seminarski rad iz ekologije u saobraćaju

Univerzitet u Istočnom Sarajevu

Saobraćajni fakultet Doboj

Seminarski rad iz predmeta: Ekologija u saobraćaju

Tema: Cestovni promet okoliš (-Učinci od nečišćenoog zraka, -Mjere za smanjenje izduvnih plinova)

Profesor: Dr. Petko Stanojević Student: Dajana Simikić 577/13

Doboj 27.11.2015

Cestovni promet (Učinci onečišćenog zraka; Mjere za smanjene izduvnih plinova

SADRŽAJ:

1. UVOD………………………………………………………………………………………………………..32. Učinci onečišćenog zraka……………………………………………………………………………4

2.1 Učinci na vegetaciju…………………………………………………………………………..4,52.2 Učinci na čovjeka………………………………………………………………………………….62.3 Učinci na materijalima………………………………………………………………………….6

3. Mjere za smanjenje izduvnih plinova………………………………………………………….73.1 Mjere za smanjenje izduvnih plinova benziskih motora…………………………7

3.1.2 Katalizator…………………………………………………………………………………83.1.3 Vrste katalizatora…………………………………………………………………….8,9

3.2 Mjere za smanjenje emisije izduvnih plinova kod diesel motora………..…..103.2.1 Izduv dieselovih motora………………………………………………………...……103.2.2 Nastajanje štetnih komponenata u dieselovom motoru……………….103.2.3 Mjere unutar motora……………………………………………………………………113.2.4 Mjere izvan motora…………..………………………………………………………….12

4. Zaključak……………………………………………………………………………………………………..135. Literatura…………………………………………………………………………………….……………….14

2


1. UVOD

Razvoj automobilske industrije doveo je do činjenice da je svijet danas preplavljen automobilima. Najveća godišnja proizvodnja od 36,3 miliona ostvarena je 1990. godine. Upravo taj dinamički razvoj cestovnog prometa u svijetu i u nas je izazvao nepozeljne i nepredvidive posljedice za čovjeka i okoliš. Logično je da će usporedno s ovakvim pojačanjem cestovnog prometa doći do njegovog i daljeg štetnog uticaja na okoliš 2030. godine. Uprkos svakoj predvidivoj politici, emisije ugljik (II) iz prometa do 2030. godine. će se udvostručiti što će pridonjeti opasno visokim koncentracijama atmosferskog CO2.Očekuje se i dalje povećanje upotrebe zemljišta za potrebe prometne infrastrukture što vodi višim razinama onečišćenja vode, uništenju staništa, gubitku bioraznolikosti i narušavanju zajednica. Iako će se emisije dušičnih oksida, ugljičnog monoksida, krutih čestica i halapljivih organskih spojeva smanjiti znatnije u odnosu na njihove razine iz 1990., postoje dokazi da bi povećanje broja vozila i daljina putovanja mogli preokrenuti te pozitivne trendove.

3


2. Učinci onečišćenog zrakaDokazano je da onečišćenje zraka raznim onečišćivačima različito utiče na čitav ekološki sustav u obliku oštećenja zdravlja ljudi i zivotinja, oštećenja vegetacije, propadanja materijala, klimatskih promjena i na druge načine. Neki od tih učinaka su karaktersitični i lako uočljivi, kao npr. oštećenja vegetacije materijala, smanjenje vidljivosti, dok su drugi nespecifični i teško mjerljivi, npr. zdravstveni učinci na ljude i zivotinje.

2.1 Učinci na vegetacijiBiljka je najosjetljivija pa prva reaguje na uticaj onečišćenog zraka. Oštećenje vegetacije zbog prisutnosti nepozeljnih tvari u hzraku predstavlja jedan od najranijih indikatora štetnog djelovanja onečišćenog zraka. Jedva vidljivi učinci se očitavaju u poremećaju biohemijskih i fizoloških procesa koji rezultiraju promjenama u rastu biljke, sposobnosti za razmnozavanje itd. Vidljivi učinci se manifestuju kao morfološki, pigmentne, klorotične i nekrotične promjene nastale kao posljedica fizoloških poremećaja u stanicama. Drastični učinci se ogledaju u uginuću pojedinih biljnih vrsta i podbacivanju prinosa, a hronični se najčešće manifestuju promjenom boje lišća, kao i promjenama u rastu.

Neki onečišćivači (npr. sumpor (IV) oksid, fluoridi, neke soli i sl.) mogu se nagomilavati u lišću, pa analiza lišća moze posluziti kao pouzdano dijagnostičko sredstvo. Svi zagađivači nisu jednako štetni. Smanjenje oštećenja vegetacije zbog djelovanja zagađenog zraka moze se postići smanjenjem koncentracije zagađivača u zraku ili zamjenom osjetljivih manje osjetljivim biljnim vrstama.

4


Najvazniji fotoksični onečišćivači kojima je uzork promet a koji štetno djeluju na biljke su:-Dušični dioksid ; -Etllen; -Sumpor; -Prašina; -Olovo.

Tablica: Učinci nekih vrsta zagađivača na vegetaciju

2.2 Učinci na čovjeka

Najznačajnije djelovanje onečišćenog zraka je ono koje djeluje na ljudsko zdravlje.

5


Najočigledniji uticaj koji zagađeni zrak ima na ljudsko zdravlje su bolesti repiratornih organa(astma, bronhitis, emfizem, rak pluća) – jer zagađivači iz atmosfere udisanjem najlakše ulaze u tijelo. Čovjek u minuti, pri mirovanju, udahne od 15-18 puta, pri čemu se sa svakim udisajem unosi u pluća oko 0,5 litara zraka, što iznosi prosječno oko 11.500 litara na dan. Dubina prodiranja plinovih zagađivača u plućno tkivo ovisi ponajprije o njegovoj topljivosti. Oni koji su topljiviji apsorbiraju se u gornjem dijelu respiratornog sustava.Ovisno o trajanju izlaganja, učinci zagađivača mogu biti akutni i hronični.Akutni se manifestuju brzo, nakon kratkotrajnog izlaganja (najviše do nekoliko dana).Hronični učinci zagađenog zraka postaju vidljivi tek nakon dužeg perioda djelovanja, pa su time i teže uočljivi.

Tako je za sada ustanovljeno da sumporni oksidi povećavaju respiratorne bolesti, osobito bronhitis i rak pluća; ugljični monoksid izaziva glavobolju i povraćanje te komu i smrt u težim slučajevima, kao i slabljenje kardiovaskularnog sustava: fotokemijski oksidanti nadražuju oči, disajne puteve i grlo; a metali (bakar, srebro i živa) blokiraju enzimsku aktivnost, ili (zlato, kadmij, bakar, olovo) mijenjaju popustljivost staničnih mebrana, ili (selen, berilij, kadmij, kobalt, krom, mangan, nikal, i olovo) izazivaju rak.

2.3 Učinci na materijalima

Izravnim djelovanjem zagađivača na materijalna dobra dolazi do postupnog propadanja materijala zbog hemijskih reakcija koje se pri tome događaju. Brzina propadanja i oštećenja ovisi o prisustvu vlage, sunčeve svjetlosti i o promjenama temperature. Količina vodene pare u atmosferi je vrlo važna , jer mnogi zagađivači tek u prisustvu vode reaguju agresivno na materijale s kojima dođu u kontakt. Za neke metale postoji određena kritična vrijednost atmosferske vlažnosti iznad koje dolazi do naglog porasta brzine korozije. Dok vlaga u maloj količini potpomaže štetno djelovanje na materijalna dobra, dotle vlaga u obliku padalina umanjuje brzinu korozije, vjerovatno zbog učinka razrjeđenja zagađivača apsorbiranih na površini materijala. Međutim, padaline iznad velikih urbanih i industrijskih sredina su često kisele zbog apsorbcije zagađivača u atmosferi iznad tih područja. U takvim slučajevima štete prouzrokovane kiselošću padalina mogu biti vrlo velike, pogotovo u biljnom i životinjskom svijetu. Utjecaj sunčeve svjetlosti se očitava u potpomaganju fotohemijskih reakcija koje dovode do stvaranja mnogih oksidanata, dok je uticaj temperature očit zbog poznatih učinaka koje ona ima na brzinu hemijskih reakcija. Propadanje materijala se ogleda u koroziji materijala, pojačanom oštećenju pročelja zgrada, oštećenju zaštitnog sloja boje na obojenim površinama itd.

3. Mjere za smanjenje izduvnih plinova

6


3.1 Mjere za smanjenje izduvnih plinova benzinskih motora

Kod Otto motora mogu djelovati sledeći uzroci na stvaranje emisije izduvnih plinova.

-Kod hladnog starta ima motor prebogatu smjesu, što dovodi do emisije neizgorljivih tvari.

-Loše održavanje i trošenje nakon dugog ostvarenog puta motora povećava emisiju CO i CH. Zapečeni klipni prstenovi dovode do povećanja često nepotpunog izgaranja motorng ulja.

-Kod vozila s katalizatorom s regulisanom lambda-sondom može se zbog defektne sonde i siromašnog prilagođavanja povećati emisija NO, a kod bogatog namještanja emisija CO i CH.

Kod vozila s katalizatorom bez lambda-regulacije pogonska su stanja jednom bogata, jednom siromašna, a tome odgovara smanjenje emisije CO i CH i NO, prolazom kroz katalizator. Kroz nepotpunu oksidaciju ili tokove redukcije na katalizatoru mogu nastati novi spojevi, koje karakteriše jak nadražujući miris.

Prednosti Otto motora:

-jednostavna ugradnja

-povoljna upotreba kod punog opterećenja

-emisija izduvnih plinova utjecanja

Nedostatci:

-viša upotreba kod djelomičnog opterećenja

-visoka emisija kod CO, CH i NO.

U cilju smanjenja emisije štetnih plinova u izduvu benzinskih motora razlikuju se dva oblika zahvata:

-zahvati unutar motora i

-zahvati izvan motora.

Zahvati unutar motora usredotočeni su na motor i na pomoćne uređaje motora u cilju optimizacije procesa izgaranja, čime se postiže povoljna emisija štetnih plinova i manja potrošnja.

Od vanjskih zahvata u cilju smanjenja štetnih plinova (CO, CH i NO) najširu upotrebu imaju sustavi katalizatora, zatim zagrijavanje katalizatora, toplinske izolacije izduvnog sustava, upuhivanje sekundarnog zraka i upravljanje motorom.

3.1.2 Katalizator

Pod katalizatorom uopšte u hemiji podrazumjevamo nosač materijala s aktivnim slojem. Prednost katalizatora sastoji se u njegovoj sposobnosti premještanja brzine hemijske reakcije. To znači da štetne tvari redukcije za vrijeme toplog rada motora znatno ranije nastaju nego kod do sada

7


obrađene metode čišćenja. Katalizator može sigurno raditi ako je sigurno postavljen, tako da izduvni plin dolazi u kontakt s katalizatorom. Zadatak katalizatora je da hemijskim reakcijama štetne tvari pretvara u manje štetne spojeve.

3.1.3 Vrste katalizatora

Ovisno o načinu djelovanja razlikujemo:

-oksidacijski katalizator;

-redukcijski katalizator;

-dvostruki katalizator;

-trostruki katalizator.

Oksidacijski katalizator radi s viškom kisika i služi za oksidaciju ugljik (II) oksida i ugljikovodika(IV) oksid i vodu. Višak kisika u izduvnom plinu postiže se prilagođavanjem motora ili dodatkom zraka prije katalizatora. Oksidacijski katalizator predstavlja najjednostavniji oblik katalizatora.

Redukcijski katalizator služi za smanjenje dušičnih oksida, ali zahtjeva višak redukcijskih djelotvornih izduvnoih plinova (ugljik (II) oksida, ugljikovodika), pri čemu treba raditi u stehiometrijskom području.

Dvostruki katalizator uključuje oba prije spomenuta katalizatora s upuhivanjem zraka među njima.Taj katalizator redukuje dušične okside, ugljikovodike i ugljik (II) oksid, a ima prednost što motor mora biti u pogonu u zadovoljavajućem području.

Trostruki katalizator se sastoji od nosača katalizatora, međusloja i katalitički aktivnog sloja-prevlaka plemenitog materijala.

Za nosivi dio se koriste:

-nosač od rasutog materijala (rijetko u upotrebi)

-keramički monolit (najčešće u upotrebi)

-metalni monolit.

Moguća rješenja problema povećane emisije štetnih tvari za vrijeme pokretanja hladnog motora predstavljaju:

-zagrijavanje katalizatora pri pokretanju hladnog motora,

-primjena metalnog nosača katalizatora,

-postavljanje katalizatora bliže motoru,

8


-izolacija izduvnog sustava do katalizatora.

Zagrijavanje katalizatora može biti:

-električnim grijačem

-plemenikom

-primjenom adsorbicijskih tvari (primjenom aktivnog ugljena)

3.2Mjere za smanjenje izduvnih plinova kod diesel motora

3.2.1 Izduv dieselskih motora

Priprema smjese goriva i zraka kod dieselovih motora ima najveći uticaj na potrošnju goriva, budućnost rada i sastav izduvnih plinova. Poznato je da diselski motori rade s viškom zraka i pri punom opterećenju 20% do 30%. Tako izduvni plin motora sadrži prosječno oko 6% kisika i 75% dušika, iz zraka za izgaranje , 10% ugljik(IV) oksida i 9% vode, kao proizvod potpunog izgaranja.

9


Štetni sastav izduva čine plinovi (NO, SO, HC, CO i CO2), čađa, čestice. Proces izgaranja kod diesel motora događa se stalno s viškom zraka tj. Sa siromašnom smjeso, pa su koncentracije ugljik (II) oksida i ugljikovodika relativno male. S tim je onda najvažnije prisustvo dušičnih oksida u izduvnom planu. Sadržaj štetnih tvari izduvnog plina diselskog motora u ugljik (II) oksida i ugljikovodika u redu je veličine kao i u Ottovu motoru s katalizatorom.

3.2.2 Nastajanje štetnih komponenti u Dieselovom motoru

Nastajanje CO

CO nastaje zbog lokalne nehomogenosti smjese goriva i zraka , koji mjestimično može biti vrlo bogata. Naknadnom oksidacijom više ili manje CO oksidira u CO2.

Nastajanje NO

Koncentracija NO je niža nego u Ottova motora, ali je pritom udio NO2 nešto veći. Vrlo veliki uticaj na stvaranje NO, ima izvedba prostora izgaranja, odnosno postupak izgaranja.

Dieselov motor s podijeljenim procesom izgaranja

Proces izgaranja započinje u pretkomori ili vrtložnoj komori pri nedovoljnoj količini zraka , uz visoke temperature , ali zbog nedostatka kisika dolazi do nižih koncentracija NO.

Dieselov motor s izravnim ubrizgavanjem

Nema reducirajućih faktora kao pri podijeljeno prostoru izgaranja, pa imamo dvostruko veću koncentraciju NO.

Nastajanje spojeva sumpora

Sadržaj sumpora u gorivu uzrokuje stvaranje spojeva sumpora u izduvnom plinu. SO2 s vodom, nastalom izgaranjem, stvara sumporastu kiselinu što štetno djeluje za dijelove motora.

Nastajanje česticaČestice su sastavni dijelovi izduvnog plina koji se nakon razređivanja sa zrakom na temperaturi od 51,7 stepeni odvajaju na pročistaču. Čestice se sastoje od: tvrdih netopljivih organskih faza i tekućih organskih faza.

3.2.3 Mjere unutar motora

Na kakvoću izgaranja u dieselovom motoru najveći uticaj imaju sljedeći parametri:

-početak dobave i ubrizgavanje

-predubrizgavanje

-punjenje

-hlađenje punjenog (usisanog ) zraka i

10


-povratno vođenje izduvnih plinova

Početak dobave je trenutak kada visokotlačna pumpa počinje slati gorivo u vod prema brizgaljci.

Početak ubrizgavanja je trenutak kada se kroz sapnice brizgaljke gorivo počinje ubrizgavati u prosotor za izgaranje.

Predubrizgavanje goriva podrazumjeva ubrizgava neznatne količine goriva (oko 5%) u prostor izgaranja prije glavnog ubrizgavanja.

Punjenje

Prednabijanje zraka se sve više primjenjuje kod dieselovih motora, zbog toga jer se tim postupkom osim povećanja snage također utiče na smanjenje emisije HC, NO i čvrstih čestica.

Hlađenje usisanog zraka

Kod prednabijanja zraka uvijek se povećava i njegova temperatura. Ako se taj zrak povratno ohladi, smanjuje se toplinsko opterećenje motora spusti se 58 temperatura izduvnih plinova, a time i emisija NO kao i potrošnja goriva, emisija čvrstih čestica i neizgorjelih ugljikovodika HC.

Povratno vođenje izduvnih plinova

Miješanjem izduvnih plinova s usisanim zrakom u motoru opada koncentracija kisika u smjesi gorivo- zrak, čime se smanjuje temperatura izgaranja i NO emisija. Osim navedenih zahvata unutar motora za pročišćavanje izduvnih plinova dieselovih motora primjenjuje se i sustav kataliziranja.Emisija štetnih komponenata ovisi o sklopu svih uticajnih veličina a optimizovanje se redovno provodi računarskim simulacijama i dugotrajnim eksperimentisanjem na prototipovima motora. Sve mjere za smanjenje emisije štetnih komponenata zahtjevaju dodatnu opremu i visoku kvalitetu elektronske regulacije, odnosno dieselov motor visoke tehnologije.

3.2.4 Mjere izvan motora

Mogući načini naknade obrade izduvnog plina:

-hemijskim reakcijama

1. termičke reakcije

2.katalitičke reakcije

-pročišćavanjem plina od čestica

11


1. Termičke reakcije

U termičkom reaktoru dolazi do smanjenja COi HC uz prikladno visoku temperaturu. Zahtijeva visoku temperaturu izduvnih plinova, a dieseloov motor nema u većem dijelu radnih režima tako visoku temperaturu izduvnih plinova, iz čega slijedi da termički reaktor nije prihvatljiv.

2. Kataličke reakcije

Zbog nemogućnosti primjene katalizatora trostrukog dijelovanja imamo primjenu sledećih riješenja:

-selektivna nekalatalitička redukcija

-selektivna katalitička redukcija

-neselektivna katalitička redukcija

-DENOX-katalizator

-oksidacijski katalizator

Pročišćavanje plina od čestica

Za odvajanje čestica iz izduvnog plina koristi se pročistač.

Prema načinu djelovanja razlikuju se:

-pročistači s površinskim odlaganjem čestica

-pročistači s unutarnjim odlaganjem čestica

Regeneracija pročistača Tokom eksploatacije dolazi do taloženja čestica na pročistač, a time do povećanja strujanja izduvnih plinova i povećavanja protutlaka što nepovoljno utiče na rad motora. S obzirom na to da je zamjena pročistača neekonomična, potrebna je regeneracija pročistača. Za regeneraciju pročistača izgaranjem gorivih čestica potrebna je temperatura iznad 550 stepeni. Izduvni plinovi Dieselovih motora u većem dijelu režima rada nemaju tako visoku temperaturu te su s tim potrebne dodatne mjere za osiguravanje redovne regeneracije.

3. Zaključak

S obzirom na navedeno potrebno je detaljnije objasniti štetan uticaj cestovnog prometa na zdravlje čovjeka i okoliš.

12


5. Literatura

1. https://weboteka.net/fpz/Ekologija%20u%20prometu/Promet%20i%20okoli%C5%A1%20-%20Knjiga.pdf

13

seminarski rad iz ekologije u saobraćaju

Documents