Загрязняющие вещества. 
Экология транспорта

Отработавшие газы ДВС содержат свыше 500 компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4—5 лет. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы.

В первую группу входят нетоксичные вещества — азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе заслуживает внимания углекислый газ (С0₂), содержание которого контролируется в ряде стран (США, страны ЕС, Япония, Австралия и др.) в связи с особой ролью С0₂ в парниковом эффекте. В России не принята национальная программа в области снижения выбросов С0₂, однако масса выбросов С0₂ от автотранспортных средств составила в 2010 г. свыше 140 млн т.

Ко второй группе относят только одно вещество — оксид углерода, или угарный газ (СО). Продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива не имеет цвета и запаха, легче воздуха. Находясь в атмосфере, угарный газ постепенно (в течение примерно 0,3 года) окисляется до углекислого газа.

Оксид углерода обладает выраженным отравляющим действием. Оно обусловлено его способностью вступать в реакцию с гемоглобином крови, в результате чего образуется карбоксигемоглобин, который не связывает кислород. Вследствие этого нарушается газообмен в организме и появляется кислородное голодание. Ухудшается функционирование всех систем организма. Отравлению угарным газом часто подвержены водители автотранспортных средств при ночевках в кабине с работающим двигателем или при прогреве двигателя в закрытом гараже. Характер отравления оксидом углерода зависит от его концентрации в воздухе, длительности воздействия и индивидуальной восприимчивости человека. Легкая степень отравления вызывает пульсацию в голове, потемнение в глазах, повышенное сердцебиение. При тяжелом отравлении сознание затуманивается, возрастает сонливость. При очень больших дозах угарного газа (свыше 1%) наступают потеря сознания и смерть.

Характерно, что оксид углерода может полностью выводиться из организма после пребывания пострадавшего на свежем воздухе. Признаки хронического отравления угарным газом — постепенное исхудание, головные боли, различные вегетативные и психические расстройства, нарушение умственной работоспособности.

В составе третьей группы оксиды азота, главным образом NO — оксид азота и N0₂ — диоксид азота. Это газы, образующиеся в камере сгорания ДВС при температуре 2800 °C. Оксид азота — бесцветный газ, не взаимодействует с водой, но легко окисляется кислородом воздуха и образует N0₂ — газ бурого цвета с характерным запахом. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углублениях, канавах и представляет большую опасность при техническом обслуживании транспортных средств.

Действие того и другого газа вредно для человеческого организма. Вдыхая воздух, содержащий оксиды азота в высоких концентрациях, человек не имеет неприятных ощущений и не предполагает отрицательных последствий. Однако эти газы, попав в органы дыхания и взаимодействуя там с влагой, образуют азотистую и азотную кислоты, раздражающие слизистые оболочки. При длительном воздействии оксидов азота в концентрациях, превышающих норму, люди заболевают хроническим бронхитом, воспалением слизистой желудочно-кишечного тракта, страдают сердечной слабостью, а также нервными расстройствами. При высоких концентрациях оксидов азота (0,004—0,008%) возникают астматические проявления и отек легких. Причем последствия воздействия оксидов азота проявляются не сразу. Некоторое время после отравления человек чувствует себя хорошо, а потом тяжело заболевает.

Оксиды азота оказывают отрицательное воздействие и на растительность, образуя на листовых пластинах растворы азотной и азотистой кислот. Этим же свойством обусловлено влияние оксидов азота на строительные материалы и металлические конструкции. Кроме того, они участвуют в фотохимической реакции образования смога.

В четвертую, наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, т. е. соединения типа С_ГН^. В отработавших газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов, всего около 160 компонентов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе. Несгоревшие углеводороды являются одной из причин появления белого или голубого дыма.

Углеводороды токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека. Полициклические ароматические углеводороды, наряду с токсическими свойствами, обладают канцерогенным действием. Канцерогены — это вещества, способствующие возникновению или развитию злокачественных новообразований. Особой канцерогенной активностью отличается ароматический углеводород бензапирен С₂₀Н₁₂, содержащийся в отработавших газах бензиновых двигателей и дизелей. Он хорошо растворяется в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Накапливаясь в организме человека до опасных концентраций, бензапирен стимулирует образование злокачественных опухолей.

Введено нормирование содержания углеводородов в бензине и дизельном топливе. В Европе их содержание соответствует нормам Евро-5 и не должно превышать: в бензине для ароматических углеводородов — 35%, олефиновых — 14%, в дизельном топливе для полициклических ароматических углеводородов — не более 3%. Действующие в России ограничения согласованы с европейскими стандартами, но отстают по времени.

Негативное воздействие углеводородов на окружающую природную среду проявляется также и в том, что они под действием ультрафиолетового излучения Солнца вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются новые токсичные продукты — фотооксиданты, являющиеся основой «смога» (от англ, smoke — дым и fog — туман). Фотооксиданты биологически активны, оказывают вредное воздействие на живые организмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболеваний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости.

Впервые появление смога было зафиксировано в ЛосАнджелесе в конце 40-х гг. XX в. Причиной его явилось чрезмерное загрязнение воздуха промышленными и транспортными выбросами. В 1952 г. явление смога наблюдалось в Лондоне. Оно вызвало катастрофические последствия — его жертвами стали около 4 тыс. человек, погибших из-за увеличения числа респираторных заболеваний иод воздействием смога.

Впоследствии смог периодически появлялся во многих крупнейших городах мира. По характеру действия стали выделять две разновидности смога: лос-анджелесского типа, сухой, и лондонского типа, влажный. При смоге у людей происходит воспаление глаз, слизистых оболочек, отмечаются симптомы удушья.

Пятую группу составляют альдегиды — органические соединения, содержащие альдегидную группу СНО. В отработавших газах присутствуют в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.

Формальдегид НСНО — бесцветный газ с неприятным запахом, тяжелее воздуха, легкорастворимый в воде. Он раздражает слизистые оболочки человека, дыхательные пути, поражает центральную нервную систему. Создает запах отработавших газов, особенно у дизелей.

Акролеин СН₂ = СН-СОН, или альдегид акриловой кислоты, — бесцветный ядовитый газ с запахом подгоревших жиров. Оказывает воздействие на слизистые оболочки.

Уксусный альдегид С₂Н₄0 — газ с резким запахом и токсичным действием на человеческий организм.

В шестую группу выделяют сажу и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.). Сажа — частицы твердого углерода черного цвета, образующиеся при неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива. Она не представляет непосредственной опасности для здоровья человека, но может раздражать дыхательные пути. Создавая дымный шлейф за транспортным средством, сажа ухудшает видимость на дорогах. Наибольший вред сажи заключается в адсорбировании на ее поверхности бензапирена, который в этом случае оказывает более сильное негативное воздействие на организм человека, чем в чистом виде.

Седьмая группа представляет собой сернистые соединения — такие неорганические газы, как сернистый ангидрид, сероводород, которые появляются в составе отработавших газов двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению с другими видами топлив, используемых на транспорте. Наличие серы усиливает токсичность отработавших газов дизелей. Сернистые соединения сгорают в дизельных двигателях в основном до диоксида серы, который вызывает коррозию металлов, кислотные дожди.

Сернистые соединения обладают резким запахом, тяжелее воздуха, растворяются в воде. Оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, могут привести к нарушению углеводного и белкового обмена, при высокой концентрации (свыше 0,01%) — к отравлению организма. Сернистый ангидрид губительно воздействует и на растительный мир.

Для отечественных месторождений нефти (особенно в восточных районах) характерен высокий процент присутствия сернистых соединений (для нефти марки Urals — 1,3%, в то время как для норвежской нефти — всего 0,3%). Поэтому и получаемое из отечественной нефти дизельное топливо сложнее очистить от сернистых и парафиновых соединений. Повышение качества топлива нефтеперерабатывающими заводами приводит к сокращению выбросов диоксида серы. Высококачественное дизельное топливо производится на основе современных дорогостоящих технологий гидроочистки (гидрокрекинг и др.) с добавлением присадок различного функционального назначения, таких как депрессорные, моющие, антидымные, противоизносные.

Мировые требования к характеристикам различных видов топлива установлены Всемирной топливной хартией (ВТХ), подготовленной к 2000 г. с участием ряда стран, и директивами Европейского Союза. Был утвержден европейский стандарт EN 590, в котором регламентируется содержание серы в дизельном топливе. В соответствии с требованиями этого стандарта содержание серы постоянно снижалось: в 2005 г. — до 0,0050% (50 ppm), в 2010 г. — до 0,10% (10 ppm). Ожидается, что в ближайшие годы почти 100% дизельного топлива на рынке ЕС будет «бессерным». В США и Канаде также установлены жесткие требования на содержание серы в дизельном топливе.

Российский ГОСТ Р 52 368—2005 дублирует все требования европейского стандарта в версии 2004 г. — EN 590:2004 (именно поэтому в обозначениях дизельного топлива, изготовленного по ГОСТ Р 52 368—2005, обязательно присутствует слово «Евро» и ссылка на «EN 590:2004»). Однако не все нефтеперерабатывающие заводы сразу перешли на выпуск топлива европейского стандарта, и норма содержания серы до 350 мг/кг существовала до 2012 г. С этого времсни норма содержания серы была ужесточена до 50 мг/кг; она просуществует до 31 декабря 2014 г. Итак, с 2012 г. нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает дизельное топливо с содержанием серы 10 и 50 мг/кг.

Для судов морского и речного флота отечественные нефтеперерабатывающие заводы поставляют маловязкое судовое топливо, заменившее дизельное и газотурбинное топливо для использования в судовых высокои среднеоборотных дизелях, а также на газотурбинных установках. Главным отличием этого топлива от дизельного является более высокий процент содержания серы (до 1,5%) и более низкое цетановое число. Топливо судовое маловязкое производится трех видов, которые различаются между собой по массовой доле серы — не более 0,5; не более 1,0; не более 1,5%.

Микрочастицы тяжелых металлов — цинка, серебра, никеля и др. — образуются не при сгорании горючих смесей в транспортных двигателях. Эти элементы поступают в пространство вблизи автодорог от движущихся автомобилей за счет износа металлических частей транспортных средств (цилиндро-поршневой группы двигателя, подвижных деталей кузова, подвесок и др.), а также протекторов шин. Никель является одной из основных легирующих добавок в конструкционных сталях, из которых изготовлены кузов и двигатель автомобиля. Цинк используется в качестве связующего компонента резины шин. Большие количества свинца и цинка фиксируются на обочинах узких дорог, а никеля и хрома — возле скоростных трасс. Содержание цинка, серебра и меди вблизи дорог в 5—7 раз превышает фоновую концентрацию.

Тяжелые металлы, поступающие в атмосферу от транспортных средств, находятся во взвешенном состоянии. Вместе с частицами пыли они попадают в легкие человека и кровь, где происходит накопление и усвоение до 50% их количества. В результате возникает нарушение работы кроветворных органов и центральной нервной системы. В то же время попадание тяжелых металлов в организм человека с пищей не приводит к их усвоению и накоплению, так как 95% металлов в этом случае выводится.

Аккумуляция тяжелых металлов оказывает вредное воздействие и на растения. Например, попадание в растения кадмия приводит к вытеснению из них важного микроэлемента цинка, нарушению процесса дыхания и белкового обмена.

Для снижения количества попадающих в организм человека тяжелых металлов необходимо вдоль автотрасс высаживать зеленые насаждения, способные накапливать в листве наиболее опасные тяжелые металлы и задерживать пыль. Особенно подходят для этих целей деревья с большой площадью листовых пластин — клен, дуб. Последний к тому же обладает сильными фитонцидными свойствами.

Негативное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные компоненты отработавших газов двигателей и частицы продуктов износа транспортных средств, но и сами углеводородные топлива, масла и смазки. Обладая большой способностью к испарению, особенно при повышении температуры, пары топлив и масел распространяются в воздухе и отрицательно влияют на живые организмы.