Владельцы частного транспорта хотят иметь мощные и роскошные автомобили, к тому же безопасные для окружающей среды и собственного здоровья. Но эти критерии при производстве и эксплуатации машины пока очень сложно совместить.

Алоис Кразенбринк, глава отделения «Транспорт и качество воздуха» Института окружающей среды и устойчивого развития, рассказывает, как измерить выбросы загрязняющих веществ у легковых автомобилей

С каждым годом растёт потребление топлива, увеличивается количество выхлопных газов, что неизбежно влияет на состояние организма человека. Возросло количество аварий, на улицах шумно, да и сами мы стали вести малоподвижный образ жизни. Плохая экология негативно отражается на самых уязвимых группах населения – детях и пожилых людях. Все эти минусы развитого автомобилизма хорошо известны. Кроме того, дорожный транспорт почти полностью зависит от нефти, ресурс которой на планете ограничен. Ясно как день, что вредное воздействие городского транспорта необходимо уменьшать и ограничивать потребление топлива, использовать возобновляемые энергетические ресурсы – это главные задачи. Их надо решать на правительственном уровне, подключая общественные организации и органы по охране окружающей среды, министерства транспорта и даже широкие слои населения. Проблема в том, что

Специальная камера-лаборатория VELA 3 для изучения испарений от транспорта с выключенным двигателем

В Евросоюзе проблемой транспортного загрязнения воздуха занимаются давно и очень активно. Там разработаны такие программы, как the WHO/United Nations Economic Commission for Europe (UNECE) Transport, Health and Environment Pan-European Programme (THE PEP), the European Commission’s Clean Air for Europe (CAFE) programme). Основной «вклад» в загрязнение воздуха, связанное с транспортом, вносят двигатели внутреннего сгорания и обычное топливо, поэтому в ЕС разработаны жёсткие правила (экологические нормы «Евро-0» – «Евро-6»), накладывающие ограничения на выхлопы.

Проверка выхлопных газов скутера в лаборатории VELA 1 (фото с сайта JRC)

Научные и технические основы политики в отношении защиты здоровья жителей ЕС от загрязнения воздуха разрабатывают в Институте окружающей среды и устойчивого развития (Institute for Environment and Sustainability – IES) Объединённого исследовательского центра Европейской комиссии в Испре (на севере Италии). На днях там побывала международная группа журналистов, в том числе корреспондент STRF.ru. Визит стал возможным благодаря поддержке Европейской ассоциации научных журналистов.

Ежегодный бюджет Института составляет 45 миллионов евро, там работают 450 сотрудников со всей Европы. Одно из семи направлений исследований, которые там развивают, – изучение загрязнения воздуха от транспорта. Им занимаются в отделении «Транспорт и качество воздуха», где оборудована мощная исследовательская лаборатория VELA (the Vehicle Emissions Laboratory). «Собственно, это не одна лаборатория, а комплекс зданий из семи лабораторий, – VELA 1, VELA 2 и т.д. – оснащённых самой передовой техникой, что позволяет получить физические, химические и токсикологические характеристики выхлопов. У нас оборудовано множество испытательных стендов для исследования выхлопов различных транспортных средств при разных режимах работы двигателей – от мотоциклов и городских автомобилей до двигателей большой мощности, грузовиков и автобусов», – рассказывает глава отделения «Транспорт и качество воздуха» Алоис Кразенбринк (Alois Krasenbrink). В лабораториях есть системы отбора проб для газоанализатора и система анализа выхлопных газов. Твёрдые частички измеряют гравиметрическими методами. С помощью лазерных технологий можно даже посчитать общее количество частиц, выбрасываемых транспортным средством, и их гранулометрическое распределение массы.

Более того, инструментальная база на основе инфракрасной спектроскопии позволяет измерять ежесекундно концентрацию специфических составов, для которых нет специальных законодательных норм.

Так, лаборатории VELA 1 и VELA 2 позволяют измерить выбросы загрязняющих веществ от небольшого транспорта – автомобилей, микроавтобусов, небольших грузовиков, а также мотоциклов и мопедов. В обеих лабораториях можно изучать влияние температуры на выбросы. VELA 2 оборудована вращающимся испытательным стендом для полноприводного транспорта. Кроме регламентированных загрязняющих веществ (несгоревших углеводородов, метана, угарного газа и диоксида углерода, оксидов азота и твёрдых частиц) в каждой лаборатории можно измерять другие выхлопы, например, такие углеводороды, как бензол или ядовитые альдегиды. Испытатели имеют дело с выхлопами классических двигателей внутреннего сгорания, проверяют технологии экологически более чистого транспорта и технологии, подразумевающие анализ жизненного цикла (Life-Cycle-Analysis – LCA) транспортного топлива при тестировании энергетической эффективности электрических, гибридных, водородных и других топливных ячеек.

Сотрудники лаборатории VELA 3 занимаются измерениями вредных испарений автомобилей с выключенным двигателем. Эти выхлопы возникают в основном из-за испарения топлива в баке и в инжекционной системе и вносят свой пагубный вклад в общее количество выхлопов летучих органических соединений.

Г-н Кразенбринк объясняет, что, согласно правилам, транспортное средство не должно выбрасывать в это время в атмосферу больше двух граммов углеводородов.

Двигатели разных размеров проверяют в лабораториях VELA 4, 5, 6. Их устанавливают на специальную платформу, где они соединяются с электрической тормозной системой, которая включается с разной нагрузкой, имитируя реальные условия во время движения.

VELA 7 – недавно открытая лаборатория, которая позволяет измерять выхлопы от сверхмощного транспорта. Динамометр в состоянии имитировать разные циклы езды, температура может опускаться до минус 30 и подниматься до плюс 50 градусов, а влажность под силу варьировать от 30 до 80 процентов. Эта лаборатория очень важна для точной оценки выхлопов от тяжелогрузного транспорта в искусственных и рабочих условиях.

Так называемые мобильные системы измерений выхлопов (Portable Emission Measurement Systems – PEMS) уже проверяются на мощных грузовиках и автобусах прямо во время их следования по маршруту. Похожие системы в будущем планируется использовать в легковых автомобилях, на рабочем оборудовании, кораблях и локомотивах для исследования виброустойчивости их двигателей и других целей.

Несмотря на многочисленные усилия европейского сообщества, которые привели к улучшению ситуации с выхлопами в последние 20 лет, проблем остаётся много. Решить удаётся не все. К тому же, в ближайшее время количество транспортных средств в центральной Европе, на Кавказе и в Средней Азии будет неуклонно расти, отметил Алоис Кразенбринк.

Да и в западноевропейских городах ситуация непростая. Хотя многие жители пересели на велосипеды и там действуют строгие правила на выхлопы, поездки горожан на автомобилях обычно не превышают 5-10 километров. А это подразумевает высокий уровень выхлопов на единицу расстояния, так как около 90 процентов газообразных выхлопов дают о себе знать в первые три минуты после зажигания.

В ближайшие 10 лет обычные дизельные и бензиновые двигатели будут оставаться доминирующей технологией. Доля рынка дизельного транспорта будет расти, а количество выхлопов на километр должно уменьшаться. Альтернативные технологии транспорта – топливные ячейки, электромобили и гибридные устройства, видимо, не займут значительной доли рынка до 2015 года, считает Кразенбринк.

Для снижения выхлопов транспорта разрабатывают и новые технологии, в том числе ловушки частиц, системы, снижающие выхлопы оксидов азота, предварительно разогретые каталитические дожигатели выхлопных газов, электронное управление транспортом. Для дальнейшего сокращения выхлопов новым двигателям и технологии дополнительной обработки потребуется топливо без добавок металлов и серы, с низким содержанием полициклических ароматических углеводородов.

К 2020 году в Европе около 20 процентов обычного топлива заменят такими составляющими, как биотопливо, природный газ и водород. Но, к сожалению, в городской местности большое число коротких поездок ещё больше будет усугублять ситуацию с выбросами. И в ближайшие 10 лет дорожный транспорт продолжит пагубно влиять на воздух Европы.