Пошук нових видів палива. Поряд з кардинальними рекомендаціями робляться спроби створити присадки і домішки до звичайного палива, які могли б понизити ток­сичність відпрацьованих газів автомобілів.

В багатьох країнах світу проводяться дослідження в пошу-ках нового „чистого” антидетонатора для заміни тетраетил-сви­нцю, у відходах якого знаходиться багато дуже шкідливого для людини свинцю.

В нашій країні закінчені наукові та експериментальні ро­боти щодо створення нового антидетонатора на марганцевій ос­нові. Така присадка, зі скороченою назвою ЦТМ, в 50 разів менш токсична, ніж тетраетилсви­нець. Крім того в неї є ще одна важлива перевага: ЦТМ, на відміну від свинцевої присадки, не погіршує роботу каталітичних нейтралізаторів відпрацьованих газів. Добавка ЦТМ в кількості 2% підвищує ок­танове число бе­нзину А-80 до 93 одиниць.

Для зменшення в складі відпрацьованих газів, головним чином, са­жі в дизельне паливо вносять металевоорганічні з’єд-нання на основі свинцю, міді, нікелю, хрому чи інших  речовин. Навіть в кількості 0,01% до загальної маси палива ці присадки значно понижують дивність відпрацьованих газів, а найкращий результат досягається при їх вмістові в розмірах 0,02...0,25%. Такі присадки вносять на стадії підготовки палива (на нафтопе­регонних заводах).

Заслуговує уваги використання водобензинової суміші, яка подається в двигун у вигля­ді тонкої емульсії, що одержується в процесі перемішування з допо­могою невеликих добавок поверх­нево активних речовин. Лабораторні досліди а також практичні дослідження довели реальну можливість ви­користання водобен­зинових сумішей. У відпрацьованих газах вантаж­ного автомо­біля ЗІЛ-441510, який працює на емульсії з вмістом 12% води, було виявлено в 2 рази менше окису вуглецю порівняно з авто-мобі­лем, який працює на чистому бензині. Крім того зафіксо-вана деяка еконо­мія палива а також відсутність нахилу палива до де­тонації, що свідчить про підвищення октанового числа в таких сумішах на 5...10 одиниць проти бензину А-80, з яким прово­дився експеримент. Остання обставина дозволяє підви­щити сту­пінь стиску (паливну економічність) в автомобілях і одночасно відмовитися від використання свинцю як присадки, підвищуючи „чистоту” палива і одночасно економлячи дефі­ци­тний свинець.

В пошуках альтернативних видів палива особливо великі роботи ведуться з газовим паливом, синтетичними спиртами, аміаком і воднем.

Як газове паливо найбільше розповсюдження одержала су­міш нафто­вих газів – пропану і бутану. Октанове число пропан-бутану переви­щує 100, що дозволяє застосовувати високі сту­пені стиску. Цінною якістю газового палива є його висока еко­логічна чистота.

Досліди показали, що двигун, який працює на пропан-бутані, на холостому хо­ді має у відпрацьованих газах в 4 рази менше окису вуглецю, а на робочому режимі – в 10 раз ме­нше, ніж у бензинового.

Пристосування автомобілів з бензиновими двигунами, осо­бливо великих, тобто вантажних і автобусів, до газового палива здійснюється порівняно просто. Деяких змін вимагає лише пали­вна система. Голов­не – це встановлення балонів для зрідженого газу, де підтримується тиск біля 1,6 МПа. Якщо автомобіль при­значається для роботи і на бензині, і на газі, то на ньому зберігається звичайний бензиновий бак. Такі автомобілі в межах міста можуть працю­вати на газі, а за його межами – на бензині.

Крім стиснутого газу використовується зріджений природний газ. На автомобілі встановлюється кріогенний бак, в якому знаходиться 160 л зрідженого метану з температурою кипіння 160°С. Пробіг ста­новить 300 км.

Відпрацьовані гази автомобіля, який використовує зріджений газ, не мають специфічного для бензинового автомобіля неприємного різко­го запаху. Оскільки автомобілі на природному газі за екологічними показниками в 5...6 разів чистіші бензинових чи дизельних, проводить­ся поступове переведення вантажних автомобілів, автобусів, маршрут­них таксі та легкових таксомоторів на природний газ.

Нові екологічні умови змусили повернутися до спиртового пали­ва, яке використовувалося в двигунах внутрішнього згорання вже на початку XX ст. Найбільш перспективні – метанол і етанол.

Метанол або метиловий спирт отримують з вугілля, сланців, де­ревини і використовують для виробництва пластмас, формаліну та в інших цілях. Він трохи важчий бензину, а енергоємність його в 2 ра­зи менша. Тому для збереження дальності пробігу по паливу бак для метанолу повинен бути в 2 рази більший. Запуск двигуна на чистому метанолі, особливо зимою, утруднений.

Важлива якість метанолу полягає в тому, що у відпрацьованих га­зах в 2...З рази менше токсичних компонентів, ніж при використанні бензину.

Етанол, чи етиловий спирт, при тій же густині, що і метанол, має енергоємність на 25...30% вищу і, отже, вимагає пропорційно меншої єм­ності паливного бака. Екологічні характеристики етанолу близькі до мета­нолу. Проте  у двигунів, які працюють на етанолі, у відпрацьованих газах ще менше виділяється вуглеводнів.

Аміак в звичайних умовах – це токсичний газ з різ­ким запахом. Проте   при його згоранні утворюється тільки один ток­сичний компонент – окис азоту, причому в значно меншій кількості, ніж при згоранні інших  видів вуглеводневого палива. Це пояснюється значно нижчою температу­рою робочого процесу.

Для роботи на цьому паливі двигуни повинні бути змінені в зв’яз­ку з необхідністю підвищення ступеню стиску, посилення системи запа­лю­вання і підігрівання робочої суміші у випускному колекторі. Для активіза­ції процесу в деяких дослідах застосовувалось вприскування запалюваль­ного палива, факел якого прискорює запалювання основної аміачної су­міші та її горіння.

Водень, з точки зору збереження навколишнього середовища, це іде­альне паливо. Згораючи в чистому кисні, він перетворюється у воду.

Якщо його одержувати з води шляхом електролізу, то про­цес замикається: вода-водень-вода. Ресурси цього палива колосальні й постійно відновлюються. Водень може стати універсальним паливом, ось чому його називають па­ливом майбутнього. Для одержання водню можуть бути застосовані різні термохімічні, електрохімічні чи біо­хімічні методи з використанням енергії Сонця, атомних і гідравліч­них електростанцій тощо.

Газоподібний, навіть сильно стиснутий водень невигідний, тому що для його зберігання потрібні балони великої маси. Більш реаль­ний варіант – використання рідкого водню, але для цього необхідно встановлювати дорогі кріогенні баки  зі спеціальною термоізоляцією.

Можлива ще одна форма зберігання водню – в твердій фазі в скла­ді деяких метало гідридів (наприклад, залізо титанового  чи магнієвого).

Водень виділяється з гідриду, якщо його підігрівати, наприклад, відпра-цьованими газами чи гарячою водою з системи охолодження.

В нашій країні і за рубежем уже створені експериментальні авто­мобілі, які використовують водень у рідкому вигляді та в складі метало гідридів як основне паливо чи в суміші з бензином. Так, добавка 5...10% водню зменшує витрати палива; при цьому значно скорочують­ся шкідливі викиди.

Бензоводнева суміш дозволяє економити на 100 км пробігу більше   5 л дефіцитного бензину. На цьому перспективному пальному здатний працювати принципово новий двигун, створений вченими інституту проб­лем машинобудування АН України. Він обладнаний метало гідридним  аку­мулятором і спеціальною паливною апаратурою. Дослідна партія мікро­автобусів РАФ з новим двигуном випущена в 1984 р. Водень і паливо на його основі можуть використовуватися і в су­час­них автомобільних двигунах без значних конструктивних змін останніх.

При спалюванні бензоводневої суміші немає отруйних відходів. Чис­тий вихлоп автомобілів обумовлений різким збільшенням ступеня зго­рання бензину. Якщо в звичайних умовах частина бензину   не згорає черезнестачу повітря і переходить в продукти неповного згора­ння, в отруйні ре­човини, то водень, виконуючи роль чистильника, пе­ретворює паливно-по­вітряну суміш з величини постійної в змінну з оптимальним співвідношен­ням повітря і палива на тих чи інших режи­мах роботи. Це забезпечує міні­мальну токсичність відпрацьованих газів і максимальну паливну економі­чність двигуна. 10…15%-на добавка водню знижує загальні витрати бен­зину наполовину.

Чорна та кольорова металургія. Кокс є компонентом багатьох технологічних процесів в чорної і кольорової металургії. Виробництво коксу (світовий обсяг в 1983 р. - 360 млн. т) супроводжується потужним виділенням твердих і газоподібних забруднювачів.

При помелі вугілля, завантаженні шихти в батареї і вивантаження коксу на коксохімічних виробництвах утворюються вугільний пил і сажа. У процесі коксування виділяється газ, що містить пари вуглеводнів (смолистих речовин). Кількість газоподібних викидів становить 3-5 м³, смолистих речовин 0,2-0,5 кг на 1 т використовуваного вугілля.

Вважається, що найбільш серйозне забруднення повітря відбувається при гасінні коксу, в процесі якого відокремлюється в середньому (кг/т): 0,01-0,04гідросульфіду, 0,05аміаку, 0,006ціаніду, 0,08-0,1фенолу. При нагріванні коксових батарей коксових і колошниковим газом в відхідних газах може міститися до 2 г/м³ діоксиду сірки і 0,2-1,0 г/м³ діоксиду азоту.

Джерелом викиду твердих частинок у металургії явються виробництво чавуну (агломерація і доменні печі), сталі (ливарні і вагранки), виробництво феросплавів. При агломерації концентрація пилу в газі становить від 2-7 до 15-20 г/м³. Середній склад пилу (%): заліза - 50, оксидів кремнію, кальцію і алюмінію - приблизно по 10, оксидів вуглецю, сірки і магнію приблизно по 2.

Газ містить азот, близько 10-20% кисню, 5-10% діоксиду вуглецю, до 5% діоксиду сірки. Значна кількість пилу утворюється при транспортуванні агломерату, дробленні і перемелені вихідних компонентів.

Доменний (колошниковим) газ, що утворюється при горінні коксу, складається з діоксиду вуглецю та азоту, оксиду вуглецю, водню і метану. Маючи значну питому теплоту згоряння (до 4 мДж/м³), він повністю утилізується. При цьому газ, що направляється споживачу, повинен бути повністю очищений від твердих частинок. Кількість та склад пилу залежить від виду сировини, вміст її в колошниковому газі становить 20-300 кг / т чавуну сирого, концентрація 10-200 г/м³. Пил складається з частинок заліза, палива, флюсів, присадок. У кисневих конверторах пил на 80-85% складається з оксидів заліза.

У ливарному виробництві при плавці чавуну відбувається виділення сірки в процесі згоряння коксу. Діоксид сірки виділяється і в сталеливарному виробництві при спалюванні колошникового газу, нафти та коксу, які містять сірку. Ці джерела сірки незначні за масштабом. Мартенівські печі і кисневі конвертори внаслідок високих температур процесу є джерелом оксиду азоту (табл. 2.10).

Електролітичне отримання алюмінію супроводжується виділенням фтору (тверді фториди, гідрофторіди і газоподібні з'єднання). Питома викид фтору може досягати, за відсутності заходів щодо його придушення, 15-20 г на 1 т алюмінію.

У кольоровій металургії джерела пилу - печі, сушарки концентратів, дробильно-помольне обладнання. У склад пилу входять частинки палива, металевої шихти, легуючі і металургійні присадки. Кольорова металургія є потужним джерелом газоподібних викидів діоксиду сірки, оксидів миш'яку, свинцю, сурми, міді.

У машинобудівному і металообробному виробництві в ливарних, ковальсько-пресових, модельних та механічних цехах виділяється пил, що містить оксиди заліза, марганцю, магнію, алюмінію, фосфору та ряду інших елементів.

Таблиця 2.10

Характеристика атмосферних викидів металургійних підприємств.

Виробництво	Частка викиду, %
	Пил	SO2	CO	NOx
Агломераційна фабрика	34,3	82,5	62,5	25,0
Коксовий цех	11,1	0,9	7,5	7,0
Доменний ’’	1,7	1,6	2,7	—
Конвертерний ’’	8,3	0,6	0,4	—
Мартенівський ’’	4,0	0,6	0,2	15,0
Прокатний ’’	—	3,0	—	8,0
Ремонтний цех	1,1	0,2	4,3	—
Транспорт	0,3	0,3	5,0	—
Газове господарство	—	—	7,5	—
Цех вогнетривів	2,7	0,2	0,1	—
Енергетичні установки	36,9	7,5	—	40,0
Інші	9,6	2,6	9,8	5,0

Сильно пилящим виробництвом є приготування формувальних сумішей. Ливарний цех на 100тис. т. лиття при ефективності пиловловлення 70-80% викидає в атмосферу до 1тис. т. пилу на рік. Хімічний склад виділяються при зварці забруднень залежить в основному від складу зварювальних матеріалів (дроту, покриттів, флюсів). Пил може містити Мо, С_rО₂, С_r2О₃, фториди СО, NOx, NF.

При газовому різанні металів виділяються токсичні сполуки хрому, нікелю та марганцю, СО і NOx, а при плазмовому різанні утворюється ще й озон.

У гальванічних цехах у вентиляційний повітря ванн травлення виділяються пари сірчаної, соляної, азотної або плавикової кислот, концентрація яких складає 30-500 мг/м³. Операції вороніння, фосфатування і т. п. супроводжуються виділенням в повітря приміщенні різних шкідливих речовин. Особливою токсичністю відрізняються розчини ціаністих солей (при ціаністим цинкування), хромової та азотної кислот.

Хімічне виробництво. З величезного асортименту речовин і сполук, що випускаються хімічними підприємствами, найбільш важливими джерелами забруднення атмосфери як за обсягом продукції, так і за токсичністю є хлор, оксиди азоту, діоксид та триоксид сірки, хлористий водень, сірководень, фтористий водень, дисульфід вуглецю, фтор та його з'єднання. З органічних сполук: тіоли, вуглеводні та їх хлорпохідні, альдегіди, кетони і органічні кислоти (табл.2.11).

Таблиця 2.11