Загрязнение атмосферы выхлопными газами: влияние на человека и окружающую среду

Во второй половине 20 века во многих странах мира произошел резкий скачок развития автомобилестроения. Увеличение количества машин привело к усилению беспокойства как ученых, так и простых обывателей по поводу влияния продуктов сгорания топлива на здоровье человека и на экологию в целом.

Данная проблема загрязнения атмосферы выхлопными газами не потеряла своей актуальности. В их составе присутствует множество токсичных компонентов, поэтому выхлопные газы – одна из главных экологических проблем современности.

Что такое выхлопные газы?

Выхлопными газами автомобилей называют продукты переработки топлива, выбрасываемыми в атмосферу. Их состав и влияние на окружающую среду начали активно изучать еще в 60-е годы 20 века.

За последние десятилетия количество автомобилей на планете значительно увеличилось, а вредные выбросы, возникающие в процессе их работы стали серьезной проблемой. Особенно страдает от них экология крупных городов. Присутствие веществ, содержащихся в их составе, в мегаполисах превышает допустимые нормы и может привести к возникновению различных заболеваний.

Состав выхлопных газов

Состав выхлопных газов автомобилей зависит от качества используемого топлива и типа двигателя. Но отличия будут только в процентном составе тех или иных веществ. Выхлопы автомобилей состоят как из вполне безвредных веществ, так и из достаточно токсичных.

В большей части они состоят из таких газов, как азот, кислород, диоксид углерода и водяные пары. Эти вещества входят в состав атмосферного воздуха и не представляют никакой опасности для людей и окружающей среды. Объем каждой из вредных примесей в составе не превышает 1-2%, реже 5-10%. К опасным для здоровья можно отнести следующие компоненты:

• Оксид углерода.
• Альдегиды.
• Углеводороды.
• Диоксид серы.
• Сажа
• Бензапирен.

Компонент	Объемная доля в бензиновом двигателе, %	Объемная доля в дизельном двигателе, %	Токсичность
Азот	74–77	76–78	нетоксичен
Кислород	0,3–8	2–18	нетоксичен
Водяной пар	3–5,5	0,5–4	нетоксичен
Диоксид углерода	5–12	1–10	нетоксичен
Оксид углерода	0,1–10	0,01–5	токсичен
Углеводороды	0,2–3	0,009–0,5	токсичны
Альдегиды	0–2	0,001–0,009	токсичны
Диоксид серы	0–0,002	0–0,03	токсичен
Сажа, г/м3	0–0,04	0,1–1,1	токсична
Бензапирен, г/м3	0,01–0,02	0–0,01	токсичен

Монооксид углерода и углекислый газ

Эти вещества считаются опасными и наносящими серьезный ущерб экологии. В большинстве стран мира автомобили проходят проверку и сертификацию на соответствие международным нормам по их содержанию в составе выхлопных газов автомобилей.

Вред, наносимый этими примесями, зависит от их концентрации в воздухе. Так малое содержание (до 0,05%) углекислого газа может привести к возникновению головной боли и тошноты, а более высокое (0,5%) – вызывает удушье и смерть в течение 15 минут.

Причиной высокого содержания углекислого газа в воздухе является неполное сгорание топлива. Это чаще всего происходит при прогреве двигателя. Поэтому прогревать автомобиль рекомендуется в хорошо проветриваемом помещении или на свежем воздухе.

Также уменьшить количество указанных веществ в составе автомобильных выхлопов можно при помощи правильной настройки карбюратора, заменой старого воздушного фильтра или регулировкой впрыскивающих клапанов.

Углеводороды и органические масла

Остатки не прогоревших углеводородов и пары органических масел не представляют опасности для здоровья людей. Но под действием солнечных лучей они вступают в реакцию с другими компонентами воздуха и образуют токсичные соединения. Полученные вещества могут вызвать раздражение слизистых оболочек и дыхательных путей. Кроме того, одним из основных элементов смога являются углеводороды и их соединения.

Если следить за состоянием уплотнительных колец, а также настроить карбюратор и свечи зажигания таким образом, чтобы углеводороды в процессе работы двигателя прогорали полностью, то в результате будут выделятся безвредные вещества: углекислый газ и пары воды.

Формальдегид

В результате взаимодействия формальдегида, выделяемого автомобилями, с атмосферным азотом и рядом других компонентов воздуха образуются токсичные соединения. При их достаточной концентрации образуется туман, который может представлять опасность для человека.

Пыль и сажа

Мельчайшие твердые частицы, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей, оседают на обочинах и различных объектах вдоль автомобильных трасс. При постоянном вдыхании подобной пыли и сажи возникает риск развития заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой системы. Из-за малых размеров частиц сажи, они легко попадают непосредственно в кровеносные сосуды и оказывают пагубное влияние на них изнутри.

Возможности полностью исключить данные вещества из состава выхлопных газов пока не существует. Единственной возможностью уменьшить их количество – это применение качественного топлива.

Бензпирен

Бензпирен (Бензапирен) относится к группе полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Данные мутагенные и канцерогенные вещества способны накапливаться в природных объектах, воде и почве. Бензипрен самый распространенный из ряда опасных веществ этой группы. Со временем он накапливается в организме человека и, при достижении определенной критической концентрации, оказывает необратимые воздействия на его здоровье.

Объем выхлопных газов

В среднем при сжигании одного литра топлива выделяется 16 тысяч литров выхлопных газов. Примерный объем газов, выделяемых каждым автомобилем можно вычислить, исходя из среднего расхода топлива на 100 км пробега, заявленного производителем машины. Для этого придется суммировать пройденное расстояние и считать общий объем заправленного топлива.

Выхлопы каждого автомобиля за 1 день или пройденный километр сосчитать просто невозможно. Также нельзя определить общий объем выхлопа большого количества машин, так как неизвестно сколько проезжает ежедневно или ежечасно каждая машина. Поэтому любые данные подобных исследований можно считать сильно усредненными или приближенными.

Влияние выхлопных газов на здоровье человека

Высокая концентрация вредных веществ, содержащихся в выхлопах автомобилей, в атмосфере представляет серьезную опасность для здоровья. Одним из самых быстродействующих и наиболее опасных компонентов автомобильных выхлопов является угарный газ. Он не имеет вкуса и запаха, а при высокой концентрации в замкнутом объеме вызывает тошноту, головокружение, удушье, обмороки и смерть.

Долгое время в качестве автомобильного топлива использовался этилированный бензин, в продуктах его сгорания присутствовал свинец. Этот опасный для человека элемент способен накапливаться в организме. Сейчас этот металл исключен из состава бензина, но за время применения этилированного бензина, свинец мог серьезно повлиять на здоровье жителей крупных городов.

При нагревании углеводородов под воздействием прямых солнечных лучей они окисляются и при вдыхании вызывают раздражение слизистых оболочек глаз и обострение хронических заболеваний дыхательной системы.

Сажа и бензипрен, накапливаясь в организме человека, способны вызвать появление опухолей, в том числе и недоброкачественных.

При классификации веществ, вырабатывающихся в процессе сгорания автомобильного топлива, по степени опасности для человека выделяют 6 основных групп:

1. Безопасные.
   К ним относятся азот и его соединения, водород и водяные пары, кислород, углекислый газ и другие элементы земной атмосферы.
2. Оксид углерода или угарный газ.
   Наиболее опасная составляющая отходящих газов, он способен вызвать отравление и привести к смерти от сильнейшего удушья.
3. Оксид и диоксид азота.
   Эти вещества считаются более опасными чем угарный газ, при длительном воздействии данных газов даже в небольшой концентрации можно заболеть астмой, получить отек легких или хронический бронхит, а также они способствуют развитию заболеваний пищеварительной, сердечно-сосудистой и нервной систем.
4. Углеводородные соединения.
   В эту группу входит множество органических соединений, большинство из которых ядовиты, вредны для сердечно-сосудистой системы или приводят к возникновению опухолей.
5. Альдегиды.
   Вызывают раздражение слизистых оболочек, приводят к заболеваниям дыхательных путей и убивают нервные клетки.
6. Сажа и мелкодисперсные элементы
   Кроме непосредственного влияния на дыхательные пути и кровеносные сосуды способны впитывать в себя вредные вещества и способствовать их накоплению в организме.

Лечение при отравлении

В случае отравления продуктами сгорания топлива следует срочно обратиться в больницу. Для снижения вреда выхлопных газов автомобилей для сердечно-сосудистой системы производят инъекции препаратов для нормализации ее работы.

При отравлении угарным газом проводят искусственную вентиляцию легких, детоксикацию.

Первая помощь при отравлении

При подобных отравлениях необходимо вывести пострадавшего на свежий воздух, расположить его в сидячем или полусидячем положении и срочно вызвать скорую помощь. До приезда медицинской бригады можно укрыть пострадавшего теплым одеялом и дать теплое питье.

Влияние выхлопных газов на окружающую среду

Выхлопы автомобилей влияют на городскую экологию следующим образом:

• Загрязнение воздуха, воды и почвы вредными веществами.
• Отравление растений, растущих вдоль дорог.
• Возникновение ядовитых кислотных осадков.
• Отрицательное влияние на сельскохозяйственные и кормовые культуры на полях рядом с дорогами.

Все перечисленные факторы тем или иным образом влияют и на здоровье местных жителей.

Как защититься от выхлопных газов?

Для защиты от вредного воздействия газов в местах большого скопления техники или в автомобильных пробках можно применить противогаз или респиратор. Но они редко имеются под рукой. Уменьшить воздействие автомобильных выхлопов можно при помощи самодельной повязки из шарфа или платка.

Для защиты квартиры , расположенной вблизи дороги или парковки, рекомендуется приобрести плотные стеклопакеты, чаще применять специальные приборы – очистители воздуха и как можно больше времени проводить за городом или в парках.

Основные загрязнители атмосферы: классификация по агрегатному состоянию

Основные химические загрязнители атмосферы

Источники химического загрязнения воздуха и его последствия

Антропогенное загрязнение атмосферы: виды, основные источники, последствия

Ингредиентное загрязнение окружающей среды

Причины появления фотохимического тумана и смога

Влияние загрязнения атмосферы на здоровье человека и окружающую среду

Экологический класс транспортного средства: как узнать, таблица, по VIN

Контроль и критерии оценки качества атмосферного воздуха

Механизм образования кислотных дождей: кислоты из серы и азота

Экологические проблемы использования тепловых двигателей

Выброс CO2 автомобиля: что необходимо знать при выборе автомобиля? Состав и влияние на экологию

Любой современный автомобиль, в основе которого лежит двигатель внутреннего сгорания, вырабатывает токсичные вещества или выхлопные газы. Этот термин больше известен, как выброс CO2, который рассчитывается в граммах на пройденное расстояние в километрах. Многие автомобилисты пренебрежительно относятся к этому моменту, а зря, по той простой причине, что выхлопы транспортных средств наносят непоправимый вред окружающей среде. Разумеется, есть и неравнодушные к этому люди, из-за чего автопроизводители в последние годы стараются существенно снизить уровень выбросов в атмосферу, используя различные дополнительные конструктивные элементы для автомобилей. Так как далеко не все автовладельцы в курсе, что такое выбросы CO2, здесь потребуется более подробно раскрыть эту тему.

Состав выбросов CO2

Перед тем, как углубляться в основные подробности конструктивных особенностей транспортных средств, необходимо прежде всего рассмотреть состав выхлопных газов, куда входят следующие компоненты:

• обычный водяной пар;
• такие газы, как азот и кислород;
• диоксиды и оксиды углерода;
• определенное количество углеводородов;
• альдегиды и диоксид серы;
• сажа и бензапирен.

Некоторые вещества в данном случае не представляют какой-либо угрозы для окружающей среды. Другие, напротив, являются токсичными и отравляют не только атмосферу, но и здоровье человека.

За светодиодные фары в России лишают прав: как избежать такого наказания и когда изымают удостоверение?

Сколы и царапины на бампере — машину на штрафстоянку. Власти ужесточают требования к автомобилям

«Российские» Citroen Jumpy и Peugeot Expert доработали: вэны стали удобнее за счет новой трансмиссии

Если говорить про количество вредных выбросов автомобилем, то их принято рассчитывать, взяв за основу стандартный двигатель внутреннего сгорания, который при сжигании одного литра топлива выделяет в атмосферу порядка 16 килограмм вредных веществ. В частности, среди всех упомянутых ранее компонентов выхлопных газов следует поговорить про наиболее опасные вещества, которые токсичны и могут оказать пагубное воздействие на здоровье человека.

Углекислый газ и моноксид углерода

В первую очередь необходимо упомянуть именно про эти вещества, так как они относятся к наиболее опасным компонентам выбросов CO2 автомобиля. Эти элементы наносят непоправимый вред экологии. По этой причине, большинство стран выполняют соответствующую проверку транспортных средств, чтобы выбросы этих веществ не превышали допустимый показатель нормы, когда состав не так опасен для экологии и здоровья человека. В частности, стоит напомнить, что вред, который могут нанести данные вещества, напрямую зависит от их концентрации в воздухе. К примеру, менее 0,05% углекислого газа влечет за собой тошноту и появление головной боли. Если концентрация достигает 0,5%, то человек может умереть спустя 15 минут, так как наступает удушье.

Стоит отметить, что повышенное содержание углекислоты в воздухе — это следствие неполного прогорания горючей смеси, проходящей через двигатель и выхлопную систему. Наиболее часто подобное происходит в тот момент, когда транспортное средство находится в режиме прогрева. Именно поэтому, автомобили принято прогревать на улице либо в тщательно проветриваемых помещениях. Примечательно, что снизить количество выбросов можно путем правильного проведения настройки карбюратора или иного механизма, отвечающего за подачу топлива и его впрыск в цилиндры.

Органические масла и углеводороды

Сразу стоит оговориться, что сами по себе упомянутые вещества не способны навредить здоровью человека. Однако, ситуация в корне меняется, как только эти компоненты начинают вступать в реакцию с солнечными лучами. Под их воздействием такие пары смешиваются с другими элементами в воздухе, из-за чего впоследствии появляются токсичные соединения. В конечном итоге, полученные элементы чаще всего вызывают раздражение слизистой оболочки, а также дыхательных путей человека. Необходимо понимать, что при правильной настройке мотора, уплотнительных колец, а также свечей зажигания и модуля, отвечающего за впрыск топлива, весь углеводород начинает прогорать, и в конечном итоге выделяется углекислый газ и водяной пар – вещества, которые полностью безвредны для человека.

Формальдегид

Автомобили, которые работают за счет двигателя внутреннего сгорания, в небольших количествах выделяют формальдегиды. Эти вещества достаточно быстро вступают в реакцию с азотом, присутствующем в атмосфере. В конечном итоге, появляются токсины, которые могут оказать пагубное воздействие не только на здоровье человека, но и на окружающую среду. Если концентрация таких веществ достаточно высокая, то впоследствии проявляется туман, представляющий самую натуральную угрозу жизни человека.

Сажа и пыль

Еще одни частицы, которые так или иначе выделяются из выхлопной системы в результате отвода выбросов CO2 по отводным каналам. Чаще всего, это происходит из-за металлической стружки, которая так или иначе образуется при работе цилиндров. Полностью эти элементы не прогорают, из-за чего в небольшом составе вырываются наружу и загрязняют окружающую среду. Сами по себе частицы не представляют опасности, пока не попадают в организм человека, где они достаточно быстро оседают, а после влекут за собой проблемы с дыхательной и сердечно-сосудистой системами. В настоящее время нет возможности полностью избавиться от выделения таких частиц, однако, можно заметно снизить их величину, если пользоваться только качественным топливом.

Бензпирен

В данном случае речь идет про полициклический ароматический углеводород. Этот компонент может без каких-либо проблем скапливаться в любых природных объектах (к примеру, почва или вода). Также такое вещество может регулярно накапливаться в человеческом организме до определенного момента, когда не достигнет критической концентрации. После этого начинается необратимое воздействие на человеческое здоровье. Именно поэтому, на современных транспортных средствах устанавливается качественная выхлопная система, которая не позволяет веществу в большом количестве проникать в окружающую среду.

Конструкция выпускной системы автомобиля

Для того, чтобы существенным образом снизить пагубное воздействие выбросов CO2 на окружающую среду, а также человеческое здоровье, современные автопроизводители оборудую свои автомобили качественным выхлопом. Он состоит из следующих компонентов:

• коллектор выпускной – в данном случае речь идет про элемент, задействованный для отвода газов, а также последующего охлаждения, методом продувки цилиндров мотора. Коллектор чаще всего выполняется из крепких и жаростойких материалов, которые не будут подвергаться пагубному воздействию отработанных газов, которые могут на выходе разогреваться от 700 до 1000 градусов Цельсия;
• приемная труба – это металлическая труба, которая имеет достаточно сложную форму. Элемент крепится при помощи фланца к коллектору или к турбокомпрессору;
• нейтрализатор каталитического типа – это конструктивный элемент, который устраняет из отработки наиболее вредные примеси, переводя их водяной пар. Это устройство ставится почти на все авто с бензиновыми моторами, соответствующими экологическому классу Евро-2 и выше. Также данное приспособление преобразует углекислый газ в более безопасный азот;
• пламегаситель – это наиболее бюджетный вариант вместо сажевого фильтра или катализатора. Применяется для снижения температуры отработанных газов, а также уменьшения энергии. Это приспособление практически не используется в современных автомобилях, так как никак не уменьшает токсичность выбросов;
• лямбда-зонд – еще один важный атрибут выпускной системы, который контролирует величину кислорода в составе отработке. На сегодняшний день авто может оснащаться одним или сразу двумя датчиками соответствующего типа;
• сажевый фильтр – данное приспособление применяется в обязательном порядке на дизельных моторах. Этот элемент позволяет удалить сажу из выбросов CO. В современных авто он может совмещать в себе также функции катализатора;
• резонатор – этот компонент используется для снижения уровня шума, который вырабатывается в процессе выпуска отработанных газов, а также в результате работы самого силового агрегата;
• трубопроводы – это вспомогательные конструктивные элементы, которые позволяют соединить всю выхлопную систему воедино, чтобы на выходе выбросы не загрязняли окружающую среду, а также не угрожали здоровью человека.

Следует понимать, что современные выхлопные системы далеко не всегда используют сразу все упомянутые компоненты, так как производители автомобилей берут за основу только определенные изделия, способные в полной мере очистить отработанные газы, а также снизить уровень шума авто.

Принцип работы выхлопной системы

Для того, чтобы автомобилист понимал, из-за чего транспортные средства оказывают пагубное воздействие на окружающую среду, стоит на наглядном примере разобрать принцип работы системы выхлопа, а именно:

• после сгорания топлива, происходит открытие выпускных клапанов и через освободившиеся каналы выходят газы и несгоревшее горючее;
• далее газы попадают в выпускной коллектор, где постепенно объединяются в один сплошной газовый поток;
• отработка проходит по трубе до первого кислородного датчика, который передает в блок управления данные, где учитывается состав топливовоздушной смеси;
• после этого отработка добирается до катализатора, где газы вступают в реакцию с металлами-окислителями, из-за чего теряют свою токсичность;
• далее отработка проходит второй кислородный датчик, где определяется качество очистки газов и работоспособность катализатора;
• практически в самом конце отработанные газы попадают в резонатор, где происходит перенаправление потоков, что снижает уровень шума;
• после прохождения через последний глушитель, отработанные выбросы CO2 напрямую попадают в атмосферу.

Примечательно, что такая система выпуска отработанных газов с каждым годом совершенствуется автомобильными производителями, чтобы существенно снизить вред, наносимый окружающей среде.

Особенности выхлопной системы дизельного двигателя

Автолюбителям необходимо принимать во внимание тот факт, что силовые агрегаты, работающие на тяжелом топливе, выбрасывают в атмосферу большее количество токсичных веществ. Именно поэтому стоит выделить некоторые особенности системы выхлопа для дизелей:

• начальная температура выхлопных газов в дизельном моторе несколько ниже и варьируется в пределах 500 – 600 градусов Цельсия;
• после выхода из цилиндров отработанные газы в первую очередь направляются в турбокомпрессор, с помощью которого осуществляется наддув;
• далее отработка проходит через лямбда-зонд и направляется в сажевый фильтр, где происходит очистка;
• на завершающем этапе выхлоп проходит через глушитель, после чего попадает напрямую в атмосферу.

Стоит отметить, что эволюция силовых агрегатов, а также выхлопных систем ведется регулярно, и уже, к примеру, для двигателей бензинового и дизельного типа с классом Евро-5 наличие сажевого фильтра, а также катализатора является обязательным моментом. При этом, такие компоненты нельзя поменять на пламегаситель в соответствии с действующим законодательством.

Вывод

Современным автолюбителям необходимо принимать во внимание тот факт, что автомобиль, по своей сути, является сложным механизмом, в составе которого присутствует целый ряд конструктивных элементов. В том числе, здесь присутствует система выброса CO2 напрямую в атмосферу, которая очищает и отводит выхлопные газы и частицы несгоревшего топлива. Знать про эти элементы необходимо каждому водителю, по той простой причине, что с течением времени система выхлопа выходит из строя, после чего в окружающую среду начинают выбрасываться ядовитые вещества, не проходящие специальную очистку. В этот момент автолюбитель должен незамедлительно приступить к ремонту, потому что неочищенные отработанные газы вредят не только природе, но и здоровью человека. Автор: Олег Мокров