Чем мы дышим в пробках?

Забавно получается: мы стремимся жить в экологически чистом районе, подальше от заводов и с правильной розой ветров. А еще лучше – за городом.

А потом садимся в машину и едем в городской офис, дыша смесью выхлопных газов. Не получается ли, что вред от сорокаминутной поездки по городу больше, чем от проживания в самом городе? Ведь автомобиль – это своеобразный микрокосмос, который находится в эпицентре источника выхлопных газов.

В последнее время чаще простужаетесь? Появились признаки аллергии? Бывает, кашляете? За рулем – чувство усталости? Все это может быть симптомом отравления в автомобиле.

Совместно с аккредитованной лабораторией мы проверили качество воздуха вдоль дорог. Итак, чем пахнет автомобильный поток, а главное, есть ли способ защититься? Забегая вперед, скажем, что есть.

Объективно

Измерительная лаборатория на базе «Газели» определяла содержание семи компонентов, характерных для автомобильных выбросов: угарного газа (СО), оксидов азота (NO и NO2), диоксида серы (SO2), сажи, керосина и бензина. Забор проводился в течение 20 минут, как того требуют нормативы.

Измерения проводили в девяти точках города-миллионника около дорог, а также близ лесопарковой зоны и во дворе. Замеры делали либо во время утреннего часа пик (с 8:00 до 9:00) либо вечером (в районе 17:00-18:00).

Содержание SO2, сажи, керосина и бензина почти во всех пробах были ниже пределов измерения приборов, говоря народным языком – ноль. Единственное исключение: в одном случае был зафиксировали 0,13 мг/куб. м сажи при норме не более 0,15 мг/куб. м.

Несколько хуже обстояли дела с пресловутым СО и оксидами азота. Они присутствовали практически во всех пробах. В двух содержание СО было выше предельно допустимых концентраций (ПДК), один раз – практически на грани. Одна проба дала превышение ПДК по окислам азота NO, две – едва уложились в значения по NO2.

«Худшая» проба была взята на обочине дороги, зауженной из-за строительных работ, что привело к образованию серьезной пробки. Самый чистый воздух, как и предполагалось, оказался во дворе жилого дома, на втором месте – тихая улица, которая идет вдоль забора парка.

Содержание вредных веществ в воздухе около дорог с разной интенсивностью движения

Дышать или воздержаться?

Из семи проб, сделанных вдоль оживленных магистралей, только две показали превышение концентрации вредных веществ. Получается, в автомобильном потоке можно дышать без особой опаски? Если разобраться в вопросе – не совсем.

Приборы осредняли значения за 20 минут – этого требуют стандарты. Однако мгновенные концентрации угарного газа СО иной раз показывали четырехкратное превышение ПДК. В этом особенность автомобильных выхлопов: они образуют отравленные «облачка», внутри которых концентрация вредных веществ крайне высока. Эти облачка разбавляются свежим воздухом, сдуваются ветром, поэтому средние значения зачастую ниже мгновенных.

Но представьте, что система вентиляции вашего автомобиля засосала такое облачко в салон: в этом случае опасная концентрация может сохраняться значительно дольше. Этот факт подтверждают многие исследования по всему миру: салон автомобиля, словно лупа, усугубляет проблему загрязнения воздуха.

Во время исследования нам удалось поймать лишь одну полноценную пробку, кроме того, мы измеряли значения рядом с потоком, а не в его эпицентре. Так что есть основания считать полученные результаты заниженными.

Исследования столичного «Мосэкомониторинга» показывают, что концентрация вредных веществ в тамошних пробках может превышать 10 ПДК! А по данным Роспотребнадзора, за последние десять лет доля неудовлетворительных проб воздуха вблизи магистралей колебалась от 12 до 19%, то есть каждая пятая-восьмая проба не удовлетворяла нормам.

А что это вообще значит? Мы сравнивали измеренные значения с мгновенной разовой ПДК (ПДК м.р.). Считается, что уровень ПДК м.р. безопасен для вдыхания в течение 20-30 минут. Но чем дольше вы едете, тем ниже допустимые значения концентрации вредных веществ. К примеру, если мгновенная разовая ПДК для окисла азота NO составляет 0,2 мг/куб. м, то среднесуточная – в пять раз меньше.

Практически все исследования качества воздуха в пробках несут печать условности. Понятно, что вред для здоровья зависит от множества параметров: состояния локального автопарка, метеорологических условий, маршрута движения, организма самого человека.

Более того, какой-то четкой зависимости риска возникновения опасных заболеваний от количества часов, проведенных в пробках, вы не найдете – слишком многофакторное уравнение получается.

Однако наше исследование пришло как минимум к двум выводам: концентрация вредных веществ вблизи магистралей повышенная, и уровень в ряде случаев – больше предельно допустимого. Значит, влияние на здоровье людей неизбежно.

Чем опасны выхлопные газы?

В них находится целый «букет» нежелательных веществ, от сложной органики до простых, но не менее вредных соединений, вроде СО – угарного газа.

Некоторые вредные составляющие в выхлопных газах

Действие СО комментирует начальник отдела надзора по коммунальной гигиене управления регионального отделения Роспотребнадзора Галина Романова:

«Кратковременное воздействие угарного газа таково, что в крови образуется карбоксигемоглобин, и перенос кислорода к тканям затруднен, как следствие – сердечно-сосудистая система работает с повышенной нагрузкой, а ткани испытывают кислородное голодание. Возможны тошнота, головокружение, а если воздействие постоянное – то расстройство сердечно-сосудистой системы, ведь кислородное голодание нарушает все обменные процессы».

Угарный газ относится к четвертому классу опасности (умеренно опасен), но именно он повинен в большинстве смертей от отравления выхлопными газами, ведь его содержание может быть очень высоким. За характерный цвет покрова у трупов медики называют явление «розовой смертью»: кожу жертв окрашивает ярко-красный карбоксигемоглобин, которым насыщается кровь при реакции угарного газа с гемоглобином.

Этот газ нельзя учуять или увидеть, а при сильных отравлениях в первую очередь наступает сильная слабость, которая не позволяет выбраться на свежий воздух: человек теряет сознание и умирает. Случались прецеденты, когда люди травились угарным газом от выхлопа собственных автомобилей, ночуя в них.

Конечно, при обычной езде содержание СО недостаточно для сильных отравлений: к примеру, если пересчитать ПДК м.р. в проценты, получится 0,0004%, тогда как смерть наступит при вдыхании в течение часа-двух воздуха с содержанием СО на уровне 0,1%. И все-таки этот газ влияет на кислородный обмен даже в малых концентрациях, так что сказывается на здоровье при длительном «употреблении».

А окислы азота еще хуже: NO относится к третьему классу опасности, NO2 – ко второму (высокоопасные вещества). На воздухе они могут превращаться друг в друга, но сумма остается постоянной, поэтому иногда говорят о суммарном содержании окислов азота, обозначая их NOx.

Окислы азота несут прямой вред здоровью, влияя на органы дыхания. Но кроме прочего, они участвуют в образовании других вредных веществ: азотной кислоты (а с ней появляются кислотные дожди и нитраты в почвах), токсичного фотохимического смога, и главное – озона. Последний газ известен нам, как защитник планеты от от ультрафиолета, и в тропосфере он действительно необходим. А вот при непосредственном вдыхании озон является газом первого класса опасности (чрезвычайно опасные вещества). Он выводит из строя дыхательную систему и вызывает ряд сердечно-сосудистых заболеваний.

Мы исследовали далеко не все опасные вещества. Выхлопные газы могут содержать огромное количество углеводородных соединений, к примеру, формальдегид и бензапирен, который относится к первому классу опасности и является типичным канцерогеном, склонный к биоаккумляции (накоплению в организме).

Практические советы

Наверное, единственный радикальный способ снизить воздействие выхлопных газов на обитателей салона – вовремя включать режим рециркуляции воздуха. Соответствующий переключатель есть даже у «Жигулей», а у иномарок – поголовно. В этом случае система вентиляции гоняет воздух внутри салона, не используя забор извне.

Объем салона автомобиля – 3-5 кубометров, и этого достаточно для дыхания двух человек в течение как минимум часа. Так, по данным американской организации OSHA (аналог нашего Минздрава), содержание кислорода в воздухе менее 19,5% представляет опасность для водителей из-за снижения концентрации внимания и зрительно-моторной координации. Скажем, для машины с объемом салона 3000 л (автомобиль В-класса) при двух обитателях салона такое падение кислородосодержание будет достигнуто через 1,5 часа поездки.

Правда, совет «включать рециркуляцию» не вполне подходит для владельцев машин без кондиционера – летом может быть слишком жарко, зимой выдыхаемые пары воды приведут к запотеванию стекол. В этом смысле кондиционер – не только средство комфорта, но и способ оградить себя от загрязненного воздуха в пробках.

Спасают ли салонные фильтры, которые стоят на большинстве иномарок? Спасают, но не все. Бумажные фильтры улавливают частицы размером 1-5 микрон, и борются с пылью, аллергенами и бактериями, однако свободно пропускают в салон вредные газы.

А вот угольные фильтры эффективно борются с окислами азота, углеводородами, парами спиртов, частично – с формальдегидом. Главный минус активированного угля в том, что он не улавливает угарный газ СО, и порой создает обманчивое впечатление чистого воздуха, ведь СО не имеет запаха. Тем не менее качественные угольные фильтры – большое подспорье в борьбе за качество салонного воздуха, хотя включать рециркуляцию в пробках мы рекомендуем все равно. Стоимость угольного фильтра – 600 – 1300 рублей.

Эффективность угольных фильтров падает по мере загрязнения, так что менять их нужно регулярно: обычно раз в год или через 10-15 тысяч километров. Некоторые жалуются, что установка угольных фильтров «душит» систему вентиляции и не обеспечивает достаточного потока воздуха. Тут, скорее, речь идет о некачественных изделиях.

Некоторые дорогие иномарки имеют системы автоматического включения рециркуляции по сигналу от встроенного датчика, анализирующего состав забортного воздуха. В этом случае на кнопке рециркуляции обычно нанесена литера А.

Пара слов о пешеходах: специалисты рекомендуют не ходить в непосредственной близости от дорог. Автомобильные выхлопы обладают низкой «дальнобойностью», поэтому зеленые насаждения или газоны способны снизить концентрацию вредных веществ на тротуаре в несколько раз. А бег или езда на велосипеде вдоль обочины – это медленное самоубийство.

Дети более чувствительны к воздействую вредных веществ и находятся в зоне риска из-за малого роста: вредные вещества накапливаются в приземном слое. Поэтому, переходя дорогу, берите ребенка на руки.

Когда воздух на дорогах хуже?

Например, в летний солнечный день, когда солнечное излучение преобразует окислы азота и другие компоненты выхлопа в крайне опасный озон и фотохимический смог. Вы и сами ощущаете, что в жаркий день гарь от автомобильной пробки кажется особенно ядовитой.

Разбавлению выхлопных газов способствует ветер, поэтому наиболее вредны пробки в штиль.

Автомобиль выбрасывает тем больше выхлопных газов, чем больше его скорость или ускорение. Но выхлопные газы в основном состоят из безвредных паров воды, углекислого газа, азота. А вот если говорить об опасных компонентах, то их выбросы тем больше, чем медленнее движется поток – такой вот странный парадокс.

Например, концентрация угарного газа достигает пика при работе автомобиля на холостом ходу, что особенно характерно для машин без каталитических нейтрализаторов. Ведь холостой ход сопряжен с нестабильным смесеобразованием и горением топлива в цилиндрах даже отрегулированного мотора, а отсюда – выбросы продуктов неполного сгорания. Даже в правилах техосмотра наиболее «вольные» допуски к концентрации СО и углеводородов в выхлопе предъявляются при работе мотора на холостых оборотах. Аналогичные зависимости действуют для выбросов углеводородов.

С окислами азота, правда, наоборот: их количество тем больше, чем сильнее нагружен мотор. Увеличению выбросов NOx способствует даже включение кондиционера на стоящей машине. Так что плотный и быстрый поток также таит в себе угрозу.

И все же именно пробках воздух отравлен сильнее всего: помимо прочего, сказывается высокая концентрация автомобилей на единицу площади, а также слабое перемешивание воздуха из-за недостаточной скорости потока.

К примеру, по данным Мосэкомониторинга, строительство многоуровневой развязки, связывающей Нахимовский проспект, Варшавское и Каширское шоссе способно снизить площадь дорог, на которых достигается 10-кратное превышение ПДК, в 41 раз. Поток автомобилей в этом случае только вырастет, и казалось бы, экология должна пострадать, но положительный эффект достигается за счет того, что эти автомобили будут работать на менее грязных режимах. Так что большой вклад в экологию мегаполиса могут внести дорожные строители: виадуки и широкие улицы – это еще и здоровье.

Прогрев двигателя

Самый опасный выхлоп автомобили извергают в первые 5-10 минут после стоянки, причем касается это и старых экземпляров, и современных, с нейтрализаторами. Последние работают только при определенной температуре (500-600 градусов), поэтому в холодном состоянии пропускают всю «грязь».

Более того, прогрев автомобиля на холостом ходу обычно происходит дольше, чем в движении, и вокруг него образуется ядовитое облако. Претензии к соседу, который раскочегаривает свою «шушлайку» под вашими окнами, вполне обоснованы, хотя формально он ничего не нарушает.

Из экологических соображений в Европе запрещен прогрев машины на холостом ходу. Для России с ее суровыми зимами подобных требований нет, но, по крайней мере, делать это нужно не вплотную к жилым домам.

Перспективы?

Интересные данные нам предоставили в Роспотребнадзоре, который проводит регулярные исследования качества воздуха как в промзонах, так и на автомобильных магистралях крупного мегаполиса.

Доля проб воздуха с превышением ПДК в разные годы

Если уровень загрязнения близ предприятий за последние 11 лет снизился, то ситуация на автомагистралях осталась застойной. Правда, и это можно охарактеризовать как некоторый прогресс, ведь за последние десять лет автопарк России вырос примерно в полтора раза, а если брать только крупные города – еще сильнее. Эффект от «распухания» автопарка нивелирует его постепенная экологизация: выхлоп современных машин чище, чем у их «коллег» десять лет назад.

Проблема в том, что сколь бы экологически сознательными не были люди, они никогда не пересядут на «зеленые» машины добровольно. Никогда.

Почему? Потому что экологические автомобили гораздо дороже «обычных». По моим грубым прикидкам, в автомобиле стоимостью 500 тысяч рублей установлено экологических систем примерно на 50-80 тысяч рублей: это трехкомпонентные нейтрализаторы, кислородные датчики, сложные системы управления, системы рециркуляции выхлопных газов и т.д. Многие хай-тек новинки, вроде компактных турбомоторов с прямым впрыском, не появилось бы на свет без экологического давления. А конечным плательщиком за экологические удовольствия является потребитель.

Посему единственный способ озеленить автопарк – ввести государственное нормирование. Россия в этом вопросе идет по стопам Европы, но с отставанием примерно в 10 лет. В таблице ниже приведены рубежи, на которых нормы «Евро» вводились на Западе и у нас.

Даты введение норм «Евро» в Европе и России

* – предполагаемые

В России нормы «Евро» называются экологическими классами и регламентируются правилами ЕЭК ООН №83. Эко-класс своего автомобиля вы можете посмотреть в ПТС.

Каждая новая ступень ведет к существенному ужесточению технических требований. Так, нормы «Евро 2» – это прощание с карбюраторными моторами, которые плохо уживаются с каталитическими нейтрализаторами. Введение в России «Евро 2» стало одной из причин постепенной гибели «Оки» – не нашлось достаточно дешевого впрыскового мотора, и проект после ряда экспериментов с китайскими двигателями был закрыт.

Нормы «Евро 3» впервые оговорили содержание окислов азота в выхлопе (раньше они учитывались в сумме с углеводородами) и потребовали трехкомпонентных нейтрализаторов.

Требования норм «Евро» к выбросам автомобилей (в России – экологические классы)

Введение норм «Евро 4» в России планировалось в 2010 году, потом было отложено на два года, теперь – еще на год до 2013. Причина якобы в неудовлетворительном качестве топлива, ведь оно в России до сих пор удовлетворяет нормам «Евро 2» или «Евро 3» и резко перейти на четвертый стандарт нефтяники не в состоянии (да и с «Евро 3» возникли проблемы, вылившиеся в прошлогодний топливный кризис).

А для экологичных моторов качество топлива важно. К примеру, проходя через нейтрализатор сера вступает в реакцию с водородом, образуя ядовитый сероводород. Вы наверняка ощущали его характерный запах при движении задним ходом на машине – в салоне появляется «аромат» тухлых яиц. Поэтому нормы «Евро 4» оговаривают в 10 раз меньшее содержание серы, чем, например, «Евро 2», что позволяет нейтрализатору работать эффективнее.

Но если по нормам «Евро» мы постепенно догоняем Запад, то автопарк старых автомобилей – это экологическое ярмо на шее страны. По оценкам, примерно половина или 15 млн легковушек имеют возраст более 10 лет, ситуация с грузовиками и автобусами даже хуже.

Формально, экологичность автопарка должен контролировать техосмотр. Оставим в стороне тот факт, что многие проходят его через «знакомых», но сами по себе экологические требования к старым автомобилям невысоки. К примеру, для автомобиля 1983 года выпуска на ТО допускается содержание угарного газа в выхлопе на уровне 4,5%! Это очень много – в 11 тысяч (!) раз больше, чем мгновенные ПДК для человека, в 45 раз выше, чем смертельная концентрация. И если в салон вашего автомобиля натянуло выхлопных газов от стоящей впереди «копейки», причем, совершенно исправной, вы рискуете получить серьезное отравление, при определенном стечении обстоятельств – вплоть до смертельного исхода. А если она неисправна?

Те же правила техосмотра для машин с трехкомпонентными нейтрализаторами оговаривают уровень СО не более 0,5% (на холостых) или 0,3% (на повышенных оборотах), то есть в 9 – 15 раз ниже, чем для старых машин. Так что никакого единого стандарта экологичности для подержанных машин нет, да и быть не может.

Как экологические требования техосмотра соотносятся с нормами «Евро»? Никак. И единицы измерения, и режимы испытаний абсолютно разные, поэтому автомобиль, прошедший техосмотр, вовсе не обязан удовлетворять хоть каким-то нормам «Евро».

Добавив к этому «дырявость» техосмотра, получаем нынешнюю картину: основной вклад в загрязнение воздуха вносят старые машины. Справиться с ними не так просто, как кажется: на «раритетах» ездят социально необеспеченные слои населения, поэтому запретительные меры вызовут волну народного гнева. Остается ждать естественного ухода старых машин или стимулировать процесс за счет «пряников», вроде программы утилизации машин в возрасте более 10 лет.

Сейчас автомобильная экология России – это баланс двух противоборствующих явлений. На одной чаше весов – рост автопарка, интенсификация поездок и разрастание пробок. На другой – постепенное «озеленение» автомобилей, пусть и отстающее от европейских темпов. Судя по статистике, явления эти примерно равны по силе, так что пользоваться угольными фильтрами и кнопкой рециркуляции нам придется еще долго.

Интересные факты про автомобильную экологию

В Европе большое внимание уделяют выбросам углекислого газа СО2. Зачем? Он ведь безвреден для человека? СО2 относится к парниковым газам, то есть преобразует солнечный свет в тепло и способствует глобальному потеплению. В большинстве европейских стран налоги на автомобиль зависят от выбросов СО2 (косвенно они учитывают и расход топлива автомобилем). Также между европейскими автоконцернами есть соглашение о ежегодном сокращении выбросов СО2 по всему модельному ряду. Вот почему некоторые производители спорткаров, вроде Aston Martin и Porsche, увлеклись строительством малолитражек (Cygnet) и гибридов (Porsche 918).

Самый большой прорыв в «озеленении» автомобиля достигнут с массовым внедрением каталитических нейтрализаторов в конце семидесятых. Сначала они были двухкомпонентными (окислительными), превращая CO в СО2, а углеводороды – в воду и СО2. Потом появилась третья ступень, восстанавливающая окислы азота NОx – такие катализаторы называются трехкомпонентными. Поскольку процессы окисления и восстановления противоположны, возник ряд сложностей. К примеру, окисление СО идет эффективнее в присутствие кислорода, но для восстановления NОx избыточный кислород только во вред. Чтобы нейтрализатор работал эффективно, пришлось внедрять сложные системы управления мотором, которые «следят» за содержанием кислорода в отработавших газах.

При изготовлении нейтрализаторов используются ценные металлы, в частности, родий, палладий, платина, церий. Поэтому стоимость нейтрализаторов обычно превышает 30 тысяч рублей. Некачественное топливо, особенно со свинцом, большим количеством серы, магния, кремния или фосфора способно вывести нейтрализатор из строя. Очистке нейтрализатора от отложений помогает езда с большой нагрузкой на двигатель, правда, этот метод бессилен против свинцового «отравления».

Характерный запах тухлых яиц, который вы иногда ощущаете при движении задним ходом или около работающего автомобиля – это сероводород, ядовитый газ, который образуется в нейтрализаторе при наличии в топливе серы. Впрочем, это не обязательно означает, что топливо некачественное – стандарты допускают определенное содержание серы.

В России использование нейтрализаторов на новых автомобилях стало обязательным в 2006 году с введением первых норм «Евро 2».

Программа утилизации «автохлама» признана успешной – полмиллиона старых автомобилей россияне обменяли на сертификаты для покупки новых. Внесло ли это существенный вклад в экологичность автопарка? Вряд ли. Во-первых, 500 тысяч – это примерно 3% от общего числа машин в возрасте старше 10 лет. Во-вторых, по неофициальным данным, многие якобы утилизированные автомобили вернулись в оборот или были распроданы на запчасти.

Многие современные двигатели работают по «сверхэкологичным» циклам, поэтому иногда кажутся даже более медленными и «тупыми», чем их предшественники равной мощности. Скажем, особые настройки электронной педали газа позволяют снизить выбросы вредных веществ на разгоне, но делают акселератор «ватным». Некоторые решают эту проблему с помощью чип-тюнинга.

Эко-тенденция последних пяти лет – выпуск серийных электромобилей. Особенно в этом направлении преуспел концерн Renault-Nissan, который предлагает европейцам несколько интересных моделей, от классического гольф-классника Nissan Leaf до четырехколесного «скутера» Renault Twizzi. Кстати, темпы продаж электрических Renault Kangoo измеряются десятками тысяч автомобилей в год. В России официально продается лишь один электромобиль – Mitsubishi i-Miev, но ценник от 1,8 млн рублей (!) за машину размером с «Матиз» делает его скорее забавой для богатых, чем ответом на экологические проблемы.

Помимо выхлопных газов есть еще три способа отравиться в автомобиле. Опасность для здоровья представляет курение в замкнутом пространстве, бактерии на испарителе кондиционера (от них идет неприятный запах) и использование некачественной омывайки при включенном заборе воздуха: ее пары могут быть весьма вредны.

В начале 60-х допустимые выбросы углеводородов, СО и NOx в США составляли 5,7 г/км, 58 г/км, 2,2 г/км соответственно. Федеральный стандарт 2007 года ограничивает их на уровне 0,05 г/км, 2,1 г/км, 0,03 г/км. За сорок лет достигнуто снижение в десятки раз.