Усиление экологической составляющей в инженерных дисциплинах

УСИЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ИНЖЕНЕРНЫХ ДИСЦИПЛИНАХ

Автомобильный транспорт является одним из основных источников загрязнения окружающей среды на урбанизированных территориях. Поэтому важной задачей является уменьшение вредного воздействия автомобиля на всех стадиях его полного жизненного цикла, включающего добычу сырья, получение материалов, топлива и электроэнергии для производства автомобиля, его эксплуатацию и утилизацию.

При подготовки инженеров упускается важный момент жизненного цикла автомобиля — утилизация. На данный момент утилизация транспортных средств является актуальной темой во всем мире, в России этот вопрос в настоящее время стоит особо остро.

АТС, вышедшие из эксплуатации, представляют собой значительную угрозу для окружающей среды ввиду их большого количества, значительной массы и наличия в них токсичных веществ, которые оказывают длительное негативное воздействие, как на здоровье людей, так и на экосистемы.

Отходы АТС характеризуйся большой неоднородностью, но объему, составу и динамике образования, все они при неправильном обращении наносят значительный ущерб окружающей среде. Доля брошенных и разукомплектованных АТС в общем количестве транспортных средств, ежегодно выходящих из эксплуатации, не превышает 20%. При этом на переработку поступают лишь 40% от этого количества или 8% от объемов образования. Эти данные свидетельствуют о крайне низкой эффективности системы управления утилизацией АТС. Если такая ситуация сохранится в ближайшие годы, то будет происходить накопление массы не утилизированных АТС. С ростом ежегодных объемов образования данного вида отходов — через несколько лет процесс войдет в фазу «взрывного роста».

Проблема сбора и утилизации АТС напрямую затрагивает вопросы экологии и охраны окружающей среды. Не вовлеченные в сбор и утилизацию АТС содержат большое количество элементов, негативно воздействующих на окружающую среду:

• — свинецсодержащие элементы;
• — отработанные масла;
• — технические жидкости;
• — пластики и т. д.

Данные элементы в большей или меньшей степени оказывают воздействие на такие компоненты ОС как земельные ресурсы региона, водные ресурсы и атмосферу.

АТС является сложным объектом утилизации, т.к. состоит из различных материалов, отличающихся различной степенью возможности вторичного использования, рециклируемости. В ведущих странах сбором и утилизацией отслуживших АТС и изношенных автомобильных деталей занимается специализированная отрасль производства, при этом различные аспекты утилизании, в том числе и экономические, регламентируются законодательно-нормативной базой.

Основополагающим документом регламентирующим вопросы утилизации автомобилей, являются стандарты серии ИСО 14 000. В частности, стандарты ИСО 14 040−14 043 предусматривают оценку экологических показателей автомобилей по полному жизненному циклу, предъявляют требования по уменьшению потребления природных ресурсов и энергии, а также вредного воздействия на окружающую среду на всех стадиях жизненного цикла автомобиля.

Утилизация автомобиля может производиться следующим образом:

• — повторным использованием деталей и узлов АТС после восстановления их работоспособности;
• — путем предварительной подразборки АТС и последующей переработки материалов;
• — путем переработки и возвращения, и производство материалов (рециклирования материалов);
• — путем выработки энергии (например, путем сжигания части отходов).

Для отечественных автомобилей первый метод утилизации пока применим мало из-за невысокого качества узлов, агрегатов и комплектующих, входящих в состав АТС, которые выходят из строя гораздо раньше их нормативного срока службы и оказываются непригодными к восстановлению.

На сегодняшний день в России второй метод утилизации является наиболее приемлемым как с экологической, так и с экономической точки зрения.

В таблице 1 представлены данные о фактически содержащихся групп материалов в автомобилях.

Таблица 1 — Применение групп материалов в легковых автомобилях.

Рециклинг подавляющей доли материалов, использованных при конструировании автомобиля, является экономически выгодным и способным приносить предприятию-переработчику АТС прибыль. К данным материалам можно отнести: черные и цветные свинец, шины, некоторые виды пластиков, отработанные масла и прочие жидкости.

Согласно принятому стандарту ISO 22 628 «Автомобили — Рециклируемость и приспособленность к повторному использованию — Метод расчета». Фирма BMW. опережая введение директивы Европейского Союза, разработала собственный стандарт предприятия 11 399.0. Ниже приведены критерии, используемые фирмой BMW при проектировании новых автомобилей.

Особое внимание должно уделяться технико-экономической целесообразности рециклирования. В соответствии со стандартом BMW 11 399.0 должны учитываться требования легкости разборки и сортировки рециклируемых узлов и материалов. Композиционные материалы должны выбираться так, чтобы они могли быть рециклируемы. Детали должны иметь маркировку, в соответствии со стандартом, указывающую из какого материала они сделаны. Фирмой BMW ставится задача рециклирования более 90% массы материалов автомобиля.

Количественная оценка производится по следующей зависимости:

ЦР=(Н-О)/|(Р-П-Т)|.

где ЦР — целесообразности рециклирования;

Н — стоимость нового материала;

О — стоимость захоронения отходов;

Р — стоимость разборки;

П — стоимость переработки;

Т — стоимость технического обеспечения;

Если полученное значение ЦР оказывается более 100%, то рециклирование материала считается экономически целесообразным.

Фирма BMW имеет, так называемый, «Красный список» материалов, которые по возможности не должны применяться в конструкции автомобиля. Использование летучих органических углеводородов и галогенсодержащих материалов должно быть определено для отдельных процессов и в целом для автомобиля. В качестве примера веществ из «Красного списка» можно назвать асбест и ртуть.

В соответствии с названными критериями производят классификацию материалов (таблица 2). В будущем планируется избегать использования материалов класса R3.

Таблица 2 — Классификация материалов фирмы BMW.

В качестве примера выполнения оценки в соответствии с выбранными критериями можно привести расчет, выполненный для колеса легкового автомобиля массой 20 кг, изготовленного из резины и стали.

Н= 125 руб/кг — стоимость нового материала;

П= 20,5 руб/кг — стоимость переработки;

О = 0,25 руб/кг — стоимость захоронения отходов;

Т= 0,03 руб/кг — стоимость технического обеспечения;

Р = 1,5 руб/кг — стоимость разборки.

Тогда целесообразность рециклирования:

Поскольку полученное значение выше 100%, материалы колеса не относится к разряду «проблемных» и возможно его повторное использование практически на 100%, то бампер можно отнести к классу R1.

В результате проведения оценок экологических показателей своей продукции фирма Volvo ввела следующие изменения в конструкцию автомобиля, технологию его производства и рециклирования:

• — увеличена доля материалов, повторно используемых в производстве автомобилей, до 90% (путем сортировки и утилизации отходов производства);
• — все пластмассовые детали массой более 50 г имеют маркировку в соответствии с международными стандартами;
• — поставлена цель снижения энергопотребления при производстве автомобилей на 5% в год (в настоящее время затраты составляют около 5 МВт•ч на производство одного автомобиля);
• — для выпускаемых автомобилей разработаны руководства по разборке и утилизации по окончании срока службы, а также улучшена технология разборки автомобиля;
• — увеличена до 20…40 кг на автомобиль доля пластмассовых деталей, которые подлежат переработке для повторного использования.

Таким образом в страннах Европы и США действуют отлаженные системы утилизации авто, гарантирующие, что абсолютное большинство автомобилей будет грамотно переработано, то в России в основном завершают свой век на стихийных свалках. Или же в городских дворах, занимая ценное парковочное место и отравляя окружающею среду — сильным канцерогеном асбестом, который содержится в тормозных колодках и сцеплении, и свинцом и кислотой аккумуляторов.

По оценкам экспертов, средняя продолжительность жизни российского автомобиля составляет около 12−15 лет, «европейца» — около десяти. В США и Японии век автомобиля и того короче. Отчасти это можно объяснить особенностями системы автострахования — после серьёзных происшествий владельцу выплачивается страховка, а страховая компания не считает целесообразным тратить деньги на восстановление покалеченной машины и сразу отправляет её в утиль, точнее продаёт её компаниям, занимающимся утилизацией авто.

Таблица 3 — Средняя эксплуатация автомобиля.

После того как автомобиль забирают на утилизацию, с него сливают в специальные резервуары все жидкости, чтобы избежать взрывов во время процедуры. Важный момент — обезвредить штатную пиротехнику, которой начинены системы безопасности (подушки и ремни). Демонтируют экологически опасные компоненты, их список определен нормативными документами. Снимают «запчасти» на продажу — те комплектующие, которые ещё могут послужить. Далее автомобиль поступает на специальную шредерную установку. И здесь уже специальная дробилка разбивает автомобиль на отдельные куски, превращая его в размельчённый материал. Раздробленные остатки делят на части: чёрные металлы, цветные (алюминий, латунь, медь), полимеры, стекло, обивку и шредерные остатки (мелкие фракции), составляющие около четверти массы автомобиля и подлежащие либо сжиганию, либо захоронению на специализированных свалках. Для такого разбора применяют различные методы магнитной, воздушной и ручной сепарации.

Данная операция приносит значительную экономическую выгоду. К примеру, в результате подобных процедур немецкое отделение Ford за год извлекает из утилизируемых машин около 3 млн. л масла, 141 тыс. л антифриза, 3 тыс. тонн покрышек, 766 тонн стекла, 600 тонн элементов пластикового декора, 250 тонн деревянных деталей. И всё это вторсырьё идёт на переработку. Свинец — на новые аккумуляторы, отработанные масла будут основой для новых. Старые шины можно восстановить. Это на 20% дешевле, чем произвести новые.

В Евросоюзе, к примеру, вторично используют около 15% шин. Если же покрышки реанимации не поддаются, им находят иное применение: в Польше из измельчённых автопокрышек изготавливают транспортёрные ленты, в Голландии делают изоляцию электрокабелей, в Болгарии — резиновые шпалы для рельсовых путей в шахтах. В США разработали метод производства из шин сырья для дорожного покрытия и научились превращать старые покрышки в удобрения.

Но и при таком подходе система утилизации не безотходна. К примеру, в Германии при техническом обслуживании, ремонте и утилизации автомобилей ежегодно образуется около 1,2 млн. т отходов, попадающих на свалку. Поэтому технологии утилизации не стоят на месте и постепенно совершенствуются, становясь более «чистыми». Сейчас, к примеру, начинают практиковать эффективные и экономически рентабельные технологии газификации отходов. Эта методика позволяет без сортировки перерабатывать автомобильные шредерные остатки (и не только) в синтетические газы, из которых затем получают метанол.

В 2000 году на 26 Международном салоне изобретений, прошедшем в Женеве (Salon International des Inventions de Geneve), золотая медаль досталась группе российских учёных, разработавшей способ озонной переработки изношенных шин. Они предложили «продувать» автомобильные покрышки озоном, что приводит к их полному рассыпанию в мелкую крошку с отделением от металлического и текстильного корда. Эта технология значительно экономичнее всех существующих и безвредна для окружающей среды.

В Европе и Америке утилизация техники — это прибыльный бизнес, механизм которого хорошо отлажен. В США каждый год на утилизацию отправляют около 15 млн легковых автомобилей общей массой около 20 млн т. В их переработке задействованы две сотни предприятий, оснащённых шредерными установками различной производительности. Они сотрудничают примерно с десятью тысячами предприятий, которые занимаются сбором и демонтажем старых автомобилей. Всего в этом секторе задействовано около 40 тыс. человек, а ежегодный объём производства оценивается в $ 4 млрд. Утилизируется около 83% старых автомобилей. Примерно столько же отслуживших автомобилей ежегодно поступают на утилизацию и в Европе. Во Франции около трёх тысяч центров по сбору и демонтажу старых автомобилей и 40 шредерных заводов по измельчению и сепарации. В Германии — около 5 тыс. предприятий по сбору и демонтажу отслуживших автомобилей и 47 шредерных заводов.

Чтобы процесс утилизации происходил максимально эффективно, в Европе новые модели разрабатываются с таким учётом, чтобы автомобиль, после окончания его срока службы, можно было легко переработать. К примеру, при производстве авто не используют ПВХ (поливинилхлорид), их заменили материалами, поддающимися переработке. Согласно директиве ЕС 2005/64/EG (по одобрению типа транспортных средств в отношении их повторного использования, вторичной переработки и утилизации), с декабря 2008;го любой новый автомобиль должен как минимум на 85% состоять из деталей, поддающихся переработке, коэффициент утилизации должен составлять минимум 95% массы автомобиля, а к 2015 году эти цифры увеличатся почти до 100%.

В России же процесс утилизации выглядит несколько иначе: используется самый примитивный способ переработки машин — пресс. Под пресс попадают чёрные и цветные металлы, пластиковые детали и остатки обшивки. Во время переплавки провода и пластик сгорают, выделяя токсичные диоксины, после чего оставшийся металл вновь попадает на автозаводы. Но и до такой примитивной утилизации дойдёт далеко не каждый автомобиль — по приблизительным оценкам лишь около 15% пришедших в негодность.

Для увеличения процента сдачи автомобилей на утилизации можно увеличить, после нескольких лет эксплуатации, налог на автомобиль, как следствие, содержать не соответствующую стандартам экологической безопасности машину становится невыгодно, и владелец везёт её в центр по утилизации. К тому же в Европе стоимость переработки авто уже входит в цену нового автомобиля. Часто рядом с ценой на автомобиль можно увидеть «recycle free». И в ряде стран предусмотрены налоговые льготы.

экологический утилизация автомобиль Таблица 4 — Условия выдачи премий за старые автомобили.

Тем не менее даже в самых современных цепочках утилизации большинство звеньев убыточны. Поэтому во многих странах правительства, региональные и муниципальные органы власти принимают законодательные меры, предоставляющие налоговые льготы организаторам центров по приёму и утилизации отслуживших автомобилей.

В России утилизация автомобилей экономически невыгодна. К тому же не предусмотрено наказание для владельцев, оставивших свой старый, вышедший из строя автомобиль где-нибудь в соседнем дворе. И этого жители района пригласят сотрудников ГИБДД и ДЕЗа, оплатят вызов эвакуатора, это не гарантирует им успеха предприятия — владелец собственности в любой момент может пресечь попытки отправить старый автомобиль в утиль, и закон будет на его стороне. В странах Европы, к примеру, на таких нерадивых владельцев, попытавшихся «забыть» где-нибудь свой старый автомобиль, накладываются серьёзные штрафы, вплоть до € 50 тыс.

Не стоит упускать из виду и то, что переработка автомобилей в России менее рентабельна, чем на западе. Большая часть списанных машин, поступающих на немногочисленные российские предприятия, — отечественного производства, полезного сырья там в разы меньше. Например, не более 30% «Запорожца» есть шанс использовать вторично. Утилизация автобуса и троллейбуса — около 20%.

Таким образом, учитывая актуальность вышеизложенного, для повышения качества подготовки дипломированных специалистов, бакалавров и магистров необходимо включение в рабочие программы блоков специальных дисциплин технических и технологических разделов для изучение аспектов утилизации транспортных средств.

Список использованных источников

• 1. ГОСТ Р ИСО 14 000. Экологическое управление
• 2. ГОСТ 17.4.1.02−83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения
• 3. Васляев, М. А. Разработка единой эколого-ориентированной системы сбора и утилизации вышедших из эксплуатации автотранспортных средств. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук. — М.: ГУУ, 2007 г.
• 4. Вишняков, Я. Д., Васляев, М. А. Система утилизации автотранспортных средств и отходов технического обслуживания, Ж-л «Экология и промышленность России», № 10, 2007 г.
• 5. Звонов, В. А. Экологическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле / В. А. Звонов, А. В. Козлов, В. Ф. Кутенев. — М.: Изд-во НАМИ, 2001. — 248 с.
• 6. Курдюмов, В. И., Зотов, Б. И. Проектирование и расчет средств обеспечения безопасности. — М.: КолосС, 2005. — 216 с., [4] л. ил.: ил.