11.6. Экономия ресурсов на транспорте

Создание экономичного автомобиля. Среди различных видов

транспорта автомобиль занимает одно из ведущих мест. В XX в. автомо-

бильная промышленность выросла в гигантскую отрасль. Только за по-

446

следние 50 лет мировой автопарк увеличился более чем в 12 раз и превы-

сил 700 млн. машин. Сейчас ежегодно в мире выпускается более 40 млн.

машин. В Канаде, Германии, Италии, Франции, Японии, Великобритании

на 1000 жителей приходится 500—700 автомобилей, в США — около

800, в России — менее 150. Прогнозируется дальнейший рост мирового

автомобильного парка и в первой четверти XXI в.

Несколько десятилетий назад во всем мире производились автомоби-

ли без надлежащего учета экономичности. Топливо было недорогим и,

следовательно, не было стимулов его экономии. В середине 60-х годов

XX в. на мировом рынке появились небольшие экономичные автомобили

фирмы «Фольксваген». В следующем десятилетии началось массовое

производство автомобилей японскими производителями, которые в ре-

зультате сбора проектной, технологической и инженерной информации

создали высокоавтоматизированную и эффективную автомобильную

промышленность, способную выпускать экономичные и дешевые авто-

мобили.

Экономия топлива и достижение безвредного выхлопа требуют реше-

ния комплекса задач: повышение эффективности сгорания топлива, мо-

дернизация двигателя и других узлов автомобиля, использование очи-

щенного от вредных примесей топлива, уменьшение массы автомобиля,

антикоррозийная обработка деталей и узлов автомобиля, совершенство-

вание трансмиссионной системы, каталитическое обезвреживание вы-

хлопных газов и др. Повышение эффективности сгорания топлива обес-

печивает, например, электронное управление всеми стадиями процесса

сжигания смеси в рабочей камере. Все крупные автомобильные компа-

нии, особенно в последние годы, занимаются разработкой новых двигате-

лей с наиболее полным сгоранием топлива. Результаты таких разработок

налицо: современные автомобили ведущих фирм Европы и США выбра-

сывают в атмосферу в 10—15 раз меньше вредных веществ, чем автомо-

били 80-х годов XX в. Этому способствовало введение многоклапанной

системы газораспределения, впрыска топлива вместо карбюраторного

смесеобразования, электронного зажигания, автомата пуска и пр.

Выпускаемые автомобили становятся гораздо экономичнее. Напри-

мер, в США с 1986 г. легковой автомобиль стал в два раза экономич-

нее — потребление бензина на 100 км уменьшилось с 17,8 до 8,7 л. При-

менение сверхпрочных и вместе с тем ударогасящих материалов (глав-

ным образом современных композитов) позволяет уменьшить в 3 раза

массу автомобиля (до 470 кг). Обтекаемая форма повышает в 2—6 раз его

аэродинамические свойства. Лучшее качество покрышек при меньшей

массе автомобиля уменьшает их износ в 3—5 раз. Такой автомобиль по-

хож не на танк, а скорее на самолет.

447

Установлено, что электрический привод увеличивает экономичность

автомобиля на 30—50%, частично за счет регенерации 70% энергии на

торможение, ее временного накопления и затем повторного использова-

ния для ускорения и подъема в гору. Сочетание сверхлегких материалов с

электрическим приводом повышает экономичность автомобиля пример-

но в 5 раз. Подобный автомобиль будущего будет потреблять топлива

1,2—2 л на 100 км.

Многочисленные полимерные материалы, алюминиевые, высоко-

прочные стальные и другие сплавы способствуют уменьшению массы ав-

томобиля. Изготовление крупных деталей из полимерных материалов ме-

тодом литья под давлением, применение композиционных материалов с

волокнистой структурой для ведущего вала, керамический блок цилинд-

ров и т.п. — все это коренным образом изменяет не только технологию

изготовления автомобиля, но и его конструкцию и внешний вид. Только

«впитав» важнейшие естественно-научные достижения, выпускаемый

автомобиль будет наносить минимальный вред окружающей среде, ста-

нет экономичным и комфортабельным и, следовательно, конкурентоспо-

собным. Такие качества может обеспечить в современных условиях толь-

ко модернизация технической базы автомобильной промышленности,

что является необходимым условием для успешного развития промыш-

ленных предприятий, производящих не только автомобили, но и самоле-

ты, аудио- и видеотехнику, персональные компьютеры и т.п.

Автотранспорт и окружающая среда. Во многих больших горо-

дах — Берлине, Мехико, Токио, Москве, Санкт-Петербурге, Киеве и

др. — загрязнение воздуха автомобильными выхлопами и пылью состав-

ляет, по разным оценкам, от 80 до 95%. И люди вынуждены дышать та-

ким воздухом. Человек потребляет в сутки 12 м3 воздуха, автомобиль — в

тысячу раз больше. Например, в Москве автомобильный транспорт по-

глощает кислорода в 50 раз больше, чем все население города.

Бензиновый и дизельный транспорт потребляет значительную часть

нефтепродуктов. Средний КПД двигателя автомобиля — всего 23% (для

бензиновых двигателей — 20, для дизельных — 35%). Следовательно,

большая часть нефтепродуктов сжигается впустую и наносит вред окру-

жающей среде — идет на нагрев и загрязнение атмосферы. Но и это дале-

ко не полная характеристика автотранспорта. Главный его показа-

тель — не КПД двигателя, а коэффициент загрузки. К сожалению, авто-

мобильный транспорт используется чрезвычайно неэффективно. Транс-

портное средство должно перевозить груз больше собственной массы,

именно в этом его эффективность. Однако такому требованию удовлетво-

ряет лишь велосипед и легкие мотоциклы, остальные машины в основном

возят сами себя. В результате истинный КПД автомобильного транспорта

448

не превышает 4%. Сжигается огромное количество нефтяного топлива, а

энергия расходуется чрезвычайно неэффективно.

На протяжении многих веков основным видом транспорта была ло-

шадь. Мощность в 1 л. с. (это в среднем 736 Вт) позволяет достаточно бы-

стро передвигаться и выполнять многие виды работы. В XX в. созданы

автомобили мощностью в 100, 200, 400 л. с. и более, и теперь чрезвычай-

но сложно вернуться к минимальной норме — 1 л.с, при которой легче

было бы сохранить окружающую среду.

Как же решить проблему создания эффективного транспорта? Пере-

вести транспорт на газовое топливо, перейти на электромобили, поста-

вить на каждую машину специальный поглотитель вредных продуктов

сгорания и дожигать их в глушителе — все это поиски выхода из той си-

туации, в которой оказались не только Россия, но и вся Европа, США, Ка-

нада, Мексика, Бразилия, Аргентина, Япония, Китай. К сожалению, эти

пути не ведут к полному решению данной проблемы. Очевидно, нужен

хорошо сбалансированный комплекс мер, в том числе и ограничение вы-

пуска автомобилей, потребляющих при пробеге 100 км более 2 л горюче-

го на тонну массы машины, стимулирование выпуска двухместных ма-

шин и др.

Объем выбрасываемых токсичных веществ напрямую зависит от ско-

рости движения транспорта по улицам города. Чем больше автомобиль-

ных пробок, тем насыщеннее и гуще выхлопные газы. Поэтому необходи-

мо непрерывно совершенствовать дорожно-транспортную систему горо-

да для создания оптимальных условий движения транспорта. Преобразо-

вание систем транспортных услуг — один из самых рациональных

способов сохранения природных ресурсов и окружающей среды.

Преобразование транспортных услуг. Любой вид транспортировки

товаров, материалов, пассажиров влечет за собой потребление энергии и

материальных ресурсов и нежелательное воздействие на окружающую

среду. Разрушение естественной среды обитания, строительство городов,

растущая потребность в доступе к природным ресурсам, массовый ту-

ризм — все это повышает роль транспортных услуг.

Удельный расход энергии при грузовых перевозках составляет на же-

лезнодорожном транспорте 677, на автомобильном — 2890, на воздуш-

ном — 15 839 кДж на 1 т • км, а расход энергии на один пассажирокило-

метр соответственно равен 720, 1872, 2268 кДж. Эмиссия углекислого

газа на 1 т • км при перевозке грузов железнодорожным транспортом со-

ставляет 41, автомобильным — 207, воздушным — 1206 г. При пасса-

жирских перевозках эти показатели равны соответственно 37,141 и 171 г

на один пасажирокилометр. При дальности поездки в 600 км легковым

автомобилем с каталитическим нейтрализатором в окружающую среду

выбрасывается в 5 раз больше диоксида углерода, в 4,6 раза — диоксида

29 - 3290 449

азота, в 8,5 раза — углеводородов и в 106 раз — больше монооксида уг-

лерода на одного пассажира, чем при поездке на железнодорожном

транспорте. Приведенные цифры показывают, что для перевозки пасса-

жиров поезд эффективнее автомобиля, а автомобиль эффективнее само-

лета.

В некоторых случаях современные технические средства позволяют

полностью исключить транспортные услуги в обычном понимании. Так,

с помощью электронных телекоммуникаций можно проводить видеокон-

ференции. При этом отпадает необходимость в транспортировке его уча-

стников. Телекоммуникационная система, кроме того, позволяет прово-

дить видеовыставки, аукционы и передавать большие объемы информа-

ции на любые расстояния. Аналогичная трансформация транспортных

услуг происходит при пользовании электронной почтой.

Эффективность транспортных услуг повышается с увеличением про-

пускной способности автомобильных и железных дорог. С применением

современных электронных систем управления можно достичь четырех-

кратного увеличения пропускной способности железных дорог и сохра-

нить безопасность движения поездов.

Конечно же, повышению эффективности транспортных услуг спо-

собствует внедрение новых транспортных средств. Один из новых видов

транспортной системы предложен в национальной технологической ла-

боратории (США, Айдахо). Предложенная транспортная система потреб-

ляет в 10 раз меньше топлива на пассажира, чем в автомобилях. Строи-

тельство 1 км дороги для такой системы стоит в 5—10 раз дешевле, чем

той же протяженности шоссе или железной дороги. Путешествия на по-

добном транспорте обойдутся пассажиру значительно дешевле, чем на

автобусе, самолете, поезде или легковом автомобиле. Называется такое

транспортное средство кибертран. Управляется оно компьютером и

представляет собой сверхлегкое железнодорожное транспортное сред-

ство с небольшим числом пассажирских мест. Каждый вагон весит до

4,5 т (1/10 массы обычного вагона) вместе с 14 пассажирами. Кибертран

приводится в движение двумя электродвигателями мощностью по 75 кВт

и развивает скорость до 240 км/ч. Кибертран — это уникальное транс-

портное средство будущего.

В последнее время уделяется большое внимание созданию такой сре-

ды обитания, в которой транспортные услуги сводились бы к минимуму и

человек чувствовал себя как в деревне, т.е. как в естественной природной

среде. После почти полувекового проектирования чрезвычайно больших

городских кварталов сейчас предлагаются новые проекты, ориентирован-

450

ные на человека. Расположение домов в относительно небольших кварта-

лах, сравнительно неширокие улицы, полезное открытое пространство,

сохранение естественных участков с зелеными насаждениями, создание

пешеходных зон — все это создает удобство, эстетическую ценность и

приближает человека к естественным условиям проживания даже в го-

родской среде.

11.7. ГОРОДА И ПРИРОДА

Экологическая проблема городов. Существует мнение, что эколо-

гическое состояние городов заметно ухудшилось в последние десятиле-

тия в результате бурного развития промышленного производства. Во

многом это так, но все же экологическая проблема городов возникла вме-

сте с их рождением. Правда, она носила другой характер. Города древне-

го мира отличались большой скученностью населения. Например, в

Александрии плотность населения в I—II вв. составила 760 человек, в

Риме — 1500 человек на 1 га (в центре современного Нью-Йорка, напри-

мер, эта цифра не превышает одной тысячи). Это были города с узкими

улицами — шириной не более 4 м в Риме и 3 м в Вавилоне, с чрезвычайно

низким уровнем санитарного состояния, что приводило к частым вспыш-

кам эпидемий, пандемий, поглощающих не только города, но и всю стра-

ну, а иногда и несколько соседних стран. Первая зарегистрированная пан-

демия чумы, известная под названием «Юстиниановой чумы», вспыхну-

ла в VI в. в Восточной Римской империи и охватила многие страны мира.

За 50 лет чума унесла около 100 млн. человеческих жизней.

Сейчас трудно даже представить, как древние города с их многочис-

ленным населением могли обходиться без общественного транспорта,

уличного освещения, канализации, т.е. без того, что сейчас принято назы-

вать городским благоустройством. Наверное, не случайно именно в те

времена известные философы подвергали сомнению целесообразность

строительства чрезмерно больших городов. Аристотель, Платон, Гиппо-

дам Милетский, позднее Витрувий выступали с трактатами об оптималь-

ных поселениях, их структуре и планировке, о строительном искусстве,

архитектуре и взаимосвязи городов с природой.

Средневековые города редко насчитывали более нескольких десятков

тысяч жителей. Так, в XIV в. население наиболее крупных европейских

городов — Лондона и Парижа — составляло соответственно 100 и 30 тыс.

жителей. Однако экологическая проблема городов не стала менее острой.

По-прежнему основной опасностью оставались эпидемии. Вторая панде-

мия чумы (черная смерть) вспыхнула в XIV в. и унесла почти треть насе-

ления Европы.

451

С развитием промышленности стремительно растущие города быстро

превзошли по численности населения своих предшественников. В 1850 г.

миллионный рубеж перешагнул Лондон, затем Париж. К началу XX в. в

мире было уже 12 городов-миллионеров, два из них в России. Рост круп-

ных городов продолжался, и снова как самое грозное проявление дисгар-

монии городского жителя и природы возникали вспышки эпидемий ди-

зентерии, холеры, брюшного тифа. Реки в городах были чудовищно за-

грязнены. Например, Темзу в Лондоне стали называть «черной рекой».

Зловонные водостоки и водоемы во многих городах становились источ-

ником кишечно-желудочных эпидемий. Так, в 1837 г. в Лондоне, Глазго и

Эдинбурге брюшным тифом заболела десятая часть населения и пример-

но треть больных умерла. С 1817 по 1926 г. в Европе отмечено шесть пан-

демий холеры. В России только в 1848 г. от холеры погибло около 700 тыс.

человек. Со временем благодаря достижениям естествознания и техноло-

гий, успехам биологии и медицины, развитию водопроводной и канализа-

ционной систем и благоустройству городов эпидемии отступили.

В XX в. как никогда бурно развивались производительные силы. Объ-

емы промышленного производства увеличились в сотни и тысячи раз, по-

требление энергии возросло более чем в 1000 раз, скорость передвиже-

ния — в 400 раз, скорость передачи информации — в миллионы раз и т.д.

Вместе с тем увеличивалась численность городского населения, и, как

следствие, стали укрупняться города. И это, конечно, не обходится без от-

рицательных последствий для природы, поскольку основные материаль-

ные ресурсы черпаются из земных недр. Кроме того, потребляя чрезвы-

чайно большой объем природных ресурсов, современный город дает ог-

ромное количество отходов. Например, город с миллионным населением

ежегодно выбрасывает в атмосферу около 11 млн. т водяных паров,

2 млн. т пыли, 1,5 млн. т углекислого газа, 0,25 млн. т сернистого ангидри-

да, 0,3 млн. т оксидов азота и производит чрезвычайно много промыш-

ленных и бытовых отходов. По гигантским масштабам воздействия на

биосферу подобный город можно образно сравнить с вулканом. Чем

больше город, тем дальше человек удаляется от живой природы, тем

сложнее решается порожденная им экологическая проблема.

Какова же специфика экологической проблемы современных боль-

ших городов? Прежде всего — многочисленность источников воздейст-

вия на окружающую среду и их масштабность. Сотни крупных промыш-

ленных предприятий, сотни тысяч или даже миллионы транспортных

средств. Изменение структуры и свойств промышленных и бытовых от-

ходов: раньше практически все отходы были естественного происхожде-

ния (кости, шерсть, натуральные ткани, дерево, бумага, навоз и др.), и они

легко включались в кругооборот природы, а сейчас значительная часть

452

отходов — синтетические вещества, что замедляет и часто затрудняет их

естественное, безвредное превращение.

Особенности мегаполисов. Экологическая проблема городов услож-

няется по мере их роста. Города меняются не только количественно, но и

качественно. Современные гигантские метрополии, сгустки городов с

многомиллионным населением простираются на многие сотни квадрат-

ных километров, поглощая леса, поля, поселения и образуя городские аг-

ломерации, урбанизированные районы — мегаполисы. Например, на Ат-

лантическом побережье США уже сформировался мегаполис Босваш с

80-миллионным населением, объединяющий Бостон, Нью-Йорк, Фила-

дельфию, Балтимор, Вашингтон и другие города. Огромные многолюд-

ные агломерации сложились в ФРГ (Рурская), Англии (Лондонская и

Бирмингемская), Нидерландах (Рандстад Холланд) и других странах.

Появление городских агломераций — это качественно новый этап во

взаимодействии города и природы. В городах-гигантах остается очень

мало места для живой природы. Процессы взаимодействия современной

городской агломерации с окружающей природной средой чрезвычайно

сложны, многогранны, и управлять ими весьма трудно. Коренные преоб-

разования природы происходят не только в черте подобного города, но и

далеко за его пределами. Например, физико-геологические изменения

почв, подземных вод проявляются в зависимости от конкретных условий

на глубине до 800 м и в радиусе 25—30 км. Происходит загрязнение, уп-

лотнение и нарушение состава и структуры почвы и разных слоев грунта,

образуются воронки и т.п. На еще больших расстояниях ощущаются био-

геохимические изменения биосферной среды: обедняется растительный

и животный мир, деградируют леса, окисляется почва. От этого страдают

прежде всего люди, живущие в зоне влияния города или агломерации. Им

приходится дышать отравленным воздухом, пить загрязненную воду, пи-

таться недоброкачественными продуктами.

Специалисты считают, что в ближайшем десятилетии число горо-

дов-миллионеров на Земле приблизится к 300. Примерно половина из них

переступит рубеж трехмиллионного города. Подобные города появятся и

в развивающихся странах. Можно назвать крупные города с численно-

стью населения более 10 млн. человек: Мехико — 26,3, Сан-Пауло — 24,

Токио — 17,1, Калькутта — 16,6, Бомбей — 16, Нью-Йорк — 15,5, Шан-

хай — 13,8, Сеул — 13,5, Дели и Рио-де-Жанейро — по 13,3, Буэнос-Ай-

рес и Каир — по 13,2 млн. человек. Предполагается, к 2010 г. число таких

городов удвоится.

Целесообразно ли повторять ошибки западной урбанизации и созна-

тельно идти по пути создания мегаполисов там, где в этом нет необходи-

мости? При быстром росте города столь же быстро обостряется экологи-

ческая проблема. Оздоровление городской среды — одна из самых ост-

453

рых социальных задач. Первые действия при ее решении — создание

прогрессивных малоотходных технологий, бесшумного и эффективного

чистого транспорта. Решение экологической проблемы города тесно свя-

зано с планировкой города, размещением крупных промышленных пред-

приятий и иных комплексов с учетом их роста и развития, а также с выбо-

ром транспортных средств. Такая проблема безусловно сложна. Тем не

менее современный уровень науки позволяет находить ее решение не

только для малых, но и для больших городов.