Кожемжарова Д.К.

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Россия

Современные экологические требования к автомобильным бензинам

Бурный рост автомобильного транспорта в развитых страна, где плотность автомобилей достигла 10-20 ед. на 1 кв. км, привел к сильному загрязнению окружающей среды и в первую очередь воздушного бассейна вредными выбросами отработавших газов. Огромное количество загрязняющих веществ, образующихся при сжигании автомобильных бензинов, обусловливает тот факт, что среди всех требований, предъявляемых к бензинам, на первое место выдвигаются экологические. Загрязнение окружающей среды, связанное с применением бензинов, происходит на этапах транспортирования, заправки и др. (испарение, утечки). Вместе взятые, эти потери составляют 1,5-2%, что составляет примерно 700 тыс. т./год. Однако основным источником загрязнения являются отработавшие газы. В их составе содержится более 300 соединений, наносящих вред окружающей среде и здоровью человека. Среди экологических показателей этилированных бензинов важнейшим является содержание в них соединений свинца. Максимальная норма содержания свинца в бензинах снижена с 0,37 до 0,15 г/дм3.

Среди продуктов сгорания неэтилированных бензинов наибольшую опасность представляют оксид и диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды. Несгоревшие углеводороды, содержащиеся в отработавших газах, под воздействием различных факторов (солнечный свет, повышенная влажность) способствуют образованию стойких аэрозолей, получивших название «смог». Высокое содержание серы в бензине увеличивает выбросы оксидов серы, которые губительно действуют на здоровье человека, животный и растительный мир, конструкционные материалы.

Как обычно, об экологии автотранспорта первыми начали заботиться именно те, кто больше всего вреда той самой экологии и приносит, причем в общепланетарном масштабе. А именно граждане США, где количество автомобилей практически сравнялось с количеством населения. Нормы экологичности принимаются в соответствии с Законом о чистом воздухе (1970). Итак, каковы же экостандраты в США?

Transitional Low Emission Vehicle (TLEV), принятый в 1994 году, в котором выбросы СН в атмосферу < 0,125 грамм на милю, пройденную автомобилем. Этот стандарт устарел, в связи с чем возникла необходимость в 1997 году принять более щадящий стандарт – Low Emission Vehicle (LEV), в котором выбросы СН уже < 0, 075 грамм на милю. В этот же период принят еще более «гуманный» стандарт – Ultra Low Emission Vehicle (ULEV), выбросы СН < 0,040 грамм на милю. Почти безвредный стандарт был утвержден спустя совсем короткий срок – Super Ultra Low Emission Vehicle (SULEV) в 1998 году. Выбросы СН составили < 0,010 грамм на милю. Этот стандарт применим для автомобилей, начиная с 2000 года выпуска. В этом же году появляется стандарт, где выбросы СН отсутствуют – Zero Emission Vehicle (ZEV). Затем были разработаны модификации City Electric Vehicle (CEV) для миниатюрных электромобилей и Neighborhood Electric Vehicle (NEV) для электромобилей гольф-класса. Есть и другие разновидности: Partial Zero-Emission Vehicle (PZEV). Автомобили, соответствующие этой норме, должны до 150 тысяч миль пробега на протяжении 15 лет иметь выбросы CH < 0,010 грамм на милю. Стандарт Advanced Technology Partial Zero-Emission Vehicle (AT-PZEV) разработан для автомобилей со спиртовыми и газовыми двигателями, соответствующим требованиям PZEV. Автомобили, отвечающие требованиям не ниже ZEV (CEV, NEV, PZEV, AT-PZEV) называются «зелеными» автомобилями.

Перечисленные выше стандарты дополнялись программой надзора за реальным состоянием автопарка, включающей:

1) ежегодный контроль экологических параметров автомобилей в ходе планового и выборочного технического осмотра (Inspection & Maintenance);

2) дорожный контроль (on the road)

В дополнение принимались меры ответственности для производителей автомобилей (отзыв автомобилей) и для владельцев автотранспорта (штрафы), что заставляло и тех и других стремиться к соблюдению установленных требований.

Европейские же стандарты появились позже американских и имеют различия в методах проведения испытаний, поэтому напрямую сравнивать европейские стандарты с американскими нельзя.

Выбросы автотранспортных средств (АТС) регулируются Директивами Европейского парламента и Совета Европы 70/220/ЕЕС для легких АТС, 88/77/ЕС – для тяжелых, а также рядом «дочерних» Директив. Дочерние директивы выпускались в рамках реализации двух программ - Программы «Автомобиль-Топливо 1» и Программы «Автомобиль-Топливо 2» (AUTO-OIL PROGRAM –AOP1 и АОР2) и Европейской Программы по выбросам, топливам и моторным технологиям – European Programme on Emissions, Fuels and Engine Technologies (EPEFE). Первая Программа AOP1 действовала в 1992 по 1996 годы и обеспечила выполнение требований Евро-2 на выбросы автотранспорта. По результатам выполнения АОР1 было принято Сообщение Комиссии (Commission Communication) - COM 96/248, в котором были сформулированы требования к новым экологическим стандартам Евро 3 и Евро 4.

Европейские требования постоянно ужесточаются, подтверждение тому можем пронаблюдать в таблице 1.

Таблица – 1 Изменения требований к бензинам в Европе

Показатели	Значения показателей
	2000+		2005+	2009+
Плотность кг/см3	720-780		720-780	720-280
Давление насыщенных паров	64-66		60	60
Выкипание min %об.
до 100⁰ С	48-52		46	46
до 150⁰С	75		75	92
Содержание
Серы ppm	150		50	30
Ароматики % об.	42		35	25
Бензола %об.	1		1	1
Олефинов %об.	18		15	5
Оксигинатов %масс.	2,8		2,7	2,7
Концентрация свинца, г/дм3	Отсутствие
Концентрация марганца, г/дм3	Отсутствие
Индукционный период окисления, мин, не менее	360	480		480

Из приведенных в табл.1 данных можно выделить наиболее жесткие требования к содержанию серы в бензинах, что способствует снижению выбросов вредных сернистых соединений и снижению образования кислот, способствует нормальной работе каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Также можно выделить требования по ограничению токсичного бензола. Здесь же следует отметить жесткие требования к наличию металлосодержащих соединений в топливе, используемых ранее в массовом порядке в качестве антидетонаторов, как наиболее простого способа получения высокооктановых бензинов.

Из медицинских исследований известно, что соединения свинца высокотоксичны и практически не выводятся из организма людей, а соединения марганца очень медленно выводятся из клеток мозга человека. Поэтому введение в топлива металлосодержащих присадок не допускается.

Отказ от применения этиловой жидкости в бензинах вызывает необходимость увеличения содержания в них ароматических и олефиновых углеводородов, что приводит к существенному изменению их компонентного состава.

Олефиновые углеводороды в составе автомобильных бензинов могут приводить к образованию отложений во впускной системе двигателей. Кроме того, испарение олефинов, являющихся химически активными соединениями, в атмосферу способствует образованию озона, а в продуктах сгорания присутствуют токсичные диены, поэтому содержание олефинов в бензинах высших категорий лимитируется.

Ароматические углеводороды, особенно тяжелые, повышают склонность автомобильных бензинов к образованию углеродистых отложений в камере сгорания двигателя. Эти отложения увеличивают содержание в отработавших газах углеводородов и NOx. Ароматические углеводороды способствуют образованию в отработавших газах канцерогенного бензола. Снижение доли ароматических углеводородов в бензине приводит к уменьшению содержания токсичных продуктов в отработавших газах.

Таким образом, с точки зрения экологических последствий в бензине наиболее важными являются следующие характеристики:

1) детонационная стойкость (определяет работу и расход топлива);

2) содержание серы (кислотные дожди и работа всей топливной системы);

3) содержание ароматических и олефиновых углеводородов и бензола (продукты неполного сгорания этих веществ являются канцерогенами и способствуют смогообразованию);

4) давление насыщенных паров (определяет испаряемость, расход топлива, безопасность хранения и транспортировки).

Литература:

1. Andy Burke, Ethan Abeles, Belinda Chen “The Response of the Auto Industry and Consumers to Changes n the Exhaust Emission and Fuel Economy Standards (1975-2003): a Historical Review of Changes in Technology, Prices and Sales of Various Classes of Vehicles.” Institute of Transportation Studies, University of California, Davis, 2004

2. Asif Faiz, Cristofer S.Weaver, Michael P.Walsh “Air Pollution from Motor Vehicles. Standards and Technologies for Controlling Emissions”, The Word Bank, Washington, D.C. 1996

3. Oil and Gas J. — 2009. — Health, Safety & Environment news

4. Ховавко И.Ю. Экологическое регулирование рынков моторных топлив // Вестник Московского университета. Серия 6. Экономика. – 2006. – № 6