PODSTAWOWE PROBLEMY OCHRONY ŚRODOWISKA

Pojęcie ekosystemu

Egzystencja biologiczna człowieka uwarunkowana jest współdziałaniem niezliczonych czynników, które tworzą środowisko - swoisty klimat, w jakim człowiek może się rozwinąć lub ulec degeneracji. Do środowiska fizykochemicznego można zaliczyć:

• optymalne przedziały temperatury otoczenia,

• dostępność światła,

• dostępność tlenu z powietrza,

• dostępność wody o określonej czystości,

• dostępność składników budulcowych dla komórek ciała oraz energii z pożywienia jako niezbędnego paliwa dla zachodzących w organizmie procesów życiowych.

Wszelkie skrajne wartości wykraczające poza przedziały optymalne, wszelkie gwałtownie działające energie gwałtowne zmiany i obce substancje chemiczne, przełamując granice tolerancji mogą życie zniszczyć.

Środowisko naturalne (ekosystem) jest to ogół czynników ekologicznych mających bezpośrednie znaczenie dla życia i rozwoju żyjących w nim istot. Podstawowymi elementami środowiska są woda, powietrze, gleba, flora i fauna i wszelkie energie na nie oddziałujące.

Z kursu biologii szkoły średniej wiadomo, że rośliny w procesie fotosyntezy przekształcają cząsteczki wody i dwutlenku węgla w cząsteczki glukozy i tlenu. Niewielka część tego tlenu i większość glukozy oraz substancje czerpane z gleby, wody i powietrza w wyniku przeróżnych reakcji enzymatycznych są zamieniane w różnego rodzaju związki organiczne i nieorganiczne, budujące organizmy roślin. Organizmy grzybów i zwierząt (też człowieka) czerpią z powietrza, wody, roślin i innych grzybów i zwierząt substancje (i energię w nich zmagazynowaną) do budowy i funkcjonowania własnych organizmów.

Człowiek wykorzystuje również energię zmagazynowaną w środowisku przez rośliny w sposób obcy całej reszcie żywych organizmów - świadomie (choć czasem irracjonalnie) wyzwala tę energię w procesach spalania, czyli przeprowadza reakcje odwrotne do procesu fotosyntezy. Ponieważ spalanie przebiega zwykle w warunkach odbiegających od optymalnych, wyzwalana w ten sposób energia jest w znacznym stopniu marnotrawiona a dodatkowo jest źródłem większości zanieczyszczeń atmosfery.

Cywilizacyjne skażenie środowiska

We współczesnym świecie coraz jaskrawiej zarysowuje się antagonizm między organizmami żywymi a techniką. Chociaż zdobycze techniki mają służyć człowiekowi, to jednak nadmierna i jednostronna rozbudowa przemysłu opartego na metodach chemicznych lub fizycznych, bez odpowiednich zabezpieczeń, bez możliwości pochłaniania i utylizacji odpadów, na drodze ujemnego sprzężenia zwrotnego zagroziła delikatnym mechanizmom biochemicznym w świecie ożywionym roślin, zwierząt, a przede wszystkim w świecie samego człowieka.

Działalność człowieka wywiera różnorodny wpływ na środowisko, nie zawsze jednak zmiany idą w pożądanym kierunku. Szkodliwym skutkiem działalności człowieka jest skażenie środowiska naturalnego, a więc wszelkie niekorzystne zmiany wywołane przez czynniki fizyczne, chemiczne i biologiczne. Do niedawna panował pogląd o niewyczerpanych zasobach przyrody. Od zarania swych dziejów człowiek czerpał ze środowiska naturalnego i wykorzystywał je jako zbiornik odpadków, jednak środowisko ulegało samooczyszczaniu (wszystkie wykorzystywane substancje były naturalne i ulegały biodegradacji). W wyniku gwałtownego rozwoju współczesnej cywilizacji technicznej i związanej z tym powszechnej chemizacji życia i ogromnym poziomem eksploatacji naturalnych nieodnawialnych źródeł energii i surowców, równowaga ekologiczna uległa zakłóceniu (też w wyniku masowej produkcji nieobecnych wcześniej w środowisku tworzyw sztucznych, praktycznie nie ulegających biodegradacji). Procesy te nasiliły się zwłaszcza w drugiej połowie XX w., w wyniku bardzo dynamicznego rozwoju różnych gałęzi przemysłu i energetyki, gwałtownego zwiększenia populacji i związanego z tym zwiększonego zapotrzebowania na żywność, a zatem z intensywną chemizacją rolnictwa. Zjawiskom tym towarzyszy degradacja środowiska (szkody górnicze, skażenie chemiczne lub radiologiczne, dewastacja krajobrazu, niszczenie naturalnych biosfer roślin i zwierząt, przecinanie lasów przez szlaki komunikacyjne), masowe przemieszczanie się ludności do miast i powszechny rozwój indywidualnego transportu samochodowego. Coraz więcej nowych, syntetycznych związków chemicznych (detergentów, pestycydów, tworzyw sztucznych) wprowadza się do gospodarstwa domowego, budownictwa, przemysłu. Problemem jest składowanie i utylizacja olbrzymiej masy odpadów przemysłowych i komunalnych. Z zaistniałymi zmianami w środowisku naturalnym wiążą się takie wzajemnie powiązane zjawiska, jak: choroby nowotworowe i genetyczne, kwaśne deszcze, wymieranie lasów i gatunków roślin i zwierząt, zanik warstwy ozonowej w stratosferze, efekt cieplarniany, zmiany klimatyczne i wiele innych.

Środowisko człowieka zanieczyszczone jest przez czynniki:

1. fizyczne (skażenie elektromagnetyczne, promieniotwórcze, ciepło, wibracje, hałas),

2. biologiczne (skażenie bakteryjne),

3. chemiczne (pierwiastki i związki chemiczne).

Substancje chemiczne, stanowiące zanieczyszczenie środowiska naturalnego, bardzo różnią się właściwościami fizycznymi, chemicznymi i toksykologicznymi. Niektóre są zanieczyszczeniami tylko jednego elementu środowiska. Wiele jednak oddziaływa zarówno w powietrzu, w wodzie, w glebie, jak i w organizmach roślin i zwierząt.

Szkodliwe działanie danego związku chemicznego na środowisko zależy od takich czynników jak:

• wielkość i rozmieszczenie geograficzne jego produkcji lub zalegania,

• obecność substancji towarzyszących, które występując nieraz w śladowych ilościach mogą potęgować jego działanie,

• trwałość substancji w środowisku (czas oddziaływania na organizmy i przedmioty),

• zdolność do nagromadzania się w środowisku oraz bioakumulacja w łańcuchach pokarmowych,

• wielkość narażonej populacji,

• toksyczność dla różnych gatunków,

• wpływ na różne czynniki fizyczne i chemiczne środowiska (np. kwasowość gleby),

• indywidualne cechy danego osobnika lub przedmiotu (wieku, stanu zdrowia, indywidualnej odporności itp.).

Najwcześniej widoczne zmiany w środowisku naturalnym wystąpiły w krajach wysokorozwiniętych, zwłaszcza w USA, Europie Zachodniej i Japonii. W wyniku ostrej reakcji świata nauki, publicystów i polityków doszło do ukształtowania świadomości ekologicznej społeczeństw. Rygorystyczne przestrzeganie wprowadzonych norm higienicznych spowodowało zmniejszenie stopnia skażenia środowiska. Zmniejszyła się emisja pyłów i gazów do atmosfery, poprawiła się jakość wód, wprowadzono racjonalną gospodarkę odpadami. Niestety ostatnio zauważa się przesadne, czasem wręcz fanatyczne, działania niektórych osób, mające w ich mniemaniu ochraniać środowisko, a faktycznie nierzadko dla tego środowiska szkodliwe.

W Polsce dane dotyczące stanu skażenia środowiska naturalnego dotarły do opinii publicznej stosunkowo niedawno. Zniszczenie środowiska w naszym kraju jest daleko posunięte, a aktualna sytuacja ekonomiczna nie pozwala na szybką i radykalną poprawę tego stanu. Ustalone w 1982r. przez komisję rządową regiony zagrożenia ekologicznego obejmowały łącznie obszar 27 tys. km² zamieszkały przez 11 mln mieszkańców, co stanowi 8,6 % całego terytorium kraju i obejmowało 30,6 % ludności. Zniszczenie środowiska w Górnośląskim Okręgu Przemysłowym, Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym, w rejonie Zatoki Gdańskiej i Puckiej, w okolicach Krakowa i rejonie jeleniogórskim osiągnęło stan katastrofy ekologicznej. W GOP, zajmującym 2,1 % powierzchni Polski, powstawało 30 % krajowej emisji pyłów, 40 % emisji gazów, 20 % ścieków komunalnych, zalega 60 % wszystkich odpadów i aż 24 substancje występują w powietrzu w stężeniach ponadnormatywnych. Najwyższe dopuszczalne stężenia roczne pyłów, tlenku węgla, ołowiu, kadmu, benz--opirenu przekroczone są kilkudziesięcio- lub nawet kilkasetkrotnie. Od początku lat 90. obserwuje się również w Polsce zmniejszanie emisji zanieczyszczeń powietrza, co było spowodowane początkowo spadkiem produkcji przemysłowej a obecnie również postępem w instalowaniu urządzeń ochronnych.

Kończąc omawianie tego zagadnienia można by na przekór powiedzieć, że obecnie rozwój gospodarczy i postęp techniczny są najlepszymi przyjaciółmi środowiska, gdyż to właśnie dzięki nim można zmniejszyć negatywny wpływ działalności człowieka na środowisko. Technika zwiększa plony, co oznacza tańszą żywność i większą powierzchnię dla dzikiej przyrody. Lepsze oczyszczenie ścieków oznacza czystszą wodę w rzekach. Coraz bardziej wyrafinowane technologie filtracji i katalizy spalin w przemyśle, energetyce i transporcie oznaczają ograniczenie smogu, dymu i sadzy w powietrzu, mniej kwaśnych deszczy i więcej terenów nieskażonych. Cichsze fabryki i środki transportu wreszcie oznaczają większy komfort życia.

Zanieczyszczenie powietrza

Ze względu na liczbę i ilość emitowanych substancji oraz łatwość rozprzestrzeniania się nawet na sąsiednie kraje i kontynenty, zanieczyszczenia powietrza są najważniejszym źródłem skażenia środowiska naturalnego. W procesie samooczyszczania powietrza dochodzi do skażenia pozostałych elementów ekosystemu, tj. wody, gleby, flory i fauny. Zanieczyszczenia powietrza stanowią również największe zagrożenia dla człowieka, z powodu dobrego wchłaniania trucizn z dróg oddechowych i możliwości szybkiego wystąpienia działania toksycznego. Jednocześnie człowiek wdycha przeciętnie ok. 9 kg powietrza na dobę, a więc kilkakrotnie więcej niż wypija wody i spożywa żywności. Zanieczyszczeniami powietrza są gazy, dymy, pyły i mgły. Niektóre z nich tworzą się w wyniku reakcji chemicznych lub fotochemicznych pomiędzy składnikami atmosfery a substancjami chemicznymi.

Podstawowymi zanieczyszczeniami powietrza są tlenek węgla CO (czad), dwutlenek siarki SO₂, węglowodory HC, cząstki stałe PM i tlenki azotu NO_X. W mniejszych ilościach występują związki fluoru i ołowiu, siarkowodór H₂S, chlorowodór HCl i amoniak NH₃. Głównymi źródłami zanieczyszczenia powietrza są: spalanie węgla i ropy naftowej w elektrowniach, zakładach przemysłowych i gospodarstwach domowych, transport samochodowy, kolejowy, powietrzny i wodny oraz uboczne produkty zakładów przemysłowych (zwłaszcza zakładów chemicznych i hut). Istotnym źródłem zanieczyszczeń powietrza są silniki spalinowe. Według danych ONZ motoryzacja „daje” ok. 1/3 globalnej ilości zanieczyszczeń (50 * 80 % zanieczyszczeń atmosfery).

Lawinowy rozwój techniki powoduje coraz większe zapotrzebowanie na energię. Wyzwala to wiele zagrożeń, głównie związanych ze spalaniem paliw. Rosnące wydobycie i zużywanie podstawowych surowców energetycznych (węgla kamiennego i brunatnego, ropy naftowej, gazu ziemnego i uranu) i procesy związane z ich wykorzystaniem powodują zagrożenie ekosystemu Ziemi antropogeniczną emisją szkodliwych związków chemicznych.

Procentowy udział różnych źródeł emisji związków toksycznych w RFN w 1989r.

Na stopień zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego znaczny wpływ mają warunki klimatyczne i położenie geograficzne. Bardzo niekorzystnie na rozproszenie zanieczyszczeń wpływa inwersja temperatury powietrza. Polega ona na tym, że powietrze w dolnych warstwach jest zimniejsze (gęstsze, cięższe) niż w górnych, co utrudnia prawidłowe mieszanie pionowe, zachodzące przy podnoszeniu się ogrzanych warstw powietrza i opadaniu mas zimnych. Powoduje to zatrzymanie przy powierzchni ziemi gazów i aerozoli. Do inwersji temperatury przyczynia się przede wszystkim mgła. Zjawisko to zachodzi często w miejscowościach zlokalizowanych w kotlinach lub u podnóża gór a stężenia substancji toksycznych w powietrzu dochodzą czasem do poziomów letalnych, czyli powodujących zatrucia śmiertelne. Mgła oraz wymieszane z nią dymy (z kominów czy rur wydechowych pojazdów) tworzą tzw. smog.

Ze względów praktycznych przyjęto podział zanieczyszczeń na redukujące i utleniające:

• zanieczyszczenia o charakterze redukującym (smog typu londyńskiego) zawierają dużo SO₂ i dymu; część SO₂ utlenia się do SO₃ i razem we mgle z wodą tworzą aerozol kwasów siarkawego H₂SO₃ i siarkowego H₂SO₄ oraz siarczany - mieszanina ta, razem z tlenkami azotu NO_X i kwasem azotowym HNO₃, powstałym po ich utlenieniu, daje tzw. „kwaśny deszcz” o charakterze utleniającym;

• zanieczyszczenia o charakterze utleniającym (smog typu Los Angeles, smog fotochemiczny) składają się głównie z NO_X, O₃, HC i aldehydów.

Najgroźniejszym skutkiem działania zanieczyszczeń powietrza jest ich szkodliwy wpływ na zdrowie ludzi i zwierząt. W tym zakresie wyróżnia się:

• skutki ostre, do których dochodzi w przypadku nagłego uwolnienia się do atmosfery dużych ilości lotnych substancji toksycznych w wyniku awarii urządzeń przemysłowych, w związku z transportem lub przechowywaniem większych ilości trucizn. Znane są przypadki masowych zatruć śmiertelnych fosgenem, chlorem, amoniakiem czy izocyjanianem metylu, którego przedostanie się do atmosfery z zakładów chemicznych w Bhopalu (Indie) w 1984r. spowodowało śmierć ok. 3 tys. i porażenie ok. 100 tys. osób. Długotrwałe utrzymywanie się w powietrzu zwiększonych stężeń zanieczyszczeń, przy niesprzyjających warunkach klimatycznych, zwłaszcza inwersji temperatury, także może prowadzić do zatruć ostrych. Najbardziej dramatyczne zatrucia zanotowano w grudniu 1952r. w Londynie, kiedy w ciągu kilku dni zmarło ok. 4 tys. osób, głównie z przewlekłymi chorobami układu oddechowego i krążenia oraz osób w podeszłym wieku. W tym przypadku średnie stężenie dymu wynosiło 4,5 mg/m³ a SO₂ 3,5 mg/m³, nie przekraczało więc poziomów letalnych. Lecz wskutek łącznego działania składników smogu na wrażliwe organizmy doszło do masowego zatrucia.

• skutki przewlekłe, pod wpływem długotrwałego narażenia na zanieczyszczenia powietrza, takie jak zmniejszenie odporności na zakażenia, zwiększenie częstotliwości zachorowań na przewlekłe zapalenie oskrzeli, rozedmę płuc, dychawicę oskrzelową i nowotwory płuc, podrażnienia oczu i błon śluzowych układu oddechowego, potęgowanie uczucia zmęczenia, bólów i zawrotów głowy

Oprócz szkodliwego działania na organizmy ludzi i zwierząt, zanieczyszczenia powietrza wywierają ponadto szkodliwe działanie na:

• rośliny (szczególnie ozon, związki fluoru, dwutlenek siarki i aerozol kwasu siarkowego),

• przedmioty z metali (korozja), tworzyw sztucznych i budowle (erozja) powodując poważne straty materialne i kulturowe,

• klimat (powiększanie obszarów pustynnych, topienie lodów podbiegunowych i zalewanie obszarów przybrzeżnych wywołane zmianą temperatury Ziemi (efekt cieplarniany związany z dużą ilością emitowanego do atmosfery CO₂), zjawisko El Ninio (podgrzewanie wód Pacyfiku zmieniające cyrkulację powietrza w atmosferze), powstanie i rozszerzanie dziury ozonowej (zmniejszenie ilości ozonu w górnych warstwach atmosfery w wyniku degradowania go przez freon (chlorofluoroalkany CFC)).

Zanieczyszczenia wód

Głównymi źródłami zanieczyszczeń wód są ścieki przemysłowe i miejskie, ścieki z terenów rolniczych, wody opadowe (zawierające zanieczyszczenia powietrza) i transport wodny.

Najważniejszymi zanieczyszczeniami wód słodkich są detergenty, nawozy sztuczne wymywane z pól, chlorowcowe pochodne węglowodorów, fenole, cyjanki, aminy, metale ciężkie, azotany, fosforany i zasolenie, zaś w wodzie morskiej - ropa naftowa i oleje napędowe.

Stale zwiększa się zasolenie wód powierzchniowych. W Polsce, zwłaszcza w dorzeczu górnej Wisły i Odry, w wyniku zrzutów wód bogatych w chlorki i siarczany z kopalń węgla kamiennego, dochodzi czasem do zasolenia ich wód porównywalnego ze stężeniem występującym w Bałtyku. Warto zauważyć, że tylko ok. 2,4 % łącznej długości badanych rzek ma w Polsce I klasę czystości (woda zdatna do picia), ok. 12,8 % - II klasę (woda nadająca się dla zwierząt gospodarskich), ok. 24,8 % - III klasę (woda nadająca się do celów przemysłowych), zaś pozostałe 60 % długości badanych rzek nie odpowiada w ogóle normom czystości. Ostatnio zaś większego znaczenia nabiera zwiększenie kwasowości jezior i innych zbiorników zamkniętych, wyniku opadów „kwaśnego” deszczu. Obniżenie pH wody poniżej 5 powoduje ginięcie planktonu i ryb oraz nadmierny rozkwit glonów. Jednocześnie wymywane są deszczem z gleby do wody niektóre metale (np. rtęć i ołów) a także składniki nawozów sztucznych.

Zanieczyszczenia gleby

Zanieczyszczenia gleby nie ulegają na ogół rozprzestrzenianiu i zalegają w danym miejscu przez długi okres. Jest to z jednej strony pozytywne - nie są skażane inne obszary, jednak z drugiej strony, nie mogąc się rozproszyć jak zanieczyszczenia powietrza, mogą one dłużej wywierać negatywny wpływ na rośliny i zwierzęta zamieszkujące skażony teren. Zmiana składu chemicznego gleby wpływa na wegetację roślin, prowadzi do zmniejszenia plonów i pogorszenia ich jakości, powoduje niszczenie walorów ekologicznych i estetycznych szaty roślinnej, pośrednio prowadzi do zagrożenia zdrowia ludzi i zwierząt. Do gleby substancje chemiczne przedostają się z powietrza, wód powierzchniowych, opadów atmosferycznych, w wyniku świadomego stosowania przez człowieka pewnych związków chemicznych (nawozy sztuczne, pestycydy, defolianty), wskutek zanieczyszczenia przypadkowego (awarie) lub składowania odpadów. Głównymi źródłami zanieczyszczenia gleby są przemysł, rolnictwo, transport i gospodarstwa domowe. Poważnym problemem są wycieki produktów ropopochodnych podczas ich produkcji, transportu i magazynowania. Na początku lat 90. stwierdzono, że tereny zajmowane przez wojska radzieckie zostały w dużym stopniu zdegradowane. Np. na terenie dużych baz paliw, lotnisk i poligonów występuje znaczne zanieczyszczenie gruntów i wód podziemnych produktami naftowymi. W wielu przypadkach na powierzchni wód podziemnych lub na stropie warstwy nieprzepuszczalnej tworzą one wyraźną warstwę pływających paliw o grubości dochodzącej czasem nawet do kilku metrów.

Właściwe usuwanie stałych odpadów stanowi poważny problem zdrowotny i ekonomiczny. Bardzo szkodliwe jest spalanie odpadów na otwartej przestrzeni, gdyż powstaje wiele substancji toksycznych (HC, SO₂, NO_X, HCl, związki fluoru) oraz pozostają niespalone składniki mineralne (zawierające metale). Spalanie odpadów powinno odbywać się w specjalnych urządzeniach (spalarniach), umożliwiających bardzo dokładne (całkowite i zupełne) spalanie i jednocześnie absorpcję lotnych substancji. Stosuje się często kompostowanie oraz zasypywanie odpadów w warunkach uniemożliwiających skażenie wód gruntowych i powierzchniowych. Zatapianie odpadów w morzu nie nadaje się do usuwania substancji silnie toksycznych i promieniotwórczych, gdyż wszelkie pojemniki po pewnym czasie korodują, a uwolnione substancje mogą wywołać poważne skutki ekologiczne i zdrowotne. Słyszy się też o składowaniu tego typu odpadów w nieczynnych kopalniach. To rozwiązanie również nie jest najlepsze ze względu na możliwość skażenia wód gruntowych (też tzw. oligoceńskich). Ostatnio wykorzystuje się niektóre odpady do pozyskiwania surowców wtórnych (metali, szkła, papieru, szmat itp.) oraz przerabia się je na materiały budowlane, a w przemyśle motoryzacyjnym zużyte elementy pojazdów przerabia się w tzw. recyklingu na elementy montowane w nowych pojazdach. Ten sposób obróbki odpadów jest najrozsądniejszy, niestety nie można go zastosować do wszystkich rodzajów odpadów, szczególnie tych najniebezpieczniejszych.

Znaczące jest skażenie gruntów przyległych do tras komunikacyjnych, szczególnie dróg. Obszary położone bezpośrednio przy drogach o dużym natężeniu ruchu i przy stacjach obsługowo-remontowych nie nadają się do upraw warzyw, owoców, zbóż ani do celów hodowlanych. Typowym przykładem skażenia gruntów jest emisja ołowiu przez silniki benzynowe. Ołów staje się składnikiem kurzu ulicznego i może pozostawać w glebie nawet do 3 tys. lat, przenikać w głąb gleby i skażać warstwy wodonośne. W samej Polsce w 1991r. samochody wyemitowały 2100 ton ołowiu. Szacuje się, że na 1 km drogi w Warszawie przypada 20 kg ołowiu. Stwierdzono też, że strefa skażenia ołowiem sięga przynajmniej 150 m od szos.

Hałas i wibracje

Mówiąc o zanieczyszczeniu środowiska drganiami mechanicznymi należy określić pojęcie tzw. klimatu akustycznego. Rozumie się pod tym pojęciem zespół zjawisk akustycznych zachodzących w środowisku. Rozróżnia się klimat akustyczny naturalny (złożony z szumu morza, drzew, plusku strumieni, deszczu, grzmotów, śpiewu ptaków, ryku wichru itp. dźwięków wytwarzanych przez przyrodę) i sztuczny (złożony z dźwięków związanych z działalnością człowieka). Zanieczyszczeniem środowiska są oczywiście elementy sztucznego klimatu akustycznego. Innym ważnym pojęciem jest hałas. Rozumie się go jako każdy dźwięk niepożądany w środowisku w danych warunkach i dla danej osoby. Jak widać, pewne elementy naturalnego klimatu akustycznego mogą być uznane za hałas (np. grzmoty, ryk wichru) a pewne elementy sztucznego klimatu akustycznego mogą nie być hałasem (np. muzyka dla melomana).

Hałas i wibracje generowane są przez wszystkie pracujące urządzenia mechaniczne.

Hałas powoduje skutki:

• funkcjonalne mające wpływ na jakość i wydajność wykonywanej pracy (brak poczucia niezależności i bezpieczeństwa, utrudnienie koncentracji, wykonywania prac precyzyjnych i koncepcyjnych, porozumiewania się (w klimacie akustycznym o poziomie do 30 dB można porozumiewać się szeptem, do 55 dB głosem normalnym, do 75 dB głosem podniesionym, do 100 dB tylko krzykiem, powyżej 100 dB ustne porozumiewanie się nie jest możliwe - ja gadam na poziomie ok. 75 dB) i orientacji w środowisku życia i pracy, pogorszenie komfortu), a co za tym idzie także na wskaźniki ekonomiczne wykonywanej pracy,

• zdrowotne, związane ze zmianami stanu psychicznego, emocjonalnego i somatycznego (osłabienie słuchu, bóle głowy, zaburzenia nerwowe (np. równowagi), zaburzenia układu pokarmowego (np. mdłości) i krążenia (np. zmiany proporcji składników krwi)), wywołujące choroby psychiczne, narządu słuchu i niektórych organów wewnętrznych; wynika to między innymi z powiązań centr słuchowych w mózgu z ośrodkami sterującymi pracą narządów wewnętrznych i gruczołów wydzielania dokrewnego.

Krótkotrwałe przebywanie ludzi w hałasie o dużym poziomie powoduje zmęczenie słuchu. Objawem tego jest najczęściej krótkotrwałe przytępienie słuchu lub chwilowy ubytek słuchu. Przebywanie w hałasie o dużym poziomie przez dłuższy okres powoduje powstanie trwałych ubytków słuchu nie ustępujących nawet po upływie 10 godzin.

Głośne hałasy powodują specyficzne reakcje motoryczne. Nagłe eksplozje lub huki powodują skurcz mięśni zmieniający całą postawę ciała. Zaobserwować można charakterystyczne pochylenie tułowia, otwarcie ust, grymas twarzy, zamknięcie powiek, zgięcie kolan i ramion. Zmienia się również oporność elektryczna skóry, zmienia się rytm oddechowy, kurczą się obwodowe naczynie krwionośne, wzrastają opory krążenia, zmienia się intensywność perystaltyki jelit i żołądka oraz funkcje wydzielnicze żołądka - objawy podobne do objawów silnego stresu. Wyjątkowo głośne hałasy (ok. 120 dB) zmniejszają prędkość ruchu gałek ocznych, zawężają pole widzenia oraz zmniejszają percepcję kolorów i powodują zawroty głowy i zaburzenia zmysłu równowagi. Znane są też przypadki śmierci osób poddanych działaniu ekstremalnie głośnych hałasów spowodowanych np. działaniem silników odrzutowych.

Szkodliwe działanie na organizm ludzki mają również infra- i ultradźwięki, a więc fale akustyczne o częstotliwościach od 0,1 do 20 Hz i powyżej 16 - 20 kHz:

• infradźwięki powodują bóle głowy, mdłości (jak przy chorobie morskiej), oczopląs z zamazaniem ostrości widzenia, zaburzenia zmysłu równowagi, wydłużenie czasu reakcji i ogólne zmęczenie, a przy dłuższym oddziaływaniu nawet zaburzenie procesów fizjologicznych (obniżenie częstości tętna i oddechów) i uszkodzenie wewnętrznych narządów organizmu,

• ultradźwięki (wykorzystywane np. w myciu, czyszczeniu, spawaniu i medycynie - USG) wywołują niedomagania układu krążenia, uszkodzenia wewnętrznych narządów oraz miejscowe uszkodzenia tkanek z objawami zmęczenia, utraty równowagi i bólów głowy (małe zwierzęta takie jak myszy, szczury i króliki giną pod działaniem ultradźwięków o częstotliwości 20 - 40 kHz i poziomie 140 - 160 dB, czyli u człowieka powodującym łagodne ogrzewanie skóry i utratę równowagi; przypuszcza się, że człowiek poniesie śmierć poddany działaniu ultradźwięków o poziomie 180 dB).

Wibracje wywołują skutki:

• funkcjonalne, mające wpływ na jakość wykonywanej pracy (zakłócenia koordynacji ruchów, zwiększenie czasu reakcji wzrokowej i ruchowej, stan zmęczenia i znużenia),

• biologiczne (fizjologiczne), wywołujące tzw. chorobę wibracyjną, związaną z patologicznymi zmianami układów kostno-stawowego (uszkodzenia kręgów i chrząstek międzykręgowych, zatarcie szpar stawowych, zwapnienie torebek stawowych, zmiany okostnej, pękania i złamania kości), mięśniowego (zmiany czynności bioelektrycznych mięśni, skurcze), krążenia (skurcze naczyniowe, niedokrwienie kończyn, obniżenie ciśnienia tętniczego), nerwowego (zaburzenia czucia, drętwienia, mrowienia, zapalenia korzonków nerwowych), krwiotwórczego (zmiany składu ilościowego i jakościowego krwinek, zmiany w szpiku kostnym) i prowadzącą w konsekwencji do kalectwa, gangreny mięśni i kości i ostatecznie do śmierci.

Szczególne znaczenie mają wibracje o częstotliwości do 25 Hz, gdyż mogą się pokryć z częstotliwościami drgań własnych narządów wewnętrznych człowieka (np. 4 i 25 Hz dla głowy, 6 ÷ 8 Hz dla szczęki, 5 ÷ 8 Hz dla narządów klatki piersiowej, 4,5 ÷ 10 Hz dla narządów jamy brzusznej) i w wyniku rezonansu wywołać ich duże przemieszczenia (silny ból, ekstremalnie zerwania narządów i śmierć). Zmiany w narządach i układach można podzielić na

• ostre, występujące w czasie trwania ekspozycji na wibracje i niedługo po nim; polegają one na zmianach zachowania się całego organizmu traktowanego jako układ mechaniczny o określonych masach, właściwościach sprężystych i tłumiących zawierający cały szereg układów rezonansowych,

• chroniczne, nie ustępujące po wydostaniu się spod wpływu wibracji (choroba wibracyjna).

Hałas i wibracje, oprócz negatywnego wpływu na zdrowie organizmu ludzkiego, mają także znaczący wpływ na pogorszenie jakości i dokładności wykonywanej pracy. Tam gdzie praca wymaga dużego skupienia i koncentracji duże natężenie hałasu i wibracji jest poważną przeszkodą w jej wykonywaniu. Hałas i wibracje utrudniają również wypoczynek i regenerację sił.

Wibracje mają również wpływ na maszyny (powodują zakłócenia ich prawidłowego działania (też swojego własnego) i zmniejszają ich niezawodność i trwałość w wyniku zmęczenia materiałowego) i konstrukcje, np. budynki i mosty (powodując ich uszkodzenia (np. kruszenie, pęknięcia, zarysowania) prowadzące nawet do katastrof budowlanych (walenie się murów, spadanie stropów).

Ponieważ nie ma skutecznych środków odwracania skutków oddziaływania hałasu i wibracji na człowieka i środowiska, dlatego szczególny obowiązek ochrony środowiska przed tymi zanieczyszczeniami spada na projektantów, konstruktorów i producentów maszyn.

Fale elektromagnetyczne

Ostatnio bardzo „modnym” tematem jest zanieczyszczenie środowiska przez promieniowanie elektromagnetyczne o zakresie radiowym od lawinowo rozwijającej się telefonii komórkowej. Jednak biorąc pod uwagę fakt, że już od kilku pokoleń żyjemy w zalewie tych fal pochodzących od radiofonii, telewizji i radiolokacji, takie olbrzymie zainteresowanie tym tematem wydaje się przesadzone. Ze względu na zasięg w środowisku, zakres częstotliwości i moc źródeł jedynie fale elektromagnetyczne używane w radiolokacji mogą być przyczyną większych negatywnych efektów w środowisku. Klasyfikacja fal elektromagnetycznych jest umowna, ale najczęściej przyjmuje się, że fale o częstotliwości (długości):

• do 3^.10⁴ Hz (10⁴ m) to fale niskiej częstotliwości,

• od 3^.10⁴ Hz do 3^.10¹² Hz (10^-4 m) to fale radiowe:

• od 3^.10⁴ Hz do 3^.10⁹ Hz (10^-1 m) to fale radiowe długie, średnie, krótkie i ultrakrótkie - radiofonia, telewizja, telefonia komórkowa, systemy przywoławcze,

• od 3^.10⁹ Hz do 3^.10¹² Hz (10^-4 m) to mikrofale - radary, kuchnie mikrofalowe,

• od 3^.10¹² Hz do 3^.10¹⁷ Hz (10^-9 m) to fale świetlne:

• od 3^.10¹² Hz do 3^.10¹⁴ Hz (10^-6 m) to promieniowanie podczerwone - wszystkie „ciepłe” przedmioty, lampy żarowe, promienniki ciepła,

• od 3^.10¹⁴ Hz do 3^.10¹⁵ Hz (10^-7 m) to światło widzialne - żarówki oświetleniowe,

• od 3^.10¹⁵ Hz do 3^.10¹⁷ Hz (10^-9 m) to promieniowanie nadfioletowe - lampy wyładowcze (rtęciowe, kwarcówki),

• od 3^.10¹⁷ Hz do 3^.10¹⁹ Hz (10^-11 m) to promieniowanie rentgenowskie (promieniowanie przy zmianach stanu elektronów na głębszych orbitach atomowych) - lampy rentgenowskie, betatrony, akceleratory liniowe,

• od 3^.10¹⁹ Hz (10^-11 m) to promieniowanie γ (elektromagnetyczne promieniowanie jądrowe).

Fale rentgenowskie i γ należą mają charakter promieniowania jonizującego, zaś pozostałe niejonizującego.

Mikrofale wywołują w organizmach żywych efekty termiczne i biologiczne. Pierwsze polegają na przekształcaniu energii fal elektromagnetycznych w energię cieplną (wprawianie w drgania cząsteczek wody, które w wyniku tarcia powodują wzrost temperatury). Głębokość wnikania mikrofal do organizmów zależy od ich częstotliwości: fale dłuższe przenikają do narządów wewnętrznych a krótsze zatrzymują się już w skórze i tkance podskórnej. Ilość pochłoniętej przez organy energii mikrofalowej jest proporcjonalna do ilości w nich wody. Efekty biologiczne mikrofal polegają na wyzwalaniu zmian chorobowych. Najczęściej spotyka się zmiany w układzie nerwowym (tzw. nerwica mikrofalowa - zespół nerwicowopodobny, zaburzenia w czynności bioelektrycznej mózgu), krwionośnym i limfatycznym (zaburzenia czynności serca, obniżanie ciśnienia tętniczego) i krwiotwórczym (wywoływanie białaczek).

Długi kontakt ze źródłami promieniowania podczerwonego może prowadzić do powstania oparzeń skóry czy spalenia.

Promieniowanie nadfioletowe, oprócz wpływu na materię (intensywna fotoluminescencja), wywiera efekty biologiczne (zabija bakterie i drobnoustroje - stosowane jest przy wyjaławianiu (sterylizacji) obiektów i sprzętów medycznych, lekarstw i żywności, powoduje podrażnienia i zmiany nowotworowe w skórze, to ono „opala” na plaży - powoduje wzrost produkcji i odkładania w tkance skórnej melatoniny) i chemiczne (wywołuje lub przyspiesza szereg reakcji chemicznych).

Źródła substancji toksycznych w maszynach

W trakcie użytkowania i obsługiwania maszyn zachodzi szereg procesów, podczas których następuje skażenie środowiska naturalnego. Typowym przykładem takiego procesu jest zanieczyszczanie powietrza produktami spalania paliwa w silnikach spalinowych pojazdów naziemnych, statków i samolotów. Jednak oprócz tego bogatego źródła całej gamy związków bardziej i mniej toksycznych, zanieczyszczających powietrze i w dalszej konsekwencji wody i glebę, maszyny posiadają szereg innych źródeł zanieczyszczeń. Substancje szkodliwe pochodzą także z układów napędowych i hamulcowych czy klimatyzacji, układów przeciwpożarowych.

Skład spalin silników spalinowych

Bardzo duża liczba maszyn napędzana jest silnikami spalinowymi.

Zasadniczymi produktami spalania paliw w silnikach przy pełnym dopływie tlenu są dwutlenek węgla CO₂ i woda H₂O. Przy niepełnym spalaniu powstają dodatkowo tlenek węgla CO (czad), węgiel C (sadza) i węglowodory HC, np. rakotwórcze wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne PAH (np. benzopiren). Ze względu na znaczną zawartość związków siarki w paliwach (ropie naftowej) w czasie ich spalania tworzy się dwutlenek siarki SO₂. Pod wpływem utleniaczy i katalizatorów (nadtlenek wodoru H₂O₂, sadza, metale) SO₂ utlenia się do SO₃, który z cząsteczkami wody (z powietrza lub z produktów spalania węglowodorów) tworzy aerozol kwasu siarkowego. Jednocześnie w wysokiej temperaturze płomienia, wskutek łączenia się tlenu i azotu atmosferycznego, powstaje tlenek azotu NO, który łatwo utlenia się do dwutlenku azotu NO₂. W gazach spalinowych występują także aerozole związków nieorganicznych (chlorków, bromków, fosforanów, tlenków, siarczków, siarczanów i azotanów), które tworzą się z różnych substancji uszlachetniających paliwa, np. z tetraetylku ołowiu, dodawanego do benzyn jako środek przeciwdziałający wypalaniu zaworów.

Oprócz tych bezbarwnych zanieczyszczeń, podczas niecałkowitego spalania węglowodorów w wyniku ich uwęglania powstaje sadza, której bazę stanowią krystality grafitu. Sadza jest pewnego rodzaju gąbką, której powierzchnia sprzyja kondensacji i adsorpcji skondensowanych i lotnych węglowodorów, także aromatycznych. Sadza może też adsorbować tzw. związki zamrożone, czyli gwałtownie ochłodzone (w wyniku wydalenia z komory spalania silnika do atmosfery) węglowodory w różnych fazach utlenienia. Sadza oraz cząstki popiołu i nagaru, jako tzw. cząstki stałe, powodują zabarwienie spalin, określane popularnie jako dymienie.

Substancje emitowane do środowiska przez silniki spalinowe.

Silniki o ZI emitują głównie składniki gazowe CO, HC i NO_X natomiast silniki o ZS - NO_X i PM i w mniejszym stopniu HC - są więc znacznie bardziej ekologiczne. Wynika to z tego, że mają znacznie większy współczynnik nadmiaru powietrza w czasie spalania (λ > 1). Jednakże z uwagi na inny przebieg procesu spalania i znacznie niższą temperaturę pracy, dają one dodatkowo inne uboczne produkty spalania - dym (głównie PM) i NO_X, szczególnie podczas „zimnego” rozruchu i pracy pod dużymi obciążeniami.

Zanieczyszczenia emitowane przez silnik do atmosfery pochodzą z czterech źródeł, tj. z układu wylotowego, skrzyni korbowej, układu zasilania paliwem i układu smarowania. Podstawowym źródłem toksyn jest układ wylotowy. Pozostałe trzy mają znaczenie drugorzędne. Szacuje się, że udział węglowodorów emitowanych ze skrzyni korbowej (wraz ze spalinami dostającymi się do skrzyni korbowej przez nieszczelności skojarzenia tłok - pierścienie tłokowe - tuleja cylindrowa) wynosi 0,0014 ÷ 0,052 % spalin powstających przy spalaniu paliwa. Z kolei układy paliwowy i smarowania są źródłem zanieczyszczeń w wypadku, gdy z nieszczelności tych układów paliwo (olej napędowy) lub olej silnikowy, dostając się na gorące ścianki bloku silnika, paruje („smaży” się). W przypadku właściwego stanu technicznego tych układów, zwłaszcza połączeń, można przyjąć, że ilość zanieczyszczeń emitowanych tą drogą z silnika jest pomijalnie mała.

Spaliny silnika są mieszaniną różnego rodzaju substancji. Ich skład (udziały poszczególnych składników) zależy od szeregu cech konstrukcyjnych silnika, warunków jego pracy (eksploatacji), bieżącego stanu technicznego, jakości regulacji oraz rodzaju stosowanego paliwa i oleju silnikowego.

Składniki spalin silników, wydalane do atmosfery, mają postać:

1. gazową: azot, wodór, tlen, tlenek węgla, dwutlenek węgla, tlenki azotu, tlenki siarki, woda, aldehydy;

1. ciekłą: niespalone węglowodory (alkany, parafiny, węglowodory aromatyczne, nafteny, ketony i inne), aldehydy;

1. stałą: sadza, ciężkie węglowodory.

Najwięcej w spalinach (około 3/4 ich całkowitej objętości) jest azotu, nieco mniej niż azotu zawartego w powietrzu atmosferycznym (ok. 78 % objętościowo). Tlen, drugi obok azotu podstawowy składnik powietrza dostarczanego do cylindrów silnika (ok. 20 %), jest obecny w spalinach w wyniku jego niecałkowitego wykorzystania w procesie spalania paliwa, zwłaszcza jeśli odbywa się ono z dużym nadmiarem powietrza (λ > 1). Dwutlenek węgla i woda są właściwymi produktami zupełnego spalania węglowodorów zawartych w paliwie. Obecność wody w spalinach jest także wynikiem występowania wilgoci w dostarczanym do cylindrów silnika powietrzu atmosferycznym. Wymienione powyżej składniki są obojętne (nietoksyczne) w oddziaływaniu na organizm człowieka.

Przeciętny skład spalin

		Udział objętościowy [%]
Toksyczność	Substancja	w spalinach silników o ZI	w spalinach silników o ZS
związki obojętne	azot N2 tlen O2 dwutlenek węgla CO2 woda (para wodna) H2O wodór H2	77 1,1 18,1 8,2	76 - 77 10 - 16 3,5 - 7,0 3,5 - 5,0 0 - 0,1
związki toksyczne	tlenek węgla CO cząstki stałe PM węglowodory HC aldehydy RCHO tlenki azotu NOx tlenki siarki SOx	0,12 - 0,9 0,015 - 0,09 0,006 - 0,13	0,001 - 0,1 ∼ 0,04 0,01 - 0,5 0 - 0,3 0 - 0,5 0 - 0,3

Grupę toksycznych składników spalin, ze względu na mechanizm ich powstawania, można podzielić na dwie grupy:

• produkty niezupełnego spalania paliwa - należą do nich tlenek węgla, węglowodory, aldehydy i sadze;

• produkty utleniania azotu z powietrza atmosferycznego oraz nieorganicznych domieszek zawartych w paliwie i oleju silnikowym - są to tlenki azotu i siarki.

Główną przyczyną powstawania tlenku węgla (CO) jest lokalny (lub globalny) niedobór tlenu podczas spalania paliwa węglowodorowego. Powstawanie CO może być również rezultatem niskotemperaturowego utleniania węglowodorów w zimnym i „niebieskim” płomieniu. Ponadto CO tworzy się podczas procesów rozpadu aldehydów i dysocjacji CO₂ w wysokich temperaturach. Czynnikami sprzyjającymi powstawaniu CO w spalinach silnika o ZS są globalny lub strefy lokalnego niedoboru powietrza w komorze spalania, małe obciążenie silnika, niska temperatura ścianek cylindra i głowicy, zbyt późny wtrysk paliwa, za słabe zawirowanie powietrza w układzie dolotowym oraz zastosowanie recyrkulacji spalin. Emisja CO przez silniki o ZS jest bardzo mała (ok. 10^-3 % objętości spalin) i dlatego też nie ma decydującego wpływu na toksyczność jego spalin.

Cząstki stałe (PM - particulate patter) są składnikiem spalin, dla których nie ma jednoznacznej fizycznej i chemicznej definicji. Pod pojęciem cząstek stałych w pomiarach składu spalin silników rozumie się całą materię stałą lub ciekłą, organiczną lub nieorganiczną, która gromadzi się na filtrze „absolutnym” (tj. o skuteczności 99 % i zatrzymującym cząstki o wymiarach większych od 0,3 μm) po przejściu przez niego strumienia rozcieńczonych powietrzem spalin o temperaturze +52 ± 3°C. W rzeczywistości więc pojedyncza PM to konglomerat (zlepek) różnych odmian alotropowych węgla (krystalitów i sadzy) z zaadsorbowanymi na nim nie spalonymi węglowodorami i węglowodorami częściowo utlenionymi (ketonami, estrami, tlenkami, kwasami, wodorotlenkami, alkoholami, solami itp.) oraz związkami nieorganicznymi (wodą, związkami azotu z powietrza, siarki z paliwa i oleju silnikowego, metali z produktów ścierania elementów silnika, ze składników katalizatorów spalania i z dodatków podnoszących liczbę oktanową i cetanową paliwa). Ów konglomerat różnych postaci węgla w ocenie dymienia silników jest popularnie określany mianem „sadzy” (co jest trochę mylące, bo według terminologii naukowej sadza jest węglem bezpostaciowym) i właśnie w tym sensie to pojęcie jest używane w dalszej części tego opracowania. PM mogą mieć wymiary od 0,01 μm (cząstki pojedyncze, nie wychwytywane przez filtr „absolutny”) do 30 μm (agregaty i aglomeraty). PM powstają w wyniku skomplikowanych zjawisk chemicznych i fizycznych zachodzących często równocześnie w różnych punktach układu cylinder - układ wylotowy - atmosfera. Od miejsca pomiaru składu spalin w powyższym układzie zależy w znacznym stopniu mierzona wielkość emisji, skład i postać PM. W temperaturze wynoszącej powyżej 500°C pojedyncze PM są głównie zbiorowiskami węgla w postaci sadzy. Jest to prawie pierwiastkowy węgiel z małą zawartością wodoru. Przy spadku temperatury poniżej 500°C, w czasie rozprężania, zachodzą warunki sprzyjające kondensacji niektórych węglowodorów. W takich temperaturach na cząstkach sadzy absorbują cząsteczki o dużej masie cząsteczkowej, takie jak niespalone węglowodory (pochodzące z par paliwa (PM_FUEL) i oleju smarującego (PM_LUBE)), utlenione węglowodory (aldehydy, ketony, etery, estry) i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PAH). Adsorpcji ulegają również związki nieorganiczne: H₂O, SO_X, NO_X, sole, śladowe ilości metali (Zn, Fe, Cr, Al).

Dokładny model procesu powstawania sadzy w silniku nie został jeszcze w pełni wyjaśniony, istnieją jednak wiarygodne hipotezy na ten temat. Proces powstawania pierwszych cząstek sadzy rozpoczyna się po wtryśnięciu pierwszych kropel paliwa do komory spalania, w której znajduje się powietrze sprężone do wysokich ciśnień i o wysokiej temperaturze. Podczas mieszania rozpylonego (do kropel o średnicy od 1 do 50 m), chłodnego i ciekłego paliwa z gorącym powietrzem (w okresie zwłoki samozapłonu) występuje silne oddziaływanie wysokich temperatur na paliwo, prowadzące do rozpadu związków węglowodorowych - odłączania atomów wodoru i powstawania cząsteczek odwodornionych. Im łatwiejsze jest usuwanie atomów wodoru w porównaniu ze zrywaniem wiązań węglowych, tym intensywność powstawania sadzy jest większa. Następnie, po wystąpieniu samozapłonu (utleniania części lekkich frakcji węglowodorowych i uwolnionego wodoru) i gwałtownym podniesieniu się temperatury i ciśnienia, w wyniku zaistnienia szeregu skomplikowanych reakcji, np. wysokotemperaturowej pirolizy w warunkach lokalnego niedoboru tlenu, następuje dalszy rozpad odwodornionych cząsteczek do krótkołańcuchowych węglowodorów (np. acetylenu). W wyniku dalszego wzrostu temperatury acetylen i inne rozłożone węglowodory podlegają polimeryzacji i dalszemu odwodornieniu, w wyniku czego powstają ciężkie kompleksy węglowe o strukturze wielopierścieniowej w układzie heksagonalnym, podobne do grafitu - zarodniki sadzy. Następnie na nich następuje dalsza krystalizacja węgla i wzrost cząsteczek sadzy. Zawartość sadzy w cylindrze ulega zmianie w trakcie trwania procesu spalania i rozprężania, aż do momentu otwarcia zaworu wylotowego. Gwałtowny wzrost ilości sadzy następuje w czasie spalania (po wystąpieniu samozapłonu paliwa) od zwrotu głowicowego do maksymalnie 5 ms po nim. Po osiągnięciu maksimum zawartości sadzy w cylindrze, ilość powstających cząstek sadzy jest mniejsza od ilości cząstek wypalanych i następuje spadek jej zawartości do chwili otwarcia zaworu wylotowego, czyli gwałtownego spadku ciśnienia i temperatury (rozprężenia) spalin. Przerwanie wypalania w wyniku spadku temperatury następuje nawet mimo dużej zawartości tlenu w spalinach.

Do grupy węglowodorów (HC - hydrocarbons) w pomiarach składu spalin zaliczane są chemiczne związki węgla i wodoru (czasem także ich częściowo utlenione pochodne - węglowodory heterocykliczne, zawierające pojedyncze atomy azotu, siarki czy tlenu (np. aldehydy)). W spalinach silników zidentyfikowano ponad 200 takich związków węglowodorowych. Ich obecność w spalinach jest wynikiem niezupełnego spalania paliwa. Część z nich jest utleniana jeszcze podczas procesu rozprężania i wylotu spalin w samym cylindrze a następnie w układzie wylotowym. Czynnikami sprzyjającymi powstawaniu HC w spalinach silników o ZS są: istnienie stref zbyt ubogiej mieszanki w komorze spalania (nierównomierność składu mieszanki), niska temperatura (uruchamianie „zimnego” silnika), zbyt późny wtrysk paliwa oraz stosowanie recyrkulacji spalin (rozcieńczenie mieszanki spalinami z poprzednich cykli pracy prowadzące do jej niepalności). Niezupełne spalanie paliwa może być spowodowane występowaniem stref lokalnego niedoboru tlenu w komorze spalania, efektami przyściennym i szczelinowym oraz parowaniem ciężkich węglowodorów z oleju silnikowego zgarnianego przez pierścienie z gładzi cylindra do komory spalania. Efekt przyścienny występuje wtedy, gdy straty ciepła oddawanego z mieszanki paliwowo-powietrznej do ścian komory spalania są tak duże, że temperatura mieszanki w warstwie przyściennej spada poniżej temperatury spalania. Efekt szczelinowy polega na wygaszaniu płomienia w wąskich szczelinach komory spalania (np. w szczelinie między tłokiem a gładzią cylindra powyżej górnego pierścienia uszczelniającego tłok w cylindrze) na skutek silnego odprowadzania ciepła do ścianek szczeliny (podobnie jak dla efektu przyściennego) oraz zbyt małej przestrzeni, w której może przemieszczać się czoło płomienia. HC zawarte w spalinach są zbiorem różnego typu grup węglowodorowych. Najbardziej aktywną z nich jest grupa wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (PAH - polycyclic aromatic hydrocarbons). Największy wpływ na emisję PAH ma proces spalania oleju silnikowego w cylindrze. Dwukrotnie zwiększone zużycie oleju w silniku o ZS powoduje wzrost zawartości PAH średnio o ok. 18 %. Ważną rolę w procesie emisji PAH odgrywa obecność sadzy w komorze spalania, bowiem jest ona główną substancją adsorbującą. Wyrazem tego jest podobny wzrost emisji PM, wynoszący, przy dwukrotnie zwiększonym zużyciu oleju, ok. 17 %.

W spalinach silnika o ZS występują także tlenki azotu (NO_X) - przede wszystkim NO oraz w mniejszych ilościach NO₂. Przyczyną powstawania NO_X w komorze spalania jest proces utleniania azotu atmosferycznego. Czynnikami sprzyjającymi powstawaniu NO_X w silniku o ZS są wysokie obciążenia i duże wartości stopnia sprężania, powodujące wysoką temperaturę gazów w komorze spalania, występowanie stref niewielkiego nadmiaru lub niedoboru powietrza oraz zbyt wczesny wtrysk paliwa. Najpierw powstaje NO, natomiast NO₂ powstaje wtórnie z części istniejącego już NO. Udział azotu pochodzącego z paliwa jest nieznaczny i nie ma on decydującego znaczenia w wielkości emisji NO_X. NO_X powstają głównie w strefie gazów popłomiennych, a na ich stężenie w spalinach największy wpływ mają temperatura spalania i skład mieszanki. W silnikach o ZS proces tworzenia się NO_X cechuje się największą intensywnością w okresie, gdy gazy spalinowe osiągają maksymalne temperatury (między początkiem spalania, a chwilą tuż po osiągnięciu maksymalnego ciśnienia w komorze spalania). Największy wpływ na wielkość emisji NO_X ma ładunek, który uległ spaleniu w początkowym okresie procesu spalania, ponieważ przez cały okres trwania tego procesu, spalana mieszanka jest sprężana do wyższych ciśnień i osiąga wyższe temperatury. Wzrasta więc szybkość tworzenia NO_X .

Tlenki siarki (SO_X) zawarte w spalinach silników o ZS tworzą się w reakcji utleniania siarki zawartej w oleju napędowym. W wyniku tego procesu powstaje SO₂ oraz SO₃, który wiążąc się z wodą tworzy kwas siarkowy. Oleje napędowe przeznaczone do zasilania samochodowych silników o ZS zawierają wagowo ok. 0,2 * 1,5 % siarki. Ponieważ jedynym źródłem tlenków siarki w spalinach jest jej obecność w oleju napędowym, dlatego tylko przez odsiarczanie paliwa można osiągnąć zmniejszenie emisji SO_X.

Zagrożenia wynikające z obsługiwania techniki wojskowej

Wszystkie „ciecze robocze” w maszynach (paliwo, smary, oleje (smarne, hydrauliczne, amortyzatorowe, transformatorowe), płyny hamulcowe i chłodzące, elektrolity, płyny do spryskiwaczy, gazy i ciecze z układów specjalnych, np. przeciwpożarowych) parują do atmosfery oraz wyciekają przez nieszczelności do wód powierzchniowych i gleby. Szczególne znaczenie tego typu zanieczyszczenia mają w miejscach przechowywania i obsługiwania maszyn tj. w okolicach stacji obsługowo-naprawczych, magazynów, garaży, myjni, stacji paliw. Do skażeń środowiska dochodzi w nich podczas realizacji wszystkich czynności obsługowych, tj. podczas mycia (brudem usuwanym z maszyn i środkami stosowanymi do mycia, np. detergentami), tankowania, obsługi akumulatorów, wymiany płynów eksploatacyjnych i innych środków eksploatacyjnych, szczególnie syntetycznych, zawierających trudnorozkładalne substancje toksyczne i toksykogenne. Duży udział w zanieczyszczaniu środowiska ma też składowanie zużytych materiałów eksploatacyjnych (np. zużytych olejów, płynów hamulcowych i chłodniczych, elektrolitów, płyt akumulatorowych, opakowań, szmat i zdemontowanych z maszyn elementów, uszczelek, wkładów filtracyjnych, części i podzespołów).

Generacja hałasu przez maszyny

Oprócz zanieczyszczeń chemicznych i elektromagnetycznych, w procesie eksploatacji maszyn ma znaczenie jeszcze jedno „zanieczyszczenie” środowiska - hałas, czyli każdy nieprzyjemny, niepożądany lub szkodliwy dźwięk. Źródłami hałasu wytwarzanego przez sprzęt są:

• praca silników, szczególnie spalinowych tłokowych (związana ze spalaniem paliwa, pracą układów tłokowo-korbowego, rozrządu, zasilania silników o ZS itp.)

• strumienie powietrza na wlotach do silników i gazów wylotowych z silników, szczególnie odrzutowych turbinowych i rakietowych,

• praca układów napędowych, w trakcie której drgania wywołują elementy wirujące i współpracujące koła zębate,

• współpraca kół jezdnych (shimmy) i gąsienic z nawierzchnią,

• zawirowania turbulentne strug powietrza wokół nadwozia, silnika i wentylatorów, śmigieł, skrzydeł (flatter),

• napędy dodatkowe specjalizowanych maszyn zamontowanych na pojazdach.

Hałas, mając duży wpływ na pogorszenie jakości i dokładności wykonywanej pracy, stanowi duże zagrożenie bezpieczeństwa ruchu pieszych i zmotoryzowanych. Średnie poziomy dźwięku w pojazdach przedstawiono na rys. 2, zaś na rys. 3 ogólny poziom hałasu komunikacyjnego w miastach. Hałas, generowany głównie przez komunikację (ruch drogowy, szynowy i lotniczy), o poziomie przekraczającym 70 dB panuje na 75 % ulic Poznania, 67 % ulic Warszawy i 50 % ulic Gdańska. Na hałas przekraczający 60 dB narażeni są mieszkańcy 20 % powierzchni Polski.

Średnie poziomy hałasu w pojazdach mechanicznych

Średnie ogólne poziomy hałasu komunikacyjnego w miastach

Normy hałasu

Szereg Polskich Norm i rozporządzeń MPiPS poświęconych ochronie człowieka i środowiska przed hałasem określa:

• dopuszczalny równoważny poziom dźwięku na stanowiskach pracy na poziomie 85 dB(A) dla 8-godzinnej ekspozycji na hałas ( dB(A) dla ekspozycji krótszych, trwających t minut) i 115 dB(A) dla hałasów krótkotrwałych, przy czym:

• w kabinach bezpośredniego sterowania bez środków łączności werbalnej, w pomieszczeniach z maszynami i urządzeniami liczącymi, maszynami do pisania, dalekopisami itp.: 75 dB(A),

• w kabinach dyspozytorskich, obserwacyjnych i zdalnego sterowania z łącznością werbalną, w pomieszczeniach do wykonywania prac precyzyjnych: 65 dB(A),

• w pomieszczeniach administracyjnych, biur projektowych, do prac teoretycznych, opracowywania danych itp.: 55 dB(A),

• dopuszczalne wartości dźwięku przenikającego ze wszystkich źródeł do pomieszczeń przeznaczonych do przebywania ludzi w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej:

• do pomieszczeń mieszkalnych w budynkach mieszkalnych, internatach, domach dziecka, hotelach, domach wczasowych, do klas i sal wykładowych, do sal konferencyjnych: 40 dB(A) w dzień i 30 dB(A) w nocy,

• do pokoi chorych w szpitalach: 35 dB(A) w dzień i 30 dB(A) w nocy,

• do pomieszczeń administracyjnych: 45 dB(A) w dzień,

• do sal kawiarnianych, restauracyjnych i sklepowych: 50 dB(A) w dzień,

• dopuszczalne poziomy hałasu w terenie:

• podmiejskim przeznaczonym na zabudowę mieszkaniową, sanatoryjną i szpitalną: 45 dB(A) w dzień i 35 dB(A) w nocy (dźwięk krótkotrwały 70 dB(A)),

• centralnym miast przy natężeniu ruchu ponad 2000 poj./godz. przeznaczonym na zabudowę mieszkaniową, wokół zabudowy handlowej, usługowej i biurowej: 60 dB(A) w dzień i 50 dB(A) w nocy (dźwięk krótkotrwały 85 dB(A)),

• zamieszkania zbiorowego i opieki społecznej, szkół i innych placówek stałego lub wielogodzinnego pobytu dzieci i młodzieży: 50 dB(A) w dzień i 40 dB(A) w nocy (dźwięk krótkotrwały 75 dB(A)),

• dopuszczalne poziomy hałasu infradźwiękowego niskiego (oktawy 4, 8 i 16 Hz) w środowisku pracy na poziomie 110 dB(A) dla 8-godzinnej ekspozycji na hałas (dla ekspozycji krótszych, trwających t minut dB(A)) i na poziomie o 5 dB(A) niższym dla hałasu infradźwiękowego wysokiego (oktawa 31,5 Hz), przy czym nie ma jakichkolwiek przepisów dotyczących infradźwięków w środowisku.

Niestety normy te są w Polsce często przekraczane. Można zauważyć tu ciekawy fakt - wszystkie normy określają dopuszczalny poziom hałasu dla dB(A), czyli filtrowanego wg krzywej korekcji A. Ponieważ korekcja ta polega na coraz silniejszym tłumieniu dźwięków o częstotliwościach coraz bardziej oddalonych od 1 kHz (zgodnie z krzywymi równej głośności opracowanymi dla człowieka), to w ogóle nie uwzględniają one innych zwierząt, o innej charakterystyce słyszenia (np. psów czy nietoperzy, które słyszą dźwięki o częstotliwościach o wiele wyższych niż 20 kHz, których normy już nie obejmują - nasi „wszechstronnie” wykształceni obrońcy zwierząt jeszcze na to nie wpadli!).

W celu zapewnienia odpowiednich poziomów hałasu (dokuczliwego dla człowieka) w środowisku, obowiązuje w Polsce cały szereg norm określających dopuszczalne poziomy emisji hałasu przez transformatory (PN-76/E-04072), maszyny elektryczne wirujące (PN-81/E-06019), przyrządy powszechnego użytku o napędzie elektrycznym (PN-75/E-06260), wentylatory (PN-80/M-43122), obrabiarki (PN-77/M-65725), pojazdy samochodowe (PN-92/S-04051 i PN-90/S-04052) itd.

Dopuszczalne poziomy hałasu zewnętrznego L_dop emitowanego przez pojazdy mechaniczne określone w Rozporządzeniu MTiGM z 1.04.1999r (Dz.U.RP nr 44, poz. 432)

Rodzaj pojazdu mechanicznego	Ldop [dB(A)] dla pojazdów z silnikiem
	o ZI	o ZS
motorowery motocykle z silnikiem o pojemności skokowej do 125 cm^3 motocykle z silnikiem o pojemności skokowej do 125 cm^3 samochody osobowe pojazdy samochodowe nieosobowe o dopuszczalnej masie całkowitej do 3,5 t pozostałe pojazdy samochodowe ciągniki rolnicze i pojazdy wolnobieżne	90 94 96 93 93 98 104	96 102 108 104

Dopuszczalne poziomy hałasu zewnętrznego L_dop emitowanego przez pojazdy mechaniczne określone w PN-92/S-04051

Rodzaj pojazdu mechanicznego

Ldop [dB(A)]

motorowery jednośladowe o prędkości maksymalnej do 30 km/h motorowery jednośladowe o prędkości maksymalnej powyżej 30 km/h motorowery trójkołowe motocykle z silnikiem o pojemności skokowej do 80 cm^3 motocykle z silnikiem o pojemności skokowej od 80 do 175 cm^3 motocykle z silnikiem o pojemności skokowej powyżej 175 cm^3 pojazdy trójkołowe symetryczne samochody osobowe autobusy o maksymalnej masie całkowitej do 2 t autobusy o maksymalnej masie całkowitej od 2 do 3,5 t autobusy o maksymalnej masie całkowitej powyżej 3,5 t i maksymalnej mocy silnika do 150 kW autobusy o maksymalnej masie całkowitej powyżej 3,5 t i maksymalnej mocy silnika powyżej 150 kW pojazdy samochodowe ciężarowe o maksymalnej masie całkowitej do 2 t pojazdy samochodowe ciężarowe o maksymalnej masie całkowitej od 2 do 3,5 t pojazdy samochodowe ciężarowe o maksymalnej masie całkowitej powyżej 3,5 t i maksymalnej mocy silnika do 75 kW pojazdy samochodowe ciężarowe o maksymalnej masie całkowitej powyżej 3,5 t i maksymalnej mocy silnika od 75 do 150 kW pojazdy samochodowe ciężarowe o maksymalnej masie całkowitej powyżej 3,5 t i maksymalnej mocy silnika powyżej 150 kW samochody osobowe i pojazdy samochodowe ciężarowe o maksymalnej masie całkowitej do 3,5 t z silnikami o ZS z bezpośrednim wtryskiem paliwa autobusy i pojazdy samochodowe ciężarowe przeznaczone do jazdy terenowej o maksymalnej mocy silnika do 150 kW autobusy i pojazdy samochodowe ciężarowe przeznaczone do jazdy terenowej o maksymalnej mocy silnika powyżej 150 kW

70 73 74 77 80 82 83 77 78 79 80 83 78 79 81 83 84 +1 +1 +2

Dopuszczalne poziomy hałasu wewnątrz pojazdu L_dop określone w PN-90/S-04052

Rodzaj pojazdu mechanicznego	Ldop [dB(A)]
samochody osobowe z silnikami chłodzonymi powietrzem o pojemności skokowej powyżej 750 cm^3 i silnikami chłodzonymi cieczą samochody osobowe z silnikami chłodzonymi powietrzem o pojemności skokowej do 750 cm^3 autobusy międzymiastowe dalekobieżne i turystyczne autobusy międzymiastowe lokalne i miejskie pojazdy samochodowe ciężarowe	81 83 83 86 86

Normy i metody pomiaru wibracji

Ochronie środowiska i człowieka przed wibracjami poświęcony jest cały szereg norm międzynarodowych (ISO) i Polskich (np. PN-85/B-02170, PN-73/E-06020, PN-83/N-01352, PN-83/N-01353, PN-83/N-01354). Normy te m. in. określają dopuszczalne wartości szczytowe i skuteczne przyspieszeń drgań pionowych i poziomych powierzchni (w m/s²), z którymi może zetknąć się człowiek w zależności od częstotliwości tych drgań i od czasu oddziaływania na człowieka. Najczęściej stosuje się wartości skuteczne, gdyż są one proporcjonalne do mocy lub energii zjawisk wibracyjnych.

Rys. 13. Dopuszczalne wartości skuteczne przyspieszeń drgań

Ograniczanie zawartości substancji toksycznych w spalinach. Napędy i paliwa alternatywne.

Najważniejszym sposobem ograniczania emisji substancji toksycznych jest stopniowe zaostrzanie i rozszerzanie wymagań w zakresie emisji substancji toksycznych (CO, CO₂, HC, SO_X, NO_X, pyłów, sadzy) z silników napędzających maszyny. Główne tendencje w tej dziedzinie są następujące:

• ujednolicenie przepisów dotyczących norm i badań dla silników o ZS i ZI,

• opracowanie i wprowadzenie nowych rodzajów badań w celu uzyskania możliwości badania emisji związków toksycznych w nieustalonych warunkach pracy silnika,

• podawanie norm w g/kWh (lub g/km), co umożliwi porównywanie testów,

• wprowadzenie badań z wykorzystaniem testów prowadzonych na hamowniach podwoziowych,

• zastąpienie norm dymienia przez normy emisji cząstek stałych,

• konieczność znacznego obniżenia zużycia oleju silnikowego (ze względu na fakt, że 20 do 30 % cząstek stałych pochodzi ze spalania oleju),

• wprowadzenie paliwa niskosiarkowego (o zawartości siarki poniżej 0,05 %),

• wprowadzenie norm ograniczających zawartość w spalinach niektórych związków o największej toksyczności z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych.

Bardzo ważne jest wprowadzanie materiałów eksploatacyjnych o polepszonych właściwościach ekologicznych, a w szczególności:

• zastąpienie etylin z dodatkiem ołowiu przez bezołowiowe z innymi dodatkami zabezpieczającymi przed zagłębianiem przylgni i wypalaniem zaworów,

• wprowadzenie olejów superniskosiarkowych,

• uszlachetnianie paliw przez dodawanie do nich dodatkowych substancji chemicznych w celu polepszenia osiągów silnika oraz obniżenia emisji zanieczyszczeń gazowych spalin (poprzez przyspieszenie reakcji przedpłomiennych, hamowanie spiekania cząsteczek sadzy między sobą i obniżenie temperatury samozapłonu sadzy, ułatwiające ich dopalanie, oddziaływanie katalityczne na proces spalania przyspieszające utlenianie paliwa, oddziaływanie katalityczne przyspieszające rozkład cząsteczek wody na jon wodorowy i rodnik wodorotlenowy, które przyspiesza utlenianie węgla),

• wdrożenie technologii otrzymywania ekologicznych (czystych) paliw alternatywnych (clean fuel), tzw. odnawialnych, gazowych (wodoru - praktycznie nieograniczone zasoby i brak tlenków węgla i siarki w produktach spalania, gazu ziemnego, fermentacyjnego, otrzymywanego w wyniku gazyfikacji węgla lub drewna) i ciekłych (olejów roślinnych i z łupków bitumicznych, alkoholi, paliw syntetycznych i otrzymywanych w wyniku rafinacji węgla kamiennego), czy wręcz napędów elektrycznych i hybrydowych (spalinowo-elektrycznych),

• wdrożenie technologii otrzymywania ekologicznych, biodegradowalnych olejów silnikowych, obniżających jednocześnie zużycie paliwa i emisję szkodliwych składników spalin, czyli np. olejów o obniżonej zawartości związków fosforu (do maks. 0,1 %) i związków chlorowo-aromatycznych (do maks. 5 ppm),

• wprowadzenie nietoksycznych płynów hydraulicznych stosowanych w pojazdach (np. glikolu propylenowego zamiast glikolu etylenowego w układach hamulcowych),

• wynalezienie i wdrożenie czystych technologii utylizacji materiałów eksploatacyjnych, np. wyselekcjonowanie lub wyprodukowanie przez inżynierię genetyczną mikroorganizmów odżywiających się odpadami.

Pożądane jest preferowanie rozwiązań konstrukcyjnych maszyn nie korzystających z toksycznych i toksykogennych substancji w przeciągu całego życia maszyny od konstruowania przez produkcję i eksploatację aż do złomowania i utylizacji. Etap konstruowania maszyny powinien uwzględniać kryteria funkcjonalności, ekonomiczności i ekologiczności (np. w celu ograniczenia zużycia paliwa przez maszynę należy dążyć do maksymalnego możliwego zmniejszenia jej masy, np. przez zastępowanie metali przez lekkie, superwytrzymałe, powtórnie przetwarzalne tworzywa sztuczne). Proces produkcji, począwszy od pozyskania surowca ze środowiska, przez kolejne fazy jego przerobu i wyrobu poszczególnych części aż do montażu gotowej maszyny, powinien być procesem o małej energochłonności i toksyczności dla środowiska, w tym o małej ilości odpadów. Eksploatacja maszyny powinna cechować się niskim zużyciem paliwa, olejów i innych płynów eksploatacyjnych (które oczywiście powinny być nietoksyczne i biodegradowalne) oraz małą energochłonnością i toksycznością procesów obsługowo-naprawczych. Wreszcie bardzo ważny jest proces odzyskiwania zużytych materiałów eksploatacyjnych i elementów konstrukcyjnych w celu znacznego ograniczenia odpadów.

Należy wdrażać nowe konstrukcje maszyn, posiadające systemy recyrkulacji i oczyszczania spalin (filtracyjne lub katalityczne termiczne lub chemiczne), silniki o wysokiej sprawności (np. z uwarstwianiem ładunku w komorach spalania czy z ładunkiem homogenicznym, z wydajniejszymi układami chłodzenia i ogrzewania dającymi bardzo krótkie czasy nagrzewania silnika, doładowane z chłodnicami powietrza doładowującego, o zmniejszonym tarciu wewnętrznym i zmniejszonej bezwładności mas ruchomych, z układami pomocniczymi i osprzętem napędzanymi elektrycznie itp.) czy napędzane napędami niekonwencjonalnymi. Koncepcja nowoczesnej maszyny „inteligentnej” napędzanej silnikiem spalinowym obejmuje elektroniczne sterowanie procesem podawania paliwa i powietrza (np. doładowania) i zmian faz rozrządu w zależności od obciążenia silnika i warunków otoczenia (ciśnienia atmosferycznego, temperatury i wilgotności powietrza), elektroniczne sterowanie automatycznymi zmianami przełożenia czy układ kontroli prędkości pojazdu.

Wszystkie wymienione wyżej działania trzeba nadzorować, więc istnieje potrzeba opracowania i wprowadzenia systemu kontroli i oceny jakości oraz dopuszczania do obrotu maszyn i środków eksploatacyjnych produkowanych w kraju i z importu, np. organizowania laboratoriów kontrolujących jakość paliw i pozostałych płynów eksploatacyjnych.

Ponieważ wszystko w końcu sprowadza się do problemu opłacalności nie tylko globalnej i długookresowej, ale też i indywidualnej i codziennej to należy wspierać wszelkie inicjatywy mające na celu podniesienie wiedzy i kultury technicznej i ekologicznej w zakresie doboru i stosowania różnych środków oraz ich wpływu na środowisko, wprowadzać bodźce ekonomiczne dla producentów maszyn, paliw, smarów i środków eksploatacyjnych o poprawionych właściwościach ekologicznych lub poprawiających te właściwości i wreszcie wprowadzać zachęty finansowe dla posiadaczy maszyn niskoemisyjnych.

Kultura obsługiwań maszyn

Należy wszelkimi sposobami zwiększyć kulturę techniczną i ekologiczną na wszystkich etapach eksploatacji maszyn poprzez wspieranie wszelkich inicjatyw mających na celu podniesienie wiedzy i kultury technicznej w zakresie doboru i stosowania różnych środków eksploatacyjnych oraz ich wpływu na środowisko Szeroko rozumiana kultura eksploatacyjna urządzeń obejmuje ostrożne i przemyślane postępowanie z aktualnie użytkowanymi substancjami eksploatacyjnymi i częściami wymiennymi w czasie ich uzupełniania, wymiany, regeneracji i utylizacji, szczególnie tymi, które mogą zanieczyścić środowisko, czyli olejami silnikowymi i przekładniowymi, płynami hamulcowymi i chłodniczymi, akumulatorami i wkładami filtracyjnymi. Prawidłowe postępowanie z płynami eksploatacyjnymi polega przede wszystkim na zlewanie zużytych płynów do pojemników a nie na podłoże i oddawanie ich do zakładów przetwórczych i na ostrożnym napełnianiu świeżymi płynami zbiorników (przez lejek) bez ich rozlewania na elementy maszyny. Prawidłowe postępowanie ze zdemontowanymi z maszyn elementami, np. wkładami filtracyjnymi, polega między innymi na takim ich przechowywaniu, aby deszcze nie wymywały z nich zanieczyszczeń do gleby itp. Postępowanie z paliwami i olejami powinno uwzględniać:

• zlikwidowanie przestrzeni gazowej zbiorników i cystern poprzez napełnianie ich w ok. 90 % (zmniejszanie objętości przestrzeni do nasycania parami paliw) lub stosowanie tzw. pływających dachów (ograniczenie powierzchni parowania),

• stosowanie odblaskowych powłok malarskich odbijających promienie słoneczne i odpowiedniego izolowania cieplnego zbiorników,

• regularne przeglądy i regulowanie zaworów oddechowych zbiorników,

• przepompowywanie mps między zbiornikami w jak najkrótszym czasie,

• stosowanie specjalnych systemów kontrolno-alarmujących wykrywających wycieki,

• stosowanie szczelnych nawierzchni pod punktami nalewczo-przelewowymi (spustowymi), na stanowiskach mycia beczek itd.,

• posadawianie zbiorników magazynowych na fundamentach uszczelnionych np. folią z tworzywa sztucznego odpornego na produkty naftowe,

• rekultywowanie gruntów skażonych mps,

• stosowanie odpowiednio dobranego, optymalnego systemu oczyszczającego ścieki oraz stosowanie nowoczesnych i hermetycznych procesów technologicznych, zabezpieczających przed niekontrolowanym zanieczyszczeniem środowiska naturalnego.

Ograniczanie emisji hałasu przez maszyny

Bardzo ważnym, o ile nie najważniejszym sposobem ograniczania emisji hałasu jest stopniowe zaostrzanie i rozszerzanie wymagań w zakresie emisji hałasu z maszyn.

Ograniczenie hałasu generowanego przez środki transportu do środowiska można uzyskać albo przez ich odgrodzenie od środowiska albo przez wyciszenie samych tych środków.

Pierwszy sposób polega na zastosowaniu osłon akustycznych arterii komunikacyjnych, dworców lotniczych i kolejowych, przystani i portów, parkingów samochodowych. Osłonami mogą być parawany dźwiękochłonne, nasypy ziemne lub szpalery wysokiej roślinności (np. drzew). Można też, szczególnie w dużych skupiskach ludzkich, prowadzić arterie komunikacyjne pod ziemią. Dodatkowo dąży się do budowania dróg kołowych i szlaków kolejowych oraz lotnisk z dala od obiektów mieszkalnych, gospodarczych i przemysłowych.

Drugi sposób może polegać albo na polepszaniu jakości dróg kołowych i kolejowych (np. tory bezstykowe zmniejszają hałas o 10-15 dB) albo na osłonięciu szczególnie hałaśliwych elementów pojazdów (np. silnika) lub innych zmianach konstrukcyjnych, mających na celu zmniejszenie mocy akustycznych źródeł hałasu. Przykładami mogą być konstrukcje bardziej aerodynamiczne, lepiej wyrównoważone, lepiej pasowane, o mniejszych obciążeniach dynamicznych, ze sprawniejszymi tłumikami wydechu z silników itp. Niestety pewne źródła hałasu są nie do wyeliminowania. Przykładem mogą być koła samochodów współpracujące podczas jazdy z nawierzchnią drogi, dla których duże podciśnienia w strefie odrywania toczącego się koła od nawierzchni powodują przy jeździe z dużą prędkością bardzo głośne hałasy.

Rozwój ogólnodostępnych systemów komunikacyjnych. „Inteligentne” systemy kierowania ruchem pojazdów

Gwałtowny wzrost taboru samochodowego oraz nienadążający za nim rozwój infrastruktury komunikacyjnej powodują zmniejszenie płynności ruchu, czego szczególnym przejawem są korki drogowe. Występują one coraz powszechniej nawet na autostradach a w miastach są prawdziwą zmorą. Jak ważny jest to problem świadczą następujące dane statystyczne:

- przeciętny mieszkaniec metropolii europejskich traci z powodu korków 45 minut dziennie, a wszyscy mieszkańcy Paryża w ciągu dnia spędzają ok. 7 mln godzin w korkach,

- średnie prędkości ruchu pojazdów w miastach wynoszą:

- duże miasta USA - 16 km/h,

- Londyn - 14 km/h,

- Paryż - 11 km/h,

- Ateny - 8 km/h.

Tak powolny ruch jest oczywiście przyczyną nadmiernego wytwarzania przez pojazdy substancji toksycznych będących produktami niecałkowitego spalania paliwa (wzrost zużycia paliwa, praca silników na biegu jałowym i częste zwiększanie obciążenia przy ruszaniu z miejsca). Konieczne jest więc systemowe ujęcie transportu, obejmujące transport indywidualny, publiczny i towarowy, lądowy (kołowy i szynowy), wodny i powietrzny, ruch rowerowy i pieszy.

Najlepszym środkiem ograniczenia liczby źródeł zanieczyszczeń jest ograniczenie ruchu pojazdów prywatnych na rzecz przejazdów i przewozów towarowych środkami komunikacji publicznej, szczególnie szynowej (koleje, metro, tramwaje). W niektórych krajach, np. Szwajcarii, już teraz istnieje wymóg tranzytowego przewozu koleją ciężarówek lub pojazdów nie spełniających norm emisji związków toksycznych lub hałasu. Transport kolejowy emituje osiem razy mniej zanieczyszczeń niż transport samochodowy (uwzględniając pracę elektrowni) i zajmuje dziesięć razy mniej powierzchni (powierzchnia szlaków kolejowych, lokomotywowni i dworców z jednej strony i autostrad, dróg, ulic i parkingów z drugiej strony). Ponadto sześć razy mniej ludzi jest narażonych na hałas generowany przez koleje niż przez samochody. Najnowszym podejściem do masowych, długodystansowych przewozów towarowych jest transport bimodalny, w którym możliwe jest transportowanie drogowych naczep kontenerowych drogami kołowymi za pomocą ciągników siodłowych lub w całości torami kolejowymi na wózkach kolejowych (naczepa kontenerowa jest podparta z przodu i z tyłu na takich wózkach a jej koła wiszą nad torami). Zastąpienie kilkunastu ciągników siodłowych jedną lokomotywą spalinową lub elektryczną da w efekcie znaczne zmniejszenie skażenia środowiska oraz zmniejszenie natężenia ruchu na drogach.

Większość obecnego ruchu drogowego stanowi transport towarów, dlatego ważne jest lepsze wykorzystanie jego możliwości przewozowych. Można to osiągnąć przez likwidację pustych przebiegów, pełniejsze wykorzystanie ładowności, planowanie optymalnych tras przejazdowych itp. Przedsięwzięcia te powinny przynieść zauważalne zmniejszenie długodystansowego ruchu towarowego. W tym duchu na przełomie lat 80- i 90-tych w WP opracowano system przewozów zcentralizowanych.

Aktualnie trwają prace nad „inteligentnymi” systemami kierowania ruchem pojazdów, szczególnie w dużych miastach, w celu integracji ruchu drogowego w kompletny i spójny system komunikacyjny uwzględniający transport indywidualny, publiczny i towarowy oraz ruch rowerowy i pieszy, co pozwoli na wyeliminowanie (czy tylko ograniczenie) korków drogowych i zwiększenie płynności ruchu (w Europie programy PROMETHEUS (Programe for an European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedended Safety - Program Europejskiego Ruchu Drogowego o Najwyższej Sprawności i Niespotykanym Bezpieczeństwie) i DRIVE (Deticated Road Infrastructure for Vehicle Safety in Europe), w Japonii program VICS, w USA program IVHS). Mają one połączyć pojazd, kierowcę i otoczenie oraz infrastrukturę systemu transportowego i mają być dla kierowcy inteligentnym zarządcą, organizatorem i pomocnikiem w jeździe. Wspomniany system PROMETHEUS powinien między innymi:

• ustalać pozycję pojazdu w oparciu o globalny system ustalania pozycji GPS (Global Positioning System),

• wykrywać i ostrzegać kierowców o przeszkodach (system kamer i tablic informacyjnych),

• polepszać widoczność („dynamiczne” oświetlenie dróg),

• kontrolować jazdę samochodów (prędkość, trzymanie się pasa ruchu itp.) i skrzyżowania oraz ostrzegać kierowców o zagrożeniach (np. podawać wartość zalecanych przez system prędkości dla zachowania płynności jazdy),

• planować optymalne trasy do różnych punktów terenowych,

• zarządzać parkingami,

• zapewniać współpracę z komunikacją publiczną,

• podawać informacje o stacjach serwisowych, paliwowych, motelach itp.

Recykling materiałów w przemyśle samochodowym

Równie ważnym problemem jak produkcja i eksploatacja pojazdów jest kasacja wycofywanych z ruchu pojazdów. Całkowity cykl od uruchomienia produkcji pojazdów do ich złomowania powinien być obiegiem zamkniętym, z wykorzystaniem materiałów ze złomowanych pojazdów (tj. metali (żelaza, miedzi, aluminium, ołowiu, platyny, rodu), szkła, gumy, tworzyw naturalnych i sztucznych (z tapicerek, foteli itp.)) oraz materiałów służących do ich produkcji (np. wody - konieczność stosowania obiegów zamkniętych) do produkcji nowych pojazdów.

W przeszłości złomowane samochody gromadzono na składowiskach, gdzie po demontażu niewielu elementów (np. opon) poddawano je zgniotowi. Sprasowane pakiety były następnie przetapiane w temperaturze ok. 2000^oC, co powodowało całkowite wypalenie części z gumy i tworzyw sztucznych (ich zmarnotrawienie i emisja silnie toksycznych spalin). Otrzymywana stal o przypadkowym składzie nie nadawała się do produkcji nowych pojazdów i była wykorzystywana między innymi w budownictwie jako pręty zbrojeniowe do żelazobetonu.

Wzrost liczby pojazdów oraz wzrost udziału tworzyw sztucznych w ich całkowitej masie spowodowały podjęcie prac nad technologiami umożliwiającymi ponowne użycie materiałów uzyskanych z demontażu wycofywanych z ruchu pojazdów. Szacuje się, że w samej Unii Europejskiej corocznie wycofuje się z eksploatacji kilkanaście milionów samochodów (za dużo jak na możliwości skupu w Polsce). Sprawami recyklingu zajmuje się tam agenda EGAR (European Group of Automotive Recycling Associations).

Pełny recykling obejmuje:

1. wysokowartościowy recykling części i podzespołów pojazdów, cechujących się wysoką trwałością (np. części zespołów napędowych) na części zamienne (high-grade recycling),

2. recykling surowców - części, które nie mogą być wykorzystane w całości przetwarzane są na surowce,

3. recykling chemiczny lub energetyczny - części, które mogą być wykorzystane w całości lub przetworzone są na surowce wykorzystuje się chemicznie lub w celu uzyskania energii.

Szacuje się, że obecnie około 25 % materiałów z nowoczesnych samochodów u przodujących producentów nie jest dalej przetwarzane lub wykorzystywane - są to głównie szkło (głównie klejone warstwowe szyby), elastomery, płyny i oleje.

Demontaż pojazdu poprzedza usunięcie z niego wszystkich płynów eksploatacyjnych (paliwa, olejów silnikowego, przekładniowych i amortyzatorowych, płynów hamulcowych i chłodniczych, elektrolitu itd.). Właściwy demontaż samochodu polega na podziale jego części składowych na grupy materiałowe: metale, tworzywa sztuczne (plastiki), tapicerka i fotele, gumy, wiązki przewodów elektrycznych i szkło.

• Każdy z płynów eksploatacyjnych jest magazynowany w oddzielnych zbiornikach a następnie przekazywany do przemysłu rafineryjnego lub chemicznego w celu odnowienia lub zneutralizowania. W wyniku recyklingu chemicznego z przepracowanych olejów uzyskuje się wodę (ok. 10 %), olej napędowy (ok. 12 %), wrzecionowy (ok. 25 %), maszynowy (ok. 25 %) i silnikowy (ok. 15 %) oraz pozostałość (ok. 13 %) zawierającą wielocząsteczkowe polimery i metale.

• Złom metalowy po rozdrobnieniu w odpowiednich maszynach jest magnetycznie segregowany na złom stalowy (ferromagnetyczny) i metali kolorowych (ołowiu z akumulatorów, platyny i rodu z katalizatorów, miedzi z przewodów elektrycznych, aluminium z elementów konstrukcyjnych). Bardzo duże znaczenie ma zwłaszcza recykling katalizatorów, gdyż zawierają one między innymi platynę i rod, czyli metale bardzo rzadkie w przyrodzie, a wszystkie nowe pojazdy, produkowane w olbrzymiej masie, muszą mieć katalizatory i z kądś tą planynę i rod trzeba czerpać.

• Tworzywa sztuczne (również izolacje przewodów elektrycznych) są odpowiednio znakowane, co umożliwia ich segregację i dalsze przetwarzanie w recyklingu surowców, chemicznym i energetycznym.

• Tapicerki i wykładziny wewnętrzne samochodów (drzwiowe, podłogowe, sufitowe itp.), po zmieleniu, są ponownie wykorzystywane na takie same wykładziny. Podobnie włókna kokosowe z foteli. Pianka poliuretanowa z foteli jest wykorzystywana do produkcji materiałów głusząco-tłumiących w nowych pojazdach.

• Guma z wszystkich połączeń elastycznych i uszczelnień, a przede wszystkim z ogumienia jest przede wszystkim wykorzystywana w recyklingu energetycznym (spalana), choć ostatnio jest także mielona i wykorzystywana jako materiał tłumiący przy produkcji materiałów budowlanych.

• Szkło z szyb samochodowych (warstwowych, klejonych, hartowanych, barwionych, lakierowanych, z powłokami ceramicznymi i galwanicznymi (grzewczymi)) jest bardzo trudne do ponownego wykorzystania w przemyśle samochodowym i wykorzystuje się do produkcji butelek i naczyń szklanych.

21

---