МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНСКОЙ ССР
РЕСПУБЛИКАНСКИЙ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КАБИНЕТ ПО СРЕДНЕМУ СПЕЦИАЛЬНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
по изучению последствий автомобилизации
для окружающей среды
Киев - 1991
Составитель Э.А. Левинсон, преподаватель Одесского автодорожного техникума
Рецензенты: Н.П. Кривохижа, преподаватель Республиканского заочного автотранспортного техникума; В.П. Прокофьев, преподаватель Днепропетровского автотранспортного техникума
Ответственный за выпуск: С.К. Дудко, методист РНМК по ССО
Материал настоящих методических рекомендаций может быть использован преподавателями при подготовке к занятиям по следующим дисциплинам: "Устройство автомобилей" /тема "Система питания карбюраторных двигателей"/, "Автомобили и тракторы" /тема "Система питания карбюраторных двигателей"/, "Автомобильные эксплуатационные материалы" /темы "Бензины" и "Охрана окружающей среды"/, "Правила и безопасность дорожного движения", "Техническое обслуживание автомобилей" /тема "Техническое обслуживание систем питания автомобилей"/, "Автомобильные перевозки", "Теория и конструкция автомобильных двигателей". Возможно также, учитывая специализацию техникумов, проведение классных часов аналогичной тематики.
Приступая к изложению вопроса, следует начать с более общего положения, то есть подчеркнуть, что научно-технический прогресс человечества оказывает огромное, причем преимущественно негативное, влияние на окружавшую среду. В связи с этим парламенты большинства наиболее развитых стран уже приняли специальные законы о мерах по защите природной среды и выделили на эти мероприятия огромные ассигнования. Так, в 1989 году общая сумма расходов на природоохранные мероприятия по СССР составила более 12, а по УССР - 2,1 млрд. руб.
Если на заре развития человеческого общества воздействие людей на биосферу было по объему, а, следовательно, и по последствиям незначительным, то сегодня, благодаря научно-техническому прогрессу, это вмешательство приобретает колоссальные размеры. Целесообразно предложить учащимся назвать примеры преобразования человеком природы и проанализировать последствия этих изменений, например: химизации сельского хозяйства, выемки горных пород, строительства водохранилищ, каналов, мелиоративных работ в солончаках и пустынях Средней Азии. Пусть учащиеся решают, кто был прав: ботаник-селекционер И.В. Мичурин, утверждавший, что человечество не может ждать милостей от природы и его задача - взять их, или Ф. Энгельс, который предупреждал в "Диалектике природы", что за каждую победу над собой природа жестоко мстит,
Каждая из этих побед может иметь в первую очередь те последствия, на которые рассчитывали, но во вторую и третью очередь - совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто уничтожают значение первых.
Идеи рационального и разумного взаимодействия человека и природы содержатся также в работах академика В.И. Вернадского,
Следует подчеркнуть, что, помимо прямого воздействия
на природу, губительными для нее являются результаты промышленной деятельности
человека: производство токсичной продукции и особенно - отходы производства. На
каждого жителя Земли в год приходится более 20 тонн промышленных отходов.
Ежегодно сжигается более 2,5 млрд. тонн нефти, 20 млрд. тонн угля, работают
сотни миллионов автомобильных, самолетных, тракторных и других двигателей.
Например, только при запуске космического корабля типа транспортного
"Спейс Шатлл" в окружающее пространство выбрасывается около
Ежегодно в атмосферу попадает более 20 млн. тонн окислов серы и азота, сложных загрязнителей, возрастает содержание углекислого газа. Все это неумолимо оказывает разрушающее влияние на растительный и животный мир, угрожает существованию самой жизни на Земле. Уже сегодня ежедневно необратимо исчезают 100 биологических видов /пусть учащиеся вспомнят растения, птиц, животных, о которых только слышали, но уже не смогут никогда увидеть/.
Научно-технический прогресс и неразумное хозяйствование внесли существенные изменения в естественные процессы кругооборота воды. Все это уже в обозримом будущем может вызвать повышение температуры атмосферы, соответствующее понижение уровня морей и затопление значительных участков суши. Нам грозит отравление воды, которую мы пьем, воздуха, которым мы дышим, глобальное ухудшение климата, необратимое загрязнение Мирового океана, разрушение защищающего Землю озонового слоя, исчезновение лесов и прогрессирующий рост пустынь. Сегодня воздействие производственной деятельности человека, нарушающее биосферу, приобретает планетарный характер, и картина экологической гибели человечества не уступает последствиям термоядерного конфликта.
Процесс нарушения биосферы начинает сказываться на жизни уже нынешнего поколения. Высокая степень загрязнения окружающей среды представляет реальную опасность для здоровья человека. За последние сто лет, характеризующиеся резким ростом промышленности и индустриализацией сельского хозяйства, выявлен ряд грозных, не известных ранее заболеваний: эндокринные, аллергические, токсические, в том числе лучевые, токсико-аллергические, массовое распространение получили сердечно-сосудистые и онкологические. Печальное первенство по частоте заболевания раком легких принадлежит Англии, которая первой вступила на путь индустриализации и является наиболее запыленной страной в мире. По данным английских ученых, заболеваемость раком легких в районах с высокой степенью загрязнения воздуха и интенсивным автомобильным движением на 25 – 30 % выше, чем в районах с чистым воздухом.
В Советском Союзе, по официальным данным, в 103 городах с общим населением около 50 млн. человек концентрация вредных веществ в воздухе превышает предельно допустимый уровень в десять и более раз.
Привлекая знания учащихся по "Общей биологии", следует указать на еще одну опасность, подстерегающую человечество. Она приближается невидимо и неслышно, но последствия ужасны - речь идет о воздействии на генофонд человека. В биосферу вносится почти миллион чужеродных ей химических веществ, многие из которых физиологически активны, повышается фон радиации. В результате этого рождаются дети с патологическими изменениями, известны случаи, когда рождались телята с восьмью ногами, а котенок - с крыльями. Окончательные размеры этих необратимых генетических последствий наукой еще не изучены.
Обоснованная тревога за
состояние окружающей среды на Украине звучала в выступлениях депутатов 12
сессии Верховного Совета Украинской ССР одиннадцатого созыва /15 - 17 февраля
В Северодонецке, Черкассах, где содержание в атмосферном воздухе азота, серы, формальдегида, фенола в 2 - 4 раза превышает предельно допустимые концентрации, заболеваемость на 20 % выше, чем в городах, менее подверженных воздействию экологически вредных производств.
Чтобы предотвратить возможные экологические катастрофы, принято решение о запрещении строительства Днепровско-Бугского гидроузла, прекращено проектирование канала Дунай-Днепр, ограничено развитие атомной энергетики в республике, запрещено промышленное строительство, не связанное с социальным развитием курорта, в Крыму.
Особую проблему составляет воздействие на биосферу автомобильного транспорта.
Научно-технический
прогресс вызвал коренные перемены в структуре производственных сил и характере
труда, в связи с чем процесс урбанизации приобрел всемирный характер. К концу XX века
в городах будет жить до 80 % всего населения, на относительно небольшой
территории сконцентрируется большая часть материальных к культурных богатств,
так как прежде всего в городах реализуется возможность общества по удовлетворению
разнообразных возрастающие потребностей населения. Прогрессивное влияние на
жизнь города оказывает автомобилизация: автомобиль обеспечивает гибкое,
маневренное сообщение по всей территории, возможность рационального размещения
мест приложения труда, является комфортным видом транспорта /экономит время на
передвижение, исключает "транспортную усталость"/. По данным ЦНИИ
Градостроительства, к
В целом человечество рассматривает автомобиль как благо и необходимость, однако все острее встает проблема его отрицательного воздействия на окружающую среду, а также истощения природных топливных ресурсов. К факторам негативного влияния на биосферу относятся, прежде всего, загрязнение воздуха и шумы.
Загрязнение воздуха автомобилями происходит за счет испарения топлива из топливных баков и агрегатов систем питания, в основном за счет картерных и отработавших газов. На долю автотранспорта приходится более трети общего объема вредных выбросов в атмосферу, в Киеве, Львове, Полтаве, многих курортных городах - более 70 %. Ежегодно автомобили Минтранса УССР выбрасывают в окружающую среду свыше 900 тыс. тонн вредных веществ.
Выхлопные газы автотранспорта содержат свыше 200 химических соединений, большинство которых токсичны. Особую опасность для здоровья и жизнедеятельности людей представляют оксид углерода, оксиды азота, углеводорода, аэрозоль свинца, альдегиды, оксиданты, сажа. Оксиды азота, легко поглощаясь кровью, оказывают вредное воздействие на легкие и глаза. Сажа, копоть, адсорбируя канцерогенные вещества, в частности бензапарен, могут служить причиной рака легких. Оксид углерода влияет на содержание кислорода в крови. Свинец, образуя комплексы со многими органическими соединениями в организме человека, разрушает в костях кальций, препятствует многим жизненно важным реакциям, в том числе - синтезу гемоглобина. Опасность усугубляется тем, что свинец способен накапливаться во внешней среде и в организме. Выбрасываясь в атмосферу в виде субмикронных аэрозолей размером менее 0,5 мкм, свинец проникает из воздуха в почву, воду, биологические объекты, накапливается растениями и почвой, а затем поступает с пищей в организм людей и животных. Признаки отравления свинцом отмечены при его концентрации в крови 200 - 400 мкг/л. Такого уровня достигает концентрация в крови жителей Стокгольма.
Ядовитые загрязнители воздуха обладают способностью накапливаться в человеческом организме. Их действие до определенного времени не проявляется. Но тем не менее они вызывают медленное отравление, способствуют возникновению заболеваний, последствия которых проявляются порой через много лет, когда спасти человека нередко уже невозможно. При этом следует учитывать, что основная доля вредных продуктов сгорания /оксид углерода, углеводороды и оксиды азота/ тяжелее воздуха и скапливаются у земли, в траве и песке, то есть в первую очередь поглощают и заражаются им дети.
Вредным воздействием автомобильного транспорта является также шум.
Уровень уличного шума на оживленных улицах /в том числе в примагистральных зданиях/ достигает 80 дБ. Экспериментально выявлено, что в таких условиях количество нормальных реакций человека снижается через час на 12,5 %, а через два часа - на 13,2 %. Причем "вклад" транспорта в шумовой фон города составляет не менее 80 %! Жители крупных городов жалуются в 60 % случаев на шум от городского транспорта и только в 20 - 30 % случаев - на шум от промышленных предприятий.
Уровень уличного шума определяется интенсивностью, характером и скоростью транспортного потока, планировочными решениями /продольный и поперечный профиль улиц, высота и плотность застройки, степень и характер озеленения/ и во многом - техническим состоянием двигателя, глушителя, системы выхлопа и карбюрации, оказывает влияние частота вращения коленчатого вала, нагрузка на двигатель, даже характер рисунка протектора и тип шин. Каждый из перечисленных факторов может изменить уровень транспортного шума на 10 - 20 дБ.
Говоря об отрицательных последствиях автомобилизации, нельзя обойти молчанием дорожно-транспортные происшествия.
Но данным ГАИ МВД УССР, только за 1989 год по Украине от дорожно-транспортных происшествий погибло 8854 человека, ранено - 58552 человека. По СССР число погибших составило 58460 чел., раненых - 346484 человека.
Особую тревогу и боль
вызывает детская смертность: за
Рассказав учащимся о негативных последствиях автомобилизации для окружающей среды, необходимо охарактеризовать основные направления борьбы с ними, наиболее полно останавливаясь на материалах соответствующего профиля.
Одним из наиболее эффективных направлений борьбы с загрязнением биосферы является совершенствование конструкции и создание малотоксичных двигателей внутреннего сгорания. Ведутся поисковые исследования по разработке перспективных двигателей с нетрадиционным рабочим процессом, который обеспечивает возможность создания малотоксичного автомобиля, соответствующего жестким нормам при использовании утлеводородных топлив. Создаются работоспособные образцы поршневых двигателей с послойным сгоранием, роторно-поршневых и газотурбинных двигателей, двигателей, работающих по циклу. Стирлинга и Равкина, а также автомобилей с электрической тягой. Эти двигатели находятся в разных стадиях практической отработки, однако, поскольку, по мнению экспертов, ДВС остаются на ближайшие 25 - 30 лет основным типом двигателей, именно благодаря этим конструкциям предстоит решать проблему снижения токсичности в ближайшее десятилетие.
Одним из путей совершенствования конструкции является создание аппаратуры для снижения токсичности традиционных бензиновых двигателей без принципиального изменения их конструкции. К таким системам относятся замкнутые системы вентиляции картера, система рециркуляции отработавших газов, сгорание топлива в среде с избытком кислорода, подача воздуха под давлением в зону выпускных клапанов, наддув, подача воды во всасывающий трубопровод, предварительное охлаждение всасываемого воздуха, применение добавочных карбюраторов, применение регулятора разряжения и связанного с ним экономайзера холостого хода, применение каталитических нейтрализаторов и пламенных дожигателей.
В результате исследований, проведенных в СССР и за рубежом, установлено, что техническое состояние двигателя также оказывает значительное влияние на концентрацию токсичных компонентов в отработавших газах. Определяющим является состояние цилиндро-поршневой группы, газораспределительного механизма, системы впуска воздуха, температурный режим, а также состояние системы подачи топлива и зажигания /для карбюраторных двигателей/.
Особую актуальность приобретает в настоящее время внедрение в практику простых регулировок, обеспечивающих снижение токсичных выбросов и не требующих больших затрат времени и сложного оборудования, например, регулировок двигателей на минимальную токсичность при работе на холостом ходу. Это объясняется тем, что до 30 % времени работы автомобильного двигателя в городских условиях составляет работа на холостом ходу, а доля окиси углерода, выделяемой при этом, составляет 40 - 45 %.
Учитывая, что ситуация с загрязнением воздуха автомобильными выхлопными газами близка к критической, исполком Моссовета совместно с Министерством автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения СССР приняли программу оснащения системами нейтрализации отработавших газов /СНОГ/ автомобилей и автобусов. Эту систему приходится разрабатывать, так как на Западе от нее уже давно отказались, заменив ее приборами электронного контроля, результаты которого немедленно выводятся на приборную панель машины. У нас же автомобилей, оснащенных электроникой, вообще нет.
В конце 1989 года Госкомитет СССР по науке и технике подвел итоги конкурса на разработку экологически чистого автомобиля 2000 года. Особо отмечен двигатель с мембранной камерой: из атмосферного воздуха мембрана пропускает в камеру сгорания только кислород, задерживая все остальные газы, что практически исключает образование вредных окислов азота. По итогам конкурса определены основные направления реализации программы "Экологически чистый автотранспорт". Это разработка автомобиля особо малого класса, магистрального автопоезда, городского автобуса нового типа.
Следующим направлением борьбы с загрязнением окружающей среды являются организационно-технические мероприятия в эксплуатации, к которым относятся: рациональная организация движения автомобилей, выбор оптимального подвижного состава, комплекс организационно-технических мероприятий по поддержанию технических характеристик современных автомобилей.
Доказано, что значительного снижения концентрации токсичных веществ в воздухе больших городов можно добиться выносом транзитного движения за пределы города, созданием скоростных дорог, прокладываемых вне зоны жилья, удалением жилых домов на определенное расстояние от автомагистралей, озеленением этих разрывов и т.п. Безостановочное движение по принципу "зеленой волны" способствует движению автомобилей с постоянной скоростью и предельно уменьшает время работы двигателя на режиме разгона и холостого хода, то есть на режимах максимальной токсичности отработавших газов. Кроме того, около стоящих автомобилей отсутствует циркуляция воздуха, возникающая при движении. С этой целью во многих городах ведется реконструкция: выпрямляются улицы, расширяется проезжая часть, устраиваются пересечения в различных уровнях.
Экспериментально доказано, что увеличение сети дорог в небольшом городке в 2 раза, практически не уменьшив суммарный выброс токсичных веществ, снижает удельное загрязнение зон города окисью углерода и углеводорода почти в 1,5 - 2 раза.
В системе Минтранса УССР запрещена работа двигателей при длительных стоянках во время пересменки и отстоя. Дислокация автоколонн привязывается к местам максимальной концентрации грузов, сокращаются нулевые пробеги, с помощью ЭВМ составляются оптимальные маршруты перевозки грузов. Совместно с Госавтоинспекцией разрабатываются маршруты движения автотранспорта с выносом основных транспортных потоков за пределы густонаселенных районов и улиц. Производственные помещения АТП и АРЗов оборудуются конвейерными поточными линиями для перемещения автомобилей при обслуживании и ремонте, озеленяется территория, проводится ряд других мероприятий по предотвращению загазованности.
Направление природоохранной деятельности, рассчитанное на перспективу, однако охватывающее не только проблему отравления окружающей среды, но и дефицита топливных ресурсов, состоит в изменении энергетической базы автомобильного транспорта путем налаживания широкого производства новых топлив, в том числе неуглеводородного происхождения. Особый интерес вызывает водород, который при сгорании не дает токсичных продуктов и может быть получен из воды путем электролиза практически в неограниченном количестве. Обратимость процессов получения и сгорания водорода, исходным и конечным продуктом которых является вода, делает цикл применения водорода замкнутым и практически исключает его влияние на экологическое равновесие.
Не получили
распространения экологически чистые электромобили, поскольку они значительно
уступают бензиновым в скорости, запасе хода и имеют очень большую массу. Для
оценки качества энергоустановок в технике принята характеристика -
энергоемкость, то есть отношение запаса энергии на борту к массе
энергоустановки. Чтобы быть конкурентоспособными, электромобили должны иметь
200 ВТ-ч/кг, в то время как лучшие современные модели имеют 40 - 60 ВТ-ч/кг
/для сравнения - первые электромобили сто лет назад имели энергоемкость 15
ВТ-ч/кг/. Кроме того, по результатам экономического расчета цепочек
преобразования энергии от ее источника до получения полезного эффекта,
проведенного в ФРГ, коэффициент полезного действия при передаче энергии
различными способами транспортным средствам составил: электротранспорт - 6,5 %, автомобиль - 4,2 %, электромобиль - 2,0 %. Таким
образом, электромобиль - самый расточительный вид транспорта: из
Реальной альтернативой традиционным видам топлива является газ, запасов которого в СССР ориентировочно на 100 лет.
Большие запасы, высокие
темпы добычи, развитая сеть магистральных газопроводов, а главное -
значительное снижение токсичности отработавших газов за счет снижения
концентрации продуктов неполного сгорания, окиси углерода и углеводорода и
окислов азота, открывают широкие возможности для повсеместного использования
газа в качестве моторного топлива. Однако, по данным Московской
санэпидемстанции, бюро ЦК профсоюза отрасли и МПО "Мосавтолегтранс",
в сжиженном газе в качестве одоранта применяется вещество второго класса
опасности, в процессе использования которого образуются остротоксичные
компоненты, причиняющие несомненный вред здоровью водителей и пассажиров.
Результаты социологического опроса водителей, работающих на газобаллонных
автомобилях, подтвердил резкое ухудшение самочувствия к концу смены. Наряду с
этим наблюдаются случаи возгорания и взрывов таксомоторов. Именно поэтому еще в
Наряду с поиском новых видов топлива для автомобильного транспорта ведется работа по совершенствованию использования традиционных топлив с целью их соответствия требованиям охраны окружающей среды.
Получило распространение добавление к топливам специальных веществ - присадок, изменяющих ход протекания процесса сгорания и, следовательно, содержание в отработавших газах некоторых токсичных веществ. Например, в институте химии присадок АН АзССР создан ряд бариевых присадок. При добавлении к дизельному топливу 1 % таких присадок в отработавших газах уменьшается количество сажи на 70 - 80 %, а канцерогенных веществ - на 60 - 80 %.
Антидетонационная присадка ЦТМ, созданная московскими химиками, позволяет исключить из топлива тетраэтилсвинец.
Отдельно стоит вопрос о
применении этилированных бензинов. Сегодня многие страны мира имеют четкие
программы перевода к 2000 году всего автотранспорта на неэтилированный бензин.
В Советском Союзе производство неэтилированных автобензинов составляет около 28
- 30 %. Такие бензины поставляются в Москву, Ленинград, ряд столиц союзных
республик. Проектом плана развития народного хозяйства на 1991 - 1995 гг.
намечена широкая программа строительства мощностей для производства
неэтилированных бензинов. Миннефтехимпром СССР планирует довести их выпуск в
Чрезвычайно токсичным,
из-за большого содержания- серы /до 0,5 %/ является современное дизельное
топливо. Госпланом УССР на
В целом по республике разработана специальная программа по защите окружающей среды, на реализацию которой выделено 170 миллионов рублей. Определены задачи по переводу всего автотранспорта на более чистые виды топлива - неэтилированный бензин и малосернистое дизельное топливо. Продолжается целенаправленная работа по переводу автомобилей на сжиженное и газообразное топливо.
Осуществление комплекса мер, предусмотренных проектом Государственной программы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов УССР до 2005 года, позволит уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу до предельно допустимых величин. Однако преодолеть последствия экологической катастрофы, нависшей над республикой, удастся лишь при условии, что экология станет действительно приоритетной.
В результате изучения настоящего материала учащиеся должны прийти к объективной оценке последствий автомобилизации для человека; оценив те блага, которые дает изобретение и применение автомобиля, понимать всю опасность его воздействия на природу, осознать необходимость бережного отношения к природе, разумного преобразования ее, рационального использования природных ресурсов в интересах живущих сейчас и будущих поколений.
Литература
1. Горбачев М.С. Политический отчет ЦК КПСС ХХVIII съезду КПСС и задачи партии
2. Материалы 12 сессии Верховного Совета УССР одиннадцатого созыва
3. Аксенов М.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды, - М.: Транспорт, 1986. - 176 с.
4. Иванов В.Н., Сторчевус В.К., Доброхотов B.C. Экология и автомобилизация. - Киев: Будiвельник, 1983, - 88 с.
5. Кудрявцев O.K. Город и транспорт. - М.: Знание, 1975, - 48 с.
6. Луканин В.Н., Гудцов В.Е., Бочаров Е.Ф. Снижение шума автомобиля. - М.: Машиностроение, 1981. - 158 с.
7. Факторович А.А., Постников Г.И. Защита городов от транспортного шума. - Киев: Будiвельник, 1982. - 144 с.