Из чего «состоят» выхлопные газы автомобиля?

Таблица Менделеева выхлопных газов

Сейчас, благодаря СМИ, под пристальным вниманием общественности находится тема экологии Планеты, а именно ее насыщение и загрязнение выхлопными газами автомобилей. Особенно внимательно люди отслеживают и обсуждают такой растиражированный в прессе побочный результат повсеместной автомобилизации как «парниковый эффект» и вред выхлопных газов дизельных автомобилей.

Однако, как известно выхлопные газы, выхлопным газам – рознь, несмотря на то, что все они опасны для организма человека и других форм жизни на Земле. Так что делает их опасными? И что отличает их друг от друга? Посмотрим под микроскопом из чего состоит сизый смог вылетающий из выхлопной трубы. Углекислый газ, копоть, оксид азота и некоторые другие не менее опасные элементы.

Ученные отмечают, что экологическая обстановка во многих промышленно развитых и развивающихся странах значительной улучшилась за последние 25 лет. В основном это связано с постепенным, но неминуемым ужесточением экологических норм, а также переносом производств на другие континенты и в другие страны, в том числе в Восточную Азию. В России, Украине, и других странах СНГ, большое количество предприятий было закрыто из-за политических и экономических потрясений, что с одной стороны создало чрезвычайно сложную социально-экономическую обстановку, но в значительной мере улучшило экологические показатели этих стран.

Тем не менее, по данным ученных-исследователей, наибольшую опасность для нашей зеленой планеты представляют именно автомобили. Даже при поэтапном ужесточении норм выбросов вредных веществ в атмосферу, в связи с ростом количества автомобилей, результаты этой работы, увы, нивелируются.

Если сегментировать общую массу разнообразных транспортных средств присутствующих сейчас на планете, наиболее грязными остаются дизельные моторы, особенно опасны автомобили с данным типом топлива превышением по оксиду азота. Несмотря на десятилетия разработок и заверения автопроизводителей о том, что они смогут сделать дизели чище, оксид азота и мелкие частицы сажи по-прежнему остаются главными врагами дизеля.

Именно в связи с данными проблемами, связанными с использованием дизельных двигателей, такие крупные немецкие города, как Штутгарт и Мюнхен в настоящее время обсуждают запрет на использование автомобилей, работающих на тяжелом топливе.

Вот исчерпывающий список вредных веществ, входящих в выхлопные газы и вред, наносимый здоровью человека при их вдыхании

Выхлопные газы

Отходящие газы – это газообразные отходы, возникающие в процессе преобразования жидкого углеводородного топлива в энергию на которой работает ДВС путем сгорания.

Бензол

Бензол содержится в небольших количествах в бензине. Бесцветная, прозрачная, легко подвижная жидкость.

Как только вы заполняете бак своего автомобиля бензином, первое с первым опасным для здоровья веществом, с которым вы будете контактировать, – это именно бензол, испаряющийся из бака. Но наиболее опасен бензол при сгорании топлива.

Бензол является одним из тех веществ, которые могут вызывать рак у человека. Тем не менее, решающее сокращение в воздухе опасного бензола было достигнуто много лет назад с помощью трехходового катализатора.

Мелкая пыль (твердые частицы)

Этот загрязнитель воздуха является неопределенным веществом. Лучше сказать, что это комплексная смесь веществ, которая может отличаться по происхождению, форме и своему химическому составу.

В автомобилях сверхмелкий абразив присутствует в любых формах эксплуатации, скажем, при износе шин и тормозных дисков. Но наибольшую опасность представляет сажа от выхлопных газов. Ранее этим неприятным моментом в эксплуатации страдали исключительно дизельные двигатели. Благодаря установке фильтров твердых частиц ситуация значительно улучшилась.

Теперь схожая проблема появилась и бензиновых моделей, поскольку они все чаще используют системы прямого впрыска топлива, что приводит к побочному производству еще более мелких твердых частиц, чем у дизельных двигателей.

Однако, по данным ученных исследующих природу проблемы, всего 15% мелкой пыли, осаждающейся в легких, производят автомобили, источником опасного явления может быть любая деятельность человека, от сельского хозяйства, до лазерных принтеров, каминов и конечно же сигарет.

Здоровье жителей мегаполисов

Фактическая нагрузка на организм человека от выхлопных газов зависит от объема трафика и погодных условий. Тот, кто живет на оживленной улице, подвергается воздействию оксидов азота или мелкой пыли значительно сильнее.

Выхлопные газы не одинаково опасны для всех жителей. Здоровые люди практически никак не почувствуют «газовую атаку», хотя интенсивность нагрузки от этого не снизиться, а вот состояние здоровья астматика или человека с сердечно-сосудистыми заболеваниями может значительно ухудшиться ввиду наличия выхлопных газов.

Углекислый газ (CO2)

Вредный для всего климата планеты газ неизбежно возникает при сжигании ископаемых видов топлива, таких как дизельное топливо или бензин. С точки зрения CO2 дизельные двигатели немного “чище”, чем бензиновые, потому что они в основном потребляют меньше топлива.

Для человека CO2 безвреден, но не является таковым для природы. Парниковый газ CO2 отвечает за большую часть глобального потепления. По данным Федерального Министерства окружающей среды Германии, в 2015 году доля углекислого газа в общем объеме выбросов парниковых газов составила 87,8 процента.

С 1990 года выбросы углекислого газа почти непрерывно сокращаются, в общей сложности уменьшившись на 24,3 процента. Однако, несмотря на производство все более экономичных двигателей, рост автомобилизации и увеличение грузового движения нивелирует попытки ученных и инженеров уменьшить вред. Ввиду чего выбросы углекислого газа остаются на высоком уровне.

Кстати: весь автотранспорт, скажем, Германии несет ответственность “только” за 18 процентов выбросов CO2. Более чем в два раза больше, 37 процентов, уходит на выбросы энергетики. В США картина противоположенная, там наиболее серьезный урон природе наносят именно автомобили.

Окись углерода (Co, угарный газ)

Чрезвычайно опасный побочный продукт горения. Монооксид углерода представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Соединение углерода и кислорода возникает при неполном сжигании углеродсодержащих веществ и является крайне опасным ядом. Поэтому качественная вентиляция в гаражах и подземных паркингах имеет важное значение для жизни их пользователей.

Даже небольшое количество окиси углерода приводит к повреждению организма, несколько минут проведенных в плохо проветриваемом гараже с работающим автомобилем может убить человека. Будьте предельно осторожны! Не прогревайте автомобиль в закрытых боксах и помещениях без вентиляции!

Но насколько опасен оксид углерода на открытом воздухе? Проведённый в Баварии эксперимент показал, что в 2016 году средние значения, показанные измерительными станциями, оказались между 0,9-2,4 мг/м 3 , оказались значительно ниже предельных показателей.

Для обывателя озон не является каким-то опасным или токсичным газом. Однако, в реальности это не так.

Под воздействием солнечного света углеводороды и окись азота превращается в озон. Через дыхательные пути озон попадает в организм и приводит к повреждению клеток. Последствия, влияния озона: местное воспаление дыхательных путей, кашель и одышка. При небольших объемах озона никаких проблем с последующим восстановлением клеток организма не возникнет, но при больших концентрациях этот безобидный с виду газ может спокойно убить здорового человека. Не зря в России этот газ отнесен к самому высокому классу опасности.

С изменением климата повышается риск появления высоких концентраций озона. Ученые считают, что к 2050 году озоновая нагрузка должна резко возрасти. Для решения проблемы, окислы азота, выбрасываемые транспортом должны быть значительно сокращены. Кроме того, факторов влияния на распространение озона достаточно много, например, растворители в красках и лаках также активно способствуют возникновению проблемы.

Двуокись серы (SO2)

Это загрязняющее вещество возникает при сжигании в топливе серы. Она относится к классическим атмосферным загрязнителям, возникающим при процессе горения, на электростанциях и в промышленности. SO2 является одним из самых главных «ингредиентов» загрязняющих веществ образующих смог, также называемый “Лондон смог”.

В атмосфере диоксид серы подвергается ряду процессов преобразования, в результате чего могут возникнуть серная кислота, сульфиты и сульфаты. SO2 действует в первую очередь на слизистые оболочки глаза и верхних дыхательных путей. Что касается окружающей среды, диоксид серы может повреждать растения и вызывать окисление почвы.

Оксиды Азота (NOx)

Оксиды азота образуются, главным образом, в процессе сгорания в двигателях внутреннего сгорания. Дизельные автомобили считаются основным источником. Введение катализаторов и сажевых фильтров продолжает увеличиваться, так что выбросы будут заметно снижаться, но произойдет это только в будущем.

NO2 является раздражающим газом. Это приводит к раздражению глаз и повреждению слизистой оболочки дыхательного тракта. Благодаря своей бронхо-сужающей характеристике, это особенно проблематично для астматиков и людей с хроническим обструктивным заболеванием легких.

Данные замеров показывают, что в среднем в годовом отношении количество NOx было превышено на 57% от нормы. Главными виновниками остается разнообразный транспорт. С 2010 года наблюдается лишь незначительное снижение тренда загрязнения. С 1990 по 2015 год выбросы снизились на 59%.

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ АВТОТРАНСПОРТА, ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Наиболее распространенные загрязнители – зола и пыль различного состава, оксиды цветных и черных металлов, различные соединения серы, азота, фтора, хлора, радиоактивные газы, аэрозоли и т.п. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха приходится на долю оксидов углерода – около 200 млн. тонн в год, пыли – около 250 млн. тонн в год, золы – около 120 млн. тонн в год, углеводородов – около 50 млн. тонн в год.

Одним из источников загрязнения атмосферы является автотранспорт, от использования которого происходит огромный выброс самых разнообразных химических веществ. В городах используется огромное количество машин с двигателями дизельного типа. А ведь известно, что выхлопной газ от дизельного двигателя содержит намного больше токсичных и ядовитых веществ, чем от карбюраторного двигателя. Более 200 вредных для организма человека веществ содержит отработанный газ двигателей внутреннего сгорания (ДВС), основой которого являются: окись углерода и азота, диоксиды азота и серы.

Положение с выхлопными газами автотранспорта еще и усугубляется тем, что во всех городах России практически не ведется контроль выхлопных газов на содержание СО. Посты технического обслуживания не оснащены приборами для проведения газоанализа и регулировки двигателей автомобилей.

По статистике, в среднем один легковой автомобиль выбрасывает в атмосферу за день около одного килограмма разных токсичных и канцерогенных веществ. Причем подобные вещества способны аккумулироваться и находиться в окружающей среде до 5 лет.

Зачастую выхлопными газами называют все выбросы в городскую атмосферу, в том числе котельных, заводов и других промышленных предприятий. На самом деле этим термином правильно называть только транспортные выбросы, которые появляются в результате переработки топлива. Также их называют отходящими газами.

Выхлопные газы – продукт работы двигателей внутреннего сгорания, и, учитывая стремительный рост количества транспорта за последние 50 лет и, в частности, прирост личного автотранспорта в городах, выхлопные газы в воздухе городов обосновались всерьез и надолго, а количество их только растет.

Важно знать, что лишь один автомобиль способен всего лишь за сутки поставить в воздух около килограмма таких вредных соединений. Большее вредное влияние здоровью человека, растительности, животным, а также почве и водным ресурсам оказывают машины, двигатели которых работают на дизеле, нежели на бензине или газе, при этом вырабатывается большее количество сажи.

Согласно статистике, грузовые машины и автобусы вырабатывают больше выхлопных газов, нежели легковые автомобили. Этот факт напрямую связан с режимом работы и объемами двигателей внутреннего сгорания автомобилей.

Так, например, легковая машина дает за сутки порядка 220 мг/м3 угарного газа, автобус 230 мг/м3, а небольшой грузовик целых 500 мг/м3. Легковушка дает 45 мг/м3 оксида азота, автобус 18 мг/м3, а небольшой грузовик – 70 мг/м3. Также автобус, в отличие от легковушки, постоянно выбрасывает в воздух оксиды серы, углерода и соединения свинца.

Выхлопные газы автомобилей – это сочетание двухсот-трехсот химических соединений, которые являются достаточно вредными для организма человека. Они получаются при сгорании различного автомобильного топлива и отходят в открытую атмосферу. Наибольший объем токсинов присутствует в выхлопных газах, когда двигатель работает на холостом ходу и на сниженных скоростях. При таких режимах происходит плохое выгорание топлива и отход несгоревших элементов топлива в количестве более чем в десять раз превышающем выхлопы при стандартном режиме автомобиля.

В составе выхлопных газов разных видов топлива, могут быть такие вредные элементы как:

оксиды азота и углерода;

диоксиды азота и серы;

некоторое количество сажи;

разные соединения свинца;

Содержание основных химических веществ в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания меняется в зависимости от типа двигателя, бензиновый или дизельный, однако основной набор остается прежним (табл. 1). При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе — сажа.

Химический состав выхлопных газов автомобиля

Объемная доля в бензиновом двигателе, %

Объемная доля в дизельном двигателе, %

Водяной пар H2O

Диоксид углерода СО2

Оксид углерода (CO – угарный газ)

Диоксид серы SO2

Как видно из таблицы, в состав выхлопных газов достаточно разнообразен, и большая часть компонентов токсична. По химичес­кому составу и свойствам, а также ха­рактеру воздействия на организм че­ловека их подразделяют на группы.

Это нетоксичные вещества (азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосфер­ного воздуха).

Это оксид углеро­да или угарный газ (СО) — продукт неполного сгорания топлива.Оксид углерода обладает наркотическим действием, раздражающе действует на кожу и слизистые оболочки. Оксид углерода при вдыхании связывается с гемоглобином крови, вытесняя из нее кислород, в результате чего наступает кислородное голодание, которое, прежде всего сказывается на центральную нервную систему. Высокая концентрация оксида углерода даже при кратковременном воздействии может вызвать смерть; небольшие дозы вызывают головокружение, головную боль, чувство усталости и замедленную реакцию. Оксид углерода – один из факторов, вызывающих болезнь сердца – стенокардию, т.е. уменьшение переноса кислорода к тканям, особенно пагубно для миокарда (сердечной мышцы).

В ее составе окси­ды азота — NO и NO2. Вызывает сильное раздражение слизистых оболочек глаз, при высоких концентрациях оксидов азота (свыше 0,004%) возникают астматические проявления и отек легких.

В эту группу входят различные углеводороды (со­единения типа СxНy). Углеводороды, наряду с токсичными свойствами, обладают также канцерогенным действием. Особой канцерогенной ак­тивностью отличается бензапирен (С29Н12), содержащийся в отработав­ших газах бензиновых двигателей и дизелей.

Эту группу состав­ляют органические соединения — аль­дегиды. В отработавших газах содер­жатся в основном формальдегид, ак­ролеин и уксусный альдегид. Эти со­единения, раздражают органы зрения, дыхательные пути, поражают центральную нервную систему, почки, печень. При фотохимическом смоге воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, отмечаются симптомы удушья, обострение легочных и нервных заболеваний, бронхиальной астмы.

Компоненты этой группы — сажа и другие дисперсные частицы. Адсорбируя на своей повер­хности бензапирен, сажа оказывает более сильное негативное воздей­ствие, чем в чистом виде. Сажа как любая мелкая пыль действует на органы дыхания, но главная опасность заключается в том, что на ней адсорбируются канцерогенные вещества, следовательно, возрастает риск заболеваний раком.

К этой группе от­носят сернистые соединения — сер­ный ангидрид, сероводород, которые имеют место в отработавших газах, когда используется топливо с повы­шенным содержанием серы. Сернис­тые соединения оказывают раздража­ющее действие на слизистые оболоч­ки горла, носа, глаз человека. Сернистый газ вызывает онкологические заболевания. Вдыхание влажного воздуха, содержащего оксид серы, особенно опасен для людей, страдающих сердечнососудистыми заболевания. Длительное вдыхание сернистого газа повышенной концентрации действует на организм особо токсично, вызывая нарушение деятельности нервной системы.

В состав этой группы входят свинец и его соедине­ния. Эти компоненты появляются в отработавших газах при использова­нии этилированного бензина.Соединения свинца поражают органы и ткани организма, нервную систему, желудочно – кишечный тракт, нарушают обменные процессы, приводят к росту онкологических заболеваний. Опасность отравления соединениями свинца усугубляется тем, что они, как канцерогенные вещества не удаляются из организма, а накапливаются в нем, также как в почве и растениях. В организме человека свинец удерживается белками эритроцитов, затем поступает в плазму крови и достигает почек, печени и др. органов. В костях свинец накапливается постепенно и надолго остается в них.

Поражение десен, расстройство кишечника, заболевание почек, сосудов и центральной нервной системы, угнетение синтеза белка, отрицательное воздействие на генетический аппарат клетки – результат отравления свинцом. Если с водой человек получает больше 0,1 мг ионов свинца в сутки, то это может привести к повышенной утомляемости, депрессии, нарушению функций нервной системы, анемии, почечной недостаточности, судорогам. Ионы свинца можно удалить из воды, осадив их в виде сульфидов.

Свинцовое отравление даже на ранних стадиях влияет на головной мозг, в результате чего у детей снижается интеллект, нарушается координация движений, ухудшается слух и память.

Из 1000 т загрязняющих веществ, ежедневно попадающих в воздух из выхлопов автомобилей, 200 т угарно­го газа, 800 т углеводородов и других соединений. Приоритетной вредной примесью в отработавших газах автомобилей, работающих на бензине, является оксид углерода (СО), доля которого составляет в среднем 69% общего количества выбросов вредных веществ. Доли остальных примесей распределены следующим образом: 17% приходится на оксиды азота (NOх) и 14% — на суммарные углеводороды (СН) (см.приложение 4).

Вследствие содержания в выхлопных газах автомобилей вредных и даже ядовитых веществ, а также при постоянном действии таких элементов на органы человека, они способны вызывать развитие острых и хронических болезней.

Автомобиль стал бы гораздо безвреднее для окружающей его среды, если бы в его двигателе углеводородное топливо превращалось исключительно в углекислый газ и водяные пары. Но… Температура горения топлива бывает или слишком высокой, или очень низкой, что приводит к его неполному сгоранию. Кроме того, не следует забывать о качестве самого горючего и примесях, содержащихся в нем. Все это, как известно, приводит к возникновению токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота и серы, несгоревших углеводородов и прочих газов, а также твердых частиц сажи и соединений свинца.

Сегодня именно транспортные выбросы являются основной причиной загрязнения воздуха в городе и постоянно оказывают влияние на здоровье человека.

Состав выхлопных газов достаточно разнообразен, и большая часть компонентов токсична. Выхлопные газы автомобиля могут нанести вред здоровью, и достаточно серьезный. Прежде всего, оксид углерода или угарный газ не имеет вкуса и запаха, но при высокой концентрации вызывает головокружение, головную боль, тошноту, может приводить к обморокам.

Такав далеко не весь перечень воздействия интенсивно выделяемых на первый взгляд невинного голубоватого дымка глушителя автомобиля. Вред от выхлопных газов автомобиля во многом объясняют канцерогены – сажа и бензопирен, которые способствуют развитию опухолей, особенно — злокачественных.

Рассматривая выхлопные газы и вред, который они приносят, нужно добавить и про влияние этого химического коктейля целиком: длительный контакт с выхлопными газами приводит к смерти, в частности — от отравления конкретно угарным газом. Наибольшая опасность этих выбросов состоит в их количестве, распространенности и мелком размере частиц, что позволяет выхлопам проходить через естественные барьеры организма и попадать в легкие. При постоянном воздействии выхлопных газов на организм может развиваться иммунодефицит, страдают сосуды головного мозга; нервная, дыхательная, сердечнососудистая системы. Кроме того, большая часть токсичных веществ, входящих в состав выхлопных газов, может взаимодействовать друг с другом и с другими компонентами атмосферы, что способствует образованию смога.

Выхлопные выбросы действуют сразу непосредственно на внутренние органы дыхания, причем у детей младшего возраста намного значительнее, чем у взрослых. Это объясняется тем, что самая большая концентрация выбросов находится на уровне лица маленьких детей.

Химические соединения, что есть в составе выхлопных газов, в особенности тяжелые металлы, характеризуются свойством накапливаться в организме.Вследствие чего начинается зашлаковывание организма с последующим развитием серьезных заболеваний.

Наибольший вред выхлопные газы оказывают на водителей и пассажиров автотранспорта, которым приходится подолгу стоять в пробках, так как концентрация оксида углерода внутри автомобиля может превышать предельно допустимые нормы. Выхлопные газы от автотранспорта образуют смог (smog, от smoke — дым и fog — туман) — ядовитый туман в нижнем слое атмосферы. Смог состоит из тумана, дыма, частичек сажи, пыли, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Вредные газы, поступающие в атмосферу, вступают в реакцию между собой и образуют новые, токсичные соединения. Смог, состоящий из азотных, сернистых соединений и капелек воды, вызывает раздражение слизистых оболочек, головную боль, осложнения заболеваний дыхательных путей, отеки и т. д.

Так как выхлопные газы способствуют снижению количества кислорода в крови и мешают нормальному газообмену, следует выводить организм на полезные прогулки в пригород или в удаленный от дороги парк, чтобы получить порцию свежего воздуха.

При постоянном воздействии выхлопов стоит разнообразить свое меню антиоксидантами, которые содержатся в ягодах, фруктах, зеленых овощах и зеленом чае, а также в семечках, и пить больше воды, так как она способствует детоксикации. Такой “допинг” помогает организму справляться с последствиями вдыхания химического коктейля и поддерживает здоровье.

Каждый человек должен задуматься о том, какие серьёзные последствия несёт атмосфера, пропитанная вредными химическими веществами. Жизнь, данная нам однажды природой не должна нарушаться искусственными факторами, которые негативно сказываются на здоровье человека.

Однако исключить из жизни наличие автотранспорта невозможно или проблематично, но вполне возможно и необходимо сократить количество вредных примесей содержащихся в выхлопных газах. Одним из путей экологизации автомобильного транспорта является перевод его на альтернативные виды топлива.

В последние годы ведется активная разработка биологических видов топлива, электромобилей и возможных модификаций двигателя, что позволит отказаться от углеводородного “корма” автомобилей и сократит количество вредных выхлопных газов. Однако пока это все вопрос скорее будущего, а не настоящего, поэтому сейчас лучше защищаться от выбросов. Для защиты сферы обитания человека, правительство должно принимать законы, призванные оптимизировать движение городского транспорта. Кроме того, в настоящее время следует делать акцент на производстве экологически чистого транспорта, разрабатывать альтернативные энергоисточники для транспортных средств, развивать бизнес по прокату велосипедов и озеленять город.