Вклад двигателей внутреннего сгорания на образование озоновых дыр. Пути решения этой проблемы

Содержание

Введение 1
1. Влияние двигателей внутреннего сгорания на образование озоновых дыр 2
2. Пути решения проблем негативного воздействия 4
Заключение 5
Список литературы 5

Введение

Двигатели внутреннего сгорания являются практически основным источником загрязнения окружающей среды: машины производят до 70% загрязняющих выбросов в атмосферу, что может превышать показатель в 12 миллионов тонн различных загрязняющих веществ – оксид и диоксид углерода (СО и СО2), углеводороды, оксиды азота (NOx), твердые частицы, соединения свинца (Pb) и серы (SO2), альдегиды, а также канцерогенные вещества.
 Техника негативно воздействует в первую очередь на озоновый слой земли, главная функция которого – защита всего живого на Земле от вредного влияния ультрафиолетового излучения Солнца.
Образование озоновых дыр, то есть мест, в которых слой озона наиболее тонкий, вызвано влиянием попадающих на эти высоты антропогенных загрязнений, наиболее вредными из которых являются оксиды и фторуглеводороды (фреоны). Оксиды содержатся в выхлопных газах от двигателей внутреннего сгорания.

Влияние двигателей внутреннего сгорания на образование озоновых дыр

Причин разрушения озонового слоя существует несколько, и самая главная из них – загрязнение окружающей среды. Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является транспорт, а именно двигатели внутреннего сгорания.
Машины с двигателями внутреннего сгорания широко используют на производстве и в быту. По железнодорожным магистралям водят составы мощные тепловозы, по водным путям – теплоходы. Миллионы автомобилей с двигателями внутреннего сгорания перевозят грузы и пассажиров. Поршневыми, турбовинтовыми и турбореактивными двигателями снабжены самолеты и вертолеты. С помощью ракетных двигателей осуществляются запуски искусственных спутников, космических кораблей и станций. Двигатели внутреннего сгорания являются основой механизации производственных процессов в сельском хозяйстве.
При работе двигатель внутреннего сгорания поглощает 4 тонны кислорода и с выхлопом образуются следующие вредные вещества: диоксид углерода (CO2), оксид углерода (CO), диоксид серы (SO2), окислы азота (NOx), летучие углеводороды (ЛОС) и производные от них твердые частицы, в том числе вещество 1-го класса опасности — бензапирен [1].При полном сгорании углеводородов конечными продуктами являются углекислый газ и вода. Однако полного сгорания в поршневых ДВС достичь технически невозможно. На сегодняшний день около 60% из общего количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу крупных городов, приходится на автомобильный транспорт [5].
В состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания входит более 200 различных химических веществ. Среди них:
продукты неполного сгорания в виде оксида углерода, альдегидов, кетонов, углеводородов, водорода, перекисных соединений, сажи;
продукты термических реакций азота с кислородом – оксиды азота;
соединения неорганических веществ, которые входят в состав топлива, – свинца и других тяжелых металлов, диоксид серы и др.;
избыточный кислород [3].
Количество и состав отработавших газов определяются конструктивными особенностями двигателей, их режимом работы, техническим состоянием, качеством дорожных покрытий, метеоусловиями.
Оксид углерода (СО) образуется в двигателях при сгорании обогащенных топливовоздушных смесей, а также вследствие диссоциации диоксида углерода, при высоких температурах.
Оксиды азота в отработавших газах образуются в результате обратимой реакции окисления азота кислородом воздуха под воздействием высоких температур и давления. По мере охлаждения отработавших газов и разбавления их кислородом воздуха оксид азота превращается в диоксид. Оксид азота (NO) – бесцветный газ, диоксид азота (NO2 ) – газ красно-бурого цвета с характерным запахом [2].
Причиной образования углеводородов (СН) является неоднородность состава горючей смеси в камере сгорания двигателя, а также неравномерность температуры и давления в различных ее частях. В некоторых зонах цилиндра (паразитных объемах) топливо практически не сгорает, так как происходит обрыв цепной реакции окисления углеводородов.
При работе двигателя на этилированных бензинах образуются частицы твердого оксида свинца вследствие распада тетраэтилсвинца [1].
Механизм действия озоноразрушающих веществ следующий. Попадая в верхние слои атмосферы, молекулы этих веществ, инертные у земной поверхности, под воздействием ультрафиолетового излучения высвобождают хлор, фтор или бром, которые при столкновении с молекулой озона выбивают из нее один атом кислорода. Молекула озона превращается в обычный кислород. Активности одной молекулы хлора хватает на разрушение десятков тысяч молекул озона, то есть хлор при разрушении озона действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество практически не уменьшается [4].
Как было отмечено ранее, возникновению озоновых дыр способствуют и реактивные самолеты, в двигателях которых также образуются окислы азота. Чем выше мощность турбореактивного двигателя, тем выше температура в камерах его сгорания и тем больше азотных окислов попадает в атмосферу. Согласно исследованиям, ежегодные объемы азота, выбрасываемого в воздух, составляют 1 млн. тонн, из них треть приходится на самолеты [7]. 

Пути решения проблем негативного воздействия

Можно выделить несколько способов решения проблем появления озоновых дыр от воздействия выбросов, производимых двигателями внутреннего сгорания:
одним из важнейших факторов снижения выбросов является оптимизация дорожного движения. Двигатель автомобиля, стоящего в пробке, работает в режиме холостого хода, при котором наблюдается большой расход топлива, а правильное и равномерное распределение потоков может снизить уровень загрязнения воздуха в разы. Власти некоторых городов идут на непопулярные у населения меры – ограничение въезда в центр города, введение платных парковок, увеличение пешеходных зон [5].
замена топлива в существующем автомобильном транспорте на экологически более чистое. Например, биодизель на растительных маслах Биодизель — экологичное топливо для транспорта: в сравнении с обычным дизельным топливом он почти не содержит серы и при этом подвергается практически полному биологическому распаду. Также применение экологически чистых модифицированных бензинов в автомобилях наряду с совершенствованием конструкции и рабочего процесса двигателей позволит обеспечить минимальное количество токсичных веществ в отработанных газах.переход на другие источники энергии (например, электромобили, использование солнечной энергии. Многие сравнительные характеристики экологической эффективности показывают явное превосходство электромобилей перед другими видами автотранспорта. Для внутригородского автотранспорта в ближайшее время нет более экологически чистой и недорогой альтернативы электромобилям [6].Очистка отработавших газов. Для снижения токсичности отработавших газов необходимо применение нейтрализаторов, которые подразделяют на термические и каталитические. Наиболее эффективными являются каталитические. Внедрение каталитической очистки отработавших газов подразумевает подбор катализаторов, обладающих высокой активностью, и с созданием конструкций, имеющих небольшое аэродинамическое сопротивление. В настоящее время для очистки отработавших газов от бензиновых двигателей чаще всего применяют платино-палладиевые и платино-родиевые катализаторы [7]. В последнее время внедряются и более сложные составы, содержащие платину, родий, палладий и цирконий на гранулированном оксиде алюминия.
Заключение

Возникновению озоновых дыр способствуют многие факторы, одни их них - двигатели внутреннего сгорания, при действии которых образуются разрушающие озоновый слой вещества. Чем выше мощность двигателя внутреннего сгорания, тем выше температура в камерах его сгорания и тем больше азотных окислов попадает в атмосферу.
Можно выделить несколько способов решения проблем появления озоновых дыр от воздействия выбросов, производимых двигателями внутреннего сгорания: оптимизация дорожного движения, замена топлива на экологически более чистое, переход на другие источники энергии, очистка отработавших газов. Следует отметить, что если для бензиновых двигателей проблема очистки отработавших газов решена вполне удовлетворительно, то для дизельных двигателей она до сих пор актуальна.
Список литературы

Алексеев, В.П. Двигатели внутреннего сгорания: устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей / В.П. Алексеев [и др.]. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2010.
Баженов, С. П. Основы эксплуатации автомобилей и тракторов. Учебное пособие / С.П. Баженов, Б.Н. Казьмин, С.В. Носов. - М.: Академия, 2014. - 384 c.
Блэк Эдвин Внутреннее сгорание / Эдвин Блэк. - М.: Добрая книга, 2010. - 584 c.
Ветошкин А. Г. Теоретические основы защиты окружающей среды; Высшая школа / А.Г. Ветошкин. – М.: 2013. - 400 c.
Сазонов Э. В. Экология городской среды / Э.В. Сазонов. – М.: Юрайт, 2017. - 312 c.
Трескова Ю. В. Электромобили и экология. Перспективы использования электромобилей / Ю.В. Трескова // Молодой ученый. - 2016. - №12. - С. 563-565.
Новости науки и техники [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://indicator.ru/ (дата обращения 18.04.2019).