К вопросу об экологичности 2-тактных моторов: статья из номера 60 журнала «Катера и Яхты» за 1976 год.
Лодочные моторы и окружающая среда
Внимание, которое уделяется в наши дни проблемам экологии, понятно - загрязнение окружающей среды в результате воздействия цивилизации на природу ставит под угрозу существование самого рода человеческого. Затраты на проведение соответствующих исследований уже сейчас занимают заметное место в бюджетах наиболее развитых в промышленном отношении стран. Особое значение придается проблеме защиты водной среды. — основы всех жизненных процессов на Земле.
Массовое развитие водно-моторного туризма и спорта, безусловно, имеет отношение к данному вопросу. Нельзя думать, что вторжение мотолодок на наши реки и озера проходит бесследно. Важно выяснить, однако, количественный результат, который позволил бы сформулировать выводы и наметить практические меры.
С этой точки зрения публикуемые данные, полученные американскими специалистами, исследовавшими различные аспекты воздействия на биосферу продуктов выхлопа подвесных моторов, представляют несомненный интерес.
Выводы, сделанные в общем в пользу подвесных моторов, выглядят, однако, достаточно осторожными. Приводимый перечень тем для дальнейших исследований представляется далеко не полным при системном подходе к проблеме. Вопрос научной оценки возможностей рекреационного использования водных ресурсов 1 в данном случае имеет не меньшую важность, чем анализ содержания в воде продуктов сгорания бензина.
Да и по поводу влияния выхлопных газов имеются сведения, несколько отличные от приводимых в американском отчете. Например, наши исследователи из ВНИИТЭ приводят настораживающие факты об увеличении в выхлопных газах и соответственно — воде содержания свинца при переходе на высокооктановые сорта бензина.
Редакция, публикуя настоящие материалы, полагает, что они могут оказаться полезными широким кругам специалистов, занимающихся организацией и техническим обеспечением водного туризма, позволят подойти к разработке мер, обеспечивающих чистоту наших рек и озер и сегодня и в будущем.
Сокращенный перевод подводящего итоги проведенным исследованиям основного доклада «Analysis of pollution from marine engines and effects on environment», присланного в редакцию одним из руководителей БИА (Ассоциации производителей лодок) Дэвидом Бичем.
Документу предпосланы введение и предисловие, подписанные руководителем исследований от БИА М. Кауфманом и директором национального исследовательского центра по защите среды (Цинциннати) А. В. Брайденбеком.
Документ имеет шифр ЭПА (Агентства по охране окружающей среды, США): U. S. Environmental Protection Agency. Grant No. R-801799. Program Element flo.
По существу, подобные исследования в США берут свое начало в 50-х гг. — задолго до того, как слово «экология» стало привычным. Уже тогда общественность была серьезно обеспокоена перспективой потерять в недалеком будущем возможность наслаждаться чистыми и привлекательными водоемами.
БИА обратилась к проф. Карлу Лаглеру из Мичиганского университета с просьбой возглавить исследования по изучению влияния ПМ на естественные водоемы. После нескольких месяцев изучения проб воды из маленького озера, на котором почти постоянно в течение всего этого времени использовалась моторная лодка, Лаглер пришел к заключению, что использование ПМ не влечет за собой необратимых воздействий ни на качество воды, ни на жизнь биоорганизмов.
Между 1954 и 1971 гг. независимо друг от друга был проведен ряд работ в той же области. Некоторые группы исследователей пришли к выводу, что ПМ могут отрицательно воздействовать на естественные водоемы. Однако, за исключением программы проф. Лаглера, все остальные испытания проводились в лабораторных условиях; возможности исследовательских групп были ограничены, поэтому и результаты их работ нельзя было считать окончательными.
В 1970 г. ЭПА и основные моторостроительные компании пришли к соглашению о совместном финансировании программы исследований. Прошпо еще немало времени, было выдвинуто множество различных предложений прежде, чем весной 1971 г. ЭПА приняло конкретный проект этой программы, включающей как лабораторные, так и «полевые» — натурные испытания. Лабораторная часть исследований проводилась под руководством инженерного отделения Мичиганского университета, натурная — Корпорации технологического контроля штата Мичиган и Научной корпорации по охране среды штата Флорида.
Основными задачами исследований являлись:
1. Определение воздействия выделений двухтактного ПМ на водную экосистему.
2. Получение качественной и количественной характеристик выхлопов ПМ, причем особое внимание уделялось тем компонентам, которые имеют тенденцию оставаться и накапливаться в водной среде. Характеристика отходов работы моторов рассматривалась как производная от их мощности, возраста — степени изношенности и конструктивного совершенства, качества ухода.
Лабораторные исследования проводились в таких условиях, чтобы создать оптимальные возможности для анализа компонентов воды, выделяемой ПМ. Натурные испытания были спланированы таким образом, чтобы получить данные о разнообразном влиянии, которое оказывают выделения ПМ на весь комплекс химических и биологических систем естественных водоемов.
Натурные испытания проводились в «мини-озерах» в условиях как северного, так и южного климата. Предполагалось, что выбранные озера вообще не подвергались воздействию каких-либо «продуктов отравления», кроме тех, которые были результатом запланированных исследований.
Северные озера были двумя существующими уже более 10 лет прудами глубиной от 1,2 до 2,74 м площадью по 0,2 га, являвшимися частью хозяйства Станции исследований рыбных ресурсов штата Мичиган. Каждый из прудов был разделен на две части глухими алюминиевыми щитами, в каждой из них размещалась своя контрольная система.
Южная группа представляла три отдельные озерные системы, расположенные к западу от Арчера (Флорида) близко одна от другой. Два озера были под испытательной нагрузкой (их площадь 1,2 и 1,6 га); третье — контрольное — озеро имело площадь 4,8—6 га. Средняя глубина их была около 1,83 м.
Не существовало никаких поверхностных или подземных притоков воды в испытательные системы. На северных озерах постоянный уровень воды (объем) поддерживался путем-периодического впуска воды; в южной системе уровень воды изменялся в зависимости от сезона, падая до 0,61 м ниже и подымаясь до 0,9 м выше среднего уровня.
В ходе исследований применялось топливо как со свинцовыми компонентами, так и без них. Все ПМ, применяемые на севере, были так называемыми «чистыми» или «безвредными» (т. е. не имели — теоретически — утечки топлива); во Флориде же, например, одно из озер подвергалось воздействию мотора «безвредного», другое — мотора старого типа, еще без устройства для рециркуляции топлива; третье озеро служило контрольным образцом. Двигатели были стандартными моделями; до начала натурных исследований каждый ПМ был подвергнут «старению» наработкой 50 часов на полных оборотах (эквивалент года эксплуатации в нормальных условиях).
Испытательная нагрузка была установлена таким образом, чтобы по возможности имитировалось число моторных лодок, которые могли бы находиться в пределах данной акватории при оптимальных условиях насыщения. Исследователи сошлись на том, что при оптимальных условиях на водоеме возможно использование всего разнообразия типов лодок для всех видов развлечений на воде; что площадь водоема еще достаточно обширна и моторам можно давать широкий спектр нагрузок; что пределом насыщения следует считать ситуацию, при которой дальнейшее увеличение количества лодок приведет к нарушению безопасности плавания, сокращению деятельности владельцев лодок, уменьшению эстетической привлекательности озера.
Таким образом, потребовалось определить площадь водоема, приходящуюся на одну лодку в оптимальных условиях использования. К счастью, подобные исследования уже проводились. В 1967 г. Трейнен опубликовал доклад о своих наблюдениях на озере Женева (Висконсин), имеющем площадь 2064 га. Из общего числа зарегистрированных 3300 мотолодок (плюс 300 прибывших из других штатов) в часы пик уикэнда на воде использовалось 600. При этом 300 лодок стояло — владельцы ловили рыбу, и каждая лодка в среднем «занимала» 0,04 га акватории; 150 лодок буксировали лыжников, занимая гораздо большую площадь — по 12,4 га; остальные 150 лодок совершали обычные прогулочные рейсы и на долю каждой приходилось по 1,21 га. В тот же день, но до 10 утра и после 1В вечера, рыбу ловили уже 90% общего числа лодок... Считая среднюю мощность мотора, работающего на буксирующих лыжника лодках, — 40 л. с., прогулочных — 10 л. с. и рыболовных — 5 л. с., и взяв средний расход топлива на 1 л. с., можно было получить величину максимального расхода топлива за день на единицу площади: 18,7 л/га.
Считая среднюю глубину водоемов, где используются моторные лодки, равной 3,66 м, высчитали, что в течение В-месячной навигации водоем получает нагрузку 75 л используемого топлива на 1 млн. л. воды( (0,33 л за 1 день). Эта нагрузка в нашем исследовании была утроена.
Вначале предполагалось исследовать только эффект воздействия выхлопа современных ПМ, однако уже осенью 1971 г. ученые пришли к выводу, что необходимо расширить сферу исследования и, в частности, включить в программу изучения и данные о неотработанном топливе, которое может вытекать из ПМ старых моделей, и их выхлопе.
Если запланированный бюджет составлял 450000 долл., то истрачено было 750000 долл. В исследованиях, продолжавшихся 2В месяцев и завершенных 31 VIII 1973 г., принимало участие более 30 специалистов (химиков, инженеров, биологов и т. п.), не считая вспомогательных работников.
Лабораторные исследования
На стендах испытывалось 12 моторов фирм «Меркюри», «Крайслер», «Текумсе» и «ОМС» мощностью от 3,6 до 105 л. с. Конструкции картера были закрытого типа, с рециркуляцией, на нескольких моделях — с системами фильтров и сброса. Системы зажигания были как обычные, так и высоковольтно-разрядные. Два мотора («Крайслер» 3,6 л. с. и «Эска» 7 л, с.) имели воздушное охлаждение, все остальные — водяное. Каждый из моторов был снабжен отдельным отборником и анализатором выхлопных газов.
Мощные моторы свыше 35 л. с. были установлены на специальные стенды, соединенные с динамометром «Дженерал Электрик» мощностью 120 л. с. Моторы меньшей мощности ставились в испытательные емкости и работали на имитирующие нагрузку приспособления.
Расход топлива определялся путем измерения веса его до и после испытаний. Поскольку испытания производились при постоянных числах оборотов и нагрузке, не было необходимости постоянно следить за уровнем топлива: любое изменение в работе двигателя немедленно отражалось на показаниях анализатора выхлопа. Число оборотов двигателей измерялось оптическим электронным тахометром.
На трех моторах специально установили системы регистрации утечки топлива во внешнюю среду из картера. «Крайслер» (35 л. с.) был старой моделью, конструкция которого допускала утечку. 18-сильный «Эвинруд» и 50-сильный «Меркюри» были новыми моделями 1972 г., поэтому их пришлось «состарить», устранив систему рециркуляции.
Для определения состава газов в выхлопе, среднего для всех цилиндров многоцилиндровых двигателей, анализаторы ставились снизу от коллектора выхлопов — у самой воды, но с таким расчетом, чтобы влага не попадала в поток выхлопа.
В системе соединений между мотором и конденсационным устройством поддерживалась температура 176° С, при которой конденсация воды или гидроуглерода на стенках труб почти полностью исключена, но в то же время предотвращена реакция гидроуглерода или СО с кислородом воздуха. Специально сконструированные газоанализаторы обеспечивали разделение газообразных гидроуглеродов в выхлопе на основные их группы: парафины, олефины и ароматические компоненты. Все топливо, использованное в эксперименте, поступало из одного хранилища и было произведено на одном и том же предприятии, что обеспечивало постоянный состав гидроуглеродов в горючей смеси. В качестве смазки использовалось масло «Квиксилвер», специально выпускаемое для ПМ, смешиваемое с топливом в пропорциях, рекомендуемых изготовителями.
В ходе лабораторных исследований получены следующие результаты:
1. Концентрация монооксида углерода в газообразном состоянии, тесно связанная с составом горючей смеси, подаваемой карбюратором, колебалась в пределах от 2% при 1000 об/мин у «Эвинруда» (6 л. с.) до 9,5% при 3000 об/мин у «Крайслера» (35 л. с.). При исследованиях состояния рыбы даже при уровне насыщения воды монооксидом углерода, близком к максимальному, смертельного воздействия зарегистрировано не было.
2. Концентрация диоксида углерода в газообразном состоянии колебалась в пределах 3,5—9,5% (также в зависимости от состава горючей смеси).
3. Общая концентрация гидроуглерода (С6Н|4) колебалась в зависимости от условий работы двигателя и уменьшалась при увеличении числа оборотов и нагрузки.
4. Полнота сгорания топлива колебалась от 50 до 80% и увеличивалась с увеличением числа оборотов.
5. Объем выделений как монооксида углерода, так и несгоревших гидроуглеродов увеличивался при увеличении числа оборотов и нагрузки. Так, например, общий уровень выделений гидроуглеродов в выхлопе изменялся от 0,02 кг/ч у «Эвинруда» (6 л. с.) при 1000 об/мин до 3 кг/ч у «Крайслера» (105 л. с.) при 4000 об/мин.
6. Состав газообразного выхлопа в принципе напоминал химический состав топлива, за исключением того, что концентрация олефинов была несколько выше, а парафина — ниже.
7. Среди химических веществ выхлопа, подвергшихся конденсации, оказались парафинные, олефинные и ароматические гидроуглероды, а также небольшие количества фенола и карбонила.
8. Общее количество химического материала выброса, которое может конденсироваться в условиях работы ПМ, составляет порядка 1,5—7% количества использованного топлива.
9. При испытаниях трех моторов, не имевших системы рециркуляции, обнаружена устойчивая тенденция к уменьшению утечки топлива с увеличением числа оборотов и нагрузки.
10. При малых числах оборотов и малой нагрузке утечка топлива на этих трех моторах оказалась относительно высокой. Так, при 1500 об/мин «Эвинруд» (18 л. с.) давал утечку приблизительно 60 г/ч, «Крайслер» (35 л. с.) — 275 г/ч или В% расхода топлива, «Меркюри» (50 л. с.) — 3% расхода топлива.
11. В смеси, вытекавшей из картера, наблюдалось увеличенное в 10—15 раз содержание масла. В топливе масло находилось в соотношении 1 : 50 к бензину, а в составе вытекающей смеси оно составляло 20—30% общего количества вещества.
12. Качество ухода и так называемая «настройка» мотора оказывали лишь незначительное влияние на характеристики выхлопа и утечки.
13. Ароматические ингредиенты конденсата выхлопа имеют период полураспада (т. е. время, за которое 50% вещества улетучивается из воды) порядка 11 дней, причем это правило относится к любому водоему со средней глубиной порядка 1 метра и температурой + 20° С.
14. В отходах работы двухтактных ПМ существует лишь незначительная в количественном отношении фракция гидроуглерода, не способная подвергаться испарению.
Северные озера
Моторы, использованные в натурных испытаниях на севере, были предоставлены тремя фирмами: «ОМС», «Меркюри» и «Крайслер» и имели мощность от 2 до 50 л. с. Все двигатели использовались в течение трех лет и не подвергались ремонту или «настройке». В среднем в течение каждой недели моторы работали 25% времени на режиме 25% номинального числа оборотов (от 1000 до 1500 об/мин) и 75% — при 75% (3000 об/мин). Такое соотношение было выбрано с учетом ранее исследованных принципов оптимального насыщения водоемов плавсредствами.
Испытательная нагрузка водоемов началась через 10 недель после того, как они были разделены на зоны. Топливом, которое применялось в зоне испытаний горючего со свинцом, был индолайн-30, содержащий 3,1 г тетраэтилового свинца на 1 галлон, т. е. на 3,7В5 л; в зоне «бессвинцового горючего» применялся так называемый чистый индолайн (без свинца). Обе марки топлива производятся «Стандарт Ойл» специально для испытательных целей и имеют строгий химический состав.
В основном химический и биологический анализ образцов выполнялся обычными методами.
Ученые, занятые исследованиями на северных озерах, пришли к следующим выводам:
1. Не наблюдалось какого-либо изменения в составе и распределении диатома перифитона (придонных простейших организмов) во всех прудах в течение двух лет.
2. Ни органическое воспроизводство, ни воспроизводство хлорофилла существенным образом не изменились.
3. Кратковременные изменения в подвиде фитопланктона в испытательных водоемах были незначительными. Насыщенность подвида и единство популяций никогда в течение двухлетнего периода не отличались в значительной степени.
4. При анализе продуктивности фитопланктона, измеряемой углеродным методом, установлена тенденция к уменьшению производства фотосинтетического углерода как в безсвинцовой зоне, так и в зоне со свинцовым топливом. Эта разница была обнаружена при сравнении опытных водоемов с контрольными в 1971, 1972 и 1973 гг., причем только различие данных между безсвинцовой и контрольной зонами является существенной. Эти различия, однако, нельзя отнести за счет несоответствия насыщения и размеров популяций, поскольку они были идентичными во всех зонах.
5. Исследования фитопланктона по хлорофиллу группы «а» показали в 1973 г. отсутствие значительных различий между бессвинцовой и контрольной зонами. Однако в том же 1973 г. были зарегистрированы значительные различия в этих показателях между зоной свинцового топлива и примыкающей к ней контрольной зоной.
6. Не было замечено какого-либо влияния отходов работы ПМ на зоопланктон.
7. Придонные флора и фауна имели обычную динамику состава популяций.
8. В 1971 г. один из многочисленных анализов показал изменения вкусовых свойств рыбы. Нагрузка в этот период составляла 32 галлона горючего на 1 млн. галлонов воды. Однако последующие анализы в 1972 г. при уровнях нагрузки 1,4; 1,5; 2,В; 4,0; 4,2; 11,2; 76,9 и 110,5 галлонов (т. е. включая в 3,5 раза большие нагрузки) не показали каких-либо изменений вкуса популяций рыбы.
9. Не было отмечено изменения вкуса воды в испытательных водоемах.
10. Натурные и лабораторные исследования в 1971 и 1972 гг. показали незначительные различия в плане присутствия ароматических гидроуглеродов (фракций бензина) в испытательных и контрольных водоемах.
Результаты всех исследований показали, что большинство этих ароматических гидроуглеродов остается в воде лишь в течение относительно короткого периода времени — менее одного дня при обычных условиях естественного водоема, а затем исчезает в результате природных (испарение, поглощение, биоксидация) процессов.
11. Не было отмечено изменения концентрации насыщенных гидроуглеродов с точкой кипения в пределах от 175 до 400°С.
12. После трех лет испытаний моторов не было отмечено статистического роста количества насыщенных гидроуглеродов в придонных отложениях.
13. В зоне испытаний свинцового топлива был отмечен некоторый рост содержания свинца в воде: от 4,3 до 5,7 частей свинца на 1 миллиард частей воды. Даже при максимальной нагрузке этого водоема уровень содержания свинца едва достигал 11,0 частей металла на 1 миллиард частей воды. Следовательно, при данных условиях воздействие топлива со свинцом на качество воды все же остается минимальным.
14. Использование «свинцового» топлива может привести к увеличению содержания свинца в придонных отложениях (результаты этих опытов не окончательные).
Южные озера
Как водоем с «безвредными» моторами, так и водоем, где испытывались моторы, имеющие утечку, подверглись испытательной нагрузке приблизительно в 700 л горючего на 1 млн. л воды — в течение всего 18-месячного периода. Следует отметить, что поскольку уровень воды колебался, оптимальный уровень использования моторов был достигнут только к 12-му месяцу эксперимента; этот уровень нагрузки и сохранялся затем до конца испытаний.
Все исследования производились обычными методами.
Основные выводы:
1. Наблюдались некоторые временные изменения в составе образцов фитопланктона, уровне его воспроизводства, разнообразии видов и т. д., которые следует отнести в основном за счет сезонных изменений условий и невозможно связать с результатами использования ПМ.
2. Исследование биомассы фитопланктона показало, что при соотношении объема воды выхлопа к объему озерной воды на уровне 1:24 фотосинтез замедляется, но такое соотношение в 390 раз выше обычного. Нереалистично полагать, что использование ПМ на замкнутых водоемах когда-либо достигнет такого уровня!
3. Работа ПМ не повлияла на уровень роста и состав биомассы культуры в пресноводной зоне на искусственных поддонах.
4. Работа ПМ не повлияла на распределение, состав видов и рост микробеспозвоночных по всей площади испытательного района, за исключением ограниченной поверхности непосредственно под одним постоянно закрепленным мотором, где образовалась промоина в придонном слое.
5. Работа ПМ увеличила концентрацию растворенных ароматических гидроуглеродов, перемешала воду озер и усилила циркуляцию потоков. Концентрация ароматических гидроуглеродов увеличилась от первоначального уровня (менее чем 0,01 мг/л) до 1,0 мг/л во время испытательных нагрузок. При прекращении работы двигателей на срок два дня уровень содержания гидроуглеродов вновь падал до первоначального.
6. Уровень содержания растворенного органического углерода в пресноводной зоне испытаний при использовании ПМ с утечкой оказался значительно выше, чем в зоне испытаний «безвредных» ПМ.
7. Испытания, проведенные отделом пищевой промышленности Университета штата Флорида, показали, что отрицательного воздействия на вкус рыбы работа ПМ даже при значительных уровнях нагрузки не оказала.
8. Не было получено очевидных доказательств, что испытания существенно повлияли на уровень содержания в воде железа, магния, хлора, сульфатов, растворенных и нерастворенных солей, а также на такие свойства воды, как плотность, проводимость, потребление биохимического и химического кислорода и т. д.
9. Не было отмечено изменения состава питательной среды за исключением изменения содержания углерода.
10. Не исключено, что работа ПМ усиливает продуктивность придонного травяного слоя. В зоне, где испытывались ‘моторы с утечкой топлива, продуктивность травяного покрова и всей биомассы увеличилась почти на 100% по сравнению с контрольным озером. В зоне «безвредных» моторов продуктивность была на 10% выше, чем в контрольном озере. Биомасса была идентичной в контрольном озере и «безвредной» зоне.
11. Влияние утечек топлива от ПМ на экосистему нельзя рассматривать в отрыве от всегда сопутствующих эффектов турбулентности, смешивания и перемешивания масс воды при работе ПМ.
Заключение и рекомендации
Проведенные исследования одобрены ЭПА. Исследования показали, что при существовавших условиях опытов работа ПМ не оказывает существенного воздействия на окружающую экосистему. Отмечемные второстепенные изменения биоструктуры испытательных водоемов могли быть результатом воздействия как ПМ, так и природных факторов.
Учитывая очень высокий уровень нагрузок на водоемы и незначительность отклонений от нормы в экосистемах водоемов, можно утверждать, что ПМ не могут оказывать значительного влияния на акваторию. Однако результаты данных исследований должны рассматриваться строго в рамках условий и ситуаций, использованных в опытах.
Полученные результаты могут послужить основой для дальнейших исследований по следующим темам:
1. Возможное воздействие выбросов ПМ на продуктивность фитопланктона;
2. Роль углерода из выделений двигателей как стимулятора роста гетеротрофических и аутотрофических систем;
3. Дополнительное изучение зоопланктона на более индивидуализированной основе;
4. Изменения содержания свинца и механизм передачи и накопления его в придонных слоях;
5. Дальнейшее изучение путей распространения и эволюций всех видов гидроуглеродов в аквасистемах;
6. Возможное воздействие СО2, генерированного моторами, на рост растений;
7. Исследование испарений всех видов гидроуглеродов из воды (а не только ароматических);
8. Прочие виды (кроме испарения) удаления конденсатов из воды, особенно абсорбция.
"""
Только канистра 1л и 3 литра. Нормальное масло, износа, задиров на моторох не замечено, мешаю 1/40 везде и даже ездил на скутере 2т на этом же масле, отличия от ликвимоли (красной синтетики), 
только дым на холодную. От ямалюба вообще, как мне показалось не отличается. За-то цена за 1 литр 100-120 рублей, против 750 за любу
