stringtranslate.com

Выхлопные газы

Выхлопной газ или дымовой газ выбрасывается в результате сгорания топлива, такого как природный газ , бензин (бензин) , дизельное топливо , мазут , биодизельные смеси [1] или уголь . В зависимости от типа двигателя он выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу , дымовую трубу или сопло . Он часто рассеивается по ветру в виде шлейфа выхлопных газов .

Он является основным компонентом выбросов автотранспортных средств (и стационарных двигателей внутреннего сгорания ), которые также могут включать прорывы картерных газов и испарения неиспользованного бензина.

Выбросы автотранспорта являются распространенным источником загрязнения воздуха и основным компонентом образования смога в некоторых крупных городах. Исследование Массачусетского технологического института (MIT) за 2013 год показывает, что только в Соединенных Штатах ежегодно происходит 53 000 преждевременных смертей из-за выбросов автотранспорта. [2] Согласно другому исследованию того же университета, только выхлопные газы транспортных средств ежегодно становятся причиной смерти 5 000 человек только в Соединенном Королевстве. [3]

Состав

Выброс газа при заходе солнца
Выброс газа на закате

Большая часть большинства газообразных продуктов сгорания — это азот (N 2 ), водяной пар (H 2 O) (за исключением чистого углеродного топлива) и углекислый газ (CO 2 ) (за исключением топлива без углерода); они не токсичны и не вредны (хотя водяной пар и углекислый газ являются парниковыми газами , которые способствуют изменению климата ). Относительно небольшая часть газообразных продуктов сгорания — это нежелательные, вредные или токсичные вещества, такие как оксид углерода (CO) от неполного сгорания, углеводороды (правильно обозначенные как C x H y , но обычно показываемые просто как «HC» в квитанциях об испытаниях на выбросы) от несгоревшего топлива, оксиды азота (NO x ) от чрезмерных температур сгорания и твердые частицы (в основном сажа ).

Температура выхлопных газов

Температура выхлопных газов (EGT) важна для функционирования каталитического нейтрализатора двигателя внутреннего сгорания . Она может быть измерена с помощью датчика температуры выхлопных газов . EGT также является мерой работоспособности двигателя в газотурбинных двигателях (см. ниже).

Холодные двигатели

Пар из выхлопной трубы холодного автомобиля

В течение первых двух минут после запуска двигателя автомобиля, который не эксплуатировался в течение нескольких часов, количество выбросов может быть очень высоким. Это происходит по двум основным причинам:

Сводка выбросов легковых автомобилей

Сопоставимо с европейскими нормами выбросов EURO III, которые применялись в октябре 2000 г.

В 2000 году Агентство по охране окружающей среды США начало внедрять более строгие стандарты выбросов для легковых автомобилей. Требования вводились поэтапно, начиная с автомобилей 2004 года, и все новые автомобили и легкие грузовики должны были соответствовать обновленным стандартам к концу 2007 года.

Типы

Двигатели внутреннего сгорания

Автомобильные выхлопные газы

Двигатели с искровым зажиганием и дизельные двигатели

В двигателях с искровым зажиганием газы, образующиеся при сгорании смеси топлива и воздуха, называются выхлопными газами. Состав варьируется от бензиновых до дизельных двигателей, но находится примерно на следующих уровнях:

10% кислорода для «дизеля» вероятны, если двигатель работал на холостом ходу, например, на испытательном стенде. Они намного меньше, если двигатель работает под нагрузкой, хотя дизельные двигатели всегда работают с избытком воздуха над топливом. [ необходима цитата ] Содержание CO для бензиновых двигателей варьируется от ≈15 ppm для хорошо настроенного двигателя с впрыском топлива и каталитическим нейтрализатором до 100 000 ppm (10%) для хорошо настроенного карбюраторного двигателя, такого, который обычно встречается на небольших генераторах и садовом оборудовании. [8]

Нитрометановая добавка

Выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания, в состав топлива которого входит нитрометан , будут содержать пары азотной кислоты , которые являются едкими и при вдыхании вызывают мышечную реакцию, делая невозможным дыхание. Людям, которые могут подвергнуться его воздействию, следует носить противогаз . [ 9]

Дизельные двигатели

Газотурбинные двигатели

Реактивные двигатели и ракетные двигатели

То, что выглядит как выхлопные газы реактивных двигателей, на самом деле является инверсионными следами .

В реактивных и ракетных двигателях выхлоп из сопел , в некоторых случаях применения образующий ударные алмазы . [ необходима ссылка ]

Другие типы

От сжигания угля

Паровые двигатели

В терминологии паровых двигателей выхлопными газами называют пар, давление которого настолько низкое, что он больше не может выполнять полезную работу.

Основные выбросы автотранспорта

НЕТх

Смог в Нью-Йорке , вид со Всемирного торгового центра в 1988 году.

Монооксиды азота NO и NO 2 ( NOx ) (произведенные таким образом или естественным образом молнией ) реагируют с аммиаком , влагой и другими соединениями, образуя пары азотной кислоты и связанные с ними частицы. Мелкие частицы могут глубоко проникать в чувствительную легочную ткань и повреждать ее, вызывая преждевременную смерть в крайних случаях. Вдыхание видов NO увеличивает риск рака легких [10] и колоректального рака. [11] и вдыхание таких частиц может вызвать или ухудшить респираторные заболевания, такие как эмфизема и бронхит , а также болезни сердца. [12] [13] [14]

В исследовании Агентства по охране окружающей среды США, проведенном в 2005 году , наибольшие выбросы NOx были получены от дорожных транспортных средств, а вторым по величине источником выбросов была внедорожная техника , в основном это бензиновые и дизельные станции . [14]

Образовавшаяся азотная кислота может быть вымыта в почву, где она превращается в нитрат , полезный для выращивания растений.

Летучие органические соединения

Внедорожная техника в основном представлена ​​бензиновыми и дизельными станциями. [15]

Когда оксиды азота (NOx) и летучие органические соединения (ЛОС) реагируют в присутствии солнечного света, образуется приземный озон , основной ингредиент смога . В отчете Агентства по охране окружающей среды США за 2005 год дорожные транспортные средства указаны как второй по величине источник ЛОС в США с 26%, а 19% приходится на внедорожную технику, которая в основном представляет собой бензиновые и дизельные станции. [15] 27% выбросов ЛОС приходится на растворители, которые используются при производстве красок и разбавителей для красок, а также в других целях. [16]

Озон

Озон полезен в верхних слоях атмосферы, [17] но на уровне земли озон раздражает дыхательную систему , вызывая кашель, удушье и снижение жизненной емкости легких. [18] Он также имеет множество негативных последствий для всей экосистемы. [19]

Окись углерода (СО)

Спутниковый компьютерный снимок оксида углерода MOPITT , март 2010 г.

Отравление угарным газом является наиболее распространенным типом смертельного отравления воздухом во многих странах. [20] Угарный газ не имеет цвета, запаха и вкуса, но очень токсичен. Он соединяется с гемоглобином , образуя карбоксигемоглобин , который блокирует транспортировку кислорода. При концентрации выше 1000 ppm он считается немедленно опасным и представляет собой самую непосредственную опасность для здоровья при работе двигателей в плохо проветриваемом помещении. В 2011 году 52% выбросов угарного газа были созданы передвижными транспортными средствами в США [21]

Опасные загрязнители воздуха (токсичные вещества)

Хроническое (длительное) воздействие бензола ( C 6 H 6 ) повреждает костный мозг . Он также может вызвать чрезмерное кровотечение и подавить иммунную систему , увеличивая вероятность инфекции . Бензол вызывает лейкемию и связан с другими видами рака крови и предраковыми заболеваниями крови. [22] [23]

Твердые частицы (ТЧ)10и премьер-министр2.5)

Влияние вдыхания твердых частиц в воздухе на здоровье широко изучалось у людей и животных и включает астму , рак легких , сердечно-сосудистые проблемы, преждевременную смерть . [24] [25] [26] Из-за размера частиц они могут проникать в самую глубокую часть легких. [27] Исследование, проведенное в Великобритании в 2011 году, оценивает 90 смертей в год из-за твердых частиц легковых автомобилей. [28] В публикации 2006 года Федеральное управление автомобильных дорог США (FHWA) заявило, что в 2002 году около 1 процента всех выбросов твердых частиц PM 10 и 2 процента всех выбросов твердых частиц PM 2,5 приходилось на выхлопные газы дорожных транспортных средств (в основном дизельных двигателей ). [29] На китайском, европейском и индийском рынках как дизельные, так и бензиновые транспортные средства должны иметь установленный фильтр выхлопной трубы , в то время как в Соединенных Штатах это является обязательным только для дизельных автомобилей. В 2022 году британская компания Emissions Analytics, специализирующаяся на тестировании, подсчитала, что около 300 миллионов автомобилей с бензиновым двигателем в США за следующее десятилетие будут выбрасывать в атмосферу около 1,6 септиллиона вредных частиц. [30]

Углекислый газ (CO2)2)

Углекислый газ является парниковым газом . Выбросы CO2 от автотранспортных средств являются частью антропогенного вклада в рост концентрации CO2 в атмосфере, который, по мнению подавляющего большинства научного сообщества, вызывает изменение климата . [31] Подсчитано, что автотранспортные средства генерируют около 20% антропогенных выбросов CO2 в Европейском союзе , а на легковые автомобили приходится около 12%. [32] Европейские стандарты выбросов ограничивают выбросы CO2 новыми легковыми автомобилями и легковыми автомобилями. Средний показатель выбросов CO2 новыми автомобилями Европейского союза снизился на 5,4% в течение года по сравнению с первым кварталом 2010 года, до 145,6 г/км . [33]

Водяной пар

Выхлопные газы автомобилей содержат много водяного пара .

Восстановление воды

Были проведены исследования способов, с помощью которых войска в пустынях могут извлекать питьевую воду из выхлопных газов своих транспортных средств. [34]

Сокращение загрязнения

Стандарты выбросов направлены на снижение загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопных газах транспортных средств, а также в промышленных дымовых трубах и других источниках загрязнения воздуха на различных крупных промышленных предприятиях, таких как нефтеперерабатывающие заводы , заводы по переработке природного газа , нефтехимические заводы и химические производственные предприятия. [35] [36] Однако их часто называют дымовыми газами . Каталитические нейтрализаторы в автомобилях предназначены для разложения загрязнений выхлопных газов с помощью катализатора. Скрубберы на судах предназначены для удаления диоксида серы (SO2 ) из ​​морских выхлопных газов. Правила выбросов диоксида серы в морских судах ужесточаются, однако только небольшое количество специальных районов во всем мире было выделено для использования только дизельного топлива с низким содержанием серы.

Одним из преимуществ, утверждаемых для двигателей с передовой паровой технологией, является то, что они производят меньшее количество токсичных загрязняющих веществ (например, оксидов азота), чем бензиновые и дизельные двигатели той же мощности. [ необходима цитата ] Они производят большее количество углекислого газа, но меньше угарного газа из-за более эффективного сгорания.

Исследования в области здравоохранения

Исследователи из Школы общественного здравоохранения Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе заявили, что предварительные результаты их статистического исследования детей, внесенных в Калифорнийский реестр онкологических заболеваний, родившихся в период с 1998 по 2007 год, показали, что загрязнение воздуха транспортом может быть связано с увеличением вероятности возникновения некоторых видов рака на 5–15 %. [37] Исследование Всемирной организации здравоохранения показало, что пары дизельного топлива вызывают увеличение заболеваемости раком легких. [38]

Локализованные эффекты

Калифорнийский совет по воздушным ресурсам обнаружил в своих исследованиях, что 50% или более загрязнения воздуха ( смога ) в Южной Калифорнии вызваны выбросами автомобилей. [ необходима цитата ] Концентрации загрязняющих веществ, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания, могут быть особенно высокими вблизи регулируемых перекрестков из-за холостого хода и ускорений. Компьютерные модели часто упускают такие детали. [39]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Омидварборна и др. (2014). «Характеристика твердых частиц, выбрасываемых транзитными автобусами, работающими на топливе B20 в режиме ожидания». Журнал экологической химической инженерии . 2 (4): 2335–2342. doi :10.1016/j.jece.2014.09.020.
  2. ^ Кайаццо, Фабио; Ашок, Акшай; Вайц, Ян А.; Йим, Стив HL; Барретт, Стивен Р.Х. (ноябрь 2013 г.). «Загрязнение воздуха и ранняя смертность в Соединенных Штатах. Часть I: Количественная оценка воздействия основных секторов в 2005 г.». Atmospheric Environment . 79 : 198–208. Bibcode : 2013AtmEn..79..198C. doi : 10.1016/j.atmosenv.2013.05.081.
  3. ^ Роланд Пиз. «Загрязнение от дорожного движения убивает 5000 человек в год в Великобритании, говорится в исследовании». BBC News .
  4. ^ Pulkrabek WW (2004) Инженерные основы двигателя внутреннего сгорания. Pearson Prentice Hall, Нью-Джерси
  5. ^ "Среднегодовые выбросы и расход топлива для легковых автомобилей и легких грузовиков" (PDF) . Транспорт и качество воздуха . Агентство по охране окружающей среды США. 19 августа 2015 г.
  6. ^ "Легкогрузовые автомобили, легковые грузовики и среднегрузовые пассажирские автомобили — стандарты выбросов выхлопных газов Tier 2". Справочник по стандартам выбросов . Агентство по охране окружающей среды США. 14 ноября 2012 г.
  7. ^ Программа самостоятельного обучения 230: Выбросы выхлопных газов автотранспортных средств (PDF) . AUDI. Апрель 2000 г. Получено 23 марта 2012 г.
  8. ^ «Отравление угарным газом: эксплуатация двигателей на ископаемом топливе внутри зданий (AEN-206)». Департамент сельскохозяйственной и биосистемной инженерии . Получено 18 июня 2023 г.
  9. ^ "Race Fuel - Nitromethane". www.turbofast.com.au . Архивировано из оригинала 13 марта 2018 года . Получено 23 января 2008 года .
  10. ^ Хамра, ГБ; Ладен, Ф; Коэн, А.Дж.; Раашу-Нильсен, О; Брауэр, М; Лумис, Д (ноябрь 2015 г.). «Рак легких и воздействие диоксида азота и дорожного движения: систематический обзор и метаанализ». Перспективы охраны окружающей среды и здоровья . 123 (11): 1107–12. doi :10.1289/ehp.1408882. PMC 4629738. PMID 25870974  . 
  11. ^ Тернер, MC; Кревски, D; Дайвер, WR; Поуп CA, 3-й; Бернетт, RT; Джерретт, M; Маршалл, JD; Гапстур, SM (21 августа 2017 г.). «Загрязнение окружающего воздуха и смертность от рака в исследовании профилактики рака II». Перспективы охраны окружающей среды . 125 (8): 087013. doi :10.1289/EHP1249. PMC 5783657. PMID  28886601 . {{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link) Значок открытого доступа
  12. ^ "Здоровье". Диоксид азота . Агентство по охране окружающей среды США. 14 февраля 2013 г.
  13. ^ "Региональный перенос озона: новые правила Агентства по охране окружающей среды по выбросам оксидов азота (EPA-456/F-98-006)" (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США. Сентябрь 1998 г.
  14. ^ ab "State and County Emission Summarys: Nitrogen Oxides". Источники выбросов в атмосферу . Агентство по охране окружающей среды США. 25 октября 2013 г.
  15. ^ ab "State and County Emission Summarys: Volatile Organic Compounds". Источники выбросов в атмосферу . Агентство по охране окружающей среды США. 25 октября 2013 г.
  16. ^ "Летучие органические соединения (ЛОС)". Программа по гидрологии токсичных веществ . Геологическая служба США (USGS). 12 апреля 2013 г. Архивировано из оригинала 5 сентября 2015 г. Получено 2 июня 2014 г.
  17. ^ EPA, OAR, OAP, SPD, США. "Защита озонового слоя - US EPA". US EPA .{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  18. ^ «Планирование и стандарты качества воздуха».
  19. ^ "Экологические эффекты | Приземный озон | Агентство по охране окружающей среды США". www.epa.gov . Архивировано из оригинала 18 мая 2012 г.
  20. ^ Omaye ST. (2002). «Метаболическая модуляция токсичности оксида углерода». Токсикология . 180 (2): 139–150. doi :10.1016/S0300-483X(02)00387-6. PMID  12324190.
  21. ^ "State and County Emission Summarys: Carbon Monoxide". Источники выбросов в атмосферу . Агентство по охране окружающей среды США. 25 октября 2013 г.
  22. ^ «Выбросы выхлопных газов: что выходит из выхлопной трубы вашего автомобиля?». Automobile Association Developments Limited. 23 февраля 2012 г.
  23. ^ "Воздух токсичные вещества от автотранспорта" (PDF) . Транспорт и качество воздуха . Агентство по охране окружающей среды США.
  24. ^ Курт, OK; Чжан, J; Пинкертон, KE (март 2016 г.). «Влияние загрязнения воздуха на здоровье легких». Current Opinion in Pulmonary Medicine . 22 (2): 138–43. doi :10.1097/MCP.00000000000000248. PMC 4776742. PMID  26761628 . 
  25. ^ Bourdrel, T; Bind, MA; Béjot, Y; Morel, O; Argacha, JF (ноябрь 2017 г.). «Кардиоваскулярные эффекты загрязнения воздуха». Архив сердечно-сосудистых заболеваний . 110 (11): 634–642. doi :10.1016/j.acvd.2017.05.003. PMC 5963518. PMID  28735838 . 
  26. ^ Babadjouni, RM; Hodis, DM; Radwanski, R; Durazo, R; Patel, A; Liu, Q; Mack, WJ (сентябрь 2017 г.). «Клинические эффекты загрязнения воздуха на центральную нервную систему; обзор». Journal of Clinical Neuroscience . 43 : 16–24. doi :10.1016/j.jocn.2017.04.028. PMC 5544553. PMID  28528896 . 
  27. ^ Регион 4: Лабораторные и полевые работы — PM 2.5 (2008). Цели и история PM 2.5. Агентство по охране окружающей среды США.
  28. ^ Mazzi, Eric A.; Dowlatabadi, Hadi (2007). «Влияние смягчения последствий изменения климата на качество воздуха: политика Великобритании и выбор пассажирского транспорта». Environmental Science & Technology . 41 (2): 387–92. Bibcode : 2007EnST...41..387M. doi : 10.1021/es060517w . PMID  17310696.
  29. ^ «Качество воздуха на транспорте: избранные факты и цифры». Федеральная дорожная комиссия Министерства транспорта США. 2006. Архивировано из оригинала 16 июня 2006 года . Получено 14 апреля 2010 года .
  30. ^ Льюис, Барбара; Кэри, Ник (27 апреля 2022 г.). «Из-за отсутствия фильтров американские автомобили будут выбрасывать в атмосферу на септиллион больше частиц — исследование». Reuters .
  31. ^ IPCC, 2013: Резюме для политиков. В: Изменение климата 2013: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Стокер, ТФ, Д. Цинь, Г.-К. Платтнер, М. Тигнор, СК Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэлс, И. Ся, В. Бекс и П. М. Мидгли (ред.). Cambridge University Press, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.
  32. ^ "Комиссия планирует законодательную базу для обеспечения достижения ЕС своей цели по сокращению выбросов CO2 автомобилями". Европейская комиссия. 7 февраля 2007 г.
  33. ^ "Средний уровень выбросов CO2 новыми автомобилями в ЕС снизился на 5,4 процента в первом квартале". autoevolution . SoftNews NET. 19 апреля 2010 г.
  34. ^ "извлечение воды из выхлопных газов дизельных двигателей - Поиск Google". www.google.co.uk .
  35. ^ "Руководство EPA Plain English по Закону о чистом воздухе" . Получено 18 июня 2023 г.
  36. ^ Публикация Агентства по охране окружающей среды США AP 42, пятое издание, Сборник коэффициентов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу
  37. ^ Рейнберг, Стивен (9 апреля 2013 г.). «Воздействие смога во время беременности может повысить риск развития рака у ребенка: исследование». USNews .
  38. ^ "IARC Выхлопные газы дизельных двигателей канцерогенны". iarc.fr . Получено 18 июня 2023 г. .
  39. ^ Int Panis L; et al. (2006). «Моделирование мгновенной эмиссии трафика и влияние ограничений скорости трафика». Science of the Total Environment . 371 (1–3): 270–285. Bibcode : 2006ScTEn.371..270I. doi : 10.1016/j.scitotenv.2006.08.017. PMID  17049967.

Внешние ссылки