Исследовательская работа "Роль автомобиля в загрязнении окружающей среды"

Министерство образования и науки Республики Бурятия.

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Никольская средняя общеобразовательная школа»

Научно-практическая конференция учащихся

 «Шаг в будущее»

Секция:

 Экология региона.

Тема:

Роль автомобиля в загрязнении

окружающей   среды.

Автор: Варфоломеев Роман, ученик 11 класса

                                                                              Руководитель: Егорова Татьяна Валерьевна

2012 г.

Введение.

Объект исследования: окружающая среда

Предмет исследования: автомобили.

Практическая значимость работы:   сохранение качества окружающей среды и здоровья населения находится в числе самых острых проблем современности. 

Цель: изучить влияние автотранспорта на экологическое состояние окружающей среды.

Задачи:

 1. Рассмотреть «вклад » автомобильного транспорта в загрязнение атмосферы .

2. Определить количество  (единиц) автотранспорта, проходящего по участку дороги.

3. Рассчитать количество выбросов вредных веществ в  воздух  от автотранспорта .

4. Изучить влияние автомобильного транспорта на окружающую  среду.

Гипотеза: Быть или не быть автомобилям.

Методы:

1. Изучение литературы;
2. Беседа с работниками АЗС, сельской администрациёй;
3. Расчеты по формулам.

Оборудование: ручка, микрокалькулятор, блокнот, телефон с камерой.

Нельзя допустить, чтобы люди направляли на свое

собственное уничтожение те силы природы,

которые они сумели открыть и покорить»

(Ф. Жолио - Кюри,  физик,  лауреат

Нобелевской премии.)

 Загрязнение окружающей среды имеет почти такую же долгую историю, что и история самого человечества. Долгое время первобытный человек мало, чем отличался от других видов животных и в экологическом смысле находился в равновесии с окружающей средой. К тому же численность человечества была невелика. С течением времени в результате развития биологической организации людей, их умственных способностей, человеческий род выделился среди других видов: возник первый вид живых существ, воздействие которых на все живое представляет собой потенциальную угрозу равновесию в природе. Можно считать, что «вмешательство человека в природные процессы за это время выросло не менее чем в 5000 раз, если это вмешательство вообще можно оценить»^[1].

Антропогенное загрязнение окружающей среды оказывает выраженное воздействие на здоровья населения, особенно в связи с изменением социально–экономических условий. Поэтому проблема неблагоприятного влияния факторов окружающей среды на состояние здоровья с каждым годом приобретает все большую актуальность.

Наибольшую опасность для человека и животных представляют экотоксиканты. Экотоксиканты — вредные химические вещества, загрязняющие окружающую среду и отправляющие находящиеся в ней живые организмы. Основными источниками их поступления являются: предприятия различных отраслей, энергетические установки, сельскохозяйственное производство, АЭС и предприятия, использующие атомную энергию, кроме всего этого большой вред окружающей среде и здоровью человеку приносит автомобильный транспорт.

В среднем каждый  из них выбрасывает в сутки 3,5-4 кг угарного газа, значительное количество оксидов азота, серу, сажу. При использовании этилированного бензина этот высокотоксичный элемент попадает в выхлопные, а затем в атмосферу.

«Вклад» автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы составляет сегодня в большинстве регионов России не менее 30% . Автомобили  используют кислород  атмосферы, для них ежегодно расширяют сеть дорог с твердым покрытием, которые густой сетью опутывают планету. Содержание таких дорог требует больших денежных затрат.

 Автомобили расходуют огромное количество топлива.  А  его источники исчерпаем, и осталось на земле  не так уж много. Особенно быстро тают запасы нефти, из которой получают бензин. Кроме того при добыче нефти, ее транспортировке и переработке на нефтедобывающих предприятиях загрязняются почвы, воды и атмосфера. Наконец, в катастрофах на дорогах гибнет  много людей.

В настоящее время автотранспорт является одним из основных загрязнителей атмосферы оксидами азота и угарным газом, содержащимися в выхлопных газах. Доля транспортного загрязнения воздуха составляет более 60% по СО (угарному газу) и более 50% no NOx (оксиду азота) от общего загрязнения атмосферы этими газами. В выхлопах двигателей внутреннего сгорания содержатся оксид углерода (II), оксид азота, углеводороды, альдегиды, сажа, бензапирен.

Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ, доля токсичности альдегидов относительно невелика и составляет 4—5% от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных углеводородов сильно отличается. однако Непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота образуют ядовитые кислородсодержащие соединения — составляющие смогов.

1.Наиболее значимые факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на  окружающую среду.

Основными источниками загрязнения воздушной среды автомобилями являются отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания, картерные газы и топливные испарения.

По виду применяемого топлива ДВС подразделяют на двигатели, работающие на бензине, газе и дизельном топливе. По способу воспламенения горючие смеси бывают с воспламенением от сжатия (дизели) и с воспламенением от искровой свечи зажигания.

Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов нефти с температурой кипения от 200 до 3500 0С. Дизельное топливо должно иметь определённую вязкость и самовоспламеняемость, быть химически стабильным, при сгорании иметь минимальную дымность и токсичность.

К основным токсичным выбросам автомобиля относят: отработавшие газы, картерные газы и топливные испарения.

Отработавшие газы содержат угарный газ (СО), углеводороды (СХНY), сажу, оксиды азота и другие ядовитые вещества.

Картерные газы – это смесь отработавших газов, проникшей через неплотности поршневых колец в картер двигателя с парами моторного масла.

Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% углеводородов,98% оксидов азота; картерные газы – по 5% Углеводородов, 2% оксидов  азота, а топливные испарения – до 40% углеводородов. (см приложение табл 1)

    Угарный газ и оксиды азота входят в состав невинного на первый взгляд голубоватого дымка, выделяемого глушителем автомобиля.

    Белый и синий дым – это смесь капли топлива с микроскопическим  количеством пара. Он образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации. Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом он исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли; если размер капли больше длины волны синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый. Кроме того, бывает синий дым от масла. Наличие дыма показывает, что температура не достаточна для полного сгорания топлива. Чёрный дым состоит из сажи.

Сажа – это бесформенное тело. В отработавших газах дизельного двигателя сажа состоит из неопределённых частиц с размерами 0,3-100 микрометров. Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, вида топлива и отношения топливо-воздух. Количество сажи напрямую зависит от температуры в зоне сгорания.

Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин. Его используют для того, чтобы повысить октановое число для уменьшения детонации (это очень быстрое, взрывное сгорание рабочей смеси в цилиндрах двигателя, сопровождающееся повышением давления газов). При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается от 0,5 до 0,85 кг оксидов свинца.

Степень загрязнения атмосферного воздуха выхлопными газами автомобилей зависит от возможного переноса загрязняющих веществ на значительные расстояния, уровня их химической активности и метеорологических условий. Составные части вредных выбросов могут взаимодействовать между собой и с атмосферным воздухом.

Часто над крупными городами (особенно летом, в жаркую, сухую погоду) можно наблюдать чёрную дымку – смог. Он образуется при взаимодействии солнечного света на оксиды азота и углеводородные соединения. Твёрдые частицы отработавших газов тоже могут участвовать в образовании смога, но они менее активны. Формирование смога обычно останавливается при прекращении солнечной радиации в тёмное время суток и при прохождении сильного ливня, который снижает температуру окружающей среды и осаждает мелкие частицы на поверхность почвы.

2.Влияние вредных веществ на организм человека.

Угарный газ и оксиды азота, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля – вот одна из причин головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности.

По воздействию на организм человека компоненты отработавших газов подразделяются на:

-токсичные (угарный газ, оксиды серы, углеводороды, соединения свинца);

-канцерогены (органическое соединение бенз(а)пирен);

-раздражающего действия (оксиды серы, углеводороды).

Влияние перечисленных компонентов на организм человека зависит от их концентрации в атмосфере и продолжительности воздействия. (См приложение табл 2 масса выбросов при пробеге 15000 км в год)

Азот, кислород и углекислый газ являются нетоксичными веществами. Их содержание в атмосфере в обычных условиях не достигает уровня, вредного для человека. Но:

Угарный газ – реагирует с гемоглобином в 210 раз быстрее, чем кислород, что приводит к кислородной недостаточности. Признаками кислородной недостаточности являются нарушения в центральной нервной системе, поражение в дыхательной системе, снижение остроты зрения. Увеличенные концентрации СО способствуют  возрастанию смертности лиц с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Угарный газ вызывает головную боль, похудение, рвоту.

Оксид азота  – действует как наркотик, вызывая галлюцинации и не мотивируемые движения. Диспансерные исследования Института экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН показали, что длительное вдыхание воздуха, содержащего угарный газ, в концентрациях 3-6 ПДК (предельно-допустимые концентрации) и данный оксид азота в концентрациях 2-3 ПДК, вызывает в детском организме развитие хронического тонзиллита, хронического ринита, гипертрофию миндалин, снижение жизненной ёмкости лёгких.

Оксиды азота – воздействие на человека приводит к нарушению функций лёгких и бронхов, нарушают зрение. Их воздействию больше всего подвержены дети и люди, страдающие сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Углеводороды – имеют неприятные запахи. Раздражают глаза, нос.

Соединения свинца – накапливаются в организме человека, попадая в него через дыхательные пути, и пищей и через кожу. Свинец и его соединения относятся к классу высокотоксичных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Свинец влияет на нервную систему, что приводит к снижению интеллекта, вызывает изменения физической активности, нарушение координации слуха, воздействует на сердечно- сосудистую систему, приводя к заболеваниям сердца.

Сернистый ангидрид – способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя бесплодию и генетическим уродствам.

Сажа – при попадании в дыхательные пути возникают хронические заболевания (размер частиц 0,5-2мкм, более крупные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях).

Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов; от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры, влажности и т.д. Лица пожилого возраста, дети, больные, курильщики, страдающие хроническим бронхитом, сердечной недостаточностью, астмой - являются более уязвимыми.

В больших городах более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования.

Основное содержание. 

Меня заинтересовал вопрос: Сколько же всего насчитывается  в мире автомобилей? По данным из интернета можно увидеть следующую картину:

Сравнительная таблица А

Я сходил в нашу сельскую администрацию и узнал, что  в нашем поселении так же как и во всем мире идет рост автомобилей

Сравнительная таблица. Б

Я решил проследить, где же больше всего происходит скопление автомобилей и соответственно больше всего идет воздействие на окружающую среду. Сделав обзорную экскурсию, я увидел, что больше всего скапливается машин разных марок на стоянке возле гостиницы «В гостях у льва», что располагается  вблизи федеральной трассы «Москва-Владивосток». К тому же рядом находится двухэтажное жилое здание. Шаланды, фуры, грузовики выделяют выхлопные газы еще с непрогретых двигателей, загрязняя окружающую среду.

1.Расчётная оценка количества выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта.

Для расчета количества выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта я выбрал участок федеральной автотрассы проходящей мимо села Никольск. Измерил шагами длину участка  протяженностью 500 метров.  Сначала я посчитал  количества единиц автотранспорта прошедших по участку в течение 20 минут, затем рассчитал, сколько автомобилей пройдет по данному участку за 1 час. Рассчитал по формуле Li= Ni x I,

где Ni- количество автомобилей каждого типа за 1 час; i-тип автотранспорта; l-длина участка в км (см приложение табл 3)

Вывод: анализ таблицы  показывает, что окружающая среда села Никольска вдоль федеральной трассы  «Москва-Владивосток»  испытывает умеренную  антропогенную нагрузку. Так как санитарные требования по уровню загрязнения допускают поток транспорта в жилой зоне интенсивностью не более 200 авт./час. На исследуемом участке  интенсивность движения составила 57 машины за час, что является допустимым для санитарных норм .

Выбросы вредных веществ от автотранспорта характеризуются количеством основных загрязнителей воздуха, попавших в атмосферу из выхлопных (отработанных газов) газов, за определенный промежуток времени.  Исходными данными для расчета количества выбросов является:

1. количество единиц автотранспорта разных типов, проезжающих по выделенному участку автотрассы в единицу времени;
2. норма расхода топлива автотранспорта (средние нормы топлива автотранспорта).

Сделав расчеты, я получил следующее:(см приложение табл 4 «Норма расхода топлива автотранспортом при движении», табл 5 «Выброс вредных  веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего»)

Рассчитал количество топлива (Qi, л) разного вида, сжигаемого при  движении двигателями автомашин, по формуле  Qi= Li x Yi, значение Yi взял в таблице 4. Полученные результаты занес в таблицу 6.(см приложение табл 6 «Определение общего количества сожженного топлива каждого вида»)

Вывод: определил общее количество сожженного топлива каждого вида  получилось, что бензина сжигается больше чем дизтоплива.

Беседуя с работниками АЗС «Роснефть» с Никольска я узнал, что в день израсходуется бензина- 3 тонны, дизтоплива-2 тонны. В месяц получается 94 тонны бензина и 67 тон саляры.

Следующим шагом своей работы я рассчитал количество выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива и всего. Вот что у меня получилось(см приложение табл 7 «Количество выброшенных вредных вешеств на участке федеральной трассы с Никольск»):

         Вывод:  анализ таблицы 7 показывает, что  на  участке  федеральной автотрассы    «Москва - Владивосток» основными загрязнителями атмосферы являются автомобили с бензинном двигателем.

2.Обработка результатов и выводов.

Обрабатывая результаты:

1. рассчитал массу выделившихся вредных веществ по формуле:  m=V*M : 22,4
2. рассчитал количество чистого воздуха необходимого для разбавления выделившихся вредных веществ. Результаты записал в таблицу №8 (см приложение табл 8)

Вывод:

3.Рекомендации:

Чтобы уменьшить  пагубное влияние автомобилей на природу, следует:

1. Уменьшить содержание вредных веществ в выхлопных газах. 

Экологически чище заправка автомобилей не бензином,  а сжиженным газом или спиртом, выхлопы от таких автомобилей менее опасны.В перспективе можно будет использовать водород, получаемого при разложении воды.

В будущем  на смену современного автомобилю придёт  электромобиль и конечно, человек будет чаще пользоваться  велосипедом и ходить пешком.

2. Рационально использовать движение транспорта.

Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью (из диапазона наиболее экономичных) . Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота - при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью , поэтому чтобы уменьшить количество выбросов, движение по улицам следует делать безостановочным.

3. Разработка наиболее эффективного движения маршрута городского транспорта;

Маршруты грузового автотранспорта следует выносить за город на объездные дороги , а в центр города заезжать только по необходимости – для обслуживания магазинов , предприятий, перевозки вещей населения. Можно создать специальные пешеходные зоны, где движение автотранспорта запрещено.

4. Полная реализация экологических и экономических законов, принятых в России и других странах.

Экологические законы, относящиеся к автотранспорту, действующие в России, описаны в главе 26 Уголовного кодекса РФ «Экологические преступления».

Законы есть, но придерживаются ли их автовладельцы и производители? Ответ напрашивается сам, т.к. используемые в стране автомобили не соответствуют современным европейским ограничениям по токсичности и выбрасывают вредных веществ существенно больше, чем зарубежные аналоги.

Отсутствие жёстких законодательных требований по токсичности выбросов приводит к тому, что потребитель не заинтересован покупать экологически более чистые, но при этом более дорогие автомобили, а производитель не склонен их выпускать.

4. Заключение:

Быть автомобилю или не быть? Ответ однозначен – быть! В настоящее время идёт борьба с автомобильной опасностью. Конструируются новые фильтры, разрабатываются новые виды горючего. Остаётся надеяться, что в ближайшее время человечество сумеет найти способы эксплуатации автомобильного транспорта без причинения вреда окружающей среде и здоровью человека. Человек должен изменить свою жизненную позицию во взаимоотношениях с природой. Из её покорителя и потребителя человечество должно превратиться в партнёра окружающей его среды. Насущной необходимостью современности является экологическая грамотность, экологическая культура и этика всего человечества, и в первую очередь –граждан России.

1. Используемая литература:
2. Амбарцумян В.В., Носов В.Б., Тагасов В.И. Экологическая безопасность автомобильного транспорта-М, Издательство «Научтехлитиздат»,1999.
3. Аксёнов И.Я.,Аксёнов В.И.Транспорт и охрана окружающей среды-М.   «Транспорт»,1986
4. .Ашихмина Т.Я. Школьный зкологический мониторинг.М., «Агар», «Рандеву-АМ», 2000.
5. Буслаев А.П., Луканин В.Н.и др. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие для вузов-М. ИНФРА-М,1998
6.  Валова В.Д. Основы экологии: Учебное пособие. 2-е издание переработанное и дополненное, «Издательский дом Дашков и Ко»,2001
7. КуровБ.М. Как уменьшить загрязнение окружающей среды автотранспортом?// Россия в окружающем мире - Аналитический ежегодник,2000.
8. Эйхлер В.Яды в нашей пище (пер. с нем.)- М., «Мир»,1993.
9. Энциклопедия для детей. Экология. М.: «Аванта +», 2004 г.
10. Энциклопедия для детей. Химия. М.: «Аванта +», 2004 г.
11. Н.М. Чернова, В.М. Галушин, В.М. Константинов «Основы экологии», М.: «Просвещение», 1997 г.
12. Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фельдман Химия – 10, М.: «Просвещение», 2008 г.
13. Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фельдман Химия – 9, М.: «Просвещение», 2008 г.
14. ИД «Первое сентября», Химия, №14, №19, №22, №23, 2009г.
15. Н.Е. Кузьменко, В.В. Еремин, В.А. Попков «Начала химии», М.: «Экзамен», 2000г.

6. Приложение.

Таблица 1

Содержание токсичных выбросов в отработавших газах ДВС.

Таблица №2

                   Масса выбросов при пробеге 15000 км в год.

Таблица 3

Таблица 4

Норма расхода топлива автотранспортом при движении.

Таблица 5

Выброс вредных  веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего.

 (Коэффициент вредных выбросов  по справочным данным)

Таблица 6

Определил общее количество сожженного топлива каждого вида.

Таблица 7

Количество выброшенных вредных веществ на участке  федеральной автотрассы с Никольск.

Таблица 8

Вывод:

Рекомендации:

Чтобы уменьшить  пагубное влияние автомобилей на природу, следует:

1. Уменьшить содержание вредных веществ в выхлопных газах.

Экологически чище заправка автомобилей не бензином,  а сжиженным газом или спиртом, выхлопы от таких автомобилей менее опасны.В перспективе можно будет использовать водород, получаемого при разложении воды.

В будущем  на смену современного автомобилю придёт  электромобиль и конечно, человек будет чаще пользоваться  велосипедом и ходить пешком.

2. Рационально использовать движение транспорта.

Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью (из диапазона наиболее экономичных) . Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота - при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью , поэтому чтобы уменьшить количество выбросов, движение по улицам следует делать безостановочным.

3. Разработка наиболее эффективного движения маршрута городского транспорта;

Маршруты грузового автотранспорта следует выносить за город на объездные дороги , а в центр города заезжать только по необходимости – для обслуживания магазинов , предприятий, перевозки вещей населения. Можно создать специальные пешеходные зоны, где движение автотранспорта запрещено.

4. Полная реализация экологических и экономических законов, принятых в России и других странах.

Экологические законы, относящиеся к автотранспорту, действующие в России, описаны в главе 26 Уголовного кодекса РФ «Экологические преступления».

Законы есть, но придерживаются ли их автовладельцы и производители? Ответ напрашивается сам, т.к. используемые в стране автомобили не соответствуют современным европейским ограничениям по токсичности и выбрасывают вредных веществ существенно больше, чем зарубежные аналоги.

Отсутствие жёстких законодательных требований по токсичности выбросов приводит к тому, что потребитель не заинтересован покупать экологически более чистые, но при этом более дорогие автомобили, а производитель не склонен их выпускать.

Заключение:

Быть автомобилю или не быть? Ответ однозначен – быть! В настоящее время идёт борьба с автомобильной опасностью.

1. Используемая литература:
2. Амбарцумян В.В., Носов В.Б., Тагасов В.И. Экологическая безопасность автомобильного транспорта-М, Издательство «Научтехлитиздат»,1999.
3. Аксёнов И.Я.,Аксёнов В.И.Транспорт и охрана окружающей среды-М.   «Транспорт»,1986
4. .Ашихмина Т.Я. Школьный зкологический мониторинг.М., «Агар», «Рандеву-АМ», 2000.
5. Буслаев А.П., Луканин В.Н.и др. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие для вузов-М. ИНФРА-М,1998
6.  Валова В.Д. Основы экологии: Учебное пособие. 2-е издание переработанное и дополненное, «Издательский дом Дашков и Ко»,2001
7. КуровБ.М. Как уменьшить загрязнение окружающей среды автотранспортом?// Россия в окружающем мире - Аналитический ежегодник,2000.
8. Эйхлер В.Яды в нашей пище (пер. с нем.)- М., «Мир»,1993.
9. Энциклопедия для детей. Экология. М.: «Аванта +», 2004 г.
10. Энциклопедия для детей. Химия. М.: «Аванта +», 2004 г.
11. Н.М. Чернова, В.М. Галушин, В.М. Константинов «Основы экологии», М.: «Просвещение», 1997 г.
12. Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фельдман Химия – 10, М.: «Просвещение», 2008 г.
13. Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фельдман Химия – 9, М.: «Просвещение», 2008 г.
14. ИД «Первое сентября», Химия, №14, №19, №22, №23, 2009г.
15. Н.Е. Кузьменко, В.В. Еремин, В.А. Попков «Начала химии», М.: «Экзамен», 2000г.