных показателей качества ДТ является цетановое число (ЦЧ), которое служит критерием самовоспламеняемости топлива, определяет долговечность и КПД двигателя, полноту сгорания топлива и, во многом, дымность и состав отработанных газов.

Борьба за снижение выбросов автотранспортом наиболее опасного загрязнителя - сернистых газов привела к появлению на рынке глубоко гидроочищенных малосернистых ДТ. Однако на практике оказалось, что их применение быстро выводит из строя дизельную топливную аппаратуру (топливные насосы, форсунки), т.к. с уменьшением содержания серы ниже 0,1% в результате гидроочистки резко падают смазывающие свойства топлива, обусловленные имеющимися в нем естественными гетероатомными органическими соединениями. На практике смазывающую способность ДТ определяют по диаметру пятна износа на специальной шариковой машине трения или в результате стендовых испытаний на натурных узлах или непосредственно на двигателях. Она, кстати, заметно ухудшается при введении в ДТ некоторых цетаноповышающих и депрессорных присадок из-за особенностей их химического строения.

Улучшение экологических характеристик ДТ возможно также с помощью антидымных присадок, которые снижают количество одного из самых токсичных компонентов отработанных газов дизельных двигателей - сажи с адсорбированными на ней канцерогенными полиароматическими соединениями. Эффективность антидымных присадок зависит от типа двигателя и режима его работы. Отечественный ассортимент антидымных присадок представлен в основном растворимыми в топливе соединениями бария: ИХП-702, ИХП-706, ЭФАП-Б, ЭКО-1. Их применяют в концентрации 0,05-0,2%, возможно в комбинации с цетаноповышающими присадками (ЦПП) или другими присадками. За рубежом в последнее время отказываются от применения барийсодержащих присадок из-за определенной токсичности выносимого оксида бария.

Применение нашли т.н. модификаторы (катализаторы) горения, представляющие собой топливорастворимые комплексы переходных металлов (прежде всего железа), которые снижают не только содержание в отработанных газах сажи, токсичных оксидов углерода и азота, но и расход топлива. В России допущены к применению присадки к дизтопливам ФК-4, Ангарад-2401 и "0010" на основе комплексных соединений железа.

Анализ основных тенденций развития нефтепереработки показывает, что одним из наиболее эффективных способов получения современных экологически чистых дизельных топлив наряду с глубокой гидроочисткой является применение различных взаимно совместимых присадок последнего поколения, как правило, в составе пакета.

Устройства обработки топлива

Можно регулярно проверять и регулировать “выхлоп” на станциях техобслуживания.

Российские ученые на протяжении многих лет работали над проблемой повышения экологической чистоты двигателей внутреннего сгорания, использующих в качестве топлива нефтепродукты (бензин, дизтопливо, мазут, керосин). Во время проведения многочисленных исследований ученые заметили, что топливо изменяет свои характеристики под воздействием электрического поля. Результаты испытаний “измененного” топлива показали, что оно способно значительно уменьшать содержание вредных веществ в выхлопных газах – и не только. Дальнейшие испытания показали, что экспериментальное топливо имеет еще несколько положительных качеств: сокращает расход топлива, повышает мощность двигателя, снижает уровень шума работы двигателя и облегчает его запуск в холодное время, очищает камеры сгорания и увеличивает срок службы силового агрегата.

После того, как технология была запатентована, российская компания “А.М.Б. Сфера” разработала промышленные образцы нового устройства обработки топлива, которые с успехом прошли независимые стендовые и эксплуатационные испытания в ведущих научно-исследовательских институтах России и ближнего зарубежья. После этого устройства, получившие фирменное название “Сфера 2000”, были испытаны в реальных условиях на автомобилях при движении в различных циклах (городском, загородном и смешанном). В испытаниях были задействованы новые и бывшие в эксплуатации грузовые и легковые автомобили производства крупнейших отечественных и зарубежных автопроизводителей: МАЗ, ВАЗ, ГАЗ, КамАЗ, Ikarus, Mercerdes-Benz, Nissan и др.

Конечно же, феноменальных результатов никто и не ожидал, но продемонстрированные качества позволяют говорить о реальной эффективности устройства обработки топлива “Сфера 2000”:

уменьшение расхода топлива на бензиновых двигателях на 2-7%, на дизельных – на 5-15%;

повышение мощности двигателя до 5%;

снижение токсичности выхлопных газов на бензиновых двигателях СО на 20-60%, СН на 40-50%, на дизельных двигателях СО до 48%, СН до 50% и NOx до 17%.

Укрощение ДВС

Что касается Honda Insight, то этот автомобиль поступил в продажу уже в конце прошлого года. Машина оснащена однолитровым трехцилиндровым двигателем, потребляющим всего 3,4 л топлива на 100 км. По заявлению представителя компании, это наименьший расход топлива у серийных двигателей массового производства. При этом выброс в атмосферу двуокиси углерода составляет 80 г на один километр пробега, что также является рекордом. Да и скорость у Insight вполне приличная — до 180 км/ч.

Проблема выбросов автотранспортом в городских условиях и аспекты решения данной проблемы

Состояние экологии одна из важнейших проблем современности. В результате своей жизнедеятельности человечество постоянно нарушает экологический баланс, происходит это при добыче полезных ископаемых, при производстве материальных и энергетических средств. Усугубляет ситуацию и то, что значительная доля загрязняющих веществ и СО выбрасывается в атмосферу в процессе эксплуатации двигателями внутреннего сгорания, применяемыми во всех сферах нашей жизни.

В странах ЕЭС на долю автотранспорта приходится до 70% выбросов оксида углерода, до 50 % – оксида азота, до 45% – углеводородов и до 90% – свинца, и это при жестких экологических требованиях к транспорту и применяемым топливам (Евро 1-4).

В России на долю автотранспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые в крупных городах – главный источник загрязнения атмосферы. В отработавших газах двигателей содержится около 280 компонентов. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 тонны топлива и около 20–30 тонн воздуха, в том числе 4,5 тонны кислорода. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/т): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших углеводородов – 230 и твердых веществ – 2–5. Кроме того, из-за применения этилированного бензина выбрасывается много весьма опасных для здоровья соединений свинца, в странах ЕЭС для решения этой проблемы в бензины с высокооктановым числом добавляют другие антидетонаторы.

Усугубляется положение в нашей стране и тем, что львиная доля транспорта эксплуатируемого предприятиями имеет предельный физический износ. По ряду объективных факторов не происходит морального обновления подвижного состава. Связанно это, прежде всего с экономическим положением предприятий, тем, что отечественный автопаром выпускает устаревшие модели не блещущие экономичностью, экологической и санитарной безопасностью, а иностранные марки не доступны из-за цены.

Электромобиль не роскошь, а средство выживания

Электромобиль - транспортное средство, ведущие колеса которого приводятся от электромотора, питаемого аккумуляторными батареями. Впервые появился он в Англии и во Франции в начале 80-х годов девятнадцатого века, то есть раньше автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Тяговый электродвигатель в таких машинах получал питание от батарей свинцовых аккумуляторов с энергоемкостью всего 20 ватт-часов на килограмм. В общем, чтобы питать двигатель мощностью в 20 киловатт в течение часа, требовался свинцовый аккумулятор массой в 1 тонну. Поэтому с изобретением двигателя внутреннего сгорания производство автомобилей стало стремительно набирать обороты, а об электромобилях забыли до возникновения серьезных экологических проблем. Во-первых, развитие парникового эффекта с последующим необратимым изменением климата и, во-вторых, снижение иммунитета многих людей вследствие нарушения основ генетической наследственности.

Данные проблемы были спровоцированы токсическими веществами, которые в достаточно больших количествах содержатся в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания. Решение проблем состоит в снижении уровня токсичности отработавших газов, особенно окиси и двуокиси углерода, притом, что объем производства автомобилей нарастает.

Ученые, проведя ряд исследований, наметили несколько направлений решения перечисленных задач, одной из которых является производство электромобилей. Это, по сути, первая технология, официально получившая статус нулевого выброса, и она уже представлена на рынке.

Концерн General Motors одним из первых приступил к продаже серийных электромобилей массового производства. Толчком к этому послужило калифорнийское законодательство, согласно которому автопроизводители, желающие присутствовать на рынке штата Калифорния, должны поставлять 2% автомобилей с нулевыми выбросами в атмосферу.

Таким образом, количество операций по обслуживанию электродвигателя сведено к минимуму. Например, в двигателе постоянного тока нужно только периодически менять щетки, а вот более современный трехфазный электродвигатель и синхронный электродвигатель переменного тока практически не нуждаются в обслуживании.

Почему, несмотря на бесшумность, простоту управления и нулевую эмиссию электромобиль не стал массовым средством передвижения? Главная проблема заключается в несовершенстве аккумуляторных батарей: незначительный пробег от одной зарядки, длительный цикл перезарядки и высокая цена. В настоящее время делают ставку на никель-металлогидридные и литий-ионовые аккумуляторные батареи. В России уже приступили к производству опытных партий никель-металлогидридных батарей, а вот с литий-ионовыми батареями пока только идут опытные работы.

Несмотря на эти недостатки, европейцы верят в электромобили как в средство способное очистить сильно загрязненные улицы. Станет ли электромобиль реальной альтернативой автомобилю - еще вопрос. Но его применение в мегаполисах, курортах, парках, то есть в зонах с повышенными экологическими требованиями вполне оправдано.

Диметиловый эфир

Одна из острейших экологических проблем больших городов – прогрессирующее загрязнение их воздушного бассейна вредными выбросами двигателей внутреннего сгорания (в Москве в 1986 г. – 870 тыс. т, в 1995 г. – 1,7 млн. т). Известные способы снижения токсичности двигателей, такие, как применение каталитической обработки выхлопных газов, использование альтернативных топлив типа метанола, этанола, природного газа не приводят к радикальному решению указанной проблемы.

Одним из выходов может стать приспособление двигателей к работе на новом альтернативном топливе – диметиловом эфире (ДМЭ). Его благоприятные физико-химические показатели способствуют полному устранению дымности выхлопных газов и снижению их токсичности (а также шумности).

Диметиловый эфир (CH₃-O-CH₃) обладает очень важными свойствами – он является газообразным при нормальных условиях и его молекулы не имеют углерод-углеродных химических связей, способствующих сажеобразованию при горении. В настоящее время ДМЭ применяется, главным образом, в качестве вытеснительного газа в аэрозольных упаковках.

В настоящее время в ряде стран отрабатываются способы приспособления двигателей к работе на ДМЭ. К примеру, в Дании уже проводятся эксплуатационные испытания приспособленных к работе на ДМЭ городских автобусов. В нашей стране работы по переводу дизелей на ДМЭ ведутся в инициативном порядке с 1996 г. в НИИД, который имеет многолетний опыт создания дизелей специального назначения. Ожидается, что в результате этой работы будет обеспечено радикальное снижение токсичности автомобильных двигателей до уровня зарубежных норм на 2000 гг.

Авиационная техника развивается уже не первое столетие. И сейчас наша жизнь не представляется без самолётов, вертолётов и ракет, хотя раньше человек только мечтал подняться в небо.

В настоящее время люди используют авиационную технику в различных целях. С помощью самолётов человек способен перемещаться на большие расстояния в короткие сроки. Некоторые главы регионов, чтобы не стоять в многочасовых пробках, используют вертолёты.

Летательные аппараты используют также в сельском хозяйстве и лесничестве для распыления химикатов и удобрений. Также невозможно представить службы спасения без самолётов и вертолётов. В строительстве крупных объектов распространено применение летательных аппаратов. И, конечно же, большое значение имеет авиационная техника в военных структурах.

Но, несмотря на большую пользу и значимость летательных аппаратов, существует ряд проблем, возникающий в ходе их эксплуатации. Эти проблемы могут быть связанны с загрязнением окружающей среды, а также негативным воздействием на здоровье человека.

В данной работе рассматривается факторы воздействия продуктов сгорания авиационного топлива на атмосферу, гидросферу и биосферу, а также анализируется влияние шума от авиационных двигателей на живые организмы.

Загрязнение атмосферы продуктами сгорания топлива

Прежде чем рассматривать проблему загрязнения атмосферы продуктами сгорания топлива, рассмотрим, какие существуют виды авиационного топлива, и имеется ли существенная разница в их продуктах сгорания.

Виды авиационного топлива

Топливо для самолетов разделяют на два основных вида– авиационный бензин и реактивное топливо(авиакеросин).

Авиабензин применяется для поршневых двигателей или же в качестве растворителя для технического обслуживания авиалайнеров. Такое горючее не сильно отличается от обычного автомобильного бензина, хотя имеет некоторые особенности, связанные со спецификой его применения.

Существует два вида авиационного бензина, которые отличаются некоторыми характеристиками, и одной из нихявляется октановое число. Так как техника на поршневых двигателях все же сдает свои позиции, авиационный бензин также используется значительно реже.

Самым популярным топливом для авиалайнеров является авиационный керосин, который также называют реактивным топливом. Этот вид топлива используется для аппаратов с турбореактивным двигателем.

Авиакеросин представляет собой дизельное топливо, оно получается в ходе глубокой переработки нефти. Согласно с правилами эффективного использования турбореактивных двигателей, авиационный керосин должен быть максимально очищен от ароматических углеводородов и других примесей в нем.

Авиационный керосин производится на нефтеперерабатывающих заводах. Согласно ГОСТу, выделяют два типа авиакеросина: для дозвуковой и сверхзвуковой авиации. Разница в том, что сверхзвуковой режим полета предполагает сильный разогрев топлива, а, значит, нельзя использовать мелкофракционное топливо, так как оно начинает испаряться.

Для дозвуковой авиации подходит и мелкофракционное топливо. Однако, чем больший процент топлива составляют легкие бензиновые фракции, тем на меньшую высоту полета оно рассчитано. К такому вида керосинов можно отнести керосин Т-2.

Керосин Т-1 является достаточно стабильным топливом, соответствующим международным стандартам качества. Авиационный керосин ТС-1 не совсем соответствует данным нормам за счет высокого процента серы в составе.

Продукты сгорания всех видов авиационного топлива практически одинаковы, поэтому будем рассматривать их общее влияние на загрязнение атмосферы.

Вред от продуктов сгорания авиатоплива

Также в 2004 году ICAO установила три основные цели в области окружающей среды:

Ограничение или снижение влияния авиационной эмиссии на местное качество воздуха.
Ограничение или сокращение количества людей, подвергаемых значительному воздействию авиационного шума.
Ограничение или уменьшение воздействия эмиссии парниковых газов на мировой климат в результате деятельности авиации.

Комитет по охране окружающей среды от влияния авиации при ICAO постоянно озабочен качеством окружающей среды. В специальном отчете о влиянии авиации на глобальную атмосферу, опубликованный Межгосударственной комиссией по изменению климата говорится, что деятельность авиации пагубно сказывается на озоновом слое, т.е. разрушает его.

Так вследствие чего же происходит загрязнение атмосферы?

Авиационное топливо ( керосин ) представляет собой сложную смесь углеводородов. Углерод составляет в ней 86 процентов, водород - 14 процентов. При горении углерод соединяется с кислородом воздуха, так что сжигание каждого килограмма авиационного керосина пополняет атмосферу 3,15 килограммами углекислого газа. Известно, что углекислый газ равномерно распределяется в слоях атмосферы.

Кроме того, не важно, где образовался СО 2 , вблизи поверхности Земли или же на большой высоте, где пролегают большинство коридоров гражданской авиации, так как он легко распространяется и в вертикальном направлении. Подсчитано, что примерно 3 процента всего антропогенного углекислого газа выбрасывают в атмосферу самолеты. На долю автомобильного транспорта приходится около 15 процентов, другие виды транспорта - морской, железнодорожный и прочие - производят в сумме около 5 процентов.

Тяжелее оценить роль выбрасываемого авиацией водяного пара . Количественную составляющую рассчитать не сложно, при сжигании одного килограмма керосина образуется 1,23 килограмма водяного пара. А вот с качественной оценкой дело обстоит сложнее. При попадании горячих и влажных выхлопных газов в холодную окружающую среду пар конденсируется, образуя мельчайшие капельки воды, а на больших высотах, где температура забортного воздуха достигает 30-50 градусов ниже нуля, образуются мельчайшие льдинки. Эти капельки и льдинки порой хорошо видны с земли - в виде так называемого конденсационного следа, тянущегося за самолетом. Какое воздействие этот след оказывает на атмосферу, зависит от высоты полета.

При понижении температуры и увеличении давления в камере сгорания эмиссия оксидов углерода и несгоревших частиц топлива увеличивается. В среднем около 42 % общего расхода топлива тратится на выруливание самолета к взлетно-посадочной полосе (ВПП) перед взлетом и на заруливание с ВПП после посадки (по времени в среднем около 22 мин). При этом доля несгоревшего и выброшенного в атмосферу топлива, а, следовательно, выброс оксидов углерода, при рулении намного больше, чем в полете. При взлёте процент выбросов достигает минимума и остается близким к минимуму во всех полётных фазах. Для оксидов азота закономерность обратная – при повышении температуры коэффициент возрастает, это может происходить при взлете самолета и дальнейшем полете.

В связи с тем, что авиация развивается, а также идёт интенсивное использование авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного хозяйства, существенно возрос их общий выброс вредных примесей в атмосферу.

Неуклонный рост объемов перевозок воздушным транспортом ведет к усилению загрязнения атмосферы отработавшими газами авиационных двигателей. Подсчитано, что в среднем двигатель реактивного самолета, потребляя в течение одного часа 15 т топлива и 625 т воздуха, выбрасывает в атмосферу 46,8 т углекислого газа, 18 т паров воды, 635 кг оксида углерода, 635 кг оксидов азота, 15 кг оксида серы, 2,2 кг твердых частиц. При этом средняя продолжительность пребывания этих частиц в атмосфере составляет около 2 лет.

На диаграмме показано среднее значение темпов роста пассажиропотока, сжигаемого топлива для их перевозки и эмиссии оксидов азота, которая происходит в результате сгорания горючего. На ней видно, что в период 1984-1992 и 1992-2016 годов рост спроса на авиатранспорт в среднем не изменяется, количество сжигаемого топлива увеличивается, в сравнении с прошлыми периодами, но при этом эмиссия оксидов азота уменьшается, что указывает на модернизацию двигателей и усовершенствование качества топлива.

Но улучшение качества топлива так или иначе незначительное. Самолеты выхлопными газами загрязняют окружающую среду, нанося, как любая хозяйственная деятельность человека, ущерб природе и способствуя изменению климата.

Наибольшее загрязнение окружающей среды имеет место в районе аэропортов. Хотя суммарный выброс загрязняющих веществ двигателями самолетов сравнительно невелик (для города, страны), в районе аэропорта эти выбросы вносят определяющий вклад в загрязнение среды. К тому же турбореактивные двигатели (так же как дизельные) при посадке и взлете выбрасывают хорошо заметный на глаз шлейф дыма. Значительное количество примесей в аэропорту выбрасывают и наземные передвижные средства, подъезжающие и отъезжающие автомобили.

Загрязнение атмосферы продуктами сгорания сверхзвуковых летательных аппаратов

В последние 10 - 15 лет большое внимание уделяется исследованию тех эффектов, которые могут возникнуть в связи с полетами сверхзвуковых самолетов и космических кораблей. Эти полеты сопровождаются загрязнением стратосферы оксидами азота и серной кислотой (сверхзвуковые самолеты), а также частицами оксида алюминия (транспортные космические корабли). Известно, что эти загрязняющие вещества разрушают озон. Изначально ученые считали, что планируемый рост числа полетов сверхзвуковых самолетов и транспортных космических кораблей приведет к существенному уменьшению содержания озона со всеми губительными последующими воздействиями ультрафиолетовой радиации на биосферу Земли. Однако более глубокий подход к этой проблеме позволил сделать заключение о слабом влиянии выбросы сверхзвуковых самолетов на состояние стратосферы. Так, при современном числе сверхзвуковых самолетов и выбросе загрязняющих веществ на высоте около 16 км относительное уменьшение содержания О 3 может составить примерно 0.60; если их число возрастет до 200 и высота полета будет близка к 20 км, то относительное уменьшение содержания О 3 может подняться до 17%. Глобальная приземная температура воздуха за счет парникового эффекта, создаваемого выбросами сверхзвуковыми самолетами можетповыситься не более чем на 0,1 °C.

В условиях запуска у пусковой системы образуется облако продуктов сгорания, водяного пара от системы шумоглушения, песка и пыли. Объем продуктов сгорания можно определить по времени (обычно 20 с) работы установки на стартовой площадке и в приземном слое. После запуска высоко температурное облако поднимается на высоту до 3 км и перемещается под действием ветра на расстояние 30 – 60 км, оно может рассеяться, но может стать и причиной кислотных дождей.

При старте и возвращении на Землю ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземный слой атмосферы, но и на космическое пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов. За 40 лет существования космонавтики в СССР и позднее России произведено свыше 1800 запусков ракет-носителей. По прогнозам фирмы Aerospace в XXI в. для транспортировки грузов на орбиту будет осуществляться до 10 запусков ракет в сутки, при этом выброс продуктов сгорания каждой ракеты будет превышать 1,5 т/с.

Вред от шума летательных аппаратов

Помимо загрязнения атмосферы двигатели летательных аппаратов производят сильный шум при работе. Официальные данные свидетельствуют, что в России примерно 35 млн. человек подвержены существенному, превышающему нормативы, воздействию транспортного шума. От авиационного шума страдают более миллиона человек. Шумы относятся к числу вредных для человека загрязнений атмосферы. Раздражающее воздействие звука (шума) на человека зависит от его интенсивности, спектрального состава и продолжительности воздействия. Шумы со сплошными спектрами менее раздражительны, чем шумы узкого интервала частот. Наибольшее раздражение вызывает шум в диапазоне частот 3000-5000 Гц.

Работа в условиях повышенного шума на первых порах вызывает быструю утомляемость, обостряет слух на высоких частотах. Затем человек как бы привыкает к шуму, чувствительность к высоким частотам резко падает, начинается ухудшение слуха, которое постепенно развивается в тугоухость и глухоту. При интенсивности шума 145-140 дБ возникают вибрации в мягких тканях носа и горла, а также в костях черепа и зубах. Если интенсивность шума превышает 140 дБ, то начинают вибрировать грудная клетка, мышцы рук и ног, появляются боль в ушах и голове, крайняя усталость и раздражительность; при уровне шума свыше 160 дБ может произойти разрыв барабанных перепонок.

Однако шум губительно действует не только на слуховой аппарат, но и на центральную нервную систему человека, работу сердца, служит причиной многих других заболеваний.

Одним из наиболее мощных источников шума являются вертолеты и самолеты особенно сверхзвуковые. При тех высоких требованиях к точности и надежности управления современным самолетом, которые предъявляются к экипажу летательного аппарата, повышенные уровни шумов оказывают отрицательное воздействие на работоспособность и быстроту принятия информации экипажем. Шумы, создаваемые самолетами, вызывают ухудшение слуха и другие болезненные явления у работников наземных служб аэропорта, а также у жителей населенных пунктов, над которыми пролетают самолеты. Отрицательное воздействие на людей зависит не только от уровня максимального шума, создаваемого самолетом при полете, но и от продолжительности действия, общего числа пролетов за сутки и фонового уровня шумов. На интенсивность шума и площадь распространения существенное влияние оказывают метеорологические условия: скорость ветра, температуры воздуха и распределение ее по высоте, облака и осадки.

Особенно острый характер проблема шума приобрела в связи с эксплуатацией сверхзвуковых самолетов. С ними связаны шумы, звуковой удар и вибрация жилищ вблизи аэропортов. Современные сверхзвуковые самолеты порождают шумы, интенсивность которых значительно превышает предельно допустимые нормы.

Иной вред от летательных аппаратов

Отдельно хочется отметить факторы воздействия авиатоплива на работников авиационной промышленности, в том числе сотрудников аэропортов. Ежедневная работа с авиатопливом подвергает работников риску химических ожогов. К тому же, авиатопливо выделяет большое количество химических веществ, которые могут нанести вред легких и мозгу человека. Авиатопливо типа JP-5 или JP-8 несет в себе наибольшую опасность. Попавшее на кожу или в глаза оно может вызвать раздражение. В связи с тем, что авиатопливо имеет полутвердые свойства, оно легко прилипает к поверхностям.

Нефтехимические испарения могут нарушить работу клеток головного мозга, и даже разрушать их, в результате чего возникнет головокружение, замешательство и нарушение координации движений. Если концентрация авиатопливо чрезмерно высока, вдыхание испарений может привести к летальному исходу.Вдыхание авиатоплива может вызвать тошноту, опухоль легких (пневмонию), тяжесть в груди и потерю сознания.

В составе авиатоплива содержатся хорошо известные канцерогены, такие как бензол и толуол. Обширное изучение здоровья людей, постоянно работающих с авиатопливом, применяемым воздушными силами многих стран, продемонстрировало, что у людей, часто работающих с авиатопливом JP-8, раковые опухоли развивались намного чаще, чем у людей, лишь изредка касающихся работы с этим топливом. Однако частота случаев заболевания раком в этих двух группах различалась незначительно.

Страдают от отрицательного влияния авиатоплива не только работники аэропортов и жители прилегающей территории, но и вся био- и гидросфера. Рядом с аэропортами происходит загрязнение подземных вод нефтепродуктами в основном за счёт утечки жидкого топлива при заправке самолётов, а также за счёт технических ошибок при его транспортировке и хранении. При взлёте и посадке самолёта в атмосферу выделяется определённое количество жидких и газообразных продуктов сгорания топлива, которые осаждаются вблизи взлётной полосы и накапливаются в почве. Углеводороды нефти обладают способностью проникать на значительную глубину. Так, в трещиноватых породах авиационный керосин за 5 месяцев проникает на глубину более 700 м. Наиболее эффективным методом защиты подземных вод от загрязнения нефтепродуктами является проведение предупредительных мер, в том числе бурение скважин для контроля над качеством вод.

Способы уменьшения вреда

Один из способов уменьшения загрязнения атмосферы продуктами сгорания топлива является улучшение качества топлива или, вообще, смена типа топлива, что позволит улучшить работу двигателя. Много компаний, производящих различное топливо, заинтересованы в создании биотоплива для самолетов. В Европе уже производился экспериментальный полет самолета Боинг-747 на биотопливе из кокосового и масла бабассу. Полет прошел успешно, но это единичный случай, ведь для производства большого количества топлива нужны большая площадь для посадки растений и большое количество деревьев, вырубка которых приведет к резкому скачку парникового эффекта. Суть экотоплива в том, что часть углекислого газа, вырабатываемого при сгорании, будет поглощаться растениями.

Также в планах есть и водород, имеются даже летательные аппараты с водородными двигателями, но дело в том, что дешево производить водород, не используя при этом нефть, пока не научились.

Конечно, изучено большое количество методов добычи водорода и без использования нефти и угля, но для этого нужно либо большое количество электричества или дорогих и редких металлов. Примером является способ добычи водорода из воды при помощи солнечной энергии, организованный Университетом Нового Южного Уэльса, Австралия. Реакция получения водорода проводится в присутствии солнечной энергии, которая далее преобразуется в электричество, воды и диоксида титана.

Помимо улучшения работы двигателей (распыление топлива, обогащение смеси в зоне горения, использование присадок к топливу, впрыск воды и др.), существенного уменьшения выбросов можно добиться путем сокращения времени работы двигателей на земле и числа работающих двигателей при рулении (только за счет последнего достигается снижение выбросов в 3 - 8 раз). Но для этого необходимо использовать существенно новые приемы пилотирования при взлете и посадке. Возможно, это позволило бы достичь также и минимизации шума.

Проанализировав возможные последствия выброса продуктов горения авиационного топлива в атмосферу, я пришел к выводу, что авиация наносит немалый вред окружающей среде. Но, учитывая темпы развития авиационной техники, можно полагаться на то, что в скором времени будет изобретен более экологичный вид топлива или даже новые виды летательных аппаратов.

Мир не стоит на месте: все, что существовало раньше, модернизуется или приходит в негодность, и на место старого приходит что-то абсолютно новое. То же самое происходит и в авиации.

Конечно, в нашем мире есть и другие отрасли, экологический аспект которых нуждается в более детальном рассмотрении, и, тем не менее, человек пользуется более вредным наземным транспортом. И хоть авиация наносит вред окружающей среде, ее популярность будет все расти и расти. Поэтому решение всех нынешних проблем не должно занимать долгое время. Нужно действовать быстро и незамедлительно, ведь без чистой планеты нет нашего будущего.

Экологические проблемы использования тепловых двигателей в последнее время стоят очень остро для разных стран мира. Прежде чем определить эффективные пути решения, нужно понять, что такое тепловые двигатели и как именно они пагубно отражаются на экологии.

Что такое тепловая машина

Тепловые машины — двигатели и более простые устройства, которые для выполнения определенных функций используют тепловую энергию. Этот термин довольно широк и включает в себя много разных механизмов.

Приборы, использующие тепло, постоянно окружают человека. Если кратко объяснить, то и холодильник можно отнести к подобным агрегатам. В нем тепло из холодильной камеры переносится в радиатор на задней стенке, чем незаметно греет в помещении воздух. Но холодильник не создает никаких вредных выбросов, в отличие от других тепловых машин.

Как работает тепловой двигатель

Основывается работа теплового двигателя на способности веществ расширяться при повышении температуры. Как рабочее тело используется в тепловом механизме газ, нагреваемый за счет сжигания топлива.

Все агрегаты функционируют циклически. Для запуска такой системы температура нагревателя должна значительно превышать Т окружающей среды. При обратном ходе поршня температура газа понижается за счет холодильника.

Внимание!

Охладителем может выступать атмосфера или жидкость.

Работа двигателя — разность подведенного и отведенного тепла. КПД приравнивают к отношению работы к теплу, которое подведено к системе.

Экологические проблемы использования тепловых машин

Роль тепловых двигателей в экологии Земли довольно существенная. Так, при использовании этих агрегатов наблюдаются некоторые проблемы для окружающей среды.

Нагревание атмосферы

Из-за этого происходит глобальное потепление и таяние ледников. Воздействие на экологию следующие:

Из воздуха выводится используется кислород.
Происходит выделение углекислого газа.
Более половины загрязнений воздуха происходит из-за транспортных средств — ежегодно выбрасывается 2-3 млн т свинца. В крупных городах именно выбросы являются причиной токсичного смога.
Топливо полностью не сгорает, но в атмосферу выделяется примерно 200 млн т сажи, золы, 70 т оксида серы.

Из этого следует, что влияние тепловых двигателей на экологию бесспорно. И его нельзя назвать позитивным.

Последствия для экологии

Один из основных источников окружающей среды — тепловые машины. Экологические проблемы при использовании этих агрегатов носят комплексный характер — из-за токсических выбросов происходит загрязнение земли, воды и воздуха.

Первый удар приходится на атмосферу. Каждый год из-за тепловых машин в грунт и воду попадают токсические вещества. В результате меняется их химический состав. Это пагубно отражается на живых организмах. Дополнительный негативный эффект также связан с составом дыма. Мелкодисперсная угольная пыль попадает в органы дыхания.

Ситуация с химическим составом выбросов автомобилей еще хуже. По этой причине у людей наблюдаются такие болезни, как злокачественные образования, обструктивные изменения и подобные. Тепловые двигатели и экология несовместимы, поскольку эти агрегаты вызывают кислотные дожди, разрушение озонового слоя и не только.

Влияние на живые организмы

Тепловые машины и экология, то как влияют эти механизмы на живые организмы — интересует все большее число людей на планете. Самыми опасными элементами из всего, что выделяется в окружающую среду, являются соединения свинца, фенола, азота и углеводорода.

Внимание!

Свинец, входящий в состав топлива для дизеля — сильный канцероген. Такие же свойства у хрома, брома, а также их соединений.

Из-за выбросов тепловых машин происходит угнетение иммунной системы человека, что провоцирует дыхательные и сердечно-сосудистые болезни. Соединения серы и азота, при реакции с влагой в воздухе, образуют токсичные кислоты. Именно они являются причиной кислотных дождей, которые пагубно отражаются на растительности и состоянии грунта.

Пути их решения

Решение проблем с пагубным воздействием тепловых механизмом включает:

Модификацию уже существующих тепловых машин до состояния с максимально возможным сгоранием топлива и незначительными выбросами в атмосферу.
Обновление и улучшение систем фильтрации, которое направлено на вторичное применение выхлопных газов. На этом принципе основывается создание тепловых двигателей с замкнутым циклом.
Вынесение предприятий теплоэнергетики за пределы населенных пунктов. Конечно, выделение токсинов в атмосферу не уменьшится, но их концентрация в городах упадет.
Отказ от применения каменного угля в пользу природного газа, который выделяет меньше сажи и прочих вредных веществ.
Жесткий контроль качества моторного топлива. Многие страны уже запретили продавать бензин со свинцом.
Правильную организацию дорожного движения. Оказалось, что большая часть выбросов происходит во время дорожных заторов.
Применение альтернативной энергии, которая не связана с непосредственным горением топлива любого вида. Так, ТЭС заменить можно солнечными панелями, а дизельные и бензиновые авто – электрокарами.

Внимание!

Каменный уголь заменить можно и водородом, но технология его получения и использования до конца не разработана.

Необходимо понимать, что природу нужно беречь, в противном случае это чревато печальными последствиями. Проблемы в экологии, которые связаны с использованием тепловых двигателей, постоянно увеличиваются, поэтому необходимо их заменить, т. к. довольно плохо сочетаются подобные механизмы с охраной окружающей среды. Но для этого требуется большие затраты и немало времени.

Читайте также: