Эколого-экономические проблемы различных проектов «экологически чистого» Зеленого автомобиля

Полный текст

Существующие в настоящее время проблемы с загрязнением воздуха в крупных горо- дах и мегаполисах отработавшими газами (ОГ) автомобилей, несмотря на достигнутые успе- хи за последние 20 лет за счет внедрения норм ООН (Евро-5, Евро-6), дополняются прове- денным в 2011-2013 годах в НАМИ сравнительным анализом большой разницы выбросов твердых частиц от износа шин, тормозных систем и от ОГ [1, 2]. В период 1990-2001 годов стало известно, что вовсе не автомобильные отработанные газы, как это было в действительности в 1965-1970 годах, являются основным загрязнителем городского воздуха, так как до 60% загрязняющих и опасных для здоровья веществ обеспе- чивает истертая в мелкую пыль резина автомобильных шин. За год в одной только Москве этой взвеси выбрасывается в воздух около 10 тысяч тонн (по данным парка автомобилей в 2008 г.), в настоящее время этот выброс уже приближается к 20 тысячам тонн [3]. Долгое время считалось, что размеры твердых частиц продуктов износа протектора шин довольно велики и не могут причинить вред здоровью человека. Однако исследования- ми американских врачей обнаружено, что вблизи автострад городов присутствуют от 3800 до 6900 фрагментов шин в каждом кубическом метре воздуха, более 58% из них оказались раз- мером менее 10 микрон и, следовательно, способны легко проникать в легкие человека. Кстати, такая шинная пыль из организма человека практически не выводится и может при- водить к летальным исходам [4]. Международным агентством по изучению рака, а в нашей стране - Федеральным цен- тром Госсанэпиднадзора - предприятия резиновой и шинной промышленности включены в список канцерогенно опасных. Установлено, что в шинной пыли присутствуют более 140 химических соединений различной степени токсичности, но особенно опасны для здоровья человека полиароматические углеводороды и летучие канцерогенные вещества N- нитрозамины. Вредные вещества N-нитрозамины, содержащиеся в мелкодисперсном аэрозоле, выде- ляемом автомобильными шинами, более опасны для здоровья человека потому, что они при попадании в бронхи и легкие в течение нескольких суток переносятся непосредственно в кровь и лимфу человека за счет своей хорошей растворимости в воде и биологических жид- костях. Последствия наличия канцерогенных веществ в тканевых жидкостях организма ме- дицине хорошо известны и часто приводят к летальным исходам [4]. Производители шин в течение последних 30-40 лет вели интенсивные работы по уве- личению ходимости шин и добились серьезных результатов: увеличили в среднем пробег шин почти в 2 раза: с 30-40 тыс. км до 60-90 тыс. км. В настоящее время конкурентная борьба по увеличению пробега продолжается, и это наглядно видно из рекламных материалов мировых производителей шин. Исследованиями, выполненными в НАМИ, выброс шинной пыли от износа шин был определен следующими темпами выброса твердых частиц (рисунок 1). Выброс с ОГ Выбросы износа Выбросы от тормозных шин механизмов Рисунок 1. Реальный выброс ТЧ с ОГ и при износе шин и тормозных накладок при эксплуатации легковых, грузовых автомобилей и автобусов, в г/км В работе [2] был определен экономический (экологический) ущерб от шинной пыли (таблица 1), который в настоящее время превышает ущерб, наносимый отработавшими газа- ми легковых автомобилей более чем в 40-60 раз, а по автобусам и грузовым автомобилям и коммунальному транспорту более чем в 200-300 раз. Таблица 1 Пробег Выбросы твердых ча- стиц, г/км Выброс ТЧ в кг за ПЖЦ Ущерб, руб.Показатели экологиче- ской опасности Автомобили км от шин Евро-6 от шин с ОГ от шин от ОГ Легковые 300000 0,132 0,005 г/км 39,6 1,5 63152 1130 Грузовые 1000000 1,5 0,01 г/кВт 1500 10 2385000 7050 Исходя из вышеизложенного возникает вопрос: учитывает ли сегодня существующий транспортный налог этот экологический ущерб, наносимый в целом каждым автотранспорт- ным средством? Экологический ущерб, определенный по методике Госкомэкологии [5] от легковых ав- томобилей за 300 тыс. км ресурсного пробега в крупных городах, и его снижение по мере введения норм Евро, а также и определенный возможный ежегодный экологический налог приведены в таблице 2. Таблица 2 Переход по годам нормирования Ущерб, рубли Предотвра- щенный ущерб, руб. Возможный годовой экологический налог, руб. Европа Россия За ежегодный пробег 15000 км 30000 км Евро-0 1991 1997 231965 11600 5800 Евро-0 - Евро-1 1992 2002 45688 186277 2285 1143 Евро-1 - Евро-2 1996 2006 24693 20995 1235 643 Евро-2 - Евро-3 2000 2008 17554 7139 878 439 Евро-3 - Евро-4 2005 2012 8860 8694 443 222 Евро-4 - Евро-5 2009 2014 7670 1190 384 192 Евро -5- Евро-6 2014 2018 7670 0 384 192 Изменение экологического ущерба от грузовых автомобилей и автобусов за 1 млн км ресурсного пробега и возможные суммы ежегодного экологического налога представлены в таблице 3. Таблица 3 Переход по годам нормирования Ущерб, рубли Предот- вращенный ущерб, рубли Возможный годовой экологический налог,рубли Европа Россия За ежегодный пробег 50000 км 100000км Евро-0 1991 1998 3162000 158100 79050 Евро-0 - Евро-1 1993 2002 1669700 1492300 83485 41743 Евро-1 - Евро-2 1996 2006 817405 852295 40870 20435 Евро-2 - Евро-3 2000 2008 544710 272695 27235 13618 Евро-3 - Евро-4 2005 2012 348418 196295 17420 8725 Евро-4 - Евро-5 2008 2014 223000 125418 11150 5575 Евро -5- Евро-6 2013 2018 108000 115000 5400 2700 Из таблиц видно, что снижение экологического ущерба от легковых автомобилей в де- нежном выражении при достижении норм Евро-6 будет обеспечено в 30 раз, а по грузовым автомобилям и автобусам в 29 раз. Проведенными экспериментальными исследованиями в НАМИ выявлено, что в про- цессе эксплуатации в результате износа шин, тормозных колодок, дисков и дорожного по- лотна формируется повышенное содержание твердых частиц над проезжей частью улицы [6]. В последние годы, несмотря на выпуск в обращение современной автомобильной техники с более высокими экологическими классами, уровни загрязнения воздуха над проезжей частью дорог превышают гигиенические нормативы. Наши измерения показали, что в автомобильных пробках, в плотных транспортных потоках, в тоннелях содержание вредных ве- ществ в воздухе является не только повышенным, но и опасным для жизни и здоровья насе- ления. Так, содержание взвешенных частиц в воздухе при нормативе при движении по ас- фальтированному шоссе за одним легковым автомобилем составляет 5 - 10 мг/м3, за двумя автомобилями - 15-20 мг/м3. При движении грузовых автомобилей в колонне с интервалом 35 м запыленность воздуха на уровне воздухозаборника двигателя для головной машины со- ставила 200 мг/м3, для 6-й - 1000 мг/м3. Установлено также, что максимальная запыленность воздуха на автодороге имеет место на высоте 0,5 - 1,0 м от полотна дороги и снижается в 3 - 10 раз на высоте 2 м и более [3, 6]. Однако проведенными в НАМИ дальнейшими исследованиями выявлено, к сожале- нию, что увеличенный пробег шин обеспечил и изменение размеров шинной пыли с 2,5 - 10 микрон, которые фиксировались при износе шин 30 лет назад, до 0,3 - 1,5 микрон в настоя- щий период времени. Поэтому, как видно из представленных на рисунке 2 данных, следует, что основные размеры твердых частиц в воздухе над проезжей частью дорог в настоящее время находятся в диапазоне от 0,3 до 1 мкм [7]. Рисунок 2. Количество и размеры твердых частиц в наружном воздухе при движении автомобилей в городе (в плотном транспортном потоке) И так, теперь перейдем к анализу работ по созданию «экологически чистых» авто- транспортных средств, которые интенсивно были развернуты после 2000 года в направлении создания автомобилей с комбинированными энергоустановками (КЭУ) и электромобилей. На начальном этапе анализа оценка выбросов СО2 была произведена для двух стадий полного жизненного цикла (ПЖЦ): затраты на получение топлива (либо электроэнергии) и затраты на его эксплуатацию (без учета стадий производства автомобиля и его утилизации) (рисунок 3). Расчетно-экспериментальные исследования показали, что газовый ДВС обеспечивает снижение выброса СО2 на 29% по сравнению с бензиновым ДВС и на 5% по сравнению с ди- зельным двигателем. Использование автомобилей с КЭУ с параллельной схемой позволяет уменьшить выброс СО2 на 44%, а электромобиля - на 63% по сравнению с бензиновым ДВС. Наиболее предпочтительным в настоящее время и наиболее эффективным альтернативным топливом естественно является природный газ метан СН4, имеющий, в отличие от всех нефтяных и синтетических топлив, только один атом углерода и четыре атома водорода [6]. Направление развития электромобилей (ЭМ) считается сегодня наиболее оптимальным на перспективу с точки зрения решения проблемы экологии в крупных мегаполисах (города с населением более 1-2 млн чел.), а также мегарегионов (курортных зон) с учетом все воз- растающего загрязнения атмосферы городов и ужесточающихся требований по снижению выбросов ВВ и парниковых газов (ПГ) СО2. 200 Выброс СО2 , г/км 150 100 50 Бензиновый ДВС Газовый ДВС Дизельный ДВС Бензиновая КЭУ Газовая КЭУ Электромобиль 0 1 2 3 4 5 6 Рисунок 3. Выбросы СО2 от автомобилей с различными энергетическими установками, работающими на различных энергоносителях (только выбросы на этапах ПЖЦ: получение топлива и эксплуатация автомобиля) Анализ преимуществ и недостатков внедрения электромобилей часто рассматривается с такой положительной позиции, что даже с учетом загрязнений от электростанций, как пра- вило, расположенных вне города, ЭМ почти на 80% экологичнее, чем автомобили с ДВС, так как эксплуатация ЭМ практически исключает выделение окиси углерода, оксидов азота, уг- леводородов, оксидов углерода, твердых частиц с канцерогенными свойствами, а также обеспечивает снижение уровня шума на 2-3 децибела по сравнению с автомобилями, имею- щими ДВС. Для объективной оценки были проведены специальные сравнительные исследования экономических затрат на всех стадиях жизненного цикла: (производства, эксплуатации и утилизации) легковых автомобилей с различными силовыми установками (рисунок 4). Рисунок 4. Экономические (энергетические) затраты в полном жизненном цикле автомобилей с различными энергетическими установками на различных энергоносителях Как показывают результаты анализа, наименьший уровень экономических (энергетиче- ских) затрат имеет автомобиль с ДВС, работающим на природном газе, что объясняется относительно дешевым топливом в период эксплуатации при незначительном удорожании ста- дии производства автомобиля. Применение комбинированных энергоустановок приводит к увеличению стоимости ПЖЦ автомобиля на 35-65%, что главным образом связано с увели- чением стоимости производства, обслуживания и ремонта таких автомобилей в процессе эксплуатации [8]. Наиболее высокую стоимость ПЖЦ имеет электромобиль, несмотря на то что затраты на зарядку энергией у него в 3 раза ниже, чем у традиционного легкового автомобиля, одна- ко стоимость производства его в настоящее время достаточно высока и дополнительно необ- ходимо в процессе эксплуатации менять комплект аккумуляторных батарей, т.к. они имеют относительно низкий ресурс и высокую стоимость. Несмотря на это удорожание по стоимости, а значит, и затрат на увеличение энергопо- требления, старатели ускоренного внедрения в массовое производство этих якобы экологи- чески чистых изделий не имеют понятия об остающемся высоком экологическом ущербе, наносимом окружающей среде от экологически не чистых «зеленых шин». Дополнительно к проведенному измерению количества и размеров ТЧ в наружном го- родском воздухе (рисунок 2) были проведены исследования по оценке воздействия продук- тов износа шин и дорожного полотна, входящих в состав твердых частиц в воздухе над про- езжей частью дорог, на водителей и пассажиров в салонах автотранспортных средств в ре- альных условиях эксплуатации путем измерения содержания твердых частиц в салонах ав- томобилей и в наружном воздухе. В частности измерения проводились в салоне легкового автомобиля «Фольксваген Пассат Вариант» с системой микроклимата, оборудованной са- лонным фильтром MahleL A45 (Германия). Сравнительные данные по измерению содержа- ния взвешенных частиц в салоне легкового автомобиля и данные по содержанию взвешен- ных частиц в наружном воздухе представлены на рисунке 5. 70 Количество частиц в м3 воздуха х 106 60 наружный воздух, вечер 50 салон автомобиля вечер 40 салон автомобиля утро 30 20 10 0 0,3 0,5 1 5 10 25 Размер частиц, мкм Рисунок 5. Содержание твердых частиц в наружном воздухе и салоне автомобиля при движении в городских условиях (в плотном транспортном потоке) Таким образом выявлено, что в процессе эксплуатации в результате выделения твердых частиц с отработавшими газами автомобилей, выделения продуктов износа шин, дорожного полотна, фонового загрязнения воздуха и других процессов в воздухе над проезжей частью дорог формируются повышенные концентрации твердых частиц, причем основную их долю в воздухе составляют частицы размером до 1 мкм (см. рисунки 2 и 5). Вследствие отсутствия нормативных требований к эффективности очистки воздуха от твердых частиц в салонах автомобилей, недостаточной тонкости очистки твердых частиц с помощью салонных фильтров, их содержание, особенно размером до 1 мкм, в воздухе сало- нов в реальных условиях эксплуатации практически такое же, как и в наружном воздухе (ри- сунок 5). В результате в плотных транспортных потоках, в автомобильных пробках, тонне- лях, в карьерах и т.д. их содержание в воздухе салонов автотранспортных средств часто пре- вышает гигиенические стандарты РФ (ГОСТ Р 51206-2004). Поэтому весьма рано говорить о создании «экологически чистого автомобиля» и ис- пользовании этого термина. Целесообразно говорить об экологической опасности автомоби- ля и приступить к комплексному нормированию этого показателя, состоящего из трех со- ставляющих экологического ущерба: от отработавших газов и дополнительно от шинной пыли и дорожного покрытия, ввиду их повышенной относительной агрессивности по срав- нению с отработавшими газами автомобилей, а также к разработке серьезных программ по борьбе с мелкодисперсной пылью от износа шин в крупных городах и мегаполисах. Итак, на основании вышеизложенных исследований, возникает необходимость отве- тить на главный вопрос: кто должен в настоящий период компенсировать экологический ущерб, наносимый окружающей среде? И главный вопрос. Кто должен платить за этот ущерб: производитель или владелец транспортного средства, или оба? Естественно, проще этот ущерб учесть в транспортном налоге. На основе комплексного анализа мирового и отечественного опыта по начислению транспортного налога, должно быть учтено главное условие справедливости транспортного налога: кто больше ездит, больше расходует топлива, больше выбрасывает вредных веществ и парниковых газов - СО2 с отработавшими газами, больше изнашивает шины и дорожное полотно, выбрасывая больше весьма опасных твердых частиц, - тот и должен больше пла- тить! Новый транспортный налог может определяться двумя путями по ежегодному расходу топлива: учитываемому при каждой заправке автомобиля на его техталон, дополненный магнит- ной картой. На заправочных станциях без техталона-карты не заправлять. Коэффициенты пересчета литров топлива в налог таможенная служба определит легко сама! справедливее и проще, как задумывалось ранее, если налоговая надбавка учитывается в стоимости топлива.

Об авторах

В. К Азаров

ФГУП «НАМИ»

Email: vadim.azarov@nami.ru
к.т.н.

С. В Гайсин

ФГУП «НАМИ»

В. Ф Кутенев

ФГУП «НАМИ»

д.т.н. проф.

А. В Васильев

ФГУП «НАМИ»

Список литературы

Дополнительные файлы