Физическое загрязнение среды
Источниками шума являются все объекты воздушного транспорта. В основном его формируют авиационные двигатели воздушных судов, а также вспомогательные силовые установки самолетов. Определенный вклад в шумовое загрязнение принадлежит спецавтотранспорту различного назначения, оборудованию стационарных объектов, где осуществляется техническое обслуживание и ремонт летательных аппаратов.
Уровень шума достигает на перронах аэропортов до 100 дБ, в помещениях диспетчерских служб шумовое загрязнение составляет до 90-95 дБ, внутри зданий аэровокзалов около 75 дБ. Наиболее опасно шумовое загрязнение от работы двигателей самих летательных аппаратов, поскольку оно распространяется вдоль всей трассы полета. Планировка этих трасс такова, что нередко проходит над населенными пунктами, в результате жители постоянно находятся в условиях невыносимого шумового воздействия.
Кроме шумового воздействия, авиационный транспорт способствует и электромагнитному загрязнению среды. Его источниками служат объекты радиолокационной и радионавигационной техники аэропортов и самих летательных аппаратов, используемые при наблюдениях за полетами самолетов и изучении метеообстановки. Радиолокационные средства формируют мощные потоки электромагнитной энергии и создают электромагнитные поля большой напряженности, которые представляют собой реальную угрозу для здоровья людей.
Двигатель ПД-14: тихий и экологичный
На шум влияют различные элементы воздушного судна, но основным источником остается его силовая установка. Когда в 1960-х задумались о проблеме авиационного шума, одно конструктивное открытие помогло сделать самолет намного тише, но при этом мощнее, – турбореактивный двигатель с высокой степенью двухконтурности.
Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК)
Пять фактов о новом российском двигателе ПД-14 читайте в нашем материале
Новый двигатель самолета МС-21 отвечает современным и перспективным требованиям к защите окружающей среды по всем параметрам. Российский двигатель ПД-14 – не только более легкий и экономичный, но и менее шумный и токсичный. Как сообщалось ранее, выброс вредных веществ в атмосферу у ПД-14 снижен на 20% по сравнению с двигателями нынешнего поколения. По уровню шума на местности новый российский двигатель также опережает отечественные аналоги на 75%, что позволит летать в аэропорты с повышенными требованиями к шуму. Множество экспертов отрасли уверены, что ПД-14 будет успешно конкурировать с образцами ведущих мировых производителей и сделает МС-21 более «зеленым».
«Тише едешь»: как измеряют авиационный шум
При этом воздействие авиации на атмосферу – это не только о выбросах вредных веществ. Авиационный шум – не менее негативный фактор воздействия авиационной техники. Больше всего достается жителям районов, прилегающих к аэропортам, а также работникам аэропорта и самим пассажирам. Авиационный шум может стать причиной многих проблем со здоровьем или усугубить уже имеющиеся – повлиять на остроту слуха, вызвать стрессовые состояния. Неудивительно, что ICAO из года в год ужесточает требования по шуму самолетов.
В области уменьшения уровня авиационного шума уже достигнуты значительные успехи. Эволюция авиатехники позволила снизить уровень шума – современные лайнеры на 75% тише по сравнению с самолетами 1960-х годов. Сегодня авиастроители не только учитывают существующие международные стандарты, но стараются опередить их на десятилетия вперед. Не стал исключением и самолет МС-21 – шумы на местности снижены относительно актуальных требований ICAO.
Сертификационные летные испытания МС-21 по шуму на местности уже прошли в Летно-исследовательском институте (ЛИИ) им. М. М. Громова в подмосковном Жуковском. Здесь работает акустическая измерительная база, оснащенная системой высокоточных микрофонов. Данная аппаратура способна зарегистрировать звук в диапазоне от 23 до 127 децибел, то есть, другими словами, от тихого шепота до рева взлетающего самолета.
Помимо жестких требований к самой измерительной аппаратуре, строго нормированы условия таких измерений, например, уровень фонового шума от посторонних источников. Во время испытательного полета вводится «режим тишины», в частности ограничиваются полеты всех других летательных аппаратов в радиусе десяти километров. Учитываются самые маленькие и неожиданные источники помех. Измерениям могут помешать даже букашки и кузнечики, которые садятся на ветрозащитные экраны микрофонов. Как рассказали в ЛИИ, при проведении испытаний на измерительной точке работает специалист с довольно необычными обязанностями – осуществляет контроль отсутствия насекомых на микрофонах.
Старые шрамы
Расчеты объемов антропогенных парниковых выбросов и влияния человеческой цивилизации на климат планеты по умолчанию предполагают, что речь идет, скорее о мирной экономической деятельности. Это связано с разными факторами, в первую очередь с тем, что оценивать углеродоемкость гражданской экономики проще из-за значительно большей открытости данных
Важно и то, что мирная жизнь считается нормой на нашей планете и большую часть ресурсов земли и энергии, добываемой из ископаемого топлива, человечество тратит на организацию жизни вне зон вооруженных конфликтов
Тем не менее войны и конфликты, к сожалению, по-прежнему продолжают происходить в разных точках земного шара. «Рутиной» остается поддержание обороноспособности разными странами — то есть функционирование национальных армий и снабжение их оружием, амуницией и транспортом
Эта деятельность требует больших затрат энергии, строительства, работы тяжелой промышленности, поэтому при оценке выбросов парниковых газов, важно понимать, какой вклад в изменение климата планеты вносит привычка людей воевать друг с другом
Стоит вспомнить, что в последней трети XX века именно возможность радикального изменения климата Земли в результате новой мировой войны стала отдельным поводом для страха: обмен ядерными ударами между СССР и США казался вполне реальной угрозой. Правда, страх этот связывался не с потеплением, а ожидаемым резким похолоданием, «ядерной зимой» — т.е. выбросом в стратосферу колоссальных объемов сажи, образовавшихся от спровоцированных ядерными взрывами гигантских пожаров в разных частях Земли. Такой выброс значительно сократил бы доступ солнечной радиации к поверхности планеты и привел к снижению температуры.
Хотя ядерная зима остается маловероятным катастрофическим сценарием, воздействие войн на окружающую среду принадлежит не только области устрашающих прогнозов. Например, рост потребности в строевом лесе для кораблей британского флота привел вырубке огромной площади лесов в Северной Америке и в Балтийском регионе, откуда Великобритания традиционно приобретала древесину для своих верфей. Однако такие вырубки — какими бы масштабными они ни были — обычно восстанавливались спустя несколько десятилетий.
Более глубоким было воздействие на окружающую среду окопной войны на Западном фронте во время Первой мировой: предпринимаемые обеими сторонами попытки прорвать фронт, сопровождавшиеся артиллерийскими ударами по узкой полосе земли, надолго превратили участки бывшего фронта в выжженную землю, нашпигованную металлом. Еще более масштабными оказались изменения окружающей среды, связанные с войной во Вьетнаме в 1965-73 годах: 73 миллиона тонн дефолиантов (прежде всего, печально известного агента «оранж»), распыленных армией США над вьетнамскими джунглями для борьбы с партизанскими отрядами, привели к уничтожению лесного покрова на огромной территории. При этом на большой части этих территорий леса так и не смогли восстановиться.
Вертолет ВВС США, распыляющий агент «оранж» во Вьетнаме, 1963 год. Фото: Vietnam Center and Sam Johnson Vietnam Archive, Texas Tech University
Краткая экологическая характеристика видов топлива
В промышленности и на транспорте используют автомобильные бензины марок А-72, А-76, АИ-92, АИ-93, АИ-95 и АИ-98. Цифры в обозначении бензина указывают на октановое число (стойкость топлива к самовоспламенению при повышенных давлении и температуре). Чем выше октановое число тем более качественным является бензин. Самые современные двигатели внутреннего сгорания автомобилей работают на бензине АИ-98.
Большинство видов бензина этилируется (вводится добавка тетраэтилсвинца) для повышения октанового числа. Авиационные бензины выпускаются ограниченно.
Широко применяются разные виды дизельного топлива. Для быстроходных дизельных двигателей используют марки ЗЛ, ДЗ, ДЛ, а для тихоходных — ДТ и ДМ. В этих топливах содержание серы должно быть не более 0,2-0,5% (для быстроходных) и 0,5-3% (для тихоходных дизелей).
Реактивные двигатели могут развивать дозвуковую и сверхзвуковую скорость. Для первых используют топливо марок Т-1, ТС-1 и РТ, а для вторых — Т-6 и Т-8. В своей основе указанные марки топлива являются керосиновыми фракциями нефтеперегонки с температурами кипения 150-315 °С, в которые добавляют противоизносные, антиокислительные, защитные, антистатические и другие присадки.
Для работы газотурбинных двигателей можно применять и газообразное, и жидкое, и твердое, и пылевидное топливо. Топливо для этих двигателей должно содержать не более 3 % серы и 0,05% золы.
Для судовых и стационарных силовых установок используют мазут марок — Ф5, Ф12 (мазуты флотские), 40, 100 и 200 (мазуты топочные) и топливо МП. Топочные мазуты, в отличие от флотских, имеют большую зольность, вязкость и большее содержание серы, воды и смолистых веществ.
Для эксплуатации двигателей применяют смазочные масла и специальные органические жидкости, которые огнеопасны и токсичны. Так, содержание бензинов в воздухе в количестве 5-10 мг/л вызывает острое отравление, концентрация в 35-40 мг/л приводит к хроническим нарушениям, а концентрации более 50 мг/л могут привести к летальному исходу. Токсичность компонентов дизельного топлива выше, чем у компонентов бензина, но это топливо менее летуче, и опасные концентрации могут возникать только при повышенных температурах.
Очень вредным для здоровья является этиловая жидкость из-за наличия в ней свинца
Эта жидкость летуча, и уже при 0 °С возникают опасные для здоровья человека концентрации этого вещества в воздухе, поэтому работа с тетраэтилсвинцом требует предельной осторожности
В составе смазочных масел и гидравлических жидкостей содержатся вредные компоненты (это соединения серы, хлора, цинка, свинца). Весьма опасен и этиленгликоль, используемый в качестве антифриза (смеси этиленгликоля и воды замерзают при низких температурах); он поражает нервную систему, почки; смертельная доза — 50 грамм, его ни в коем случае нельзя принимать внутрь.
Военные выбросы и логистика
Во всех этих случаях речь идет о локальных изменениях природных ландшафтов. Вопрос же в том, можно ли оценить глобальное воздействие войн и оборонного комплекса разных стран мира на окружающую среду — и прежде всего на климат Земли. Согласно приблизительным расчетам Scientists for Global Responsibility, вооруженные силы всех стран могут быть ответственны за 6% мировых выбросов — это больше, чем гражданская авиация и морские перевозки вместе взятые. Для более точных оценок сейчас не хватает информации: отчеты по военно-промышленным выбросам в в тексте Парижского соглашения значатся как добровольные, и многие страны просто не сообщают этих данных. Но незасекреченная информация позволяет сделать некоторые заключения.
Здесь важно учитывать, что долговременные вооруженные конфликты последних десятилетий — например, операции США в Ираке и Афганистане — это боевые действия, осуществляемые на большом расстоянии от мест стационарного размещения вооруженных сил. Когда-то именно эта способность американской военной машины вести несколько локальных войн в разных частях света подавалась как доказательство ее эффективности
Однако достигается такая эффективность за счет сложных логистических операций, требующих постоянного перемещения людей и грузов по морю, суше и воздуху из разных пунктов, находящихся на большом расстоянии. Все это требует топлива, а морской и воздушный военный транспорт едва ли станет углеродно-нейтральным в хоть сколько-то обозримом будущем.
По оценкам экспертов американского Института Уотсона, с 2001 по 2017 обеспечение военных действий в различных частях планеты привело к выбросу в атмосферу примерно 766 миллионов тонн углекислого газа (большая часть которых приходится на расход топлива). В 2017 году Вооруженные силы США были ответственны за выброс 59 миллионов тонн CO2. Согласно выводам совместного исследования Ланкастерского и Дархемского университетов, Пентагон является самым крупным потребителем ископаемого топлива на планете, если говорить о единичной хозяйственной структуре — это связано с тем, что и помимо войн ВС США 750 базами почти в 80 странах мира, эксплуатация которых требует постоянного проведения непростых логистических операций. В этом смысле воздействие на климат военной машины США можно считать уникальным.
Как снизить углеродный след
Транспорт, как известно, считается одним из основных источников загрязнения атмосферы, и, конечно, авиация – не исключение. По приблизительным подсчетам, при перелете из Москвы в Сочи пассажирский лайнер выбрасывает в атмосферу около 13 тонн диоксида углерода. Несмотря на эти устрашающие цифры, на долю авиации приходится около трех процентов всех вредных выбросов, то есть автомобильный транспорт по вредности гораздо впереди. Тем не менее, самолеты ежедневно пагубно влияют на экологию верхней тропосферы и нижней стратосферы. Вредный «коктейль» из углекислого газа, метана, сажевых сульфатных аэрозолей от сжигания авиатоплива может повлиять и на процесс глобального потепления.
По мнению специалистов отрасли, самый действенный ответ в данной ситуации – это, во-первых, увеличение роста топливной эффективности, а во-вторых – переход на альтернативное топливо. К примеру, в последние годы все чаще для авиапрома рекламируется биотопливо, производимое из кукурузы, сои, пальмового масла и т.д. Авиакомпании уже попробовали его в деле, биотопливо для авиации на сегодняшний день выпускается в некоторых странах, например, в Китае. Однако оно остается дорогим «удовольствием», и следует отметить, что не совсем однозначно экологичным по мнению многих экспертов.
В заботах об окружающей среде традиционный авиационный керосин пытаются заменить и на криогенное топливо (водород, сжиженный природный газ). Его использование помогает снизить общий расход топлива самолета, выбросы СО2 в атмосферу также заметно снижаются, но реализация такого перехода пока довольно проблематична.
Об истории создания Ту-155 и криогенном будущем авиации – в нашем материале
Ну и, пожалуй, самая кардинальная идея – отказ от двигателей внутреннего сгорания. Самолеты на солнечных батареях позволят решить большинство экологических проблем современной авиации, считают некоторые эксперты. Правда перед этим придется решить множество задач по созданию мощных и легких солнечных батарей для самолетов. Авиационные двигатели никуда не уходят, но продолжают технически совершенствоваться – за последние несколько десятилетий они значительно увеличили тяговую эффективность, что подразумевает меньшее потребление топлива.
Современные пассажирские самолеты становятся более экологичными. К примеру, эмиссия диоксида углерода новейшего российского лайнера МС-21 меньше по сравнению с другими самолетами этого класса, а эмиссия оксидов азота снижена почти вдвое относительно требований Международной организации гражданской авиации (International Civil Aviation Organization, ICAO).
Последствия вредоносного влияния
Кратко о влиянии транспорта на окружающую среду и довольно тяжелых последствиях:
- Парниковый эффект. За счет проникновения выхлопных газов в атмосферу, повышается ее плотность и создается эффект парника. Поверхность земли прогревается солнечным теплом, которое потом не может вернуться в космос. Из-за этой проблемы возрастает уровень мирового океана, ледники начинают таять, страдает флора и фауна Земли. Дополнительное тепло вызывает увеличение осадков в тропических зонах. В районах засухи наоборот, дождей становится еще меньше. Температура морей и океанов постепенно будет повышаться, и приводить к затоплениям низменных частей земли
- Экологические проблемы. Широкое применение автомобилей ведет к загрязнению воздуха, водоемов и атмосферы. Все это приводит к ухудшению здоровья человечества.
- Кислотные дожди возникают из-за влияния выхлопного газа. Под их воздействием изменяется почвенный состав, загрязняются водоемы, и страдает здоровье людей.
- Изменения экосистем. Все живое на планете Земле страдает от выхлопных газов. У животных за счет вдыхания газов, ухудшается работа дыхательной системы. За счет развития гипоксии происходит нарушение в работе остальных органов. Из-за испытываемого стресса снижается размножение, что приводит к исчезновению некоторых видов животных. Среди представителей флоры также происходят нарушения при естественном дыхании.
Экология транспорта определяет масштабы воздействия на природу. Учеными разрабатываются целые системы стратегий охраны природы. Они стараются создать перспективные направления экологизации транспорта.
Люди используют водный, воздушный, автомобильный и железнодорожный транспорт. У каждого из них есть свои преимущества, и все они наносят серьезный вред экологии. Поэтому работа над снижением выбросом вредоносных веществ является актуальной проблемой. Ведутся работы по разработке альтернативных способов передвижения. Для земной экосистемы главную опасность представляют нефть и нефтепродукты. Человек, не замечая этого, сам наносит глобальный вред природе. Под воздействием вредных веществ разрушается экосистема, исчезают виды животных и растений, развиваются мутации и т.д. Все это отражается на существовании человечества
Важно разработать альтернативные виды транспортных средств и топлива
Морской транспорт и окружающая среда
Процессы глобализации приводят к увеличению потребности в перевозке людей и товаров. Интенсификация морских перевозок, в свою очередь, означает рост выбросов углекислого газа (CO 2) в атмосферу, что ведет к изменению климата.
Контейнеровоз Maersk Line покидает порт Гонконга
Изменение климата сказывается абсолютно на всем. Морские перевозки — это часть проблемы, но в то же время и часть ее решения, так как в этой отрасли имеется огромный потенциал для снижения углеродных выбросов.
Ни морские, ни авиационные перевозки не подпадают под действие Киотского протокола, хотя на повестке дня 15 й и 16 й конференций Сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК) стоял вопрос о включении требований к судоходству в текст нового международного соглашения. Объем углекислого газа, выделяемого в ходе морских перевозок, превышает количество выбросов такой страны, как Германия, поэтому очевидно, что эта отрасль должна регулироваться договорами по изменению климата.
Maersk Line активно продвигает идею о том, что регулирование углеродных выбросов на водном транспорте должна взять на себя Международная морская организация (ММО) — специализированное учреждение ООН. Однако на последнем собрании Комитета ММО по защите морской среды эта инициатива не нашла поддержки.
Некоторые страны дают понять, что подпишут подобное соглашение, только если будут вынуждены это сделать, другие не торопятся заключать договоры, касающиеся отдельных отраслей — таких, как морские перевозки, считая, что все направления деятельности, влияющие на климат, должны быть охвачены соответствующей Рамочной конвенцией ООН.
И хотя в соглашении, подписанном на 16 й Конференции сторон РКИК в Канкуне, по-прежнему нет речи о морском транспорте, есть надежда, что переговоры в ММО пойдут более активно.
Это важно, так как в снижении углеродных выбросов имеется значительный потенциал повышения эффективности перевозок. И, что еще важнее, отсутствие контроля за выбросами может привести к тому, что этот сектор будет восприниматься как отсталый, не отвечающий современным требованиям, несмотря на все его гигантские возможности по созданию низкоуглеродной экономики
Вот лишь несколько примеров потенциальных возможностей повышения эффективности перевозок:
- Компания Maersk Line поставила перед собой цель: к 2020 году сократить выбросы CO 2 в расчете на один перевозимый контейнер на 25 % по сравнению с показателями 2007 года. На сегодняшний день уже удалось сократить выделение углекислого газа более чем на 10 % за счет «малого хода» — снижения скорости судов с 25 до 20 узлов — и других мер.
- Программа «Малый ход», стартовавшая в 2007 году, позволяет добиваться значительной экономии топлива. Уменьшение скорости на 20 % сокращает расход топлива на 40 %. Это позволяет компенсировать рост длительности перевозок увеличением их частоты, добавив на ту же линию одно–два судна.
- Суда компании, вставшие в строй в 2011 году, отличаются более эффективным использованием топлива по сравнению с аналогичными новыми судами, при проектировании которых не уделялось так много внимания вопросам экономичности.
- Maersk Line запустила проект, в рамках которого ведется поиск новых технологий, применение которых на судах позволит увеличить их экономичность и снизить негативное влияние на окружающую среду.
Кроме того, компания продолжает агитировать страны, входящие в ММО и РКИК, забыть о разногласиях и объединиться, заключив договор, касающийся влияния морских перевозок на изменение климата, который распространялся бы на все судоходные компании, независимо от флага, под которым ходят их суда. Действие договора могло бы заключаться, например, во введении своеобразного «налога на углерод», который приходилось бы уплачивать во время закупки топлива
При этом, конечно же, увеличатся расходы перевозчика, но в Maersk Line, понимая важность мер по сокращению углеродных выбросов, с радостью готовы пойти на это
***
Проблема углеродных выбросов оборонного сектора заставляет под непривычным взглядом рассмотреть вопросы разоружения. Военные машины мира еще долго будут «работать» на ископаемом топливе, надежность поставок которого остается предметом особой заботы всех военных ведомств. Декарбонизировать военную авиацию или танковые войска пока представляется малорешаемой задачей — так же, перевести на ВИЭ сложную систему военного снабжения. Так что снижение углеродного следа от войн основывается прежде всего на прекращении войн и сокращении вооружений. Возможно, именно такой подход больше отвечает общим интересам человечества, чем гипотетическое создание танка на водородном топливе.
Вредные вещества, образующиеся в процессе эксплуатации транспорта
Экологические проблемы автомобильного транспорта очень актуальны и связаны с особенностями работы современных моделей. Если брать усреднённые показатели, то одна машина в течение года поглощает около четырёх тонн кислорода, необходимого для запуска процессов сгорания топлива. В результате работы двигателя автомобиля образуются отработанные газы, состоящие из множества вредных компонентов.
Так, в год выбрасывается порядка 800 кг угарного газа, 180-200 килограммов углеродов и примерно 35-40 кг оксидов азота. Также в атмосферу выделяются и канцерогенные соединения: порядка пяти тысяч тонн свинца, около полутора тонн бензапилена, свыше 27 тонн бензола и более 17 тысяч тонн формальдегида. А общее количество всех вредных и опасных веществ, выделяемых в процессе эксплуатации автомобильного транспорта, составляет около 20 миллионов тонн. И такие цифры огромные и пугающие.
Всего в состав отработанных газов, выделяемых автомобильным транспортом, входит свыше 200 различных компонентов и соединений, и подавляющее их большинство обладает токсичными свойствами. А некоторые вещества образуются в результате эксплуатации машин и их взаимодействия с окружающими поверхностями, например, из-за трения резины об асфальт.
Нельзя недооценивать и вред различных автомобильных деталей, утилизации которых не уделяется должного внимания. В итоге образуются стихийные свалки с миллионами запчастей транспорта, изготовленных из резины и металлов, которые также выделяют опасные пары в атмосферу.
Процесс работы двигателя автомобильного транспорта очень сложен и включает массу различных реакций. В ходе последних образуются многочисленные вещества, основными среди которых являются:
- Углеводороды являются соединениями, состоящими из изначальных или подвергшихся распаду элементов топлива.
- Сажа представляет собой образующийся в результате пиролиза твёрдый углерод и основную составляющую нерастворимых частиц, выделяемых двигателем автотранспорта.
- Оксиды серы образуются в процессе входящей в состав автомобильного топлива серы.
- Оксид углерода – это не имеющий запаха и цвета газ, имеющий невысокую плотность и быстро распространяющийся по атмосфере.
- Углеводородные соединения. Они изучены довольно плохо, но учёным уже удалось выяснить, что эти компоненты выхлопных газов могут служить исходными продуктами для формирования так называемых фотооксидантов.
- Оксид азота является бесцветным газом, а диоксид приобретает насыщенный бурый оттенок и характерный неприятный запах.
- Сернистый ангидрид представляет собой газ без цвета, но с очень едким запахом.
Последствия автотранспортного загрязнения для здоровья человека
Несмотря на комфорт и экономию времени, ежедневное взаимодействие с целым потоком автотранспорта влечёт за собой негативные последствия на здоровье человека. Наиболее заметным является постоянное воздействие искусственного шума на органы человека, вызывая изменения в сердечной деятельности, циркуляции крови и работе желёз внутренней секреции.
Также угрозу несёт инфразвук, приводя в состояние сонливости, ухудшения внимания и снижения остроты зрения.
В отдалённых последствиях проявляются хронические заболевания органов дыхания, наблюдаются угнетение нервной и сердечно-сосудистой систем, частые мигрени, слабость, раздражительность, а также аллергия и приступы астмы, болезнь Альцгеймера и образование злокачественных опухолей.
