Раздел VI
Указания и руководящие принципы по категориям источников:
Категории источников в Части III Приложения C
Категория источников (h)
Транспортные средства, прежде всего работающие на этилированном бензине
Cодержание
VI. H. Транспортные средства, прежде всего работающие на этилированном бензине 3
1. Введение 3
1.1. Описание процесса 3
1.2. Виды топлива, виды двигателей и выбросы 3
2. Образование и выбросы ПХДД/ПХДФ 4
2.1 Исследования выбросов ПХДД/ПХДФ 4
2.2. Сводные выводы исследований 5
3. Наилучшие имеющиеся методы и наилучшие виды природоохранной деятельности 6
4. Законодательные меры по снижению эмиссий ПХДД/ПХДФ 7
Ссылки на литературу 7
Таблицы
Таблица 1. Эмиссии ПХДД/ПХДФ в выхлопных газах автотранспорта 4
VI. H. Транспортные средства, прежде всего работающие на этилированном бензине
Резюме
Основные виды горючего, используемые в транспортных средствах, это бензин и дизельное топливо. Все большее значение приобретает сжиженный нефтяной газ, топливо на основе растительных масел и прочее биотопливо, спирто-нефтяные смеси.
ПХДД/ПХДФ обнаруживают в выхлопных газах автотранспорта, работающего на бензине или дизельном топливе. Более высокие концентрации характерны для выхлопов автотранспорта, работающего на этилированном бензине, вследствие наличия в горючем хлорированных или бромированных присадок.
В качестве альтернативы этилированному бензину можно рекомендовать: неэтилированный бензин (желательно с катализатором); дизельное топливо (желательно с фильтром макрочастиц); сжиженный нефтяной газ; сжатый природный газ; пропан/бутан; биотопливо; спирто-нефтяные смеси.
Наилучшие имеющиеся методы включают запрет на галогенированные присадки, оснащение автомашин каталитическим нейтрализатором или фильтром макрочастиц.
Отсутствуют данные замеров по биотопливам, спирто-нефтяным смесям и сжиженному нефтяному газу, полностью отсутствуют данные по двухтактным двигателям.
Введение
1.1. Описание процесса
Применительно к автотранспорту, описание процесса относительное простое. Бензиновый двигатель получает энергию от взрыва смеси воздуха и бензина, а в дизельном двигателе горючее не взрывается, а сгорает. При зажигании, топливовоздушная смесь быстро расширяется в цилиндре, перемещая поршень сверху вниз. После выброса выхлопной газ в первые несколько секунд разжижается примерно в тысячу раз и быстро охлаждается (DEH 2004).
1.2. Виды топлива, виды двигателей и выбросы
Основными видами топлива, используемого на транспорте, являются бензин, дизельное топливо и сжиженный нефтяной газ. Большинство бензиновых двигателей внутреннего сгорания, используемых сегодня в автомобилях, грузовиках, мотоциклах и прочих транспортных средствах, являются четырехтактными. Как и при многих процессах сгорания, в двигателях внутреннего сгорания в качестве непреднамеренных побочных продуктов образуются полихлорированные дибензо-п-диоксины (ПХДД) и полихлорированные дибензофураны (ПХДФ) (UNEP 2005).
Большинство малых бензиновых двигателей внутреннего сгорания, используемых в лодках, снегоходах, мопедах, маломощных мотоциклах, газонокосилках, бензопилах и т. д. - двухтактные. В этих двигателях происходит тот же термодинамический цикл сгорания, что и в четырехтактном двигателе; однако в них только два такта – совместный такт впуска и выпуска, и такт сжатия, зажигания и сгорания. Самым важным отличием от четырехтактного двигателя является то, что все такты проходят в течение одного полного оборота коленчатого вала. Смазка обычно производится маслом, добавляемым в топливо. Поэтому могут иметь место выбросы большего числа загрязнителей в атмосферу, и кпд может быть ниже, чем у четырехтактного двигателя. Однако простота и дешевизна двухтактного двигателя делают его идеальным для малой техники.
Дизельные двигатели устанавливаются на большегрузных самосвалах, грузовиках, легковых автомобилях, строительном оборудовании, в лодках, генераторах, насосах, сельскохозяйственной технике, включая трактора и т. д. Обычно они четырехтактные и работают на дизельном топливе. Для зажигания используется компрессия, а не искра. Воздух нагнетается в цилиндр и сжимается. Дизельное топливо добавляется под высоким давлением и сжигается. В результате более эффективно используется топливо и понижается удельная эмиссия. Однако, дизельные двигатели генерируют выбросы взвешенных частиц в виде сажи вследствие неполного сгорания, особенно при запуске, разогреве и переменах нагрузки. Хорошо известно, что такие выхлопы содержат высокие концентрации полициклических ароматических углеводородов.
После того, как ПХДД/ПХДФ были впервые обнаружены в отработанном моторном масле (Ballschmiter et al. 1986), были получены многочисленные свидетельства формирования и выбросов ПХДД/ПХДФ в результате процессов сгорания в бензиновых и дизельных двигателях. Неполное сгорание и присутствие источника хлора в присадках масел или горючего приводит к образованию ПХДД/ПХДФ, химических веществ, перечисленных в Приложении С к Стокгольмской Конвенции (Marklund et al. 1987, 1990; Schwind et al. 1991; Hutzinger et al. 1992; Gullett and Ryan 1997). В случае бензиновых двигателей единственным значимым фактором выбросов ПХДД/ПХДФ являются выбросы в атмосферу, а дизельные двигатели образуют значительные количества твердых отложений (сажи). Однако не имеется данных с замерами концентраций ПХДД/ПХДФ в дизельной саже. (UNEP 2005).
Образование и выбросы ПХДД/ПХДФ
2.1 Исследования выбросов ПХДД/ПХДФ
В ряде европейских исследований и одном исследованив в США проводилась оценка эмиссий ПХДД/ПХДФ автотранспортом путем измерения присутствия ПХДД/ПХДФ в воздухе туннеля. Этот подход имеет то преимущество, что позволяет произвести случайную выборку по большому числу автомобилей разного срока службы и технического состояния. Недостаток такого подхода в том, что он опирается на косвенные измерения, что может внести неучтенные погрешности и затруднить интерпретацию результатов. Высказывались опасения, что замеры в туннеле могут дать завышенные показатели эмиссий из-за повторного подъема в воздух ранее осевших частиц и аккумуляции абсорбированных ПХДД/ПХДФ со временем. Мы сочли этот подход неадекватным и поэтому не рассматривали подробно его результаты. Более подробную информацию можно найти в библиографии в конце раздела («Исследования воздуха в туннелях и в окружающей среде»).
Первое исследование эмиссий из выхлопных труб было проведено Марклундом (Marklund et al. 1987) на примере шведских машин. С тех пор было проведено несколько новых исследований на работающих двигателях (пассажирских автомобилей или грузовиков) либо на стендах/беговых барабанах. Испытывались разные виды топлива при различных условиях (моделирующих различные дорожные ситуации или различную нагрузку). Результаты исследований эмиссий в зависимости от потребления топлива приводятся в таблице 1.
Таблица 1. Эмиссии ПХДД/ПХДФ в выхлопных газах автотранспорта
Топливо | Вид автомобиля | Эмиссии (пг TEQ/л) | Ссылка |
Этилированный бензин, четырехтактный | Легковой автомобиль, старый: | 60/10 | Marklund et al. 1990 |
Легковой автомобиль, новый: | 21/23 | Marklund et al. 1990 | |
Легковой автомобиль | 0,55–1,66 | Schwind et al. 1991 | |
Дизельное | Грузовой автомобиль | 291 | Geueke et al. 1999 |
Тяжелые грузовики | 29,3–47,7 | Gullett and Ryan 1997 | |
Легковой автомобиль | 2–141 | Schwind et al. 1991 | |
Грузовой автомобиль | 4–88 | Schwind et al. 1991 | |
Информация отсутствует | 0,5; 0,6; 2,0 | Kim et al. 2003 | |
Грузовой автомобиль | 1,20–103 | MoE Japan 2003 | |
Легковой автомобиль | 1,47–121 | MoE Japan 2003 | |
Неэтилированный бензин, четырехтактный | Легковой автомобиль, старый и новый: до глушителя или в выхлопной трубе | 3,5 | Marklund et al. 1990 |
Легковой автомобиль | 5–22 | Schwind et al. 1991 | |
Грузовой автомобиль | 0,42; 0,99 | MoE Japan 2003 | |
Легковой автомобиль | 0,34–16,42 | MoE Japan 2003 | |
Неэтилированный бензин с катализатором, четырехтактный | Легковой автомобиль | 2–3 | Schwind et al. 1991 |
В 1994 г. Хагенмаер и др. проанализировали эмиссии автобуса с двигателем на дизельном горючем (Hagenmaier 1994; Hagenmaier et al. 1995). Концентрации ПХДД/ПХДФ составили около 1 пг/л для отдельных 2,3,7,8-замещенных конгенеров, а I‑TEQ - 0.01 нг I‑TEQ/л. Таким образом, результаты 1994 г. были значительно ниже, чем результаты, полученные в 1990 г. (Hagenmaier et al. 1990). В то время, как в 1990 г. количественно определялись смешанные галогенированные дибензо-п-диоксины (ПхДД) и дибензофураны (ПхДФ) (Х = Br, Cl), в эмиссиях 1994 г. ПхДД/ПхДФ в пределах чувствительности обнаружено не было. Аналогично, концентрации ПХДД/ПХДФ были ниже определяемого предела в пробе выхлопов автомобиля на бензиновом двигателе (Hagenmaier et al. 1995). Данные результаты показывают, что с введением запрета на использование галогенированных очистителей (в Германии: см. BImSchV 1992), основной источник ПХДД/ПХДФ (и ПхДД/ПхДФ) был устранен. Результаты также показали, что перекрестное загрязнение действительно имело место, поскольку одни и те же контейнеры использовались для перевозки дизельного топлива, этилированного и неэтилированного бензина. В программе испытаний по определению выбросов ПХДД/ПХДФ и полихлорированных бифенилов (ПХБ) из двигателей внутреннего сгорания, в некоторых случаях определялись ПХБ на уровнях 3,6-8,0 пг WHO-TEQ/L, что было ниже в сравнении с уровнями диоксинов (Dyke 2005). В этом случае мог иметь место неконтролируемый эффект из-за недостаточной регулировки двигателя, что повлияло первоначальные попытки испытаний.
2.2. Сводные выводы исследований
Литературные источники, документирующие результаты европейских, японских (см. также Miyabara et al. 1999), корейских и американских исследований, свидетельствуют о том, что:
- Эмиссии ПХДД/ПХДФ автотранспорта, работающего на неэтилированном топливе, ниже, чем эмиссии автотранспорта, работающего на этилированном топливе; Более высокий уровень эмиссий автотранспорта, работающего на этилированном топливе, объясняется присутствием бромированных очистителей, добавляемых в топливо; Автомашины, оснащенные катализаторами, и работающие на неэтилированном бензине, имеют более низкие показатели эмиссии; Ограниченные исследования показывают, что катализаторы окисления дизельного топлива дают эффект снижения выбросов ПХДД/ПХДФ; Дизельные фильтры макрочастиц эффективно снижают эмиссии ПХДД/ПХДФ автомашин, работающих на дизельном топливе; Автомашины, работающие на дизельном топливе, имеют более низкие показатели эмиссий, чем транспорт на этилированном бензине, и несколько более высокие показатели, чем транспорт, работающий на неэтилированном бензине и оснащенный каталитическими дожигателями; Применение моторных масел с низким содержанием хлора (согласно экспериментам на дизельных двигателях) не приводит к снижению эмиссий ПХДД/ПХДФ.
Нет однозначных данных о влиянии на эмиссии возраста автомобиля. Марклунд с сотрудниками (Marklund et al. 1990) отмечает более высокий уровень эмиссий у старых автомобилей, однако в немецком исследовании (Schwind et al. 1991; Hutzinger et al. 1992) такой зависимости не выявлено.
Не имеется подтвержденных замерами данных в отношении следующих типов двигателей:
- Двухтактные двигатели; Двигатели, работающие на сжиженном нефтяном газе; Двигатели, работающие на спирто-нефтяных смесях; Двигатели, работающие на биотопливе (рапсовое масло и т. д.)
Наилучшие имеющиеся методы и наилучшие виды природоохранной деятельности
Наилучшие имеющиеся методы для снижения эмиссий ПХДД/ПХДФ автотранспорта могут включать:
- Запрет на галогенированные очистители; Запрет на использование этилированного бензина; Установка дизельных фильтров макрочастиц и/или каталитических дожигателей; Применение двигателей, альтернативных бензиновым (электродвигатели, двигатели, работающие на солнечных батареях и батареях топливных элементов).
Наилучшие виды природоохранной деятельности могут включать:
- Необходимо поощрять упреждающие подходы, такие как использование более высокую эффективность топлива. Должны пропагандироваться альтернативные виды транспорта, включая велосипедный, железнодорожный и другие виды общественного транспорта;
- Разделение транспортных контейнеров по видам топлива (например, не перевозить этилированный бензин, содержащий галогенированные очистители в контейнерах, также используемых для перевозки дизельного топлива или неэтилированного бензина); Запрещение использования этилированного бензина; Продвижение типов автомобилей с низким потреблением топлива; Обучение условиям вождения, способствующим меньшему образованию и выбросам загрязнителей; Хорошее техническое обслуживание автомобилей.
Законодательные меры по снижению эмиссий ПХДД/ПХДФ
В Японии «Закон об особых мерах по диоксинам» (вступивший в силу в 1999 г.) содержит нормативы по концентрациям эмиссий ПХДД/ПХДФ из конкретных источников, в список которых не включены выхлопные газы автотранспорта. Что касается автомобильного топлива, в 1980е годы был произведен 100% переход на неэтилированный бензин и продажи этилированного бензина были запрещены законом по свинцу, бензолу и сере. В районе Большого Токио дизельные автомашины должны быть оснащены фильтрами макрочастиц.
В Германии 19-й BImSchV запрещает использование галогенированных очистителей в автомобильных двигателях в качестве меры по снижению эмиссий ПХДД/ПХДФ от автотранспорта, работающего на этилированном бензине (BImSchV 1992)..
Ссылки на литературу
Ballschmiter K., Buchert H., Niemczyk R., Munder A. and Swerev M. 1986. “Automobile Exhausts versus Municipal Waste Incineration as Sources of the Polychlorodibenzodioxins (PCDD) and - furans (PCDF) found in the Environment.” Chemosphere 15:901–915.
BImSchV. 1992. 19.Verordnung zur Durchfьhrung des Bundesimmissionsschutzgesetzes vom 24.07.1992 (Verordnung ьber Chlor - und Bromverbindungen als Kraftstoffzusatz - 19. BImSchV). Bundesgesetzblatt Teil 1, Jahrgang 1992, 75 (Ordinance on ban of halogenated scavengers, Germany).
DEH (Department of the Environment and Heritage, Australia). 2004. Dioxins Emissions from Motor Vehicles in Australia. Technical Report No. 2, National Dioxins Program. Australian Government, Department of the Environment and Heritage.
Dyke P. H., Sutton M. 2005. ”The Effect of Lubricating Oil on Diesel Engine PCDD/F and PCB Emissions.” Organohalogen Compd. 67:2189-2191.
Dyke P. H., Sutton M., Wood D. 2006. Study on the effect of chlorine in lubricating oil on emissions of PCDD/F from a diesel engine. Organohalogen Compd. 68.
Geueke K.-J., Gessner A., Quass U., Brцker G. and Hiester E. 1999. “PCDD/F Emissions from Heavy Duty Vehicle Diesel Engines.” Chemosphere 38:2791–2806.
Government of Japan. 2003. Inventory of PCDDs/DFs Emissions. Government of Japan, Ministry of the Environment, Tokyo. www. env. go. jp/air/report/h15-05/index. html.
Gullett B. and Ryan J. V. 1997. “On-Road Sampling of Diesel Engine Emissions of Polychlorinated Dibenzo-p-dioxin and Polychlorinated Dibenzofuran.” Organohalogen Compd. 32:451–456.
Hagenmaier H. 1994. “Contributions of Diesel-Powered Vehicles and Wood Burning to Overall PCDD/PCDF Emissions.” Organohalogen Compd. 20:267–270.
Hagenmaier H., Dawidowsky N., Weberuss U., Hutzinger O., Schwind K.-H., Thoma H., Essers U., Buhler B. and Greiner R. 1990. “Emission of Polyhalogenated Dibenzodioxins and Dibenzofurans from Combustion Engines.” Organohalogen Compd. 2:329–334.
Hagenmaier H., Krauss P., Vatter J. and Walczok M. 1995. “Eintrag und Verbleib von PCDD/PCDF: Bedeutung der Eintrдge durch Automobilabgase und Holzfeuerungen.” Organohalogen Compd. 22:49–54.
Hutzinger, O., Hagenmaier H., Essers U., Bessy E., Schwind K.-H., Thoma H., Dawidowsky N., Weberuss U., Betz U., Bьhler U. and Greiner R. 1992. “Untersuchungen zur Emission halogenierter Dibenzodioxine und Dibenzofurane aus Verbrennungsmotoren beim Betrieb mit handelsьblichen Betriebsstoffen .” GSF-Forschungszentrum, Munich, Germany.
Kim K.-S., Hong K.-H., Ko Y.-H., Yoon K.-D. and Kim M.-G. 2003. “Emission Characteristics of PCDD/Fs in Diesel Engine with Variable Load Rate.” Chemosphere 53:601–607.
Larssen S., Brevik E. M. and Oehme M. 1990. “Emission Factors of PCDD and PCDF for Road Vehicles Obtained by a Tunnel Experiment.” Organohalogen Compd. 1:453–456.
Marklund S., Rappe C., Tysklind M. and Egebдck K. 1987. “Identification of Polychlorinated Dibenzofurans and Dioxins in Exhausts from Cars Run on Leaded Gasoline.” Chemosphere 16:29–36.
Marklund S., Andersson R., Tysklind M., Rappe C., Egebдck K. E., Bjorkman E. and Grigoriadis V. 1990. “Emissions of PCDDs and PCDFs in Gasoline and Diesel Fueled Cars.” Chemosphere 20:553–561.
Miyabara Y., Hashimoto S., Sagai M. and Morita M. 1999. “PCDDs and PCDFs in Vehicle Exhaust Particles in Japan.” Chemosphere 39:143–150.
Oehme M., Larssen S. and Brevik E. M. 1991. “Emission Factors of PCDD/CDF for Road Vehicles Obtained by a Tunnel Experiment.” Chemosphere 23:1699–1708.
Rappe C., Kjeller L. O., Bruckmann P. and Hackhe K. H. 1988. “Identification and Quantification of PCDD/CDFs in Urban Air.” Chemosphere 17:3–20.
Schwind K.‑H., Thoma H., Hutzinger O., Dawidowsky N., Weberuss U., Hagenmaier H., Buehler U., Greiner R., Essers U. and Bessey E. 1991. “Emission halogenierter Dibenzodioxine (PXDD) und Dibenzofurane (PXDF) aus Verbrennungsmotoren beim Betrieb mit handelsьblichen Betriebsstoffen.” UWSF-Z Umweltchem. Oekotox 3:291–298.
UNEP (United Nations Environment Programme). 2003. Standardized Toolkit for Identification and Quantification of Dioxin and Furan Releases. UNEP, Geneva. www. pops. int/documents/guidance/Toolkit_2003.pdf.
Wevers M., De Fre R. and Rymen T. 1992. “Dioxins and Dibenzofurans in Tunnel Air.” Organohalogen Compd. 9:321–324.
