РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ТЕХНИЧЕСКИМИ ИЗДЕЛИЯМИ
Намаконов Б.В. (АДИ Дон НТУ, г. Горловка, Украина)
For an estimation of ecological quality of production the parameter of ecological compatibility of a design of a technical product is offered and the technique of its calculation, for which basis weight of a product, operating ratio of natural resources, operating ratio of a material, operating ratio of a primary material and factor of increase of durability of a product are accepted.
Экологическое состояние планеты по данным многих весьма авторитетных международных организаций настолько близко к катастрофическому, что сегодня новизна, прогрессивность, наукоёмкость, технико-экономические и другие показатели всех сфер деятельности человека приоритетно должны ограничиваться экологическими критериями, а они в настоящее время почти отсутствуют. Сегодня общество даже не знает, какое количество загрязнений дает каждое производимое им изделие (или материал, из которого оно изготовлено). Государственные и международные стандарты продукции не предусматривают производственных экологических показателей качества изделий, т.е. количества загрязнений, получаемых в процессе их производства. Отсутствует полная экологическая характеристика и экологическая проработка выпускаемой продукции (начиная с добычи природных ресурсов до выпуска готового изделия). Не имея этих сведений невозможно принимать адекватные экологические решения по тем или иным видам продукции.
Для представления реальной картины воздействия человеческой деятельности на окружающую среду необходимы количественные показатели загрязнений по каждому виду производимой продукции и соответствующие им экологические регламенты и санкции. Таким показателем может быть экологичность конструкции технического изделия, показывающая количество загрязнений окружающей среды, образующихся при его производстве (от добычи природных ресурсов до выпуска готового изделия) и потреблении.
Её можно определить из выражения:
З = Зпр + Зэ, где:
Зпр = З к + Зт.
Зэ – загрязнения, получаемые при эксплуатации изделия, характеризующие его эксплуатационную экологичность. Они известны и достаточно жестко контролируются соответствующими государственными актами.
Зпр – загрязнения, получаемые при производстве изделия, характеризующие его производственную экологичность.
Регламентированных производственных экологических показателей изделий к сожалению вообще нет, в то время как стационарные промышленные предприятия, производящие эти изделия, потребляют до 80% минеральных и энергетических ресурсов и выбрасывают свыше 90% суммарных загрязнений.
Зк – загрязнения, зависящие от конструкции изделия и характеризующие его конструкторскую экологичность.
Зт - загрязнения, которые определяются технологическим процессом изготовления изделия, (технологические оборудование, материалы, инструменты, транспорт, энергетика, инфраструктура и др.) и характеризуют его технологическую экологичность. В значительной степени она зависит от серийности производства.
Экологичность конструкторская определится:
Зк = 
+ В, где: (1)
Мизд – масса материала изделия,
В – выбросы, образующиеся при производстве материала.
Ким – коэффициент использования материала. Согласно
ГОСТ 18831 – 73 Ким = 
. Он в основном зависит от
способа получения заготовки и изменяется в пределах 0,5…0,8. Для некоторых
деталей Ким может значительно отклоняться в ту или другую стороны. При
реновации изделий Ким = 0,98-0,99, так как затраты материала на восстановление
детали составляют не более 1-2 % от её массы.
Кприр – коэффициент использования добываемых природных ресурсов, который показывает полезно используемую часть от их общего объёма. Средняя его величина составляет 0,015…0,020, т.е. свыше 98% добываемого природного сырья поступает в различные отходы, загрязняющие окружающую среду[1,2]. Например, для изготовления одного автомобиля ЗИЛ-130 весом в 4,3 т. необходимо переработать 645 тонн природного вещества. На производство различных конструкторско-эксплуатационных материалов, необходимых на период эксплуатации до списания, требуется переработать на стационарных промышленных предприятиях ещё более 8000 тонн природного вещества. В итоге один автомобиль ЗИЛ-130 на изготовление и эксплуатацию требует переработки более 8645 тонн природного вещества[3].
Для материалов с рудным содержанием в десятые и сотые доли процента этот коэффициент может быть значительно (в разы и даже на несколько порядков) ниже. Например, уран, редкоземельные и другие металлы, содержание которых в руде составляет всего 0.02% и меньше.
Кперв - коэффициент, учитывающий объём первичного природного материала в заготовке изделия. Если при изготовлении используются только первичные материалы, Кперв = 1,0 и масса заготовки будет равна массе первичного природного материала. Если используется и вторичный материал, тогда Кперв = 0,3…0,7, т.е. в общем объёме заготовки 30…70 процентов приходится на первичный материал, а 70…30 процентов – на вторичный (утильсырьё).
При реновации изделий и восстановлении деталей для
компенсации износа 
используется не более 1…2% первичного
материала, поэтому для них Кперв = 0,01…0,02 [4].
Кдолг – коэффициент повышения долговечности нового изделия по сравнению с аналогичным существующим изделием. Если долговечность его не меняется, то Кдолг = 1,0. Если долговечность увеличивается, то для выполнения того же объёма потребительских функций во столько же раз требуется меньше изделий и потребное на их изготовление природных ресурсов, использование которых и определяет уровень загрязнения окружающей среды.
Как видно, долговечность изделий – это один из основных показателей объема использования природных ресурсов в жизнедеятельности общества. Она является в настоящее время не столько технико-экономическим, сколько важнейшим экологическим показателем
Выбросы (В) образуются при сгорании топлива, поэтому их величину можно определить из выражения:
В = Ву Э Мизд, где:
Ву - удельные выбросы на единицу энергоресурсов,
Э - количество энергоресурсов, затраченных на производство единицы материала изделия (начиная от добычи полезных ископаемых, переработки их, транспортных затрат, инфраструктуры и др.).
Качественный и количественный состав выбросов при сгорании топлива зависит от многих факторов: качество самого топлива, конструкции энергетических установок, условий сгорания и др. Точное их определение – это задача специального исследования. Однако в данном случае для сравнительного анализа загрязнений при сгорании топлива в процессе производства различных материалов можно принять условную величину выбросов из уравнения реакции окисления углерода, когда при сгорании 1 кг углерода образуется 3,7кг двуокиси углерода + оксиды азота, серы и другие вещества. Таким обрпзом, на 1 кг условного топлива (7000 ккал/кг) образуется примерно 4 кг условных выбросов. Принимаем её как условно постоянную величину, одинаковую для сжигания всех невозобновляемых природных энергоресурсов. Тогда:
В = 4 Э Мизд;
где Э – количество энергоресурсов в кг условного топлива, потребное на производство единицы материала. Подставив это выражение в уравнение (1), получим:
Зпр = Мизд Ктехн (
+ 4 Э), где:
Ктхн – коэффициент, учитывающий технологические загрязнения. Ориентировочно их принимаем в размере 1,20…1,25 от загрязнений, обусловленных конструкцией изделия. Большее значение – для меньшей серийности.
Таким образом, зная массу технического изделия, можно определить количество загрязнений окружающей среды, получающихся при его производстве. Предлагаемый показатель в значительной степени будет способствовать улучшению экологического качества выпускаемой продукции. Он не только учитывает, но и стимулирует:
1.Эффективное использование материалов в конструкции изделия.
2. Улучшение удельных показателей конструкции изделия.
3. Снижение материалоёмкости и энергоёмкости производства продукции.
4. Повышение долговечности изделий.
5. Многократное использование материалов утилизацией и реновацией изделий.
На основе этого показателя необходимо:
1. Разработать стандарт производственной экологичности конструкции изделия, с помощью которого станет возможным достаточно объективно проводить экологическую отработку выпускаемой продукции и дифференцировать её по уровню экологичности.
2. Разработать научно-обоснованные экологические налоги на использование первичных природных ресурсов и технических изделий.
3. Разработать стимулирующие регламенты на технические изделия и экологически чистые производства.
Принятый стандарт производственной экологичности продукции позволит достаточно жестко регламентировать потребление невозобновляемых природных ресурсов. Он будет способствовать развитию реновационного производства технических изделий, которое требует в десятки раз меньше материальных и энергетических ресурсов по сравнению с первичным производством, что в конечном итоге определяет снижение в таком же объёме уровня загрязнения окружающей среды.
Литература
1. Канило П.М., Бей И.С., Ровенский А.И. Автомобиль и окружающая среда.– Харьков, Прапор, 2000.–320с.
2. Корчагин В.А., Корчагина Т.В. Оценка экологичности машин// Тяжелое машиностроение. – 2000.– №2. – с.6-10.
3. Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. Экология природы – человек – техника.– Рекомендовано министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов технических направлений и специальностей вузов. – Москва, 2001. –340с.
4. Намаконов Б.В. Проблемы экологии и реновационное автостроение// Автомобильная промышленность.– 2005.–№ 4.– с.5-8.