Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Kraftstoffverbrennung. Umweltprobleme der thermischen Energietechnik

Die Auswirkungen von Wärmekraftwerken auf die Umwelt hängen weitgehend von der Art des verbrannten Brennstoffs (fest und flüssig) ab.

Beim Brennen fester Brennstoff Flugasche mit Partikeln aus unverbranntem Kraftstoff, Schwefel- und Schwefelsäureanhydriden, Stickoxiden, einer bestimmten Menge an Fluorverbindungen sowie gasförmigen Produkten einer unvollständigen Verbrennung von Kraftstoff gelangen in die Atmosphäre. Flugasche enthält in einigen Fällen zusätzlich zu ungiftigen Bestandteilen schädlichere Verunreinigungen. So ist in der Asche von Donezk-Anthraziten Arsen in geringen Mengen enthalten, und in der Asche von Ekibastuz und einigen anderen Ablagerungen - freies Siliziumdioxid, in der Asche von Schiefer und Kohlen des Kansk-Achinsk-Beckens - freies Calciumoxid.

Kohle - der am häufigsten vorkommende fossile Brennstoff auf unserem Planeten. Experten gehen davon aus, dass seine Reserven 500 Jahre reichen werden. Zudem ist Kohle weltweit gleichmäßiger verteilt und sparsamer als Erdöl. Synthetischer flüssiger Brennstoff kann aus Kohle gewonnen werden. Das Verfahren zur Gewinnung von Brennstoff durch Verarbeitung von Kohle ist seit langem bekannt. Die Kosten für solche Produkte waren jedoch zu hoch. Der Prozess findet unter hohem Druck statt. Dieser Kraftstoff hat einen unbestreitbaren Vorteil – er hat eine höhere Oktanzahl. Das bedeutet, dass es umweltfreundlicher wird.

Torf. Es gibt eine Reihe negativer Umweltauswirkungen, die mit der energetischen Verwendung von Torf als Folge des Torfabbaus in großem Maßstab verbunden sind. Dazu gehören insbesondere die Verletzung des Regimes der Wassersysteme, Veränderungen der Landschaft und der Bodenbedeckung in Torfabbaugebieten, die Verschlechterung der Qualität lokaler Süßwasserquellen und die Verschmutzung des Luftbeckens sowie eine starke Verschlechterung der Lebensbedingungen von Tieren. Bedeutende Umweltprobleme ergeben sich auch in Verbindung mit der Notwendigkeit, Torf zu transportieren und zu lagern.

Beim Brennen flüssigen Brennstoff(Heizöl) mit Rauchgasen in die atmosphärische Luft gelangen: Schwefel- und Schwefelsäureanhydride, Stickoxide, Vanadiumverbindungen, Natriumsalze sowie Stoffe, die bei der Reinigung von der Kesseloberfläche entfernt werden. Aus ökologischer Sicht sind flüssige Kraftstoffe „hygienischer“. Gleichzeitig verschwindet das Problem der Aschehalden vollständig, die große Flächen einnehmen, ihre sinnvolle Nutzung ausschließen und durch die Entfernung eines Teils der Asche mit den Winden eine Quelle ständiger Luftverschmutzung im Bahnhofsbereich sind. In den Verbrennungsprodukten flüssiger Brennstoffe ist keine Flugasche enthalten.

Erdgas. Bei der Verbrennung von Erdgas sind Stickoxide ein wesentlicher Luftschadstoff. Allerdings ist der Ausstoß von Stickoxiden bei der Verbrennung von Erdgas in Wärmekraftwerken im Durchschnitt um 20 % geringer als bei der Verbrennung von Kohle. Das liegt nicht an den Eigenschaften des Kraftstoffs selbst, sondern an den Besonderheiten der Verbrennungsprozesse. Das Luftüberschussverhältnis bei der Kohleverbrennung ist geringer als bei der Erdgasverbrennung. Damit ist Erdgas hinsichtlich der Freisetzung von Stickoxiden bei der Verbrennung der umweltfreundlichste Energieträger.

Die komplexen Auswirkungen thermischer Kraftwerke auf die gesamte Biosphäre sind in Tabelle dargestellt. ein.

So werden Kohle, Öl und Ölprodukte, Erdgas und seltener Holz und Torf als Brennstoffe in Wärmekraftwerken verwendet. Die Hauptbestandteile brennbarer Materialien sind Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff sind in geringeren Mengen enthalten, Spuren von Metallen und deren Verbindungen (meistens Oxide und Sulfide) sind ebenfalls vorhanden.

In der Wärmekraftindustrie sind Wärmekraftwerke, Unternehmen und Installationen von Dampfkraftanlagen, d. h. alle Unternehmen, deren Arbeit mit der Brennstoffverbrennung verbunden ist, die Quelle massiver atmosphärischer Emissionen und fester Abfälle mit großen Tonnagen.

Neben gasförmigen Emissionen produziert die thermische Energietechnik riesige Mengen an festen Abfällen. Dazu gehören Asche und Schlacke.

Abfallkohleaufbereitungsanlagen enthalten 55–60 % SiO 2 , 22–26 % Al 2 O 3 , 5–12 % Fe 2 O 3 , 0,5–1 % CaO, 4–4,5 % K 2 O und Na 2 O und bis zu 5% C. Sie gelangen in die Deponien, die Staub und Rauch produzieren und den Zustand der Atmosphäre und der angrenzenden Gebiete drastisch verschlechtern.

Das Leben auf der Erde entstand in einer reduzierenden Atmosphäre, und erst viel später, nach etwa 2 Milliarden Jahren, wandelte die Biosphäre die reduzierende Atmosphäre allmählich in eine oxidierende um. Gleichzeitig entfernte lebende Materie zuvor verschiedene Stoffe aus der Atmosphäre, insbesondere Kohlendioxid, und bildete riesige Ablagerungen von Kalkstein und anderen kohlenstoffhaltigen Verbindungen. Jetzt hat unsere technogene Zivilisation einen starken Strom reduzierender Gase erzeugt, hauptsächlich aufgrund der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung. In 30 Jahren, von 1970 bis 2000, etwa 450 Milliarden Barrel Öl, 90 Milliarden Tonnen Kohle, 11 Billionen. m 3 Gas (Tabelle 2).

Luftemissionen eines Kraftwerks mit 1.000 MW/Jahr (Tonnen)

Der Hauptteil der Emission wird von Kohlendioxid eingenommen - etwa 1 Million Tonnen in Bezug auf Kohlenstoff 1 Mt. Mit dem Abwasser eines Wärmekraftwerks werden jährlich 66 Tonnen organische Stoffe, 82 Tonnen Schwefelsäure, 26 Tonnen Chloride, 41 Tonnen Phosphate und fast 500 Tonnen Schwebstoffe entfernt. Asche aus Kraftwerken enthält oft erhöhte Konzentrationen an schweren, seltenen Erden und radioaktiven Stoffen.

Ein Kohlekraftwerk benötigt jährlich 3,6 Millionen Tonnen Kohle, 150 m 3 Wasser und etwa 30 Milliarden m 3 Luft. Diese Zahlen berücksichtigen keine Umweltbelastungen im Zusammenhang mit der Gewinnung und dem Transport von Kohle.

Wenn man bedenkt, dass ein solches Kraftwerk mehrere Jahrzehnte in Betrieb ist, dann ist seine Wirkung mit der eines Vulkans zu vergleichen. Aber wenn letzterer normalerweise die Produkte des Vulkanismus in großen Mengen auf einmal auswirft, dann tut das das Kraftwerk die ganze Zeit. Die vulkanische Aktivität konnte die Zusammensetzung der Atmosphäre seit Jahrtausenden nicht merklich beeinflussen, und die menschliche Wirtschaftstätigkeit hat solche Veränderungen über etwa 100-200 Jahre verursacht, hauptsächlich aufgrund der Verbrennung fossiler Brennstoffe und der Emission von Treibhausgasen durch Zerstörung und deformierte Ökosysteme.

Der Wirkungsgrad von Kraftwerken ist noch gering und beträgt 30-40%, der meiste Brennstoff wird umsonst verbrannt. Die empfangene Energie wird auf die eine oder andere Weise genutzt und verwandelt sich schließlich in Wärme, d.h. neben der chemischen Verschmutzung gelangt auch die thermische Verschmutzung in die Biosphäre.

Verschmutzungen und Abfälle aus Energieanlagen in Form von gasförmigen, flüssigen und festen Phasen verteilen sich auf zwei Ströme: Der eine verursacht globale Veränderungen, der andere verursacht regionale und lokale. Dasselbe gilt für andere Sektoren der Wirtschaft, aber Energie und die Verbrennung fossiler Brennstoffe bleiben eine Quelle für große globale Schadstoffe. Sie gelangen in die Atmosphäre, und aufgrund ihrer Ansammlung ändert sich die Konzentration kleiner Gasbestandteile der Atmosphäre, einschließlich Treibhausgasen. In der Atmosphäre traten Gase auf, die vorher praktisch nicht darin vorhanden waren - Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Dies sind globale Schadstoffe, die einen hohen Treibhauseffekt haben und gleichzeitig an der Zerstörung des stratosphärischen Ozonschirms beteiligt sind.

Daher ist zu beachten, dass Wärmekraftwerke derzeit etwa 20 % der Gesamtmenge aller gefährlichen Industrieabfälle in die Atmosphäre abgeben. Sie beeinflussen erheblich die Umwelt des Gebiets ihres Standorts und den Zustand der Biosphäre insgesamt. Am schädlichsten sind Kondensationskraftwerke, die mit minderwertigen Brennstoffen betrieben werden. Wenn also 1 Stunde lang 1060 Tonnen Donezk-Kohle an der Station verbrannt werden, werden 34,5 Tonnen Schlacke aus den Kesselöfen entfernt, 193,5 Tonnen Asche werden aus den Bunkern von Elektrofiltern entfernt, die Gase zu 99% und 10 Millionen reinigen m 3 werden durch Rohre Rauchgase in die Atmosphäre emittiert. Diese Gase enthalten neben Stickstoff- und Sauerstoffrückständen 2350 Tonnen Kohlendioxid, 251 Tonnen Wasserdampf, 34 Tonnen Schwefeldioxid, 9,34 Tonnen Stickoxide (in Bezug auf Kohlendioxid) und 2 Tonnen nicht „gefangene“ Flugasche ” durch Elektrofilter.

Abwasser aus Wärmekraftwerken und Regenwasser aus ihren Gebieten, das mit Abfällen aus technologischen Kreisläufen von Kraftwerken verunreinigt ist und Vanadium, Nickel, Fluor, Phenole und Ölprodukte enthält, kann bei Einleitung in Gewässer die Wasserqualität und Wasserorganismen beeinträchtigen. Eine Änderung der chemischen Zusammensetzung bestimmter Stoffe führt zu einer Verletzung der im Stausee festgelegten Lebensraumbedingungen und beeinflusst die Artenzusammensetzung und Häufigkeit von Wasserorganismen und Bakterien und kann letztendlich zu Verletzungen der Selbstreinigungsprozesse von Gewässern führen vor Verschmutzung und einer Verschlechterung ihres hygienischen Zustands.

Gefährlich ist auch die sogenannte thermische Belastung von Gewässern mit vielfältigen Verletzungen ihres Zustands. Thermische Kraftwerke erzeugen Energie mithilfe von Turbinen, die von erhitztem Dampf angetrieben werden. Während des Betriebs der Turbinen muss der Abdampf mit Wasser gekühlt werden, daher verlässt das Kraftwerk kontinuierlich einen Wasserstrom, der normalerweise um 8-12 ° C erwärmt und in den Stausee eingeleitet wird. Große thermische Kraftwerke benötigen große Wassermengen. Sie geben 80–90 m 3 /s Wasser in erhitztem Zustand ab. Dies bedeutet, dass ein starker Strom warmen Wassers kontinuierlich in den Stausee fließt, ungefähr in der Größenordnung des Moskwa-Flusses.

Die am Zusammenfluss eines warmen „Flusses“ gebildete Heizzone ist eine Art Abschnitt des Reservoirs, in dem die Temperatur an der Überlaufstelle maximal ist und mit zunehmendem Abstand davon abnimmt. Die Heizzonen großer Wärmekraftwerke nehmen eine Fläche von mehreren zehn Quadratkilometern ein. Im Winter bilden sich in der beheizten Zone (in den nördlichen und mittleren Breiten) Polynjas. In den Sommermonaten richten sich die Temperaturen in den beheizten Zonen nach der natürlichen Temperatur des Zulaufwassers. Wenn die Wassertemperatur im Reservoir 20 °C beträgt, kann sie in der Heizzone 28-32 °C erreichen.

Infolge eines Temperaturanstiegs in einem Reservoir und einer Verletzung ihres natürlichen hydrothermalen Regimes werden die Prozesse des „Blühens“ von Wasser intensiviert, die Fähigkeit von Gasen, sich in Wasser zu lösen, nimmt ab, die physikalischen Eigenschaften von Wasser ändern sich, alles chemisch und darin ablaufende biologische Prozesse werden beschleunigt usw. In der Heizzone nimmt die Transparenz des Wassers ab, der pH-Wert steigt, die Zersetzungsgeschwindigkeit leicht oxidierbarer Substanzen steigt. Die Photosyntheserate in solchem Wasser ist deutlich reduziert.

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METALLURGISCHE HOCHSCHULE SEROV

abstrakt

über Ökologische Grundlagen des Naturmanagements

zum Thema:Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Energieentwicklung

Erfüllta: Schüler

Korrespondenzabteilung

IVKurs TiTO-Gruppe

Sochneva Natalia

Geprüft von: Lehrer

Chernysheva N.G.

Einführung

1. Umweltprobleme der thermischen Energietechnik

2. Umweltprobleme der Wasserkraft

3. Probleme der Atomkraft

4. Einige Möglichkeiten zur Lösung der Probleme der modernen Energie

Fazit

Verzeichnis der verwendeten Literatur

Einführung

Es gibt einen bildlichen Ausdruck dafür, dass wir im Zeitalter der drei „E“ leben: Ökonomie, Energie, Ökologie. Gleichzeitig rückt die Ökologie als Wissenschaft und Denkweise immer mehr in den Fokus der Menschheit.

Ökologie gilt als Wissenschaft und akademische Disziplin, die darauf abzielt, die Beziehung zwischen Organismen und der Umwelt in ihrer ganzen Vielfalt zu untersuchen. Dabei wird die Umwelt nicht nur als die Welt der unbelebten Natur verstanden, sondern auch als Einfluss einiger Organismen oder ihrer Lebensgemeinschaften auf andere Organismen und Lebensgemeinschaften. Ökologie wird manchmal nur mit dem Studium des Lebensraums oder der Umwelt in Verbindung gebracht. Letzteres ist grundsätzlich richtig, jedoch mit der wesentlichen Korrektur, dass die Umwelt nicht losgelöst von Organismen betrachtet werden kann, ebenso wie Organismen außerhalb ihres Lebensraums nicht betrachtet werden können. Dies sind die Bestandteile eines einzigen funktionellen Ganzen, was durch die obige Definition der Ökologie als Wissenschaft von der Beziehung zwischen Organismen und der Umwelt betont wird.

Die Energieökologie ist ein Produktionszweig, der sich in einer nie dagewesenen Geschwindigkeit entwickelt. Wenn sich die Bevölkerung unter den Bedingungen der modernen Bevölkerungsexplosion in 40-50 Jahren verdoppelt, geschieht dies bei der Erzeugung und dem Verbrauch von Energie alle 12-15 Jahre. Bei einem solchen Verhältnis von Bevölkerungs- und Energiewachstumsraten steigt die Energieversorgung nicht nur insgesamt, sondern auch pro Kopf wie eine Lawine.

Derzeit wird der Energiebedarf hauptsächlich durch drei Arten von Energieressourcen gedeckt: organische Brennstoffe, Wasser und der Atomkern. Wasserenergie und Atomenergie werden vom Menschen genutzt, nachdem sie in elektrische Energie umgewandelt wurden. Gleichzeitig wird ein erheblicher Teil der im Biokraftstoff enthaltenen Energie in Form von Wärmeenergie genutzt und nur ein Teil davon in elektrische Energie umgewandelt. In beiden Fällen ist die Energiefreisetzung aus organischem Brennstoff jedoch mit seiner Verbrennung und folglich mit der Freisetzung von Verbrennungsprodukten in die Umwelt verbunden.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Auswirkungen verschiedener Energiearten (Wärmekraft, Wasserkraft, Kernkraft) auf die Umwelt zu untersuchen und Wege zur Reduzierung von Emissionen und Umweltverschmutzung durch Energieanlagen zu erwägen. Beim Verfassen dieses Essays habe ich mir zur Aufgabe gemacht, Wege zur Lösung der Probleme jeder der betrachteten Energiearten aufzuzeigen.

1. Ökologenkalen Probleme der thermischen Energietechnik

Die Auswirkungen von Wärmekraftwerken auf die Umwelt hängen weitgehend von der Art des verbrannten Brennstoffs (fest und flüssig) ab.

Die komplexen Auswirkungen thermischer Kraftwerke auf die gesamte Biosphäre sind in Tabelle dargestellt. ein.

Neben gasförmigen Emissionen produziert die thermische Energietechnik riesige Mengen an festen Abfällen. Dazu gehören Asche und Schlacke.

Luftemissionen eines Kraftwerks mit 1.000 MW/Jahr (Tonnen)

2. Umweltprobleme der Wasserkraft

Das wichtigste Merkmal von Wasserkraftressourcen im Vergleich zu Brennstoff- und Energieressourcen ist ihre kontinuierliche Erneuerung. Der fehlende Bedarf an Brennstoff für HPPs bestimmt die niedrigen Kosten des in HPPs erzeugten Stroms. Daher wurde und wird dem Bau von HPP trotz erheblicher spezifischer Kapitalinvestitionen pro 1 kW installierter Leistung und langer Bauzeiten eine große Bedeutung beigemessen, insbesondere wenn er mit der Ansiedlung stromintensiver Industrien verbunden ist.

Ein Wasserkraftwerk ist ein Komplex von Bauwerken und Geräten, mit denen die Energie des Wasserflusses in elektrische Energie umgewandelt wird. Das Wasserkraftwerk besteht aus einer Reihe von hydraulischen Strukturen, die für die erforderliche Konzentration des Wasserflusses sorgen und Druck erzeugen, sowie aus Antriebsgeräten, die die Energie des sich unter Druck bewegenden Wassers in mechanische Rotationsenergie umwandeln, die wiederum in elektrische Energie umgewandelt wird .

Trotz der relativ günstigen Energie aus Wasserkraft nimmt ihr Anteil an der Energiebilanz allmählich ab. Dies ist sowohl auf die Erschöpfung der billigsten Ressourcen als auch auf die große territoriale Kapazität von Tieflandreservoirs zurückzuführen. Es wird angenommen, dass in Zukunft die weltweite Produktion von Wasserkraft 5% der Gesamtenergie nicht überschreiten wird.

Einer der wichtigsten Gründe für den Rückgang des Anteils der von HPPs erhaltenen Energie ist die starke Auswirkung aller Phasen des Baus und Betriebs von Wasserbauwerken auf die Umwelt (Tabelle 3).

Verschiedenen Studien zufolge ist eine der wichtigsten Auswirkungen der Wasserkraft auf die Umwelt die Entfremdung großer fruchtbarer (Auen-) Flächen für Stauseen. In Russland, wo nicht mehr als 20 % der elektrischen Energie aus Wasserkraft gewonnen wird, wurden beim Bau von Wasserkraftwerken mindestens 6 Millionen Hektar Land überschwemmt. An ihrer Stelle wurden natürliche Ökosysteme zerstört.

Bedeutende Landstriche in der Nähe von Stauseen sind infolge steigender Grundwasserspiegel von Überschwemmungen betroffen. Diese Gebiete fallen in der Regel in die Kategorie der Feuchtgebiete. Unter flachen Bedingungen können überschwemmte Gebiete 10 % oder mehr der überfluteten Fläche ausmachen. Die Zerstörung von Land und seinen Ökosystemen erfolgt auch als Folge ihrer Zerstörung durch Wasser (Abrasion) während der Bildung der Küstenlinie. Abriebprozesse dauern in der Regel Jahrzehnte, was zur Bearbeitung großer Erdmassen, Gewässerverschmutzung und Verschlammung von Stauseen führt. Daher ist der Bau von Stauseen mit einer scharfen Verletzung des Wasserhaushalts von Flüssen, ihrer Ökosysteme und der Artenzusammensetzung von Hydrobionten verbunden.

In Stauseen nimmt die Erwärmung des Wassers stark zu, was den Sauerstoffverlust und andere durch thermische Verschmutzung verursachte Prozesse verstärkt. Letzteres schafft zusammen mit der Anreicherung biogener Substanzen Bedingungen für die Überwucherung von Gewässern und die intensive Entwicklung von Algen, einschließlich giftiger Blaualgen. Aus diesen Gründen sowie aufgrund der langsamen Erneuerung der Gewässer ist ihre Fähigkeit zur Selbstreinigung stark reduziert.

Die Verschlechterung der Wasserqualität führt zum Tod vieler Bewohner. Das Vorkommen von Fischbeständen nimmt zu, insbesondere die Anfälligkeit für Helminthen. Die Geschmacksqualitäten der Bewohner der aquatischen Umwelt werden reduziert.

Fischwanderwege werden gestört, Futtergründe, Laichplätze etc. zerstört Die Wolga hat ihre Bedeutung als Laichplatz für Kaspische Störe nach dem Bau einer Wasserkraftwerkskaskade weitgehend verloren.

Letztlich werden die durch Stauseen blockierten Flusssysteme von Transitsystemen zu Transitakkumulationssystemen. Neben biogenen Stoffen fallen hier Schwermetalle, radioaktive Elemente und viele Pestizide mit langer Lebensdauer an. Akkumulationsprodukte machen es problematisch, die von Stauseen besetzten Gebiete nach ihrer Auflösung zu nutzen.

Stauseen haben einen erheblichen Einfluss auf atmosphärische Prozesse. Beispielsweise übersteigt in ariden (trockenen) Regionen die Verdunstung von der Oberfläche von Stauseen die Verdunstung von einer gleichen Landoberfläche um das Zehnfache.

Eine Abnahme der Lufttemperatur und eine Zunahme von Nebelphänomenen sind mit einer erhöhten Verdunstung verbunden. Der Unterschied zwischen den thermischen Gleichgewichten von Stauseen und dem angrenzenden Land bestimmt die Bildung lokaler Winde wie Brisen. Diese und andere Phänomene führen zu einer Veränderung der Ökosysteme (nicht immer positiv), zu einer Änderung des Wetters. In einigen Fällen ist es im Bereich der Stauseen erforderlich, die Richtung der Landwirtschaft zu ändern. In den südlichen Regionen unseres Landes haben beispielsweise einige wärmeliebende Pflanzen (Melonen) keine Zeit zum Reifen, das Vorkommen von Pflanzen nimmt zu und die Qualität der Produkte verschlechtert sich.

Die Kosten des Wasserbaus für die Umwelt sind in Bergregionen, wo Stauseen in der Regel kleinflächig sind, deutlich geringer. In seismischen Berggebieten können Stauseen jedoch Erdbeben hervorrufen. Die Wahrscheinlichkeit von Erdrutschen und die Wahrscheinlichkeit von Katastrophen infolge der möglichen Zerstörung von Staudämmen steigt. So forderte Wasser 1960 in Indien (Bundesstaat Gunjarat) infolge eines Dammbruchs 15.000 Menschenleben.

Aufgrund der Besonderheiten der Technologie der Wasserenergienutzung transformieren Wasserkraftanlagen natürliche Prozesse über sehr lange Zeiträume. Beispielsweise kann ein Stausee eines Wasserkraftwerks (oder ein System von Stauseen im Fall einer Wasserkraftwerkskaskade) mehrere zehn und hundert Jahre bestehen, während anstelle eines natürlichen Wasserlaufs ein künstliches Objekt mit künstlicher Regulierung entsteht natürliche Prozesse - ein natürlich-technisches System (NTS). In diesem Fall reduziert sich die Aufgabe auf die Bildung eines solchen PTS, das die zuverlässige und umweltverträgliche Bildung des Komplexes gewährleisten würde. Gleichzeitig kann das Verhältnis zwischen den Hauptsubsystemen des PTS (vom Menschen geschaffenes Objekt und die natürliche Umwelt) je nach den gewählten Prioritäten - technisch, ökologisch, sozioökonomisch usw. und dem Umweltprinzip - erheblich unterschiedlich sein Sicherheit kann beispielsweise als Aufrechterhaltung eines bestimmten stabilen Zustands des erstellten PTS formuliert werden.

Ein effektiver Weg, um die Überschwemmung von Gebieten zu reduzieren, besteht darin, die Anzahl der HPPs in einer Kaskade mit einer Verringerung des Drucks in jeder Stufe und folglich einer Reservoiroberfläche zu erhöhen.

Ein weiteres Umweltproblem der Wasserkraft hängt mit der Bewertung der Qualität der aquatischen Umwelt zusammen. Die derzeitige Gewässerverschmutzung wird nicht durch die technologischen Prozesse der Stromerzeugung in Wasserkraftwerken verursacht (die Verschmutzungsmenge des Abwassers aus Wasserkraftwerken macht einen unbedeutend geringen Anteil an der Gesamtverschmutzungsmasse des Wirtschaftskomplexes aus), sondern durch die schlechte Qualität der sanitären und technischen Arbeiten bei der Erstellung von Stauseen und der Einleitung von unbehandelten Abwässern in Wasserobjekte.

Die meisten der von Flüssen eingebrachten Nährstoffe werden in Stauseen zurückgehalten. Bei warmem Wetter können sich Algen in den Oberflächenschichten eines nährstoffreichen oder eutrophen Reservoirs massenhaft vermehren. Während der Photosynthese verbrauchen Algen Nährstoffe aus dem Reservoir und produzieren große Mengen an Sauerstoff. Abgestorbene Algen verleihen dem Wasser einen unangenehmen Geruch und Geschmack, bedecken den Boden mit einer dicken Schicht und verhindern, dass sich Menschen an den Ufern von Stauseen ausruhen.

In den ersten Jahren nach dem Füllen des Reservoirs erscheint viel zersetzte Vegetation darin, und der „neue“ Boden kann den Sauerstoffgehalt im Wasser drastisch reduzieren. Die Verrottung organischer Stoffe kann zur Freisetzung riesiger Mengen an Treibhausgasen – Methan und Kohlendioxid – führen.

Betrachtet man die Auswirkungen von HPPs auf die Umwelt, sollte man dennoch die lebensrettende Funktion von HPPs beachten. So führt die Erzeugung jeder Milliarde kWh Strom in Wasserkraftwerken anstelle von Wärmekraftwerken zu einer Verringerung der Sterblichkeit um 100-226 Personen pro Jahr.

3. Probleme der Atomkraft

Am vielversprechendsten ist derzeit die Atomkraft. Dies liegt sowohl an den relativ großen Kernbrennstoffvorkommen als auch an der schonenden Umweltbelastung. Zu den Vorteilen gehört auch die Möglichkeit, ein Kernkraftwerk unabhängig von Rohstoffvorkommen zu bauen, da deren Transport aufgrund geringer Volumina keine nennenswerten Kosten verursacht. Es genügt zu sagen, dass Sie mit 0,5 kg Kernbrennstoff so viel Energie gewinnen können wie mit der Verbrennung von 1000 Tonnen Kohle.

Es ist bekannt, dass die der Energiegewinnung in Kernkraftwerken zugrunde liegenden Prozesse – die Spaltungsreaktionen von Atomkernen – viel gefährlicher sind als beispielsweise Verbrennungsprozesse. Deshalb verwirklicht die Kernenergie erstmals in der Geschichte der industriellen Entwicklung das Prinzip maximaler Sicherheit bei höchstmöglicher Produktivität bei der Energieerzeugung.

Langjährige Erfahrungen beim Betrieb von Kernkraftwerken in allen Ländern zeigen, dass diese keine nennenswerten Auswirkungen auf die Umwelt haben. Bis zum Jahr 2000 betrug die durchschnittliche Betriebszeit der Kernkraftwerke 20 Jahre. Die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Kernkraftwerken basiert nicht nur auf der strengen Regulierung des Betriebs von Kernkraftwerken, sondern auch auf der Reduzierung der Auswirkungen von Kernkraftwerken auf die Umwelt auf ein absolutes Minimum.

Im Tisch. 4 präsentiert Vergleichsdaten von Kernkraftwerken und thermischen Kraftwerken zum Brennstoffverbrauch und zur Umweltbelastung für das Jahr bei einer Leistung von 1000 MW.

Kraftstoffverbrauch und Umweltbelastung

Während des normalen Betriebs von Kernkraftwerken sind Freisetzungen radioaktiver Elemente in die Umwelt äußerst unbedeutend. Im Durchschnitt sind sie 2-4 mal geringer als bei Wärmekraftwerken gleicher Leistung.

Bis Mai 1986 erhöhten 400 Kraftwerkseinheiten, die weltweit in Betrieb waren und mehr als 17 % der Elektrizität lieferten, den natürlichen Hintergrund der Radioaktivität um nicht mehr als 0,02 %. Vor der Tschernobyl-Katastrophe in unserem Land hatte keine Industrie eine geringere Arbeitsunfallquote als Kernkraftwerke. 30 Jahre vor der Tragödie starben 17 Menschen bei Unfällen, und schon damals nicht an Strahlenschäden. Nach 1986 wurde die Hauptumweltgefahr von Kernkraftwerken zunehmend mit der Möglichkeit eines Unfalls in Verbindung gebracht. Obwohl ihre Wahrscheinlichkeit bei modernen Kernkraftwerken gering ist, ist sie nicht ausgeschlossen. Zu den größten Unfällen dieser Art gehört der Unfall im vierten Block des Kernkraftwerks Tschernobyl.

Laut verschiedenen Quellen reichte die Gesamtfreisetzung von Spaltprodukten aus den im Reaktor enthaltenen Produkten von 3,5 % (63 kg) bis 28 % (50 Tonnen). Zum Vergleich sei angemerkt, dass die Bombe, die auf Hiroshima abgeworfen wurde, nur 740 g radioaktives Material abgab.

Infolge des Unfalls im Kernkraftwerk Tschernobyl wurde ein Gebiet in einem Umkreis von mehr als 2.000 km, das mehr als 20 Staaten umfasst, radioaktiv verseucht. Innerhalb der Grenzen der ehemaligen UdSSR waren 11 Regionen betroffen, in denen 17 Millionen Menschen leben. Die Gesamtfläche der kontaminierten Gebiete übersteigt 8 Millionen Hektar oder 80.000 km 2 . In Russland litten die Regionen Brjansk, Kaluga, Tula und Orjol am meisten. Verschmutzungsstellen gibt es in Belgorod, Rjasan, Smolensk, Leningrad und anderen Regionen. Infolge des Unfalls starben 31 Menschen und mehr als 200 Menschen erhielten eine Strahlendosis, die zur Strahlenkrankheit führte. Unmittelbar nach dem Unfall wurden 115.000 Menschen aus der gefährlichsten Zone (30 km) evakuiert. Die Zahl der Opfer und der evakuierten Einwohner nimmt zu, die Kontaminationszone erweitert sich durch die Bewegung radioaktiver Substanzen durch Wind, Brände, Transport usw. Die Folgen des Unfalls werden das Leben mehrerer Generationen beeinträchtigen.

Nach dem Unfall von Tschernobyl wurden in vielen Staaten auf Wunsch der Öffentlichkeit die Bauprogramme für Kernkraftwerke vorübergehend gestoppt oder eingeschränkt, aber die Kernenergie entwickelte sich in 32 Ländern weiter.

Jetzt, wo die Diskussionen über die Annehmbarkeit oder Unannehmbarkeit der Kernenergie nachgelassen haben, ist klar geworden, dass die Welt nicht noch einmal in Dunkelheit versinken oder sich mit den extrem gefährlichen Auswirkungen von Kohlendioxid und anderen Verbrennungsprodukten fossiler Brennstoffe auf die Atmosphäre abfinden kann schädlich für den Menschen. Bereits 1990 gingen 10 neue Kernkraftwerke ans Netz. Der Bau von Kernkraftwerken hört nicht auf: Ende 1999 waren weltweit 436 Kernkraftwerke in Betrieb, verglichen mit 434 registrierten im Jahr 1998. Die elektrische Gesamtleistung der weltweit betriebenen Kraftwerke beträgt ca 335 GW (1 GW = 1000 MW = 10 9 W ). In Betrieb befindliche Kernkraftwerke decken 7 % des weltweiten Energiebedarfs und ihr Anteil an der weltweiten Stromerzeugung beträgt 17 %. Nur in Westeuropa produzieren Kernkraftwerke im Durchschnitt etwa 50 % des gesamten Stroms.

Wenn wir jetzt alle in Betrieb befindlichen Kernkraftwerke der Welt durch thermische ersetzen, würde die Weltwirtschaft, unser gesamter Planet und jeder Mensch einzeln einen irreparablen Schaden erleiden. Diese Schlussfolgerung basiert auf der Tatsache, dass die Energieerzeugung in Kernkraftwerken gleichzeitig die jährliche Freisetzung von bis zu 2300 Millionen Tonnen Kohlendioxid, 80 Millionen Tonnen Schwefeldioxid und 35 Millionen Tonnen Stickoxiden in die Erdatmosphäre durch Reduktion verhindert die Menge an fossilen Brennstoffen, die in Wärmekraftwerken verbrannt werden. Darüber hinaus setzt organischer Brennstoff (Kohle, Öl) beim Verbrennen eine große Menge radioaktiver Substanzen in die Atmosphäre frei, die hauptsächlich Radiumisotope mit einer Halbwertszeit von etwa 1600 Jahren enthalten! In diesem Fall wäre es nicht möglich, all diese gefährlichen Stoffe aus der Atmosphäre zu extrahieren und die Erdbevölkerung vor ihren Auswirkungen zu schützen. Hier nur ein konkretes Beispiel. Die Schließung des Kernkraftwerks Barsebæk-1 in Schweden führte dazu, dass Schweden erstmals seit 30 Jahren begann, Strom aus Dänemark zu importieren. Die ökologischen Folgen davon sind folgende: In Kohlekraftwerken in Dänemark wurden zusätzlich fast 350.000 Tonnen Kohle aus Russland und Polen verbrannt, was zu einem Anstieg der Kohlendioxidemissionen um 4 Millionen Tonnen (!) pro Jahr führte Jahr und eine deutliche Zunahme der Menge an saurem Regen, die im gesamten südlichen Teil Schwedens fällt.

Der Bau von Kernkraftwerken erfolgt in einer Entfernung von 30-35 km von Großstädten. Der Standort sollte gut belüftet sein und während der Flut nicht überflutet werden. Rund um das Kernkraftwerk ist ein Platz für eine Sanitärschutzzone vorgesehen, in der der Bevölkerung der Aufenthalt untersagt ist.

In der Russischen Föderation sind derzeit 29 Kraftwerksblöcke in neun Kernkraftwerken mit einer installierten elektrischen Gesamtleistung von 21,24 GW in Betrieb. 1995-2000 Kernkraftwerke in Russland erzeugten mehr als 13% der gesamten Stromerzeugung im Land, jetzt - 14,4%. Gemessen an der installierten Gesamtleistung der Kernkraftwerke liegt Russland an fünfter Stelle hinter den USA, Frankreich, Japan und Deutschland. Derzeit leisten mehr als 100 Milliarden kWh, die von den Kernkraftwerken des Landes erzeugt werden, einen wesentlichen und notwendigen Beitrag zur Energieversorgung des europäischen Teils - 22 % der gesamten erzeugten Elektrizität. Der in Kernkraftwerken erzeugte Strom ist um mehr als 30 % billiger als in thermischen Kraftwerken, die fossile Brennstoffe verwenden.

Die Betriebssicherheit von Kernkraftwerken ist eine der wichtigsten Aufgaben der russischen Atomindustrie. Alle Pläne für den Bau, Umbau und die Modernisierung von Kernkraftwerken in Russland werden nur unter Berücksichtigung moderner Anforderungen und Standards umgesetzt. Eine Studie über den Zustand der Hauptausrüstung des Betriebs russischer KKW hat gezeigt, dass es durchaus möglich ist, ihre Lebensdauer um mindestens weitere 5-10 Jahre zu verlängern. Darüber hinaus dank der Implementierung eines geeigneten Satzes von Arbeiten für jede Antriebseinheit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines hohen Sicherheitsniveaus.

Um die weitere Entwicklung der Kernenergie in Russland im Jahr 1998 sicherzustellen, wurde das „Programm zur Entwicklung der Kernenergie in der Russischen Föderation für 1998-2000“ verabschiedet. und für den Zeitraum bis 2010“. Es stellt fest, dass die russischen Kernkraftwerke 1999 16 % mehr Energie erzeugten als 1998. Um diese Energiemenge in TKW zu erzeugen, wären 36 Milliarden m 3 Gas im Wert von 2,5 Milliarden US-Dollar Exportpreis erforderlich. Eine 90%ige Steigerung des Energieverbrauchs im Land wurde durch die Erzeugung in Kernkraftwerken sichergestellt.

Bei der Bewertung der Aussichten für die Entwicklung der Weltkernenergie schlagen die meisten maßgeblichen internationalen Organisationen, die an der Untersuchung globaler Brennstoff- und Energieprobleme beteiligt sind, vor, dass dies nach 2010-2020 der Fall sein wird. weltweit wird der bedarf für den bau von kernkraftwerken im großen maßstab wieder zunehmen. Nach der realistischen Version wird dies Mitte des 21. Jahrhunderts vorhergesagt. Etwa 50 Länder werden Kernenergie haben. Gleichzeitig wird sich die installierte elektrische Gesamtleistung der Kernkraftwerke weltweit bis 2020 auf 570 GW und bis 2050 auf 1100 GW nahezu verdoppeln.

4. Einige Möglichkeiten, die Probleme der modernen Energie zu lösen

Zweifellos wird thermische Energie in naher Zukunft in der Energiebilanz der Welt und einzelner Länder dominierend bleiben. Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Anteil von Kohle und anderen weniger sauberen Brennstoffen in der Energieerzeugung zunehmen wird. In diesem Zusammenhang werden wir einige Möglichkeiten und Methoden ihrer Verwendung betrachten, die die negativen Auswirkungen auf die Umwelt erheblich reduzieren können. Diese Methoden basieren hauptsächlich auf der Verbesserung von Technologien zur Brennstoffaufbereitung und der Sammlung gefährlicher Abfälle. Unter ihnen sind die folgenden:

1. Einsatz und Verbesserung von Reinigungsgeräten. Derzeit fangen viele Wärmekraftwerke hauptsächlich Feststoffemissionen mit verschiedenen Filtertypen ab. Schwefeldioxid, der aggressivste Schadstoff, wird in vielen TPPs nicht oder nur in begrenzten Mengen abgeschieden. Gleichzeitig gibt es Wärmekraftwerke (USA, Japan), die eine nahezu vollständige Reinigung von diesem Schadstoff sowie von Stickoxiden und anderen Schadstoffen vornehmen. Dazu werden spezielle Anlagen zur Entschwefelung (zum Abscheiden von Schwefeldioxid und -trioxid) und Denitrifikation (zum Abscheiden von Stickoxiden) eingesetzt. Die am häufigsten abgeschiedenen Oxide von Schwefel und Stickstoff werden durchgeführt, indem Rauchgase durch eine Ammoniaklösung geleitet werden. Die Endprodukte eines solchen Prozesses sind Ammoniumnitrat, das als Mineraldünger verwendet wird, oder Natriumsulfitlösung (Rohstoff für die chemische Industrie). Solche Anlagen fangen bis zu 96 % der Schwefeloxide und mehr als 80 % der Stickoxide auf. Es gibt andere Verfahren zur Reinigung dieser Gase.

2. Verringerung des Eintrags von Schwefelverbindungen in die Atmosphäre durch Vorentschwefelung (Entschwefelung) von Kohle und anderen Brennstoffen (Öl, Gas, Ölschiefer) durch chemische oder physikalische Verfahren. Diese Verfahren ermöglichen es, dem Kraftstoff vor seiner Verbrennung 50 bis 70 % Schwefel zu entziehen.

3. Mit Energieeinsparungen sind große und reale Möglichkeiten verbunden, den Eintrag von Schadstoffen in die Umwelt zu verringern oder zu stabilisieren. Solche Möglichkeiten sind aufgrund der Verringerung der Energieintensität der erhaltenen Produkte besonders groß. Beispielsweise wurde in den Vereinigten Staaten durchschnittlich zweimal weniger Energie pro Produktionseinheit ausgegeben als in der ehemaligen UdSSR. In Japan war dieser Verbrauch dreimal geringer. Energieeinsparungen sind nicht weniger real, indem der Metallverbrauch von Produkten reduziert, ihre Qualität verbessert und die Lebenserwartung von Produkten erhöht wird. Es ist vielversprechend, Energie zu sparen, indem man auf wissenschaftsintensive Technologien umsteigt, die mit der Verwendung von Computern und anderen Niedrigstromgeräten verbunden sind.

4. Nicht weniger bedeutend sind die Möglichkeiten zur Energieeinsparung im Alltag und bei der Arbeit durch Verbesserung der Dämmeigenschaften von Gebäuden. Echte Energieeinsparungen ergeben sich durch den Austausch von Glühlampen mit einem Wirkungsgrad von etwa 5 % durch Leuchtstofflampen, deren Wirkungsgrad um ein Vielfaches höher ist. Es ist äußerst verschwenderisch, elektrische Energie zur Erzeugung von Wärme zu verwenden. Es ist wichtig zu bedenken, dass die Erzeugung elektrischer Energie in Wärmekraftwerken mit einem Verlust von etwa 60-65 % der Wärmeenergie und in Kernkraftwerken mit mindestens 70 % der Energie verbunden ist. Energie geht auch verloren, wenn sie über Kabel über eine Distanz übertragen wird. Daher ist die direkte Verbrennung von Brennstoff zur Erzeugung von Wärme, insbesondere von Gas, viel effizienter als die Umwandlung in Strom und dann wieder in Wärme.

5. Der Wirkungsgrad des Brennstoffs wird auch merklich gesteigert, wenn er anstelle eines Blockheizkraftwerks in einem Blockheizkraftwerk eingesetzt wird. Im letzteren Fall befinden sich die Gegenstände der Energiegewinnung näher an den Orten ihres Verbrauchs, und dadurch werden die mit der Übertragung über eine Entfernung verbundenen Verluste verringert. In KWK-Anlagen wird neben Strom auch Wärme genutzt, die durch Kältemittel aufgefangen wird. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Belastung der aquatischen Umwelt erheblich. Am wirtschaftlichsten ist die Energiegewinnung in kleinen KWK-Anlagen (Iogenation) direkt in Gebäuden. Dabei werden Wärme- und Stromverluste auf ein Minimum reduziert. Solche Methoden werden in einzelnen Ländern zunehmend eingesetzt.

Fazit

Deshalb habe ich versucht, alle Aspekte eines heute so aktuellen Themas wie "Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Energieentwicklung" abzudecken. Ich kannte bereits einiges aus dem präsentierten Material, aber ich bin zum ersten Mal auf etwas gestoßen.

Abschließend möchte ich hinzufügen, dass Umweltprobleme zu den globalen Problemen der Welt gehören. Die politischen, wirtschaftlichen, ideologischen und militärischen Diktaturen wurden durch eine grausamere und gnadenlosere Diktatur ersetzt – die Diktatur der begrenzten Ressourcen der Biosphäre. Grenzen in einer veränderten Welt werden heute nicht von Politikern, nicht von Grenzschutzbeamten und nicht vom Zoll bestimmt, sondern von regionalen Umweltmustern.

MitVerzeichnis der verwendeten Literatur

1. Akimova T.A. Ökologie. -M.: "UNITI", 2000

2. Dyakov A.F. Die Hauptrichtungen der Energieentwicklung in Russland. - M.: "Phönix", 2001

3. Kiselev G.V. Das Problem der Entwicklung der Kernenergie. - M.: "Wissen", 1999.

4. Hwang T.A. Industrielle Ökologie. - M.: "Phönix", 2003

Analyse der Problematik der Verlängerung der Mechanismen des Kyoto-Protokolls nach Ablauf der ersten Verpflichtungsperiode

Diplomarbeit

2.3 Bestimmung der Kategorien von Emissionsquellen im Zusammenhang mit der Kraftstoffverbrennung für den Energiebedarf

Die überarbeiteten IPCC-Richtlinien von 1996 führen die folgende Klassifizierung der wichtigsten Quellenkategorien ein:

1) Energie. Diese Kategorie umfasst Wärmekraftwerke und Wärmekraftwerke von RAO UES und regionalen AO Energos, industrielle Wärmekraftwerke, andere Kraftwerke, kommunale und industrielle Kesselhäuser, die Energie in das öffentliche Netz für die Strom- und Wärmeversorgung einspeisen Region sowie Unternehmen der Brennstoffindustrie. Der Brennstoffverbrauch für die Strom- und Wärmeerzeugung und für den Eigenbedarf sowie Verluste werden berücksichtigt;

2) Industrie und Bauwesen. Insgesamt umfasst diese Kategorie Unternehmen aller Branchen, die in der Region tätig sind, darunter Eisenmetallurgie, Nichteisenmetallurgie, chemische und petrochemische Industrie, Leichtindustrie, Lebensmittel, Forstwirtschaft (Holzeinschlag) und Holzverarbeitung sowie Zellstoff und Papier, Maschinenbau, Produktion von Baumaterialien und Konstruktion selbst usw. Der Verbrauch von Brennstoff, der für den gesamten (eigenen) Endenergiebedarf in allen Haupt- (Produktions-) und Nebengeschäften und -einrichtungen von Unternehmen (Organisationen) verbrannt wird, wird berücksichtigt;

3) Verkehr. Beinhaltet Schiene, Luft, Wasser, Straße und Pipeline. Berücksichtigt wird der Verbrauch von Kraftstoff, der direkt von Fahrzeugen verbrannt wird, ohne innerbetrieblichen Transport und Hilfsbedarf von Transportunternehmen;

4) Der Bereich der öffentlichen Versorgung umfasst die sozialen Dienste, die Stadtwirtschaft, den Handel, die Gemeinschaftsverpflegung und Dienstleistungen. Der Verbrauch von Brennstoffen, die von Unternehmen direkt für den Endenergiebedarf verbrannt werden, wird berücksichtigt;

5) Bevölkerung. Berücksichtigt wird der im Haushalt verbrannte Brennstoffverbrauch für verschiedene Energiebedarfe;

6) Landwirtschaft. Berücksichtigt wird der Verbrauch von Brennstoff, der von stationären und mobilen Quellen während verschiedener landwirtschaftlicher Aktivitäten von Organisationen jeglicher Art verbrannt wird. Dies ist auf die Zusammensetzung der Informationen zum Kraftstoff- und Energieverbrauch in der Landwirtschaft zurückzuführen, die in russischen Statistiken übernommen wurden.

7) Andere stationäre und mobile Quellen. Berücksichtigt wird der für alle anderen Zwecke verbrannte Kraftstoffverbrauch, für den zwar statistische Angaben zum Kraftstoffverbrauch vorliegen, aber nicht klar ist, welcher Kategorie er zuzuordnen ist.

Auch die UNFCCC weist in der Frage des Eigentums an THG-Emissionen eine Reihe von Besonderheiten auf, die besonders zu beachten sind.

Emissionen aus der Stromerzeugung gehören vollständig der Person, die sie erzeugt (und verkauft) hat. Das heißt, Stromeinsparung ist nur dann eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen, wenn das Kraftwerk auch in das Projekt oder Programm zur Emissionsreduzierung einbezogen ist und die Reduzierung tatsächlich an der Anlage beobachtet wird.

Emissionen im Zusammenhang mit Bunkertreibstoff, der an Schiffe und Flugzeuge verkauft wird, bei denen es sich um internationale Fahrzeuge handelt, werden separat ausgewiesen und sind nicht in den nationalen Emissionen enthalten. Das heißt, sie sind vorerst faktisch vom Emissionskontrollsystem ausgenommen, weil es nicht möglich ist, einen Konsens über die Frage des Emissionseigentums (Treibstoffverladehafen, Schiffsflagge, Schiffsregistrierungsort usw.) zu erzielen.

Emissionen im Zusammenhang mit der Entsorgung und Behandlung von Abfällen fallen nicht bei Unternehmen an, die Abfälle erzeugen, sondern bei Organisationen, die Deponien und Behandlungsanlagen betreiben.

Dort werden die Treibhausgasemissionen in der Regel nach den Bruttodaten der Verarbeitung von festen oder flüssigen Abfällen geschätzt.

Emissionen aus der Verbrennung oder Zersetzung von Holz und Holzprodukten sowie landwirtschaftlichen Abfällen (Stroh etc.) werden am Ort der Holzernte und im Erntejahr angenommen. Daraus ergibt sich eine ganz wichtige Konsequenz: Die Nutzung von Produkten oder Altholz als Brennstoff ist keine Emission. Es wird davon ausgegangen, dass die Holzentnahme aus dem Wald bereits als Emission bei der Berechnung der CO 2 -Gesamtbilanz (Aufnahme minus Emission) berücksichtigt wird.

Es gibt direkte und indirekte Treibhausgasemissionen.

Direkte Treibhausgasemissionen sind Emissionen aus Quellen, die dem Unternehmen gehören oder von ihm kontrolliert werden, das die Bestandsaufnahme durchführt, wie z.

Indirekte Treibhausgasemissionen sind Emissionen, die als Ergebnis der Aktivitäten dieses Unternehmens entstehen, aber außerhalb seiner Kontrolle liegen, zum Beispiel: Emissionen aus der Stromerzeugung, die das Unternehmen kauft; Emissionen aus der Produktion von vertraglich eingekauften Produkten; Emissionen im Zusammenhang mit der Verwendung von hergestellten Produkten. Gemäß der Methodik des IPCC werden bei der Bestandsaufnahme nur direkte Emissionen berücksichtigt. Inventarisierungsmethoden auf Unternehmensebene, wie das vom World Business Council for Sustainable Development entwickelte GHG Accounting Protocol, empfehlen in bestimmten Fällen die Berücksichtigung indirekter Emissionen. Auch bei der Planung von Projekten zur Emissionsminderung ist es wünschenswert, die indirekten Emissionen zumindest näherungsweise abzuschätzen, da deren projektbedingte Veränderungen den Wert des Projekts erheblich steigern oder mindern können.

Die Aufnahme von CO 2 durch Wälder und landwirtschaftliche Flächen ist eine „Minus-Emission“.

Im Rahmen des UNFCCC und des Kyoto-Protokolls wird auch die Absorption (auch Treibhausgassenke oder -abbau genannt) berücksichtigt, jedoch getrennt von den Emissionen. In einigen Fällen wird es als Äquivalent zu Emissionen angesehen, beispielsweise bei der Berechnung der Verpflichtungen auf Länderebene für die erste Verpflichtungsperiode des Kyoto-Protokolls. Aber in den meisten Fällen ist die CO2-Aufnahme durch Wälder sehr ungleich, was zum Teil die Zeitlichkeit und Instabilität einer solchen Aufnahme widerspiegelt, denn Wälder können Kohlenstoff nicht ewig speichern, am Ende zersetzt sich das Holz oder wird verbrannt – und CO 2 wird zurückgeführt in Atmosphäre. Dafür wurden spezielle Absorptionseinheiten eingeführt, es gibt starke Beschränkungen für die Arten von Waldprojekten usw.

Methodisch sind die Fragen der Absorptionsrechnung international noch nicht abschließend geklärt. Beispielsweise enthält die IPCC-Methodik überhaupt kein Kapitel zur Absorption aufgrund von Landnutzungsänderungen. Aufgrund der großen Schwierigkeiten wurde beschlossen, ein separates Methodenhandbuch zu erstellen, dessen Arbeiten kurz vor dem Abschluss stehen.

Da es sich bei dieser Publikation um einen allgemeinbildenden Charakter ohne Fokus auf forstwirtschaftliche Aktivitäten handelt, wird hier auf eine Vielzahl von Problemen und Schwierigkeiten bei der Bilanzierung der CO 2 -Aufnahme des Waldes nicht näher eingegangen.

Bekannte Inventarisierungstechniken erlauben Ihnen eine sehr flexible Herangehensweise. Sie implizieren praktisch mehrere "Ebenen" an Detail und Präzision bei der Schätzung von Ausreißern. Die einfachste Ebene (Ebene 1) erfordert normalerweise ein Minimum an Daten und analytischen Fähigkeiten. Die komplexere (Stufe 2) basiert auf detaillierten Daten und berücksichtigt in der Regel die Besonderheiten des Landes/der Region. Die höchste Ebene (Tier 3) impliziert eine Aufschlüsselung der Daten auf die Ebene von Unternehmen und einzelnen Anlagen sowie direkte Messungen der Emissionen der meisten Gase.

Die obligatorische Verwendung der einen oder anderen Ebene wird normalerweise nicht durch internationale Methoden geregelt, sondern hängt von Entscheidungen auf nationaler Ebene ab. Diese Fragen werden weiter unten im methodischen Abschnitt ausführlich erörtert.

In den allermeisten Fällen werden die Emissionen einer Quelle nicht gemessen, sondern anhand von Daten zu Kraftstoffverbrauch und -produktion (wenn ihre Produktion zu Treibhausgasemissionen führt) usw. berechnet. In der allgemeinsten Form basiert die Berechnung auf dem Schema:

(Daten über einige Aktivitäten, wie z. B. Kraftstoffverbrennung) x (Emissionsfaktoren) = (Emissionen)

Wasserökologische Analyse der städtischen Wassernutzung

Der durchschnittliche tägliche Wasserverbrauch wird durch die Formel Qday bestimmt. Durchschnitt = , m3 / Tag, wobei Kn ein Koeffizient ist, der den Wasserverbrauch für die Bedürfnisse von Institutionen, Organisationen und Unternehmen mit sozial garantierten Dienstleistungen berücksichtigt ...

Bestimmung der Schadstoffemissionen aus der Kraftstoffverbrennung von Kraftfahrzeugen

Der Zustand des Problems An der Warenbörse werden 5 Kohlesorten zu einem Preis angeboten - 1,0 Rubel / GJ, es ist erforderlich, (unter Berücksichtigung der Umwelteigenschaften verschiedener Kohlesorten und -sorten) die rentabelste Option für zu bestimmen Versorgung des Unternehmens mit Treibstoff ...

Bewertung der Umweltauswirkungen der Glasfaserproduktion

Zu den organisierten Quellen im Unternehmen gehört ein Lüftungsschacht, zu den unorganisierten Quellen gehören ein Lager für Fertigprodukte, ein Lager für die Lagerung von Glasbündelspulen, eine Plattform zum Pumpen von Rohstoffen, wenn sie von Tankern geliefert werden ...

Entwicklung eines Projekts für maximal zulässige Emissionen und Umweltüberwachung des Hotels Oktyabrskaya

Emissionsinventar (gemäß GOST 17.2.1.04--77) ist eine Systematisierung von Informationen über die Verteilung von Quellen auf dem Territorium des Unternehmens, die Parameter von Emissionsquellen ...

Berechnung der Emissionen einer Keramikgefäßfabrik

Das Kesselhaus MK-151 wird mit Brennstoff aus Apsatk-Kohlequalität SS und Kohle aus anderen Lagerstätten betrieben. Schadstoffemissionen in die Atmosphäre sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 - Schadstoffemissionen aus der Brennstoffverbrennung in Kesseleinheiten "KVSM-1...

Berechnung der Kohlenstaubemissionen

Der geschätzte Kraftstoffverbrauch wird wie folgt berechnet (Formel (7)): , (7) wobei Вс - geschätzter Kraftstoffverbrauch, t/Jahr; B – tatsächlicher Kraftstoffverbrauch, 1166,5 Tonnen/Jahr; q4 - Wärmeverlust durch mechanische unvollständige Verbrennung, 9,8 %...

Das Verfahren dient zur Berechnung der Schadstoffemissionen mit gasförmigen Verbrennungsprodukten bei der Verbrennung von festen Brennstoffen, Heizöl und Gas in den Feuerungen von in Betrieb befindlichen Industrie- und Kommunalkesseln und Haushaltswärmeerzeugern...

Analysieren Sie den Gehalt an anorganischen und organischen Schadstoffen (Tenside, Farbstoffe, Schwermetalle etc.) im Abwasser von Textilbetrieben, identifizieren Sie technologische Lösungen...

Moderne geoökologische Probleme der Textilindustrie

Unternehmen der Kohleindustrie haben erhebliche negative Auswirkungen auf die Wasser- und Landressourcen. Die Hauptquellen für Schadstoffemissionen in die Atmosphäre sind industrielle ...

Ökologische Bewertung der Quelle von Ruß- und Pentanemissionen aus dem Kesselhaus des Fracht-Passagier-Hafens und Bestimmung der Belastung der oberen Atmosphärenschicht mit Ruß

Gemäß den Anforderungen von GOST 17.2.302.78 wird für eine Emissionsquelle (stationär oder mobil) die maximal zulässige Emission jedes Schadstoffs in die Atmosphäre (MPI) festgelegt, die ...

Zur Berechnung der bei der galvanischen Behandlung freigesetzten Schadstoffmenge wurde der spezifische Indikator q, bezogen auf die Oberfläche des galvanischen Bades, herangezogen (siehe Tabelle 2.21). In diesem Fall ist die Schadstoffmenge (g/s)...

Ökologische Rechtfertigung der entworfenen Industrieanlage

Unter den Bedingungen negativer Veränderungen der qualitativen Zusammensetzung der atmosphärischen Luft unter dem Einfluss anthropogener Faktoren besteht die wichtigste Aufgabe darin, die Schadstoffemissionen vollständig zu berücksichtigen und ihre Auswirkungen auf die Umwelt zu bewerten ...

Energieverschmutzung

Wärmekraftwerke verwenden Kohle, Öl und Ölprodukte, Erdgas und seltener Holz und Torf als Brennstoff. Die Hauptbestandteile brennbarer Materialien sind Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff...

Frage 3. Wirtschaftliche Effizienz von pp und Methoden zu ihrer Bestimmung.

Frage 4. Wirtschaftlicher Schaden durch Umweltverschmutzung und Methoden zu seiner Bestimmung

Frage 5. Die Hauptrichtungen der Ökologisierung der russischen Wirtschaft.

Frage 6. Forstwirtschaft und Merkmale der Umweltauswirkungen forstwirtschaftlicher Aktivitäten. Wege zur ökologischen Optimierung der Industrie.

Frage 7. Auftreten externer Effekte und deren Berücksichtigung in der ökologischen und wirtschaftlichen Entwicklung

Frage 9. Anweisungen für die Bildung eines wirtschaftlichen Mechanismus für die Naturbewirtschaftung

Frage 10. Arten und Formen der Zahlung für natürliche Ressourcen.

Frage 11. Technogener Wirtschaftstyp und seine Grenzen

Frage 12. Ökologische und ökonomische Entwicklung im Konzept der Nachhaltigkeit von Wirtschaftssystemen

Frage 13. Ökosphäre als komplexes dynamisches selbstregulierendes System. Homöostase der Ökosphäre. Die Rolle der lebenden Materie.

Frage 14. Ökosystem und Biogeozänose: Definitionen von Ähnlichkeiten und Unterschieden.

Frage 15. Biologische Produktivität (bp) von Ökosystemen (Biogeozänosen).

Frage 16. Zusammenhang zwischen biologischer Produktivität und ökologischer Stabilität.

Frage 17. Ökologische Abfolgen, natürlich und künstlich. Verwendung für praktische Zwecke.

Frage 18. Methoden zum Management von Populationen und Ökosystemen (Biogeozänosen).

Frage 19. Regionale und lokale Naturmanagementsysteme.

Frage 20

1. Traditionelles Naturmanagement und seine wichtigsten Arten.

21. Umweltprobleme der Energie und Wege zu ihrer Lösung.

22. Umweltprobleme der Industrie und Wege zu ihrer Lösung.

23. Ökologische Probleme der Landwirtschaft und Wege zu ihrer Lösung.

24. Umweltprobleme des Verkehrs und Wege zu ihrer Lösung.

25. Anthropogene Auswirkungen auf die Atmosphäre und Möglichkeiten zur Verringerung der negativen Auswirkungen.

26. Anthropogener Einfluss auf die Hydrosphäre und Möglichkeiten zur Verringerung des negativen Effekts.

27. Das Problem der rationellen Nutzung von Landressourcen.

31. Die Rolle des institutionellen Faktors im Konzept der nachhaltigen Entwicklung.

32. Anthropogener Klimawandel.

33. Hauptmechanismen der Wechselwirkung zwischen der Hydrosphäre und der Atmosphäre.

34. Schutz der Arten- und Ökosystemvielfalt der Biosphäre.

35. Moderne Landschaften. Klassifizierung und Verteilung.

36. Vertikale und horizontale Struktur von Landschaften.

37. Probleme der Entwaldung und Wüstenbildung.

38. Probleme der Erhaltung der genetischen Vielfalt.

39. Geoökologische Aspekte globaler Krisensituationen: Degradation der Lebenserhaltungssysteme der Ökosphäre. Ressourcenprobleme.

41. Ökologische Expertise. Grundprinzipien. Gesetz der Russischen Föderation „Über ökologische Expertise“.

42. Nachhaltige Entwicklung als Grundlage für rationales Naturmanagement. Beschlüsse der Konferenz von Rio de Janeiro (1992) und des Weltgipfels in Johannesburg (2002).

44. Die Rolle von Fahrzeugen bei der Umweltverschmutzung.

45. Landwirtschaft als Zweigsystem der Naturbewirtschaftung.

46. Staatliche Naturreservate Russlands: Status, Regime, Funktionen, Aufgaben und Entwicklungsperspektiven.

Frage 49. Staatliche Naturreservate Russlands: Status, Regime, Funktionen, Aufgaben und Entwicklungsperspektiven.

Frage 51. Ökologische Kultur als Faktor bei der Bildung und Entwicklung von Umweltmanagementsystemen.

Frage 52. Unterschiede im Verbrauch natürlicher Ressourcen in Ländern unterschiedlicher Art.

21. Umweltprobleme der Energie und Wege zu ihrer Lösung.

Derzeit wird der Energiebedarf hauptsächlich durch drei Arten von Energieressourcen gedeckt: organische Brennstoffe, Wasser und der Atomkern. Wasserenergie und Atomenergie werden vom Menschen genutzt, nachdem sie in elektrische Energie umgewandelt wurden. Gleichzeitig wird ein erheblicher Teil der im Biokraftstoff enthaltenen Energie in Form von Wärme genutzt und nur ein Teil davon in Strom umgewandelt. In beiden Fällen ist die Energiefreisetzung aus organischem Brennstoff jedoch mit seiner Verbrennung und folglich mit der Freisetzung von Verbrennungsprodukten in die Umwelt verbunden.

Umweltprobleme der thermischen Energietechnik

Die Auswirkungen von Wärmekraftwerken auf die Umwelt hängen weitgehend von der Art des verbrannten Brennstoffs ab.

fester Brennstoff. Bei der Verbrennung fester Brennstoffe gelangen Flugasche mit Partikeln aus unverbranntem Brennstoff, Schwefel- und Schwefelsäureanhydriden, Stickoxiden, einer bestimmten Menge an Fluorverbindungen sowie gasförmigen Produkten einer unvollständigen Verbrennung von Brennstoff in die Atmosphäre. Flugasche enthält in einigen Fällen zusätzlich zu ungiftigen Bestandteilen schädlichere Verunreinigungen. So ist in der Asche von Donezk-Anthraziten Arsen in geringen Mengen enthalten, und in der Asche von Ekibastuz und einigen anderen Ablagerungen - freies Siliziumdioxid, in der Asche von Schiefer und Kohlen des Kansk-Achinsk-Beckens - freies Calciumoxid. Zu den festen Brennstoffen gehören Kohle und Torf.

Flüssigen Brennstoff. Bei der Verbrennung von flüssigem Brennstoff (Heizöl) mit Rauchgasen gelangen Schwefeldioxid und Schwefelsäureanhydride, Stickoxide, Vanadiumverbindungen, Natriumsalze sowie bei der Reinigung von der Kesseloberfläche abgelöste Stoffe in die atmosphärische Luft. Aus ökologischer Sicht sind flüssige Kraftstoffe „hygienischer“. Gleichzeitig verschwindet das Problem der Aschehalden vollständig, die große Flächen einnehmen, ihre sinnvolle Nutzung ausschließen und durch die Entfernung eines Teils der Asche mit den Winden eine Quelle ständiger Luftverschmutzung im Bahnhofsbereich sind. In den Verbrennungsprodukten flüssiger Brennstoffe ist keine Flugasche enthalten. Flüssige Brennstoffe umfassen Erdgas (???).

Thermische Kraftwerke verwenden Kohle, Öl und Ölprodukte, Erdgas und seltener Holz und Torf als Brennstoff. Die Hauptbestandteile brennbarer Materialien sind Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff sind in geringeren Mengen enthalten, Spuren von Metallen und deren Verbindungen (meistens Oxide und Sulfide) sind ebenfalls vorhanden.

Neben gasförmigen Emissionen produziert die thermische Energietechnik riesige Mengen an festen Abfällen; dazu gehören Asche und Schlacke.

Abfälle aus Kohleaufbereitungsanlagen enthalten 55–60 % SiO2, 22–26 % Al2O3, 5–12 % Fe2O3, 0,5–1 % CaO, 4–4,5 % K2O und Na2O und bis zu 5 % C. Sie gelangen auf die Deponien, die Staub und Rauch erzeugen und den Zustand der Atmosphäre und der angrenzenden Gebiete drastisch verschlechtern.

Ein Kohlekraftwerk benötigt jährlich 3,6 Millionen Tonnen Kohle, 150 m3 Wasser und etwa 30 Milliarden m3 Luft. Diese Zahlen berücksichtigen keine Umweltbelastungen im Zusammenhang mit der Gewinnung und dem Transport von Kohle.

Verschmutzung und Verschwendung von Energieanlagen in Form von gasförmigen, flüssigen und festen Phasen verteilen sich auf zwei Ströme: Einer verursacht globale Veränderungen und der andere - regional und lokal. Dasselbe gilt für andere Sektoren der Wirtschaft, aber Energie und die Verbrennung fossiler Brennstoffe bleiben eine Quelle für große globale Schadstoffe. Sie gelangen in die Atmosphäre, und aufgrund ihrer Ansammlung ändert sich die Konzentration kleiner Gasbestandteile der Atmosphäre, einschließlich Treibhausgasen. In der Atmosphäre traten Gase auf, die vorher praktisch nicht darin vorhanden waren - Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Dies sind globale Schadstoffe, die einen hohen Treibhauseffekt haben und gleichzeitig an der Zerstörung des stratosphärischen Ozonschirms beteiligt sind.

Gefährlich ist auch die sogenannte thermische Belastung von Gewässern mit vielfältigen Verletzungen ihres Zustands. Thermische Kraftwerke erzeugen Energie mithilfe von Turbinen, die von erhitztem Dampf angetrieben werden. Während des Betriebs von Turbinen ist es notwendig, den Abdampf mit Wasser zu kühlen, daher verlässt kontinuierlich ein Wasserstrom das Kraftwerk, der normalerweise um 8-12 ° C erhitzt und in einen Speicher geleitet wird. Große thermische Kraftwerke benötigen große Wassermengen. Sie leiten 80-90 m3/s Wasser in erhitztem Zustand ab. Dies bedeutet, dass ein starker Strom warmen Wassers kontinuierlich in den Stausee fließt, ungefähr in der Größenordnung des Moskwa-Flusses.

Umweltprobleme der Wasserkraft

Einer der wichtigsten Gründe für den Rückgang des Anteils der Energiegewinnung aus Wasserkraftwerken ist die starke Auswirkung aller Phasen des Baus und Betriebs von Wasserkraftwerken auf die Umwelt.

Bedeutende Landstriche in der Nähe von Stauseen sind infolge steigender Grundwasserspiegel von Überschwemmungen betroffen. Diese Gebiete fallen in der Regel in die Kategorie der Feuchtgebiete. Unter flachen Bedingungen können überschwemmte Gebiete 10 % oder mehr der überfluteten Fläche ausmachen. Die Zerstörung von Land und seinen Ökosystemen erfolgt auch als Folge ihrer Zerstörung durch Wasser (Abrasion) während der Bildung der Küstenlinie. Abriebprozesse dauern in der Regel Jahrzehnte, was zur Bearbeitung großer Erdmassen, Wasserverschmutzung, Verschlammung von Stauseen führt. Daher ist der Bau von Stauseen mit einer scharfen Verletzung des Wasserhaushalts von Flüssen, ihrer Ökosysteme und der Artenzusammensetzung von Hydrobionten verbunden.

Betrachtet man die Auswirkungen von HPPs auf die Umwelt, sollte man dennoch die lebensrettende Funktion von HPPs beachten. Somit führt die Erzeugung jeder Milliarde kWh Strom in HPPs anstelle von TKWs zu einer Verringerung der Sterblichkeit um 100-226 Personen pro Jahr.

Probleme der Atomkraft

Langjährige Erfahrungen beim Betrieb von Kernkraftwerken in allen Ländern zeigen, dass diese keine nennenswerten Auswirkungen auf die Umwelt haben. Bis 1998 betrug die durchschnittliche Betriebszeit der Kernkraftwerke 20 Jahre. Die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Kernkraftwerken basiert nicht nur auf der strengen Regulierung des Betriebsablaufs von Kernkraftwerken, sondern auch auf der Reduzierung der Auswirkungen von Kernkraftwerken auf die Umwelt auf ein absolutes Minimum.

Vor der Tschernobyl-Katastrophe in unserem Land hatte keine Industrie eine geringere Arbeitsunfallquote als Kernkraftwerke. 30 Jahre vor der Tragödie starben 17 Menschen bei Unfällen, und selbst dann nicht aus Strahlungsgründen. Nach 1986 wurde die Hauptumweltgefahr von Kernkraftwerken zunehmend mit der Möglichkeit eines Unfalls in Verbindung gebracht. Obwohl ihre Wahrscheinlichkeit bei modernen Kernkraftwerken gering ist, ist sie nicht ausgeschlossen.

Bis vor kurzem waren die Hauptumweltprobleme von Kernkraftwerken mit der Entsorgung abgebrannter Brennelemente sowie mit der Liquidation der Kernkraftwerke selbst nach dem Ende ihrer zulässigen Betriebsdauer verbunden. Es gibt Hinweise darauf, dass die Kosten für solche Liquidationsarbeiten 1/6 bis 1/3 der Kosten der Kernkraftwerke selbst betragen. Generell können folgende Auswirkungen von KKW auf die Umwelt genannt werden: 1 - Zerstörung von Ökosystemen und deren Elementen (Böden, Böden, wasserführende Strukturen usw.) in Erzabbaustätten (insbesondere bei einem offenen Verfahren); 2 - Entzug von Grundstücken für den Bau von Kernkraftwerken selbst; 3 - Entnahme erheblicher Wassermengen aus verschiedenen Quellen und Ableitung von erwärmtem Wasser; 4 - Eine radioaktive Kontamination der Atmosphäre, Gewässer und Böden bei der Gewinnung und dem Transport von Rohstoffen sowie beim Betrieb von Kernkraftwerken, der Lagerung und Verarbeitung von Abfällen und deren Entsorgung ist nicht ausgeschlossen.

Zweifellos wird thermische Energie in naher Zukunft in der Energiebilanz der Welt und einzelner Länder dominierend bleiben. Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Anteil von Kohle und anderen weniger sauberen Brennstoffen in der Energieerzeugung zunehmen wird. Einige Arten und Methoden ihrer Verwendung können die negativen Auswirkungen auf die Umwelt erheblich reduzieren. Diese Methoden basieren hauptsächlich auf der Verbesserung von Technologien zur Brennstoffaufbereitung und der Sammlung gefährlicher Abfälle. Unter ihnen:

1. Einsatz und Verbesserung von Reinigungsgeräten.

3. Mit Energieeinsparungen sind große und reale Möglichkeiten verbunden, den Eintrag von Schadstoffen in die Umwelt zu verringern oder zu stabilisieren.

4. Nicht weniger bedeutend sind die Möglichkeiten zur Energieeinsparung im Alltag und bei der Arbeit durch Verbesserung der Dämmeigenschaften von Gebäuden. Es ist äußerst verschwenderisch, elektrische Energie zur Erzeugung von Wärme zu verwenden. Daher ist die direkte Verbrennung von Brennstoff zur Erzeugung von Wärme, insbesondere von Gas, viel effizienter als die Umwandlung in Strom und dann wieder in Wärme.

5. Der Wirkungsgrad des Brennstoffs wird auch merklich gesteigert, wenn er anstelle eines Blockheizkraftwerks in einem Blockheizkraftwerk eingesetzt wird. + Nutzung alternativer Energien

6. Nutzung alternativer Energiequellen wann immer möglich.

Verbrennungsmotoren und Ökologie.

1.3. Alternative Kraftstoffe

1.5. Neutralisation

Referenzliste

Verbrennungsmotoren und Ökologie

1.1. Schädliche Emissionen in der Zusammensetzung von Abgasen und ihre Auswirkungen auf die Tierwelt

Bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen sind die Endprodukte Kohlendioxid und Wasser. Eine vollständige Verbrennung in Hubkolben-Verbrennungsmotoren ist jedoch technisch nicht zu erreichen. Heute entfallen etwa 60 % der Gesamtmenge an Schadstoffen, die in die Atmosphäre von Großstädten emittiert werden, auf den Straßenverkehr.

Die Zusammensetzung der Abgase von Verbrennungsmotoren umfasst mehr als 200 verschiedene Chemikalien. Unter ihnen:

Produkte unvollständiger Verbrennung in Form von Kohlenmonoxid, Aldehyden, Ketonen, Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff, Peroxidverbindungen, Ruß;
Produkte thermischer Reaktionen von Stickstoff mit Sauerstoff - Stickoxide;
Verbindungen anorganischer Substanzen, die Bestandteil des Kraftstoffs sind - Blei und andere Schwermetalle, Schwefeldioxid usw.;
überschüssiger Sauerstoff.

Die Menge und Zusammensetzung der Abgase wird durch die Konstruktionsmerkmale der Motoren, ihre Betriebsart, den technischen Zustand, die Qualität der Straßenoberflächen und die Wetterbedingungen bestimmt. Auf Abb. 1.1 zeigt die Abhängigkeiten des Gehalts an Reinstoffen in der Zusammensetzung von Abgasen.

Im Tisch. 1.1 zeigt die Eigenschaften des Stadtrhythmus des Autos und die Durchschnittswerte der Emissionen als Prozentsatz ihres Gesamtwerts für einen vollständigen Zyklus des konventionellen Stadtverkehrs.

Kohlenmonoxid (CO) entsteht in Motoren bei der Verbrennung von angereicherten Luft-Kraftstoff-Gemischen sowie durch die Dissoziation von Kohlendioxid bei hohen Temperaturen. Unter normalen Bedingungen ist CO ein farb- und geruchloses Gas. Die toxische Wirkung von CO liegt in seiner Fähigkeit, einen Teil des Hämoglobins im Blut in Carboxyhämoglobin umzuwandeln, was zu einer Störung der Gewebeatmung führt. Daneben wirkt sich CO direkt auf biochemische Prozesse im Gewebe aus, was zu einer Störung des Fett- und Kohlenhydratstoffwechsels, des Vitaminhaushalts usw. führt. Die toxische Wirkung von CO hängt auch mit seiner direkten Wirkung auf die Zellen des Zentralnervensystems zusammen. Wenn es einer Person ausgesetzt wird, verursacht CO Kopfschmerzen, Schwindel, Müdigkeit, Reizbarkeit, Schläfrigkeit und Schmerzen in der Herzgegend. Eine akute Vergiftung wird beobachtet, wenn Luft mit einer CO-Konzentration von mehr als 2,5 mg/l für 1 Stunde eingeatmet wird.

Tabelle 1.1

Merkmale des urbanen Rhythmus des Autos

Stickoxide in Abgasen entstehen durch reversible Oxidation von Stickstoff mit Luftsauerstoff unter Einwirkung hoher Temperaturen und Drücke. Kühlen die Abgase ab und verdünnen sie mit Luftsauerstoff, werden Stickoxide zu Kohlendioxid. Stickoxid (NO) ist ein farbloses Gas, Stickstoffdioxid (NO 2) ist ein rotbraunes Gas mit charakteristischem Geruch. Stickoxide verbinden sich bei Einnahme mit Wasser. Gleichzeitig bilden sie in den Atemwegen Verbindungen aus Salpetersäure und salpetriger Säure. Stickoxide reizen die Schleimhäute von Augen, Nase und Mund. Die Exposition gegenüber NO 2 trägt zur Entstehung von Lungenerkrankungen bei. Vergiftungssymptome treten erst nach 6 Stunden in Form von Husten, Erstickung und zunehmendem Lungenödem auf. NOX ist auch an der Bildung von saurem Regen beteiligt.

Stickoxide und Kohlenwasserstoffe sind schwerer als Luft und können sich in der Nähe von Straßen und Straßen ansammeln. In ihnen finden unter dem Einfluss von Sonnenlicht verschiedene chemische Reaktionen statt. Die Zersetzung von Stickoxiden führt zur Bildung von Ozon (O 3). Unter normalen Bedingungen ist Ozon instabil und zersetzt sich schnell, aber in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen verlangsamt sich der Prozess seiner Zersetzung. Es reagiert aktiv mit Feuchtigkeitspartikeln und anderen Verbindungen und bildet Smog. Außerdem greift Ozon Augen und Lunge an.

Einzelne Kohlenwasserstoffe CH (Benzapyren) sind die stärksten Karzinogene, deren Träger Rußpartikel sein können.

Wenn der Motor mit verbleitem Benzin betrieben wird, bilden sich aufgrund der Zersetzung von Tetraethylblei Partikel aus festem Bleioxid. In den Abgasen sind sie in Form von winzigen Partikeln mit einer Größe von 1–5 Mikrometern enthalten, die lange in der Atmosphäre verbleiben. Das Vorhandensein von Blei in der Luft verursacht schwere Schäden an den Verdauungsorganen, dem zentralen und peripheren Nervensystem. Die Wirkung von Blei auf das Blut äußert sich in einer Abnahme der Hämoglobinmenge und der Zerstörung roter Blutkörperchen.

Die Zusammensetzung der Abgase von Dieselmotoren unterscheidet sich von Ottomotoren (Tab. 10.2). In einem Dieselmotor ist die Kraftstoffverbrennung vollständiger. Dadurch entstehen weniger Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe. Gleichzeitig entstehen aber durch den Luftüberschuss im Dieselmotor mehr Stickoxide.

Darüber hinaus ist der Betrieb von Dieselmotoren in bestimmten Modi durch Rauch gekennzeichnet. Schwarzer Rauch ist ein Produkt unvollständiger Verbrennung und besteht aus Kohlenstoffpartikeln (Ruß) mit einer Größe von 0,1–0,3 µm. Weißer Rauch, der hauptsächlich im Leerlauf des Motors entsteht, besteht hauptsächlich aus reizenden Aldehyden, verdampften Kraftstoffpartikeln und Wassertröpfchen. Blauer Rauch entsteht, wenn Abgase an der Luft abgekühlt werden. Es besteht aus Tröpfchen flüssiger Kohlenwasserstoffe.

Ein Merkmal der Abgase von Dieselmotoren ist der Gehalt an krebserregenden polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, von denen Dioxin (zyklischer Ether) und Benzapyren am schädlichsten sind. Letzteres gehört wie Blei zur ersten Gefahrenklasse der Schadstoffe. Dioxine und verwandte Verbindungen sind um ein Vielfaches giftiger als Gifte wie Curare und Kaliumcyanid.

Tabelle 1.2

Die Menge an toxischen Bestandteilen (in g),

entsteht bei der Verbrennung von 1 kg Kraftstoff

Auch in den Abgasen (insbesondere bei laufenden Dieselmotoren) wurde Acreolin gefunden. Es riecht nach verbrannten Fetten und verursacht bei Konzentrationen über 0,004 mg/l Reizungen der oberen Atemwege sowie Entzündungen der Augenschleimhaut.

In Autoabgasen enthaltene Substanzen können fortschreitende Schäden des Zentralnervensystems, der Leber, der Nieren, des Gehirns, der Geschlechtsorgane, Lethargie, Parkinson-Syndrom, Lungenentzündung, endemische Ataxie, Gicht, Bronchialkrebs, Dermatitis, Vergiftungen, Allergien, Atemwegs- und andere Erkrankungen verursachen . . . Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Krankheiten steigt mit zunehmender Expositionszeit gegenüber Schadstoffen und deren Konzentration.

1.2. Gesetzliche Beschränkungen für Schadstoffemissionen

Die ersten Schritte zur Begrenzung der Schadstoffmenge in Abgasen wurden in den Vereinigten Staaten unternommen, wo das Problem der Gasverschmutzung in Großstädten nach dem Zweiten Weltkrieg am dringendsten wurde. Als Ende der 60er Jahre die Millionenstädte Amerikas und Japans an Smog zu ersticken begannen, ergriffen die Regierungskommissionen dieser Länder die Initiative. Gesetze zur obligatorischen Reduzierung der Schadstoffemissionen von Neuwagen haben die Hersteller gezwungen, Motoren zu verbessern und Neutralisationssysteme zu entwickeln.

1970 wurde in den Vereinigten Staaten ein Gesetz erlassen, wonach der Gehalt an toxischen Bestandteilen in den Abgasen von Autos des Modelljahres 1975 geringer sein sollte als der von Autos des Baujahrs 1960: CH - um 87 %, CO - um 82 % und NOx - um 24 %. Ähnliche Anforderungen wurden in Japan und Europa legalisiert.

Die Entwicklung europaweiter Regeln, Vorschriften und Standards im Bereich der Automobilökologie erfolgt durch das Inland Transport Committee im Rahmen der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UNECE). Die von ihr ausgestellten Dokumente heißen UNECE-Regeln und sind für die Teilnehmerstaaten des Genfer Abkommens von 1958, dem auch Russland beigetreten ist, verbindlich.

Danach werden die zulässigen Schadstoffemissionen seit 1993 begrenzt: für Kohlenmonoxid von 15 g/km im Jahr 1991 auf 2,2 g/km im Jahr 1996 und für die Summe der Kohlenwasserstoffe und Stickoxide von 5,1 g/km im Jahr 1991 1996 auf 0,5 g/km. Im Jahr 2000 wurden noch strengere Standards eingeführt (Abb. 1.2). Auch für Diesel-Lkw ist eine deutliche Verschärfung der Normen vorgesehen (Abb. 1.3).

Reis. 1.2. Dynamik der Emissionsgrenzwerte

für Fahrzeuge bis 3,5 Tonnen (Benzin)

Die 1993 für Autos eingeführten Standards hießen EBPO-I, 1996 - EURO-II, 2000 - EURO-III. Die Einführung solcher Normen brachte die europäischen Vorschriften auf das Niveau der US-Standards.

Neben der quantitativen Verschärfung der Normen findet auch deren qualitative Veränderung statt. Anstelle von Rauchbeschränkungen wurde die Rationierung von Feststoffpartikeln eingeführt, an deren Oberfläche gesundheitsgefährdende aromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Benzapyren, adsorbiert sind.

Die Feinstaubverordnung begrenzt die Feinstaubmenge wesentlich stärker als die Rauchbegrenzung, die nur eine solche Feinstaubmenge abschätzen lässt, die die Abgase sichtbar macht.

Reis. 1.3. Dynamik der von der EWG festgelegten Schadstoffgrenzwerte für Diesel-Lkw mit einem zulässigen Gesamtgewicht von mehr als 3,5 Tonnen

Um die Emission giftiger Kohlenwasserstoffe zu begrenzen, werden Grenzwerte für den Gehalt der methanfreien Gruppe von Kohlenwasserstoffen in den Abgasen eingeführt. Es ist geplant, Beschränkungen für die Freisetzung von Formaldehyd einzuführen. Eine Begrenzung der Kraftstoffverdunstung aus dem Stromversorgungssystem von Autos mit Benzinmotoren ist vorgesehen.

Sowohl in den USA als auch in den UNECE-Regeln ist die Laufleistung von Autos (80.000 und 160.000 km) geregelt, während der sie die festgelegten Toxizitätsstandards einhalten müssen.

In Russland wurden in den 70er Jahren Normen zur Begrenzung der Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen eingeführt: GOST 21393-75 „Autos mit Dieselmotoren. Abgasrauch. Normen und Messmethoden. Sicherheitsanforderungen“ und GOST 17.2.1.02-76 „Naturschutz. Atmosphäre. Emissionen von Motoren von Autos, Traktoren, selbstfahrenden Land- und Straßenbaumaschinen. Begriffe und Definitionen".

In den achtziger Jahren GOST 17.2.2.03-87 „Naturschutz. Atmosphäre. Normen und Methoden zur Messung des Gehalts an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in den Abgasen von Fahrzeugen mit Benzinmotoren. Sicherheitsanforderungen“ und GOST 17.2.2.01-84 „Naturschutz. Atmosphäre. Diesel sind Auto. Abgasrauch. Normen und Messmethoden“.

Die Normen wurden entsprechend dem Wachstum der Flotte und der Orientierung an ähnlichen UNECE-Regelungen schrittweise verschärft. Bereits Anfang der 90er Jahre waren die russischen Standards in Bezug auf die Steifigkeit den von der UNECE eingeführten Standards jedoch deutlich unterlegen.

Die Gründe für den Rückstand sind die mangelnde Vorbereitung der Infrastruktur für den Betrieb von Kraftfahrzeug- und Traktorausrüstung. Für die Prävention, Reparatur und Wartung von Fahrzeugen, die mit Elektronik- und Neutralisationssystemen ausgestattet sind, ist ein ausgebautes Netz von Servicestationen mit qualifiziertem Personal, modernen Reparaturgeräten und Messgeräten, auch im Feld, erforderlich.

GOST 2084-77 ist in Kraft und sieht die Herstellung von bleitetraethylenhaltigem Benzin in Russland vor. Transport und Lagerung von Kraftstoff garantieren nicht, dass bleihaltige Rückstände nicht in bleifreies Benzin gelangen. Es gibt keine Bedingungen, unter denen Besitzer von Autos mit Neutralisationssystemen von der Betankung mit Benzin mit Bleizusätzen ausgeschlossen wären.

Dennoch wird daran gearbeitet, die Umweltauflagen zu verschärfen. Das Dekret des staatlichen Standards der Russischen Föderation vom 1. April 1998 Nr. 19 genehmigte die „Regeln für die Durchführung von Arbeiten im System der Zertifizierung von Kraftfahrzeugen und Anhängern“, die das vorläufige Verfahren für die Anwendung der UNECE in Russland festlegen Regeln Nr. 834 und Nr. 495.

Am 1. Januar 1999 GOST R 51105.97 „Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren. Bleifreies Benzin. Technische Bedingungen". Im Mai 1999 verabschiedete Gosstandart eine Resolution zur Verabschiedung staatlicher Normen zur Begrenzung des Schadstoffausstoßes von Autos. Die Normen enthalten authentischen Text mit den UNECE-Regelungen Nr. 49 und Nr. 83 und treten am 1. Juli 2000 in Kraft. Im selben Jahr wurde die Norm GOST R 51832-2001 „Benzinbetriebene Verbrennungsmotoren mit positiver Zündung und Kraftfahrzeuge “ angenommen wurde, mit einem Gesamtgewicht von mehr als 3,5 Tonnen, ausgestattet mit diesen Motoren. Emissionen von Schadstoffen. Technische Anforderungen und Prüfverfahren“. Am 1. Januar 2004 GOST R 52033-2003 „Fahrzeuge mit Benzinmotoren. Emissionen von Schadstoffen mit Abgasen. Normen und Kontrollmethoden bei der Beurteilung des technischen Zustands“.

Um die immer strengeren Grenzwerte für den Ausstoß von Schadstoffen einzuhalten, verbessern Hersteller von Fahrzeugausrüstungen Antriebs- und Zündsysteme, verwenden alternative Kraftstoffe, neutralisieren Abgase und entwickeln kombinierte Kraftwerke.

1.3. Alternative Kraftstoffe

Weltweit wird viel Aufmerksamkeit darauf verwendet, flüssige Erdölbrennstoffe durch verflüssigtes Kohlenwasserstoffgas (Propan-Butan-Gemisch) und komprimiertes Erdgas (Methan) sowie alkoholhaltige Gemische zu ersetzen. Im Tisch. 1.3 zeigt Vergleichsindikatoren für Schadstoffemissionen beim Betrieb von Verbrennungsmotoren mit verschiedenen Kraftstoffen.

Tabelle 1.3

Die Vorteile von Gaskraftstoff sind eine hohe Oktanzahl und die Möglichkeit der Verwendung von Konvertern. Bei ihrer Verwendung nimmt jedoch die Motorleistung ab und die große Masse und Abmessungen der Kraftstoffausrüstung verringern die Leistung des Fahrzeugs. Zu den Nachteilen gasförmiger Brennstoffe gehört auch eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Einstellungen der Brennstoffausrüstung. Bei unbefriedigender Herstellungsqualität der Kraftstoffausrüstung und bei geringer Betriebskultur kann die Toxizität der Abgase eines mit Gaskraftstoff betriebenen Motors die Werte der Benzinversion überschreiten.

In Ländern mit heißem Klima sind Autos mit Motoren, die mit Alkoholkraftstoffen (Methanol und Ethanol) betrieben werden, weit verbreitet. Die Verwendung von Alkoholen reduziert den Schadstoffausstoß um 20-25 %. Zu den Nachteilen von Alkoholkraftstoffen gehören eine deutliche Verschlechterung der Starteigenschaften des Motors und die hohe Korrosivität und Toxizität von Methanol selbst. In Russland werden derzeit keine Alkoholkraftstoffe für Autos verwendet.

Der Idee der Verwendung von Wasserstoff wird sowohl in unserem Land als auch im Ausland immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Die Aussichten dieses Kraftstoffs werden durch seine Umweltfreundlichkeit bestimmt (bei Autos, die mit diesem Kraftstoff betrieben werden, wird der Ausstoß von Kohlenmonoxid um das 30- bis 50-fache, Stickoxide um das 3- bis 5-fache und Kohlenwasserstoffe um das 2- bis 2,5-fache verringert), Unbegrenztheit und Erneuerbarkeit von Rohstoffen. Die Einführung von Wasserstoffkraftstoff wird jedoch durch die Schaffung energieintensiver Wasserstoffspeichersysteme an Bord des Autos eingeschränkt. Derzeit verwendete Metallhydridbatterien, Methanolzersetzungsreaktoren und andere Systeme sind sehr komplex und teuer. Betrachtet man auch die Schwierigkeiten, die mit den Anforderungen einer kompakten und sicheren Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff an Bord eines Autos einhergehen, haben Autos mit einem Wasserstoffmotor noch keine nennenswerte praktische Anwendung.

Als Alternative zu Verbrennungsmotoren sind elektrische Kraftwerke mit elektrochemischen Energiequellen, Batterien und elektrochemischen Generatoren von großem Interesse. Elektrofahrzeuge zeichnen sich durch eine gute Anpassungsfähigkeit an variable Stadtverkehrsformen, Wartungsfreundlichkeit und Umweltfreundlichkeit aus. Ihre praktische Anwendung bleibt jedoch problematisch. Erstens gibt es keine zuverlässigen, leichten und ausreichend energieintensiven elektrochemischen Stromquellen. Zweitens wird die Umstellung der Fahrzeugflotte auf elektrochemische Batterien zu einem enormen Energieaufwand für deren Wiederaufladung führen. Der Großteil dieser Energie wird in Wärmekraftwerken erzeugt. Gleichzeitig ist durch die mehrfache Energiewandlung (chemisch – thermisch – elektrisch – chemisch – elektrisch – mechanisch) der Gesamtwirkungsgrad der Anlage sehr gering und die Umweltbelastung der Kraftwerksumgebung um ein Vielfaches höher die aktuellen Werte.

1.4. Verbesserung der Stromversorgung und Zündsysteme

Einer der Nachteile von Vergaserantriebssystemen ist die ungleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs über die Motorzylinder. Dies führt zu einem ungleichmäßigen Betrieb des Verbrennungsmotors und der Unmöglichkeit, die Vergasereinstellungen aufgrund der übermäßigen Erschöpfung des Gemischs und der Unterbrechung der Verbrennung in einzelnen Zylindern (eine Erhöhung des CH) mit einem angereicherten Gemisch im Rest (ein hoher CO-Gehalt in den Abgasen). Um diesen Mangel zu beseitigen, wurde die Betriebsreihenfolge der Zylinder von 1–2–4–3 auf 1–3–4–2 geändert und die Form der Ansaugleitungen optimiert, beispielsweise durch die Verwendung von Empfängern im Ansaugtrakt vielfältig. Außerdem wurden unter den Vergasern verschiedene Trennwände installiert, die den Durchfluss lenken, und die Ansaugleitung wird beheizt. In der UdSSR wurde ein autonomes Leerlaufsystem (XX) entwickelt und in die Massenproduktion eingeführt. Durch diese Maßnahmen konnten die Anforderungen der XX-Regime erfüllt werden.

Wie oben erwähnt, arbeitet das Auto während des Stadtzyklus bis zu 40 % der Zeit im erzwungenen Leerlaufmodus (PHX) – Motorbremsung. Gleichzeitig ist das Vakuum unter der Drosselklappe viel höher als im XX-Modus, was die Wiederanreicherung des Luft-Kraftstoff-Gemisches und die Beendigung seiner Verbrennung in den Motorzylindern sowie die Menge an schädlichen Emissionen verursacht erhöht sich. Um die Emissionen in den PHH-Modi zu reduzieren, wurden Drosselklappen-Dämpfungssysteme (Öffner) und EPHH-Zwangsleerlauf-Economiser entwickelt. Die ersten Systeme reduzieren durch leichtes Öffnen der Drossel das Vakuum darunter und verhindern so eine Überfettung des Gemisches. Letztere blockieren in den PXC-Modi den Kraftstofffluss in die Motorzylinder. PECH-Systeme können die Menge an schädlichen Emissionen um bis zu 20 % reduzieren und die Kraftstoffeffizienz im Stadtbetrieb um bis zu 5 % steigern.

Emissionen von Stickoxiden NOx wurden durch Absenken der Verbrennungstemperatur des brennbaren Gemisches bekämpft. Dazu wurden die Antriebssysteme sowohl von Otto- als auch von Dieselmotoren mit Abgasrückführungseinrichtungen ausgestattet. Das System leitete bei bestimmten Motorbetriebsarten einen Teil der Abgase vom Auspuff zur Ansaugleitung.

Die Trägheit von Kraftstoffdosiersystemen erlaubt es nicht, ein Vergaserdesign zu erstellen, das alle Anforderungen an die Dosiergenauigkeit für alle Motorbetriebsarten, insbesondere für transiente, vollständig erfüllt. Um die Mängel des Vergasers zu überwinden, wurden sogenannte "Einspritz" -Antriebssysteme entwickelt.

Zunächst handelte es sich um mechanische Systeme mit konstanter Kraftstoffversorgung des Bereichs der Einlassventile. Diese Systeme ermöglichten es, die anfänglichen Umweltanforderungen zu erfüllen. Derzeit sind dies elektronisch-mechanische Systeme mit gestaffelter Einspeisung und Rückkopplung.

In den 1970er Jahren bestand der Hauptweg zur Reduzierung schädlicher Emissionen darin, immer magerere Luft-Kraftstoff-Gemische zu verwenden. Für ihre unterbrechungsfreie Zündung war es notwendig, die Zündsysteme zu verbessern, um die Kraft des Funkens zu erhöhen. Der einschränkende Fakir dabei war die mechanische Unterbrechung des Primärkreises und die mechanische Verteilung der Hochspannungsenergie. Um diesen Mangel zu überwinden, wurden Kontakttransistor- und kontaktlose Systeme entwickelt.

Heutzutage werden berührungslose Zündsysteme mit statischer Verteilung der Hochspannungsenergie unter der Steuerung einer elektronischen Einheit, die gleichzeitig die Kraftstoffzufuhr und den Zündzeitpunkt optimiert, immer häufiger.

Bei Dieselmotoren bestand die Hauptrichtung zur Verbesserung des Antriebssystems darin, den Einspritzdruck zu erhöhen. Üblich ist heute ein Einspritzdruck von etwa 120 MPa, bei aussichtsreichen Motoren bis zu 250 MPa. Dies ermöglicht eine vollständigere Verbrennung des Kraftstoffs, wodurch der Gehalt an CH und Feinstaub in den Abgasen reduziert wird. Ebenso wie für Benzin wurden für Dieselantriebssysteme elektronische Motorsteuersysteme entwickelt, die es den Motoren nicht erlauben, in Rauchmodi einzutreten.

Es werden verschiedene Abgasnachbehandlungssysteme entwickelt. So wurde beispielsweise ein System mit einem Filter im Abgasstrang entwickelt, der Feinstaub zurückhält. Nach einer bestimmten Betriebszeit gibt die Elektronikeinheit den Befehl, die Kraftstoffzufuhr zu erhöhen. Dies führt zu einer Temperaturerhöhung der Abgase, was wiederum zu Rußverbrennung und Filterregeneration führt.

1.5. Neutralisation

In den gleichen 70er Jahren wurde klar, dass es ohne den Einsatz zusätzlicher Geräte unmöglich war, eine signifikante Verbesserung der Toxizitätssituation zu erreichen, da eine Abnahme eines Parameters eine Zunahme anderer zur Folge hat. Daher engagierten sie sich aktiv für die Verbesserung von Abgasnachbehandlungssystemen.

Neutralisationssysteme wurden in der Vergangenheit für Kraftfahrzeug- und Traktorausrüstungen verwendet, die unter besonderen Bedingungen, wie Tunnelbau und Minenerschließung, betrieben wurden.

Es gibt zwei Grundprinzipien für den Bau von Konvertern - thermisch und katalytisch.

Thermischer Konverter ist eine Brennkammer, die sich im Abgastrakt des Motors befindet, um die Produkte der unvollständigen Verbrennung von Kraftstoff - CH und CO - nachzuverbrennen. Es kann anstelle der Abgasleitung installiert werden und seine Funktionen erfüllen. Die Oxidationsreaktionen von CO und CH verlaufen recht schnell bei Temperaturen über 830 °C und in Gegenwart von ungebundenem Sauerstoff in der Reaktionszone. Thermische Konverter werden bei Motoren mit Fremdzündung verwendet, bei denen die für den effektiven Ablauf thermischer Oxidationsreaktionen erforderliche Temperatur ohne Zufuhr von zusätzlichem Kraftstoff bereitgestellt wird. Die ohnehin schon hohe Abgastemperatur dieser Motoren steigt in der Reaktionszone durch das Ausbrennen eines Teils von CH und CO an, deren Konzentration wesentlich höher ist als bei Dieselmotoren.

Der thermische Neutralisator (Abb. 1.4) besteht aus einem Gehäuse mit Einlaufrohren (Auslaufrohren) und einem oder zwei Flammrohreinsätzen aus hitzebeständigem Stahlblech. Eine gute Durchmischung der für die Oxidation von CH und CO erforderlichen Zusatzluft mit den Abgasen wird durch eine intensive Wirbelbildung und Turbulenz der Gase beim Durchströmen der Löcher in den Rohren und infolge einer Richtungsänderung ihrer Bewegung erreicht durch a Schallwandsystem. Für eine effektive Nachverbrennung von CO und CH ist eine ausreichend lange Zeit erforderlich, daher wird die Gasgeschwindigkeit im Konverter niedrig eingestellt, wodurch sein Volumen relativ groß ist.

Reis. 1.4. Thermischer Konverter

Um einen Temperaturabfall der Abgase durch Wärmeübertragung an die Wände zu verhindern, werden die Abgasleitung und der Konverter mit einer Wärmedämmung abgedeckt, Hitzeschilde in den Abgaskanälen installiert und der Konverter so nah wie möglich platziert am Motor möglich. Trotzdem dauert es sehr lange, bis der Wärmewandler nach dem Starten des Motors aufgewärmt ist. Um diese Zeit zu verkürzen, wird die Temperatur der Abgase erhöht, was durch eine Anreicherung des brennbaren Gemischs und eine Verringerung des Zündzeitpunkts erreicht wird, obwohl beides den Kraftstoffverbrauch erhöht. Auf solche Maßnahmen wird zurückgegriffen, um während eines transienten Motorbetriebs eine stabile Flamme aufrechtzuerhalten. Der Flammeneinsatz trägt auch zu einer Verkürzung der Zeit bis zum Beginn der effektiven Oxidation von CH und CO bei.

Katalysatoren– Geräte mit reaktionsbeschleunigenden Stoffen, – Katalysatoren . Katalysatoren können "Einwege", "Zweiwege" und "Dreiwege" sein.

Einkomponenten- und Zweikomponenten-Neutralisatoren vom oxidierenden Typ Nachverbrennung (Reoxidation) von CO (Einkomponenten) und CH (Zweikomponenten).

2 CO + O 2 \u003d 2 CO 2(bei 250–300°С).

C m H n + (m + n/4) O 2 \u003d mCO 2 + n / 2H 2 O(über 400°С).

Der Katalysator ist ein Edelstahlgehäuse, das in die Abgasanlage integriert ist. Im Gehäuse befindet sich der Trägerblock des Aktivelements. Die ersten Neutralisatoren waren mit Metallkugeln gefüllt, die mit einer dünnen Katalysatorschicht überzogen waren (siehe Abb. 1.5).

Reis. 1.5. Katalysatorgerät

Als Wirkstoffe wurden verwendet: Aluminium, Kupfer, Chrom, Nickel. Die Hauptnachteile der Neutralisatoren der ersten Generation waren ein geringer Wirkungsgrad und eine kurze Lebensdauer. Katalysatoren auf Basis von Edelmetallen - Platin und Palladium - erwiesen sich als am widerstandsfähigsten gegen die "giftigen" Wirkungen von Schwefel, Organosilizium und anderen Verbindungen, die bei der Verbrennung von Kraftstoff und Öl im Motorzylinder entstehen.

Der Träger des Wirkstoffs in solchen Neutralisatoren ist eine spezielle Keramik - ein Monolith mit vielen Längswaben. Auf die Oberfläche der Waben wird ein spezielles raues Substrat aufgebracht. Dadurch kann die effektive Kontaktfläche der Beschichtung mit Abgasen auf bis zu 20.000 m 2 erhöht werden. Die Menge an Edelmetallen, die in diesem Bereich auf dem Substrat abgeschieden werden, beträgt 2–3 Gramm, was es ermöglicht, die Massenproduktion von relativ kostengünstigen Produkten zu organisieren.

Keramik hält Temperaturen bis 800–850 °C stand. Störungen des Stromversorgungssystems (schwieriger Start) und längerer Betrieb mit einem wieder angereicherten Arbeitsgemisch führen dazu, dass überschüssiger Kraftstoff im Konverter verbrennt. Dies führt zum Schmelzen der Zellen und zum Ausfall des Konverters. Als Träger der katalytischen Schicht werden heute Metallwaben verwendet. Dadurch ist es möglich, die Fläche der Arbeitsfläche zu vergrößern, einen geringeren Gegendruck zu erzielen, das Aufheizen des Konverters auf Betriebstemperatur zu beschleunigen und den Temperaturbereich auf 1000–1050 °C zu erweitern.

Reduktionsmittelkatalysatoren, oder Drei-Wege-Neutralisatoren, werden in Abgassystemen sowohl zur Reduzierung von CO- und CH-Emissionen als auch zur Reduzierung von Stickoxidemissionen verwendet. Die katalytische Schicht des Konverters enthält neben Platin und Palladium das Seltenerdelement Rhodium. Durch chemische Reaktionen auf der Oberfläche eines auf 600-800 ° C erhitzten Katalysators werden in den Abgasen enthaltenes CO, CH, NOx in H 2 O, CO 2, N 2 umgewandelt:

2NO + 2CO \u003d N2 + 2CO2.

2NO + 2H 2 \u003d N 2 + 2H 2 O.

Der Wirkungsgrad eines Drei-Wege-Katalysators erreicht unter realen Betriebsbedingungen 90 %, jedoch nur unter der Bedingung, dass die Zusammensetzung des brennbaren Gemisches um nicht mehr als 1 % von der stöchiometrischen abweicht.

Aufgrund von Änderungen der Motorparameter aufgrund von Verschleiß, Betrieb in nicht stationären Modi, Drift der Antriebssystemeinstellungen ist es nicht möglich, die stöchiometrische Zusammensetzung des brennbaren Gemischs nur aufgrund der Konstruktion von Vergasern oder Einspritzdüsen aufrechtzuerhalten. Es ist eine Rückmeldung erforderlich, die die Zusammensetzung des in die Motorzylinder eintretenden Luft-Kraftstoff-Gemisches bewerten würde.

Bis heute das am weitesten verbreitete Feedback-System mit dem sogenannten Sauerstoffsensor(Lambdasonde) auf Basis der Zirkoniumkeramik ZrO 2 (Abb. 1.6).

Das sensitive Element der Lambdasonde ist eine Zirkoniumkappe 2 . Die Innen- und Außenflächen der Kappe sind mit dünnen Schichten aus einer Platin-Rhodium-Legierung bedeckt, die als Außenseite fungieren 3 und häuslich 4 Elektroden. Mit Gewindeteil 1 Der Sensor ist im Abgasstrang verbaut. In diesem Fall wird die äußere Elektrode von den verarbeiteten Gasen und die innere von atmosphärischer Luft gewaschen.

Reis. 1.6. Das Design des Sauerstoffsensors

Zirkoniumdioxid erhält bei Temperaturen über 350°C die Eigenschaft eines Elektrolyten und der Sensor wird zu einer galvanischen Zelle. Der EMK-Wert an den Sensorelektroden wird durch das Verhältnis der Sauerstoffpartialdrücke an der Innen- und Außenseite des Messelements bestimmt. In Gegenwart von freiem Sauerstoff in den Abgasen erzeugt der Sensor eine EMK in der Größenordnung von 0,1 V. In Abwesenheit von freiem Sauerstoff in den Abgasen steigt die EMK fast abrupt auf 0,9 V.

Die Mischungszusammensetzung wird nach Erwärmung des Sensors auf Betriebstemperatur geregelt. Die Zusammensetzung des Gemisches wird aufrechterhalten, indem die den Motorzylindern zugeführte Kraftstoffmenge an der Grenze des Sonden-EMK-Übergangs von einem niedrigen zu einem hohen Spannungspegel geändert wird. Um die Zeit bis zum Erreichen des Betriebsmodus zu verkürzen, werden elektrisch beheizte Sensoren verwendet.

Die Hauptnachteile von Systemen mit Rückkopplung und einem Drei-Wege-Katalysator sind: die Unmöglichkeit, den Motor mit verbleitem Kraftstoff zu betreiben, eine eher geringe Ressource des Konverters und der Lambdasonde (ca. 80.000 km) und eine Erhöhung des Abgaswiderstands System.

Referenzliste

Vyrubov D. N. Verbrennungsmotoren: Theorie der Hubkolben- und kombinierten Motoren / D. N. Vyrubov et al. M.: Mashinostroenie, 1983.
Auto- und Traktormotoren. (Theorie, Energiesysteme, Entwürfe und Berechnung) / Ed. I. M. Lenin. M.: Höher. Schule, 1969.
Fahrzeug- und Traktormotoren: In 2 Stunden Auslegung und Berechnung von Motoren / Ed. I. M. Lenin. 2. Aufl., erg. und überarbeitet. M.: Höher. Schule, 1976.
Verbrennungsmotoren: Konstruktion und Betrieb von Hubkolben- und Kombimotoren / Ed. A. S. Orlin, M. G. Kruglov. 3. Aufl., überarbeitet. und zusätzlich M.: Mashinostroenie, 1980.
Arkhangelsky V. M. Automotoren / V. M. Arkhangelsky. M.: Mashinostroenie, 1973.
Kolchin A. I. Berechnung von Auto- und Traktormotoren / A. I. Kolchin, V. P. Demidov. M.: Höher. Schule, 1971.
Verbrennungsmotoren / Ed. Dr. tech. Naturwissenschaften Prof. V. N. Lukasin. M.: Höher. Schule, 1985.
Khachiyan A. S. Verbrennungsmotoren / A. S. Khachiyan et al. M.: Vyssh. Schule, 1985.
Ross Tweg. Benzineinspritzsysteme. Gerät, Wartung, Reparatur: Prakt. Zulage / Ross Tweg. M.: Verlag „Hinter dem Steuer“, 1998.

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