11.2. Промышленность, автотранспорт и окружающая среда

Модернизация технической базы промышленности.

Промышленные предприятия, выпуская ту или иную продукцию, потребляют большое количество природных ресурсов и энергии. В этой связи к современным предприятиям предъявляются требования не только производить высококачественную продукцию, но и экономно расходовать природные ресурсы, сберегать энергию и тем самым сохранять окружающую среду. Техническое оборудование любого промышленного предприятия устаревает. Новые технологии требуют кардинального обновления устаревшего оборудования, т. е. модернизации технической базы промышленности в целом.

Современная промышленность включает множество отраслей, связанных с производством разнообразных материалов, автомобильной и авиационной техники, технических средств связи, станков, инструментов и многого другого. Промышленных отраслей много, и каждая из них имеет свою специфику. Поэтому практически невозможно охарактеризовать техническое обновление каждой из них, что гораздо проще сделать на примере одной из них – важнейшей отрасли – автомобилестроении.

Автомобильная промышленность в XX в. выросла в гигантскую отрасль. Только за последние 50 лет мировой автопарк увеличился более чем в 12 раз и превысил 630 млн машин. Особенно бурно этот процесс развивался в Европе, где за полвека произошел примерно 30-кратный скачок – с 7 до 230 млн автомобилей. Их производство в 1995г. составило: в США– 12 млн, в Японии – 10,2 млн, в Германии – 4,7 млн, во Франции– 3,5 млн, в Великобритании– 1,8 млн, в Италии– 1,7 млн автомобилей. Всего же в мире с конвейеров автозаводов ежегодно сходит более 40 млн машин. В таких странах, как Канада, Германия, Италия, Франция, Япония, Великобритания на 1000 жителей приходится 500–700 автомобилей, в США – около 800, в России – менее 150. По некоторым прогнозам, рост мирового автомобильного парка будет продолжаться и в первой четверти XXI в.

Примерно до 60-х годов во всем мире производились автомобили без надлежащего учета экономичности. Топливо было недорогим и, следовательно, не было стимулов его экономии. В середине 60-х годов на мировом рынке появилась продукция фирмы «Фольксваген», поставлявшая ежегодно более полумиллиона небольших экономичных автомобилей. В следующее десятилетие началось вторжение на мировой рынок автомобилей, изготовленных в Японии. В результате сбора проектной, технологической и инженерной информации японские фирмы создали высокоавтоматизированную и эффективную автомобильную промышленность, способную выпускать самые экономичные и дешевые автомобили в мире.

Предпринимаемые меры по сохранению окружающей среды включают требования экономного расхода топлива и строгие ограничения на загрязнение воздуха отработанными газами. Экономия топлива и достижение безвредного выхлопа требуют решить целый комплекса задач: повышение эффективности сгорания топлива, модернизация двигателя и других узлов автомобиля, использование очищенного от вредных примесей топлива, уменьшение массы автомобиля, антикоррозийная обработка деталей и узлов автомобиля, совершенствование трансмиссионной системы, каталитическое обезвреживание выхлопных газов и др. Повышение эффективности сгорания топлива обеспечивает, например, электронное управление всех стадий процесса сжигания смеси в рабочей камере. А для такого управления нужны современные микропроцессорные устройства, производство которых основано на микроэлектронной технологии, во многом определяющей уровень развития различных отраслей промышленности.

Все крупные автомобильные компании, особенно в последние годы, занимаются разработкой новых двигателей с наиболее полным сгоранием топлива. Результаты таких разработок налицо: современные автомобили ведущих фирм Европы и США выбрасывают в атмосферу в 10–15 раз меньше вредных веществ, чем автомобили 80-х годов. Этому в значительной степени способствовали такие нововведения, как многоклапанные системы газораспределения, впрыск топлива вместо карбюраторного смесеобразования, электронное зажигание и др. При пуске холодного двигателя в современных карбюраторах используются автоматы пуска и прогрева.

Большое внимание уделяется подбору обедненных регулировок дозирующих систем карбюратора. На двигателях с впрыском топлива появились электронные системы коррекции состава горючей смеси в зависимости от температуры, климатических и других условий. Система термостатирования воздуха, поддерживающая его температуру на входе в двигатель, создает оптимальные условия для приготовления горючей смеси. Система зажигания с высокой энергией разряда свечи повышает надежность воспламенения смеси, особенно на режимах холостого хода. Для уменьшения выброса оксидов азота используется циркуляция – перепуск части отработавших газов из выпускного трубопровода во впускной – при этом понижается температура сгорания и их образуется, значительно меньше. Рециркуляция применяется не только на двигателях с искровым зажиганием, но и на дизелях. Перспективны в этом плане и системы электронного регулирования, оптимизирующие работу двигателя на всех режимах. Кроме того, автомобильные заводы планомерно ужесточают технологические допуски и повышают точность изготовления приборов питания и зажигания, впускной и выпускной систем, деталей кривошипного механизма и газораспределения. Благодаря таким усовершенствованиям загрязнение атмосферного воздуха заметно уменьшается. И все же полностью удалить токсичные вещества из отработавших газов не удается.

Больше 20 лет назад возникла идея поглощения вредных веществ в выпускной системе автомобиля, т.е. до выброса их в атмосферу. На пути отработавших газов стали устанавливать каталитические нейтрализаторы – специальные устройства, в несколько раз уменьшающие токсичность выхлопных газов. Проходя через нейтрализатор, несгоревшие углеводороды окисляются до нетоксичных оксидов, а оксиды азота восстанавливаются до азота и кислорода.

Многочисленные полимерные материалы, алюминиевые и высокопрочные стальные и другие сплавы способствуют уменьшению массы автомобиля. Изготовление крупных деталей из полимерных материалов методом литья под давлением, применение композиционных материалов с волокнистой структурой для ведущего вала, керамический блок цилиндров и т. п. – все это коренным образом изменяет не только технологию изготовления автомобиля, но и его конструкцию и внешний вид. Только впитав важнейшие достижения современного естествознания, и прежде всего новейших технологий, выпускаемый автомобиль будет наносить минимальный вред окружающей среде, станет экономичным и комфортабельным и, следовательно, конкурентоспособным. Такие качества может обеспечить в современных условиях только модернизация технической базы автомобильной промышленности.

Модернизация технической базы – необходимое условие для успешного развития промышленных предприятий, производящих не только автомобили, но и самолеты, аудио- и видеотехнику, персональные компьютеры и другие виды продукции.

Автотранспорт и окружающая среда

Во многих больших городах, таких, как Берлин, Мехико, Токио, Москва, Санкт-Петербург, Киев, загрязнение воздуха автомобильными выхлопами и пылью составляет, по разным оценкам, от 80 до 95% от всех прочих загрязнений. Дым, выбрасываемый заводскими трубами, испарения химических производств и все прочие отходы деятельности большого города составляют примерно 7% от общей массы загрязнений.

Автомобильные выхлопы в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне человеческого роста. И люди вынуждены дышать загрязненным воздухом. Человек потребляет в сутки 12м³ воздуха, автомобиль – в тысячу раз больше. Например, в Москве автомобильный транспорт поглощает кислорода в 50 раз больше, чем все население города. При безветренной погоде и низком атмосферном давлении на оживленных автомобильных трассах содержание кислорода в воздухе нередко снижается до величины, близкой к критической, при которой люди начинают задыхаться, падать в обморок. Сказывается не только недостаток кислорода, но и вредные вещества автомобильного выхлопа. Особенно это опасно для детей и людей со слабым здоровьем. Обостряются сердечно-сосудистые и легочные заболевания, развиваются вирусные эпидемии. Люди нередко даже не подозревают, что это связано с отравлением автомобильными газами.

Число автомобилей в городах и на автотрассах из года в год увеличивается. Экологи считают, что там, где численность их превышает одну тысячу на км², среду обитания можно считать разрушенной. Число машин берут в пересчете на легковые автомобили. Тяжелые транспортные машины, работающие на нефтяном топливе, особенно сильно загрязняют воздух, разрушают дорожное покрытие, губят зеленые насаждения вдоль дорог, отравляют водоемы и поверхностные воды. Кроме того, они выделяют такое огромное количество газа, что в Европе и европейской части России оно превышает массу испаряемой воды из всех водоемов и рек. Как следствие все чаще возникает облачность, сокращается число солнечных дней. Серые, без солнца дни, непрогретая почва, постоянно повышенная влажность воздуха – все это способствует росту разных заболеваний, снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

В мире ежегодно добывают более 3 млрд т нефти. Добывают тяжелым трудом, с колоссальными затратами, с большим экологическим ущербом для природы. Значительная часть ее (около 2 млрд) уходит на бензиновый и дизельный транспорт. Средний кпд двигателя автомобиля всего 23% (для бензиновых двигателей– 20, для дизельных– 35%). Значит, больше половины нефти сжигается впустую, идет на нагрев и загрязнение атмосферы. Но и это еще не все потери. Главный показатель – не КПД двигателя, а коэффициент загрузки транспорта. К сожалению, автомобильный транспорт используется чрезвычайно неэффективно. Разумно построенное транспортное средство должно перевозить груз больше собственного веса, именно в этом его эффективность. На практике же этому требованию соответствуют лишь велосипед и легкие мотоциклы, остальные машины в основном возят сами себя. Получается, что КПД автомобильного транспорта не более 3–4%. Сжигается огромное количество нефтяного топлива, а энергия расходуется чрезвычайно нерационально. Так, например, одна машина КамАЗ расходует столько энергии, что ее было бы достаточно для обогрева зимой 50 квартир.

На протяжении многих веков основным видом транспорта для человека была лошадь. Энергия в 1 л. с. (это в среднем 736 Вт), добавленная к собственной мощности человека, позволяет ему и достаточно быстро передвигаться, и выполнять почти любую необходимую работу. Бум в автомобилестроении увлек нас к величинам мощности в 100, 200, 400 л. с., и теперь чрезвычайно сложно вернуться к вполне достаточной норме – 1 л. с., при которой было бы не так уж трудно обеспечить экологическую чистоту окружающей среды.

Как же решить проблему создания эффективного транспорта? Перевести транспорт на газовое топливо, перейти на электромобили, поставить на каждую машину специальный поглотитель вредных продуктов сгорания и дожигать их в глушителе – все это поиски выхода из тупика, в котором оказались не только Россия, но и вся Европа, США, Канада, Мексика, Бразилия, Аргентина, Япония, Китай. К сожалению, ни один из данных путей не ведет к полному решению проблемы. При любом из них остаются перерасход энергии, выбросы пара, углекислого газа и многое другое. Очевидно, нужен хорошо сбалансированный комплекс мер. И обязательное исполнение их должно опираться на четкие, строгие законы, среди которых могут быть, например, такие:

· запрет на выпуск автомобилей, потребляющих при пробеге 100 км более 1–2 л горючего на тонну массы машины (возможны единичные исключения);

· учитывая, что в легковом автомобиле чаще всего едут один-два человека, целесообразно выпускать больше двухместных машин.

Размер налога на транспорт (автомобиль, трактор, трейлер и др.) должен определяться количеством потребляемого топлива. Это позволит привести в соответствие экономическую целесообразность перевозки грузов автотранспортом и повышающийся при этом уровень экологического загрязнения. Кто больше загрязняет нашу среду обитания, тот обязан платить обществу больший налог.

Один из способов сокращения вредных автомобильных выбросов – применение новых видов автомобильного топлива: газа, метанола, метилового спирта или смесь его с бензином – газохола. Например, на метаноле работает уже несколько лет весь общественный транспорт Стокгольма. Воздействие автомобильных отработавших газов на атмосферу существенно снижают обычные зеленые насаждения. Анализ воздуха на смежных участках одного и того же шоссе показывает, что загрязняющих веществ меньше там, где есть островок зелени, хотя бы несколько деревьев или кустарников.

Объем токсичных веществ в воздухе напрямую зависит от скорости движения транспорта по улицам города. Чем больше автомобильных пробок, тем гуще выхлоп. В этой связи необходимо непрерывно совершенствовать дорожно-транспортную систему города для создания оптимальных условий движения транспорта.