Снижение токсичности выхлопных газов автотранспорта

1.Совершенствование двигателя внутреннего сгорания. Автомобили ведущих фирм Европы и США выбрасывают в атмосферу в настоящее время в 10-16 раз меньше вредных веществ, чем в 80-х годах 20 в., этому способствовали такие нововведения как двигатели, работающие на переобедненных смесях, многоклапанные системы перераспределения, впрыск топлива вместо карбюраторного смесеобразования, электронное зажигание. При запуске холодного двигателя используются автоматы пуска и прогрева; на режимах торможения применяют устройство принудительного холостого хода (отключение подачи топлива).

Для уменьшения выбросов оксидов азота используется рециркуляция: часть отработанных газов снова поступает в двигатель, при этом понижается температура сгорания, и оксидов азота образуется меньше.

Автомобиль можно сделать экономически более чистым, применяя электронные системы управления, оптимизирующие работу двигателя, тормозов и других агрегатов.

2.Повышение качества автомобильных бензинов. В большинстве стран мира этилированный бензин в настоящее время не используют. Применяют добавки, не содержащие свинца и не снижающие качества бензина: метилтретичнобутиловый эфир (МТБЭ); этанол; бутанол. Наиболее распространенная добавка – МТБЭ, применение которого снижает содержание СО в выхлопных газах на 10-20%, несгоревших углеводородов – на 5-10%, других вредных летучих соединений на 13-17%.

Разработаны катализаторы, позволяющие проводить перегонку нефти с получением чистых, высокооктановых фракций без каких либо добавок.

3.Автомобили на газе. Перевод автомашин на газовое топливо позволит почти в 100 раз снизить выбросы в атмосферу канцерогенных веществ. Сократится расход нефтепродуктов: каждая тысяча газобаллонных автомобилей сэкономит на грузовых перевозках 12.тыс. т, на пассажирских – 30 тыс.т. бензина в год. Газовое топливо не требует присадок; оно продлевает срок службы двигателя в 1,5 раза; снижает вредные выбросы на 10%.

4.Использование водорода в качестве топлива. Характеристики водорода как моторного топлива уникальны: высокая теплота сгорания (в 3 раза выше, чем у бензина); безвредность отработанных газов; высокая скорость сгорания (в 4 раза выше, чем у смеси «бензин-воздух»). Водород получают паровой каталитической конверсией метана при 850 ºC или электролитическим методом.

Разработан автомобиль, где окисление водорода происходит в электрохимическом генераторе, который вырабатывает электроэнергию. В генераторе используются полимерные мембраны, температура процесса 100 ºC. Это исключает синтез оксидов азота. КПД такого двигателя достигает 70% (КПД ДВС 25-45%).

5.Электромобиль. Интерес к этому виду транспорта возник в 1973 г. Вызвано это было не только энергетическими, но и экологическими проблемами. В США в 1993 г. в Калифорнии вступил в силу закон, предусматривающий обязательный выпуск национальными производителями не менее 2% электромобилей.

В Швеции создан 15-тонный грузовик, в двигателе которого совмещен электромотор с газовой турбиной. Электромотор используется на улицах городов, турбина - на загородных шоссе. Максимальная скорость 110 км/ч. Газовая турбина работает на этаноле (можно использовать метанол, природный газ).

6.Нейтрализаторы отработанных газов. Нейтрализатор – дополнительное устройство, которое соединено с выхлопной системой двигателя с целью снижения токсичности выхлопных газов. Применяют нейтрализаторы жидкостные, каталитические, комбинированные и фильтры.

Принцип действия жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом взаимодействии токсичных компонентов выхлопных газов при пропускании через воду, раствор сульфата натрия, бикарбоната натрия. Пропускание отработанных газов дизелей через воду приводит к уменьшению запаха, альдегиды поглощаются на 50%, сажа - на 60-80%. Недостаток этих нейтрализаторов - частая смена растворов, неэффективность по отношению к оксиду углерода (II), большая масса и размеры.

Каталитические нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов за счет химических реакций, протекающих на поверхности твердого катализатора (в качестве катализаторов используют платину, палладий, рутений; оксиды меди, хрома, никеля, марганца, алюминия). Каталитические нейтрализаторы снижают содержание в выхлопных газах СО - на 80%; углеводородов – на 70%; оксидов азота – на 50%. Процесс окисления протекает при прохождении отработанных газов через слой катализатора – керамические гранулы, покрытые благородным металлом или оксидом металла. Каталитические нейтрализаторы выполняются в виде двухкамерного реактора. В одной камере проходит окисление СО и углеводородов, в другой – восстановление NO_х. Такие нейтрализаторы селективны и долговечны. Единственный недостаток – возможность «отравления» катализатора соединениями серы или свинца.

Комбинированные нейтрализаторы представляют собой соединенные последовательно жидкостной и каталитические нейтрализаторы.

Для улавливания сажи дизельных ДВС наибольшее применение находят фильтры. Они выполняются в виде нескольких пористых перегородок; обладают механической прочностью и стойкостью к агрессивным средам и высокой температуре.