Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию - Фелленберг Г.
ISBN 5-03-002857-9
Скачать (прямая ссылка):
2 J. Газы
91
структивных нововведений удается обеднить топливную смесь. В результате вредные выбросы сокращаются на 30% по сравнению с обычными двигателями. Но наилучший эффект очистки достигается при использовании катализаторов; в общем виде механизм катализа описывается следующим химическим уравнением:
СО + C„Hm + NOx ^CO2 + N2 + H2O (2.46)
Катализатор представляет собой керамику, пронизанную мельчайшими каналами. Для увеличения активной поверхности каналы внутри покрываются оксидами металлов. Подготовленная таким образом подложка покрывается сплавом платины с небольшим количеством родия и следами оксидов металлов. Расход платины на один катализатор составляет 1 — 1,5 г. Благородные металлы с успехом можно извлекать из старых отработанных катализаторов. Непременным условием эксплуатации катализатора является применение бензина, не содержащего тетраэтилсвинца (ТЭС), так как свинец дезактивирует катализатор. Для успешного осуществления процесса, протекающего по уравнению 2.46, необходима достаточная подача кислорода в топливную смесь, состав которой должен меняться с изменением режима работы двигателя. Поэтому необходимо непрерывно контролировать состав топливной смеси с помощью ламбда-детектора, чтобы в топливной смеси количества топлива и кислорода при любом режиме двигателя были в полном соответствии. Стоимость этой системы регулирования составляет значительную часть от стоимости всей каталитической насадки.
Недопустимость использования этилированного топлива дает дополнительный эффект в борьбе с загрязнениями, так ,как до введения катализаторов главным источником выбросов свинца в окружающую среду было использование топлива с ТЭС для автомашин с бензиновыми двигателями.
Несмотря на каталитическую очистку выхлопных газов двигателей большегрузных автомобилей, остался еще целый ряд проблем, связанных с выхлопными газами. Выбросы CO2 вызывают парниковый эффект в атмосфере (разд. 2.2.4;2). Кроме того, сажа, бензопирен и различные ароматические углеводороды таят немалую опасность для здоровья человека.
Наряду с чисто техническими мероприятиями по обезвреживанию выхлопных газов, обсуждается еще целый ряд вопросов, свя
92
2. Изменения в атмосфере
занных как с ограничением скорости движения автотранспорта, так и вообще с ограничением его использования. Уменьшение количества выхлопных газов при ограничении скорости движения на автострадах до 100 км/ч составляет около 21%. Ограничение скорости до 80 км/ч не приводит к существенному сокращению вредных выбросов, но экономит топливо. Намеченное в некоторых местностях и кое-где уже введенное установление предельной скорости 30 км/ч не принесет никаких улучшений в ситуацию с выхлопными газами. Оно приведет, однако, к сокращению несчастных случаев, что само по себе не менее важно, чем очистка атмосферы от выхлопных газов. Существенное уменьшение выбросов автомобильных двигателей при снижении скорости может быть достигнуто только в том случае, если одновременно понизить мощность мотора до такой степени, чтобы достигалась скорость лишь 100 км/ч. Кроме значительной экономии топлива это приведет к сокращению выбросов без дальнейшей очистки, например только по NOx примерно на 1/3 по сравнению с современным средним значением.
При общем сокращении интенсивности движения автотранспорта возникнут проблемы, связанные с перевозками и переездами на короткие расстояния, а также с высвобождением большого числа лиц и необходимостью их дальнейшего трудоустройства. При этом, однако, не учитывается, что на проблему загрязнения окружающей среды было указано еще 15—20 лет назад и было достаточно времени для промышленной перестройки. В дальнейшем необходимо искать другие пути, не забывая при этом, что здоровье человека сохраняют не поездки на автотранспорте, а частые прогулки на свежем, незагрязненном воздухе.
2.2.9. Фторхлоруглеводороды, N2O и стратосферный озон
Оставим тропосферу с толщиной слоя около 11 км и поднимемся в расположенную над ней стратосферу на высоте около 50 км над поверхностью Земли (рис. 2.2). Здесь почти нет облаков, поэтому УФ-излучение значительно интенсивнее, чем на поверхности Земли. Это способствует возникновению многих новых реакций. Особенно следует отметить фотохимическое разложение молекулярного кислорода под действием коротковолнового УФ-излуче-ния с длинами волн меньше 242 нм.
о/ЛШ 0(3P) + 0(3P) ' (2.47)
2.2. Газы
93
Образующиеся атомы кислорода (с помощью вещества М, которое выходит из реакции неизменным) дают с молекулярным кислородом озон:
О (3P) + O2 O3 (2.48)
Максимальное количество озона (концентрация около 7 млн ~*) находится на расстоянии 20—25 км от.поверхности Земли. Эта озоновая оболочка, которая на полюсах расположена на несколько километров ближе к Земле, чем на экваторе, поглощает в УФ-обла-сти (максимум при 254 нм) и значительно слабее в ИК-области (при 600 нм). Поглощение энергии озоновым слоем существенно сказывается на запасе энергии в расположенной ниже атмосфере и заметно препятствует вертикальной конвекции воздуха. Таким образом, озоновый слой представляет собой весьма активную инверсионную область. Значение озонового слоя в жизнедеятельности Земли еще больше вследствие того, что для озонового слоя максимум поглощения УФ-излучения (254 нм) очень близок к таковому для ДНК (260 нм). Заметим, что ДНК — носитель генетической информации всего живого. Озон защищает ДНК от индуцированных УФ-излучением биохимических изменений, вызывающих мутации. В ходе эволюции Земли живые существа смогли выйти из морей (также поглощающих УФ-излучение) на сушу только тогда, когда над землей возникла первая озоновая оболочка. Таким образом, стратосферный озоновый слой над Землей следует рассматривать как необходимую предпосылку существования на суше всего живого.
