Лучшим катализатором оказалась платина, но этот дорогой и дефицитный материал не может применяться широко. Были предприняты поиски других, более дешевых и доступных катализаторов. Ученые пришли к выводу, что в известной степени платину могут заменить палладий, рутений, а также окись меди, окись хрома, окись никеля и двуокись марганца.
В нейтрализаторах российского производства используется окись алюминия. Как и в термореакторе, процесс окисления окиси углерода и углеводородов требует подачи дополнительного воздуха, а процесс восстановления окиси азота не требует подачи воздуха. Современные каталитические нейтрализаторы выполняются в виде двухкамерного реактора: в одной камере осуществляется окисление окиси углерода и углеводородов, а во второй восстановление окиси азота.
Нейтрализаторы этого типа применяются на автомобилях с бензиновыми и дизельными двигателями. Одна из трудностей состоит в том, что в отработанных газах дизелей содержится кислород (10% и более), в присутствии которого реакция восстановления окиси азота не происходит, а для окисления окиси углерода этого кислорода недостаточно. Поэтому обычные каталитические реакторы без дополнительных устройств обеспечивают у дизелей нейтрализацию несгоревших углеводородов и альдегидов, а окись углерода нейтрализуют лишь в небольшой доле.
По мере эксплуатации созданных приборов обнаружились и другие их недостатки. Так, при наличии бензинового двигателя с высокой степенью сжатия, работающего на этилированном бензине, поверхность катализатора быстро обволакивается свинцом. На катализаторе осаждаются сажа и сера, что существенно ослабляет его действие и практически выводит из строя после сравнительно небольшого пробега.
На Уральском электрохимическом комбинате ежегодно производится 2 млн каталитических блоков к автомобилям разных марок.
Выглядят они просто: зарубежный керамический или более прочный отечественный металлический сотовый блок, на который методом вдувания наносится тонкий каталитический слой из суспензии драгоценных металлов платиновой группы, заключается в контейнер и устанавливается в выхлопном тракте автомобиля. Горючие газы вступают в реакцию с химически активным веществом и очищают выхлопы от вредных продуктов на 97–99%, если двигатель оборудован системой впрыска топлива, и примерно на 60-70% – для обычных карбюраторных двигателей.
В России около 15,5 млн машин, находящихся в личном пользовании граждан, по большей части горожан. Какова перспектива оснащения индивидуального транспорта системами нейтрализации?
В течение трех последних лет в Москве на городском общественном транспорте было установлено 19 тыс. нейтрализаторов, снижающих уровень вредных выбросов на 20 тыс. т ежегодно. В 2003 г. с помощью этого приспособления предполагается сделать экологически чистыми 24 650 столичных автобусов.
В 2006 г. Мосгордума приняла закон «О применении на автотранспортных средствах нейтрализаторов отработавших газов и иных технических устройствах». Он предусматривает поэтапное оснащение нейтрализаторов на выхлопные трубы грузовиков, автобусов и легковых автомобилей в Москве, чьи двигатели внутреннего сгорания работают с превышением региональных норм выброса отработавших газов.На первом ламе законопроект предусматривает оборудование очистными устройствами наиболее экологически «грязных» машин – дизельных автобусов и грузовиков. На втором этапе – всего автотранспорта, принадлежащего юридическим лицам. А затем будут устанавливать нейтрализаторы и на частных автомашинах.
Законом предусматривается создание сети сертифицированных мастерских со специально подготовленными специалистами. Без них нейтрализаторы на машинах не появятся. Стоимость российского нейтрализатора составляет 1000 руб., а установка обойдется в 200 руб. Поощрять покупку транспортных средств, отвечающих экологическим нормам, городские власти могут за счет налоговой скидки при регистрации новой машины. Законом предусмотрены жесткие экологические нормы для въезжающих в Москву автолюбителей: если в выхлопах обнаружат превосходящие норму вредные вещества, то транспорт будут останавливать за пределами города. За соблюдением этого правила будут следить ГАИ, московская транспортная и экологическая инспекции.
В том же году принят второй закон, предусматривающий систему мер, обеспечивающих наличие на московских АЗС только неэтилированного топлива. Меры в основном носят административный характер – штрафы для юридических лиц до 100 минимальных заработных плат (МЗП), для руководителей АЗС – три МЗП. За повторное нарушение заправочные станции будут лишаться права торговли топливом, а за неоднократное игнорирование требований закона лицензия будет отбираться навсегда.
В 2008 г. южноафриканская фирма «Эдване индастриал рисерч» объявила об изобретении нового каталитического конвертера, который позволяет устранять до 95% вредных веществ из выхлопных газов автомобиля.
Если до сих пор подобные конвертеры изготовлялись с использованием платины, то инженеры фирмы предложили использовать марганец, что снизило стоимость изделия в 4 раза. Новый катализатор на марганцевой основе можно использовать со всеми видами дизельного топлива и бензина со свинцовыми добавками и без таковых.
Российские умельцы из военно-промышленного комплекса создали устройство, которое экономит 40% топлива и устраняет вредные выбросы. Это устройство (трансмиттер) представляет собой простой слой удивительного материала, технология которого тщательно просчитана и продумана. Слепое копирование ничего не дает. Эффект существенно усиливается, если материал охладить до определенной температуры. Причем ее надо строго выдерживать, для чего трансмиттер обложен миллиметровым слоем изолятора. На материал воздействуют электромагнитным полем. Трансмиттер начинает излучать слабые электромагнитные полны, которые улавливаются системой антенн, и энергия сбрасывается в атмосферу. Обработанное таким образом топливо сгорает полнее, что существенно уменьшает его расход и выбросы. Толщина данного устройства всего несколько сантиметров. Снаружи лишь два провода для электропитания. Потребляемая мощность как у обычной лампочки. По Москве уже бегают несколько стареньких «Жигулей» с нулевым выбросом угарного газа и расходом топлива 5 л на 100 км пробега.
Немецкий инженер Рудольф Дизель (1858– 1913) удостоился, пожалуй, самой высокой чести, о которой может мечтать изобретатель – его имя навсегда стало неотделимо от сконструированного им теплового двигателя. В бензиновом двигателе рабочая (топливно-воздушная) смесь воспламеняется от постороннего источника (электрической искры), в дизельном – под действием температуры, повышающейся при сжатии смеси. Потребление топлива дизелем на 20–30% меньше.
В последнее время в мире наблюдается тенденция возврата к дизельным двигателям. У оборудованных ими автомобилей меньше токсичность отработанных газов (по сумме компонентов примерно втрое ниже, чем при бензиновых моторах). Но и дизельные двигатели экологически небезопасны: в процессе работы они выбрасывают твердые частицы – сажу, аэрозоли масла и несгоревшего топлива, продукты износа двигателя, сернистый ангидрид. Отработанные газы дизельного топлива содержат полициклические ароматические углеводороды, в том числе бенз(а)пирен. В них также присутствуют альдегиды, представленные формальдегидом и акролеином, являющиеся высокотоксичными соединениями.
Для очистки выхлопных газов на дизелях устанавливают не только окислительные нейтрализаторы, но и сажевые фильтры, системы рециркуляции. Сажевый фильтр представляет собой монолитный блок с большим числом заглушённых с одного конца параллельных каналов с пористыми стенками. Отработанные газы очищаются, проходя через пористые стенки из одного канала в другой. Фильтры делают из пенокерамики и пенометалла, поскольку поры этих материалов эффективно задерживают дизельную сажу.
С 1 января 2007 г. в Москве запрещено использовать на муниципальном транспорте дизельное топливо с содержанием серы более 0,05%. ГОСТ 17.02-02.01-84 «Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработанных газов. Нормы и методы измерений» дает подробные рекомендации водителю, как определить содержание окиси углерода в выхлопе, как отрегулировать двигатель. Отечественные стандарты предусматривают дальнейшее поэтапное ужесточение норм выброса токсичных веществ.
В некоторых городах появились «Икарусы» с двумя вместительными баллонами на крыше. Они работают на особом виде горючего – смеси дизельного топлива и природного газа. Это экологически чистые автобусы, за ними не тянется привычный дымный шлейф. Отработанных газов у них в 4 раза меньше, и при этом вдвое снижен расход дизельного топлива, на 10–12% повышена мощность двигателя, время работы между ремонтами увеличено в 1,5 раза.
С 80-х гг. в Западной Европе для дизелей применяют так называемое «биодизельное топливо»: эфиры жирных кислот, рапсометиловый эфир, получаемые при переработке растительных масел и их отходов. Основными потребителями в странах ЕС пока остаются грузовики и междугородные автобусы: их проезд в большинстве стран – членов Евросоюза на обычном дизельном топливе запрещен, а экологические штрафы превышают разницу в сбыточной стоимости масло-эфиров, смешанных видов топлива, с одной стороны, и дизельного топлива – с другой.
Испытания 2005–2008 гг. показали, что наиболее экономически эффективным, невысоким по капиталоемкости и надежным в эксплуатации является рапсовометиловый эфир (РМЭ). Принцип здесь такой: перед получением РМЭ 1 т масла смешивают с 110 л метанола. Потом к смеси добавляют катализатор – гидроокись калия – для отделения глицерина и нагревают до 40–50°С. Процесс повторяется до максимальной чистоты эфиров. Из 1 т масла при производстве РМЭ выделяется до 100 кг глицерина.