Использование двигателей внутреннего сгорания вызывает самое большое загрязнение воздуха, по сравнению с остальными источниками загрязнения воздуха. В состав отработавших газов входят следующие вредные для здоровья человека вещества.
Диоксид углерода (СO2)
Образуется при сгорании углеродосодержаших топлив. Представляет собой бесцветное загрязняющее вещество, не имеющее запаха, которое является основным газом, который приводит к парниковому эффекту на Земле.
Оксид углерода (СО)
Образуется при неполном сгорании углеродосодержащих топлив. Это бесцветный газ без запаха. Отрицательно воздействует на сердце и может причинить вред организму человека.
Углеводороды (СН)
Содержатся в несгоревшем бензине. Они представляют опасность, например, бензол может вызвать лейкемию. Некоторые углеводороды при солнечном свете вступают в реакцию с окисями азота, причем в результате этой реакции образуется смог.
Оксид азота (NOx)
Образуется при сгорании углеродосодержащих топлив. Вызывает респираторные заболевания. Преобразуется в мелкие частицы, которые могут проникать в легкие человека, причем смешиваясь с водой, будь то в воздухе или в легких человека образует кислоты.
Твердые частицы (РМ)
Дым и сажа содержат твердые частицы. Мелкие твердые частицы могут проникнуть в легкие человека. Ткани легких защищены лишь стенками толщиной с молекулу и поэтому происходит легкое проникновение в них частиц.
Диоксид серы (SO2)
Образуется при сгорании углеродосодержащих топлив с примесями серы. Представляет собой бесцветный газе резким кислым запахом. Оказывает отрицательное воздействие на дыхательную систему человека.
Свинец (Pb)
Загрязнение окружающей среды свинцом является результатом его добавления в .некоторых случаях в бензин. Оказывает отрицательное воздействие на нервную систему человека. Следует отметить, что широкое применение свинца еще в Древнем Риме в качестве консерванта для вин сыграло свою роль в падении империи.
Причины низкой экономичности и токсичности ДВС работающих на нефтяном топливе
Имеется предел повышения экономичности ДВС (бензиновых и дизельных), а также и снижения их токсичности. Причинами неэкономичности ДВС (КПД даже перспективных ДВС примерно составляет 30%) являются следующие:
- потери при сгорании топлива (потери от поступления не сгоревшего топлива в систему выпуска);
- потери из-за богатой топливовоздушной смеси;
- потери в результате окисления и горения топлива в фазе сжатия (в связи с наличием угла опережения впрыска или угла опережения зажигания);
- потери в камере сгорания за счет зазора между поршнями и стенками блока цилиндров;
- потери на трение поршневых колец о блок цилиндров;
- потери из-за сил инерции, возникающих в ДВС (в результате «перекладки» поршней и других элементов ДВС);
- потери на трение из-за ассиметричных реакций шатунов;
- потери из-за ассиметричного горения;
- потери в результате соударения пар сочлененных деталей КШМ и ЦПГ;
- потери на работу агрегатов установленных на ДВС.
Причины несоответствующей экономичности и токсичности двигателей внутреннего сгорания связаны с особенностями работы поршневых ДВС. Повышение экономичности и снижение токсичности ДВС возможно лишь за счет перехода двигателей на новые виды топлива, либо за счет создания принципиально новых конструкций двигателей с кинематикой, аналогичной электродвигателю (КПД электродвигателя примерно составляет 98%).
Необходимость применения переработки горючих отходов в качестве топлива
Кардинальные ценовые изменения на топливно-энергетическом рынке РФ, происходящие в последние годы, перспективы дальнейшего удорожания первичных энергоресурсов и, как следствие, электрической и тепловой энергии, а также ужесточение требований по охране природы, предопределяют необходимость масштабного применения переработки горючих отходов в качестве топлива.
С другой стороны в РФ добыча энергоресурсов сосредоточена на значительных расстояниях от основных потребителей этих ресурсов. Например, уголь в РФ потребляется в 80 регионах, а добывается только в 24, и в масштабах нашей территории транспортная составляющая цены топлива резко возрастает. Например, при перевозке угля на расстояние 2,5 тыс. километров, стоимость железнодорожных перевозок превышает стоимость перевозимого угля. В этих условиях значительно возрастает роль местных видов топлива, значительная часть которых может быть получена при переработке горючих отходов и из которых затем могут быть получены тепло и электроэнергия.
Решение этого вопроса помимо весьма существенной экономии энергоресурсов приводит к снижению экологической нагрузки на окружающую среду от продуктов жизнедеятельности человека.
Направления переработки горючих отходов определяются их природой, наличием соответствующих технологий и оборудования, потребителей продуктов переработки, эффективностью производства.
Можно выделить главные направления:
- переработка горючих отходов в энергоносители (окускованное твердое топливо, горючий газ);
- переработка горючих отходов в удобрения и структурообразова-тели почв;
- переработка горючих отходов в корм животных.
Газогенераторы
Процесс производства топливных брикетов заключается в том, что органо-содержащие отходы, в том числе илистый осадок сточных вод с влажностью не более 80% горючих ТБО, древесно-растительные и другие энергонесущие отходы, измельчаются, смешиваются в определенной пропорции до получения однородной массы, затем перемешиваются с добавкой связующего компонента, который также является отходом производства; полученная смесь активируется, гидрофобизируется, подвергается экструзии, формируется в гранулы или брикеты, которые сушатся.
Терморазложение происходит в условиях дефицита кислорода при температуре ~ 900°С. Продукты (ПГС) проходят через кислородную зону с паровоздушным поддувом, где под воздействием температуры примерно 1500°С происходит разложение и обезвреживание паровой фракции жидких продуктов (смол, фенолов, диоксинов, спиртов и т.п.) и окисление углерода (кокс-сухой остаток) до двуокиси углерода. Когда весь кислород в результате реакции исчезает, полученные продукты проходят через зону восстановления, где при температуре примерно 1100 °С за счет взаимодействия двуокиси углерода и паров воды с раскаленным углеродом образуются основные горючие составляющие генераторного газа СО и Н2. Оптимальные условия достигаются тогда, когда в кислородной зоне все составляющие ПГС разлагаются и окисляются, а в зоне восстановления двуокись углерода полностью восстанавливается до окиси углерода и водорода, а в остатке получается зола после дожига коксового углеродного остатка. Весь процесс происходит в герметичном объеме газогенератора и, соответственно, без вредных выбросов в атмосферу.
Особенности гибридных (комбинированных) энергетических установок
Для снижения токсичности и повышения экономичности ДВС автотранспортных средств целесообразно использование гибридных (комбинированных) энергетических установок, включающих двигатель внутреннего сгорания (ДВС), электродвигатель, генератор для вырабатывания электроэнергии, которая накапливается обычно в литиевых АКБ.
В гибридной (комбинированной) энергетической установке ДВС приводит во вращение генератор и при этом заряжается блок АКБ. При движении с частыми остановками и с небольшой скоростью (городской цикл движения) ДВС установки питает тяговый электродвигатель. Необходимо отметить, что возможно движение, например, АТС с гибридной (комбинированной) энергетической установкой в режиме электромобиля с неработающим ДВС. Эффективно использование гибридных (комбинированных) энергетических установок при «городском цикле» движения. Следует отметить, что гибридные (комбинированные) энергетические установки пока слишком дороги. Например, сейчас стоимость серийно изготавливаемого в США автобуса с КЭУ примерно вдвое выше стоимости обычного автобуса. Наиболее перспективными, являются гибридные (комбинированные) энергетические установки, где в качестве топлива для ДВС применяется топливная смесь, состоящая из 85 % биоэтанола и 15 % бензина, так как при ее сгорании почти не образуются вредные выбросы. Несомненно, что будущее только за гибридными (комбинированными) установками с мотор-колесами.
Необходимо отметить, что в случае финансирования в Российской Федерации разработчиков (на конкурсной и обязательно многолотовой основе, если доработать закон о госзакупках) работы по созданию отечественного автомобиля с комбинированной энергетической установкой, причем с применением перспективных мотор-колес, не уступающего лучшим образцам японских и американских фирм, как и ДВС работающего на биоэтаноле будут успешно выполнены.
