Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы оценки негативного влияния автомобилей на окружающую среду в полном жизненном цикле . 21
Глава 2. Методика комплексной экологической оценки легковых автомобилей в полном жизненном цикле 32
Глава 3. Стадия производства автомобилей. Анализ экологического воздействия АО «АВТОВАЗ» на окружающую среду . 42
Глава 4. Стадия эксплуатации автомобилей. 60
Глава 5. Стадия утилизации автомобилей. Анализ демонтажа автомобилей ВАЗ 102
Глава 6. Стадия утилизации автомобилей. Анализ рециклинга автомобилей ВАЗ 118
Заключение 138
Литература 141
- Методы оценки негативного влияния автомобилей на окружающую среду в полном жизненном цикле
- Методика комплексной экологической оценки легковых автомобилей в полном жизненном цикле
- Стадия производства автомобилей. Анализ экологического воздействия АО «АВТОВАЗ» на окружающую среду
- Стадия утилизации автомобилей. Анализ демонтажа автомобилей ВАЗ
Введение к работе
Парк легковых автомобилей в мире устойчиво растет (Рис.1). По данным официальной статистики ООН количество стран, в которых среднее число легковых автомобилей превышает 500 на каждую тысячу жителей, достигло почти двух десятков [48].
С учетом продолжающейся тенденции объединения автомобилестроительных компаний в глобальные автомобильные кластеры с целью уменьшения затрат на НИОКР, сокращения количества автомобильных платформ, объединения дилерских и сервисных центров, - все большее количество автомобилей будет производиться всего лишь десятью ведущими автомобильными группами. Такие компании, имеющие единую структуру управления и консолидированные финансовые и производственные результаты, типа: General Motors, Daimler-Chrysler, Renault-Nissan Group, Volkswagen Group, Ford Group вместе с другими крупнейшими лидерами будут занимать все более доминирующие позиции, занимая 92-95% мирового рынка автомобилей.
Автомобиль, являясь продуктом промышленного производства и предназначенный для удовлетворения человеческих потребностей, имеет несколько особенностей, которые в совокупности выделяют его среди других товаров, предлагаемых на потребительском рынке :
• Многократно отмечалось, что автомобиль является самым сложным из всех продуктов массового производства и самым массовым из сложных.
• Предоставляя человеку индивидуальную мобильность, автомобиль дает ему новую свободу и новые возможности совершенствования качества жизни.
• Традиционно автомобилестроение и сам продукт - автомобиль - являются полигоном опытного и серийного внедрения и применения самых новейших научных открытий, достижений, технологий.
• Исторически сложилось, что автомобилестроение имеет важный политический статус, являясь как бы лицом государства, отражающим его научно-техническое могущество и технологические достижения.
• Автомобильная промышленность часто служила локомотивом для экономики многих стран при выходе из кризисов, и зачастую определяла роль страны в мировой экономике. Государства, лидирующие в производстве автомобилей, занимают, как правило, ведущие места по объемам производства и потребления, валовому национальному продукту.
• Являясь источником многочисленных аварий, автомобиль относится к числу основных факторов смертности и травматизма человека.
• Автомобиль является неотъемлемой составляющей локальной среды обитания человека и оказывает значительное экологическое воздействие на человека и окружающую среду при его производстве, эксплуатации и утилизации.
• Автомобильная экспансия 20 века привела человечество к принятию целого ряда законов, нормативов и требований, сформировав сложную многоуровневую правовую систему тестирования, верификации, сертификации транспортных средств. Ни один продукт массового производства не регламентируется при его производстве таким количеством законов, норм и требований, не характеризуется таким повышенным вниманием при его эксплуатации, и не утилизируется с такой организованностью и тщательностью, как автомобиль.
• Автомобиль часто рассматривается как продолжение личности его хозяина и зачастую наделяется личностными характеристиками, присущими живому одухотворенному организму.
«Мы привыкли относиться к автомобилю как к средству самовыражения, как к продолжению нашей личности».
«С момента начала массового производства автомобилей они сделались олицетворением нашего образа жизни. И у нас не осталось никакого выбора. Ведь мы обретаем в мире, где автомобильность приобрела статус закона, и никакой другой образ жизни просто немыслим».
С.Н. Паркинсон [50] Огромная инфраструктура автомобильной промышленности и транспорта во всем мире, широкое взаимодействие и взаимопроникновение сетей поставщиков материалов и комплектующих, а также энергетических ресурсов, развитие и расширение дилерских сетей продаж и техобслуживания, станций заправки топливом, центров ремонта и утилизации автомобилей, продажи запчастей, организаций, связанных со строительством и ремонтом дорог и т. д. - все это и многое другое позволяет отчетливо сформулировать вывод о глобальной роли автомобилестроения в развитии современной цивилизации и огромном влиянии автомобиля на образ жизни современного человека [51,166-167].
В автомобильной промышленности Европы (АСЕА) занято 1,1 млн. человек. Оценки показывают, что с учетом поставщиков комплектующих изделий эта цифра составляет уже около 2 млн. человек, а включая транспортную инфраструктуру и сервис техобслуживания доходит до 12 миллионов. По статистическим оценкам в США в 2002 году в автомобильной промышленности было занято более 620 тысяч человек. Включая индустрию поставок и смежных областей промышленности, это количество увеличивается до 14 миллионов человек, что составляет 1/7 часть всех рабочих мест США. И хотя Россию пока нельзя отнести в разряд основных автомобильных стран мира, тем не менее, почти каждый десятый работающий в нашей стране, так или иначе, связан с автомобилестроением, а каждый седьмой из всего населения страны имеет легковой автомобиль. Несмотря на трудности, переживаемые отечественным автопромом, доля объемов налоговых поступлений в федеральный бюджет только от российской автомобильной промышленности составляет ежегодно 3%. А в общем объеме продукции машиностроения доля автомобилестроения составляет одну треть [55].
В Концепции развития автомобильной промышленности России приводятся следующие положения и цифры: «Автомобильная промышленность - ведущая отрасль машиностроения, влияющая на процессы экономического и социального развития Российской Федерации. Наличие развитой автомобильной промышленности является важным элементом обеспечения национальной безопасности государства. В отрасли объединено около 250 крупных и средних предприятий и организаций, занято более 800 тысяч человек. Производство автомобильной техники осуществляется в тесной кооперации с предприятиями электротехнической, металлургической, химической, электронной, легкой и других отраслей промышленности, что обеспечивает занятость около 5 млн. человек из числа трудоспособного населения» [56].
Для большинства развитых стран мира автомобильная промышленность является своего рода барометром, показывающим общее состояние промышленного сектора государства. Автомобильные компании ежегодно выплачивают различные налоги, таксы, платежи в бюджеты разного уровня и делают значительные финансовые отчисления в бюджеты своих государств. Автомобильная промышленность в развитых странах мира также лидирует по финансовым затратам на научные исследования и разработки, на охрану окружающей природной среды, оказывает многостороннюю финансовую и организационную поддержку благотворительным программам, общественным и некоммерческим организациям, спонсирует многочисленные научные и исследовательские гранты [57-68]. Все это подтверждает тот факт, что в современном мире автомобилестроение носит глобальный характер, оказывая значительное воздействие как на цивилизацию и развитие стран, итак и на природу всей Земли.
Наконец, следует отметить тот факт, что именно автомобилестроительные компании во всем мире оказались бесспорными лидерами в реализации применения современных систем менеджмента качества и экологического менеджмента, основанных на международных стандартах серии ИСО 9000 и ИСО 14000. Имея значительную и развитую сеть поставщиков материалов и комплектующих изделий, автомобильные фирмы продвинули высокие стандарты экологии и качества во многие отрасли промышленности, помогая своим поставщикам организовать и сертифицировать системы экологического управления и тотального управления качеством.
Однако автомобилестроение, а также эксплуатация автомобильного транспорта, наряду со своими многочисленными положительными моментами имеют и оборотную сторону медали с не менее многочисленными проблемами. Завершившийся XX век со всей очевидностью показал, что человеческая деятельность достигла такого глобального масштаба, что запасы экологической прочности нашей планеты оказались не безграничны, а последствия экологических катастроф, причиной которых явился человек и плоды его усилий, могут быть необратимыми. Возникло понимание того, что двигатели внутреннего сгорания и автомобилестроение в целом имеют не только локальный экологический эффект в пределах небольшой территории, но и эффект глобального воздействия на природу с очень значительными последствиями. Выбросы соединений серы и азота оказывают влияние на озера, реки, леса не только рядом, но и на значительных расстояниях, а также на другие страны. Индустриальные химикаты попадают и аккумулируются в почве, растениях, рыбе, наземных животных. Антропогенно обусловленные парниковые газы, приводящие к потеплению климата, и вещества, влияющие на озоновый слой Земли, приводят к глобальному эффекту воздействия на планету в целом и ощутимы для населения каждой страны [19,69-72].
Негативные воздействия на окружающую среду приводят к ее изменению, ухудшение жизненных условий и существенно влияют на человека. Во всем мире производится около 80 тысяч видов различных химических продуктов, ежегодно используется около 250 млн. т органических химических продуктов, значительная часть которых после использования бесконтрольно попадает в окружающую среду [177].
По мнению многих ученых во всем мире, хозяйственная деятельность человека становится доминирующей силой, способной изменить мир, поставив его на грань глобальной экологической катастрофы.
Факторов экологического воздействия автомобилей на окружающую среду и организм человека чрезвычайно много на всех этапах полного жизненного цикла - при производстве, эксплуатации и завершающей утилизации. Каждый из них имеет определенную цену - те затраты, которые необходимы для определенного улучшения его показателей, а также ценность - те выгоды, которые организация может получить при их достижении. И те, и другие не всегда являются однозначными и просто определяемыми. И, тем не менее, эти факторы начинают играть все большую роль в мировом автомобилестроении. Правительства многих стран уже дотирует покупку "экологичных" автомобилей (имеющих низкие показатели расхода топлива, выбросов диоксида углерода, токсичности отработавших газов) и предоставляют покупателям дополнительные долгосрочные льготы по оплате налогов, а также требуют от производителей выполнения норм по содержанию вредных веществ в материалах, обеспечения утилизации отслуживших автомобилей. При сравнительном анализе факторов экологической безопасности автомобилей все чаще учитывают все стадии полного жизненного цикла, используя для расчетов разработанные методы, методики и компьютерные программы. Тема экологической безопасности становится в последнее время все более и боле значимой во всем мире. Так, по данным международного центра экологической политики (Environment Policy Centre) из 2 тысяч новых правительственных инициатив и требований, принятых во всем мире 42 странами на 4 континентах в 2002 году, 865 относились к вопросам экологии, безопасности и здоровья, из которых более 55% были собственно связаны с вопросами защиты окружающей среды [69]. А из 10 главнейших направлений, сформулированных ведущими японскими специалистами для автомобилей будущего на ближайшие 2 десятилетия, половина связана с экологической безопасностью автомобилей и снижением их воздействия на человека и окружающую среду.
Негативное экологическое воздействие оказывает не только автомобиль сам по себе, но и вся сопутствующая инфраструктура его производства и обслуживания, транспортно-дорожный комплекс в целом. Поэтому необходимо рассматривать и детально анализировать воздействие на окружающую среду всего комплекса автомобилестроительных компаний, транспортных предприятий, центров ремонта и техобслуживания автомобилей, сети автомобильных дорог и др. Это касается как загрязнения почвы и водоемов, так и атмосферы. Мойка автомобилей, заправка топливом, слив эксплуатационных жидкостей, замена изношенных и сломавшихся деталей, ремонтная окраска и многое, многое другое - все это оказывает определенное воздействие на окружающую природную среду.
Бурный рост населения и развитие индустрии вступают в глобальный конфликт с природой и ресурсами планеты. Население Земли уже превышает 6 миллиардов и увеличивается на 6 млн. человек ежемесячно. По прогнозам, через 25 лет население на планете будет составлять 8 миллиардов, а к 2050 году более 10 миллиардов человек. Однако темпы роста числа автомобилей на планете в 2 раза превышают темпы роста населения, и к 2050 году ожидается, что автомобилей будет более 1,5 миллиарда штук [70].
Сегодня автомобильный транспорт потребляет половину всей добываемой в мире нефти. И эта доля будет расти. Темпы расходования природных ресурсов планеты становятся просто катастрофическими. По оценкам многих международных организаций мировых запасов нефти хватит только на 40 лет, природного газа на 60 лет, угля на 220 лет [51,70]. На сегодняшний день более 80% всей потребляемой в мире энергии извлекается из ископаемых видов топлива, при этом выделяется огромное количество диоксида углерода - СС 2. Обусловленная деятельностью человека глобальная техногенная эмиссия диоксида углерода увеличилась на 65% за последние 30 лет и составляет около 30 Гигатонн в год. Концентрация СОг в атмосфере Земли за этот же период увеличилась на 15 % и составляет 365 ррт [71].
Повышение уровня СОг в воздухе может привести к глобальным изменениям климата, так как способствует увеличению средней температуры на планете, усиленному испарению влаги и повышению концентрации водяных паров. Повышение средней температуры воздуха на планете ведет к подъему уровня мирового океана, сокращая площадь поверхности суши и приводя к еще большему испарению воды. Научно обоснованные прогнозы, составленные с помощью компьютерных моделей, показывают возможное удвоение содержания СОг в атмосфере Земли к середине 21 века, что приведет к увеличению средней температуры вблизи поверхности Земли на 3-5 градусов. Причем, в полярных регионах планеты увеличение температуры может быть существеннее, чем в среднем, что значительно скажется на таянии полярных льдов.
Согласно данным Всемирной метеорологической организации 1998, 2001 и 2002 годы были самыми теплыми по уровню среднегодовых температур поверхности Земли за весь период 160 летнего систематического наблюдения. Проблема глобального потепления в настоящее время считается наиболее важной среди всех экологических проблем, с которыми столкнулось человечество [69]. Так например, в зоне Рурского бассейна Европы с очень интенсивным уровнем транспорта и промышленности - климат в среднем теплее на 1,5 градуса, чем в других окружающих областях за счет повышенного содержания СОг. В некоторые зимние дни в центре крупных городов разница температур по сравнению с пригородом может достигать 10 градусов. Именно диоксид углерода СОг является доминирующим среди выбросов всех парниковых газов, ответственных за потепление. Поэтому сокращение выбросов СОг является первостепенной задачей.
Как показывают оценки - на период эксплуатации автомобиля приходится 80-85% всех энергетических затрат в полном жизненном цикле, примерно 12-16% приходится на процессы его изготовления и около 2-5% на процессы вторичной переработки и утилизации [72-77]. Стадия эксплуатации является доминирующей в обеспечении экологической безопасности на протяжении всего жизненного цикла автомобиля, поэтому столь важными являются любые шаги, направленные на снижение токсичности отработанных газов, сокращение потребления топлива автомобилями.
В составе отработавших газов двигателей внутреннего сгорания содержатся сотни вредных компонентов [72, 78]. Наиболее существенными из них являются оксиды азота, твердые частицы, углеводороды, соединения свинца и серы, оксид и диоксид углерода, альдегиды. Они оказывают негативное воздействие на экосистемы - происходит загрязнение воздушной среды, почвы и водоемов вредными веществами отработавших газов. Значительное отрицательное воздействие оказывается и на организм человека.
Мировой парк легковых автомобилей в количестве около 600 млн. единиц сегодня выбрасывают в атмосферу более 3 миллиардов тонн СОг ежегодно. Оценки показывают, что за полный период эксплуатации один легковой автомобиль в среднем потребляет более 14 тысяч литров топлива, более 200 литров масла, образует более 3 тонн твердых отходов и около 200 кг жидких отходов, выделяет суммарную эмиссию в атмосферу более 40 тонн отработавших газов, в том числе около 120 кг SO2, 80 кг NOx и 40 кг мелкодисперсных частиц сажи [36]. Выбросы СОг зависят непосредственно от расхода топлива. При полном сжигании одного литра дизельного топлива образуется 2,6 кг СОг, при сжигании бензина 2,3 кг (дизельное топливо имеет большую плотность) [79]. Ни один существующий катализатор, ни один фильтр не уменьшают выбросов углекислого газа в атмосферу. Только транспортным сектором США каждую секунду сжигается 22 тысячи литров топлива, 75% которого приходится на легковые автомобили.
Природа требует грамотного и бережного отношения к себе, а усилия по сохранению среды обитания являются обязанностью каждого разумного человека. И это очень характерно, что последние годы ознаменовались переосмыслением человечеством важности задач по защите окружающей среды, сохранению природных ресурсов и обеспечению устойчивого развития. Осознание хрупкости природы и ее ограниченной способности восстанавливаться после широкомасштабных и все усиливающихся антропогенных воздействий, начало за последние десятилетия принимать форму вполне конкретных программ, мероприятий, соглашений и постановлений. Обеспокоенность мирового сообщества, правительств многих государств темпами технического развития цивилизации отразилась в ряде важных международных, европейских и национальных документов по обеспечению экологической безопасности.
Международным сообществом во главе с Организацией Объединенных Наций были разработаны и приняты ряд глобальных документов в области защиты окружающей природной среды, большинство из которых непосредственно затронуло автомобильную промышленность (таб. 8) [69]. За прошедшие 100 лет в США было принято более 50 различных законов, касающихся защиты окружающей среды, 2/3 из которых приняты за последние два десятилетия. Очень важными были шаги по исключению свинца из топлива и снижению токсичности выхлопных газов автомобилей. По данным специалистов США за 25 лет с момента подписания первого Акта о чистоте воздуха в 1970 году эмиссия двигателями автомобилей основных вредных веществ (СО, СН, NOx) была сокращена более, чем на 96%, то есть в 25 раз. Современные автомобили с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) становятся все лучше и чище [54, 80]. За последние 40 лет в Европе выхлопы легковых автомобилей с ДВС стали чище в 30-35 раз. К 2010 году они станут чище еще в несколько раз по сравнению с сегодняшними. И основная заслуга в этой позитивной тенденции принадлежит введенным нормам и директивам, установившим высокие требования к производителям автомобилей и топлива. Таблица 8.0сновные Международные Конвенции и Соглашения в области защиты окружающей среды
Год Город Название документа
1985 Вена Венская Конвенция об охране озонового слоя Земли
1987 Монреаль Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой.
1992 Рио-де-Жанейро Декларация Всемирной конференции по окружающей среде и устойчивому развитию
1992 Нью-Йорк Конвенция ООН об изменении климата
1992 Базель Базельская Конвенция о контроле за образованием, перевозкой и удалением опасных отходов
1997 Киото Киотский Протокол, устанавливающий порядок, последовательность и обязательства стран по снижению выбросов 6 парниковых газов, ответственных за глобальное потепление климата
1998 Роттердам Роттердамская Конвенция о процедуре применения в международной торговле предварительного согласования в отношении опасных химических веществ
1998 Орхус Орхусская Конвенция по обеспечению доступности экологических данных для общественности и процедуре их предоставления и отчетности.
2001 Стокгольм Стокгольмская Конвенция о стойких органических загрязнителях, установившая запрет на использование, производство и транспортировку 12 особо опасных для природы и человека веществ.
2002 Амстердам Международное соглашение - Global Reporting Initiative (GRI), рекомендующее всем компаниям публиковать корпоративные экологические отчеты в соответствии с разработанным стандартом
2003 Киев Протокол о регистрах выбросов и переносе загрязнителей (Pollutant Release and Transfer Register - PRTR), в который вошли 86 веществ, обязательных для публичного декларирования.
Удовлетворение нормативных требований по токсичности США, Канады, ЕЭКООН, стран Западной Европы (Евро-1 и Евро-2) в 90-х годах 20 века потребовало от производителей автомобилей значительного снижения выбросов токсичных компонентов за счет применения распределенного электронного впрыска топлива, трех-компонентного каталитического нейтрализатора и кислородного датчика. Разработка и применение для новых моделей автомобилей электронных систем управления двигателем, систем снижения токсичности и, в первую очередь, каталитических нейтрализаторов, содержащих платину и родий, - позволили обеспечить оптимальные режимы работы двигателей и протекания окислительных и восстановительных процессов преобразования токсичных компонентов отработавших газов.
Новые требования к токсичности отработавших газов и испарениям автомобилей, получившие название Евро-3 и Евро-4, заставили выполнить гораздо более жесткие нормы по выбросам. Для выполнения Евро-3 требуется снижение выброса СО на 30%, СН и NOx на 40% по сравнению с Евро-2. В директиве содержится ряд принципиально новых требований. Например, контроль токсичности отработавших газов начинается с момента запуска двигателя, изменена процедура контроля токсичности испарения топлива, сформулированы требования к токсичности в отношении выделения СО и углеводородов при низкой температуре окружающего воздуха, предусмотрена индикация неисправности в случае превышения установленных значений выбросов вредных веществ.
Для выполнения перспективных, более жестких, требований по токсичности (Евро-5, LEV-2, ULEV, SULEV и др.) всеми автомобилестроительными компаниями проводятся научно-исследовательские, опытно-экспериментальные и доводочно-испытательные работы по оптимизации конструкции и материалов автомобиля и его систем.
Многие вопросы экологии рассматриваются мировым сообществом как глобальные, то есть не имеющие территориальных границ. Существующая в Европе практика показывает, что для импортируемых товаров, обращающихся на европейском рынке, действует так называемое расширенное понятие «производитель», когда всю полноту ответственности производителя несут на себе импортеры или продавцы данных товаров на территории ЕС. За последние годы в странах Евросоюза были приняты ряд документов, касающихся повышения экологической безопасности предприятий, выпускаемой ими продукции и оказываемых услуг. В силу определенных особенностей автомобиля как высокотехнологичного, сложного и крупного объекта массового производства, к производителям данного продукта предъявляются еще более высокие нормативы и требования.
Среди документов Евросоюза [81], регламентирующих экологические нормы и правила, и непосредственно затронувших автомобильную промышленность можно отметить следующие.
• Директива 1999/94/ЕС, установившая требования о доступности и обязательности информации по выбросам СОг и расходу топлива для всех автомобилей, продаваемых на рынках ЕС.
• Решение 1753/2000/ЕС, устанавливающее требования к обязательному мониторингу СОг для легковых автомобилей и предоставлению ежегодного отчета каждым производителем.
• Решение 2001/677/ЕС, устанавливающее формат отчетности для выполнения директивы 1999/94/ЕС.
• Решение 1999/125/ЕС, установившее цели достижения 140г/км эмиссии СОг к 2008 году для новых легковых автомобилей АСЕА.
• Решение 2000/3 03/ЕС, установившее цели достижения 140 г/км эмиссии СОг к 2009 году для новых легковых автомобилей КАМА.
• Решение 2000/3 04/ЕС, установившее цели достижения 140 г/км эмиссии СОг к 2009 году для новых легковых автомобилей JAMA.
• Решение2002/358/ЕС о ратификации положений и целей, сформулированных в Киотском протоколе.
• Директива 2003/96/ЕС, установившая дополнительные экологические налоги на энергоносители (в том числе на автомобильные топлива).
Целый ряд документов ЕС определяет механизмы мониторинга, контроля и отчетности предприятий за эмиссией парниковых газов (в первую очередь СОг), потреблением топлив и других невозобновляемых ресурсов (Директива 2003/87/ЕС, Решение 280/2004/ЕС, Решение2004/156/ЕС и др.)
• Директивой 2003/96/ЕС введен дополнительный экологический налог на топлива.
• Решение 1600/2002/ЕС установило приоритетные экологические цели на десятилетний период 2002-2012:
1. Предохранить изменения климата.
2. Сохранить биологические виды животных и растений.
3. Обеспечить качество окружающей среды для здоровья и жизни человека.
4. Сохранить природные ресурсы и уменьшить отхода.
• Постановление ЕС № 761/2001 определяет ответственность и обязанности всех организаций по экологическому управлению и аудиту, а также анализу и улучшению экологических характеристик предприятия и продукции. В постановлении приводятся требования к параметрам экологического менеджмента, а также необходимость публиковать не реже 1 раза в 3 года полный экологический отчет.
• Рекомендация 2001/680/ЕС, развивающая Постановление ЕС № 761/2001, устанавливает правила и требования для подготовки публичного экологического отчета. Среди положений содержится указание необходимости проводить экологическую оценку выпускаемой продукции в полном жизненном цикле, учитывая вопросы ее разработки, изготовления, а также упаковки, транспортировки до потребителя и заключительной утилизации.
• Рекомендация 2003/532/ЕС устанавливает руководящие принципы оценки и учета экологических характеристик предприятия и выпускаемой продукции, в числе которых -обязательный учет всех потребляемых ресурсов, энергии, а также образуемых отходов, стоков и выбросов. Необходимо отметить, что согласно приведенным руководящим принципам необходимо вести учет всем выбросам СОг, а также давать характеристики предприятию, как источнику образуемого шума и выделяемого в окружающую среду тепла.
• Директива 2000/53/ЕС по утилизации отслуживших автомобилей устанавливает с 1 января 2006 года выполнение норматива по утилизации в 85% от массы снаряженного » автомобиля, в том числе 80% за счет вторичной переработки (рециклинга), а также требует
организацию в странах ЕС сети центров приемки и демонтажа старых автомобилей. Эта же директива, а также развивающее ее:
• Решение 2002/525/ЕС устанавливают ограничение на применение в легковых автомобилях тяжелых металлов (свинца, ртути, 6-валентного хрома, кадмия).
• Директивы 2002/95/ЕС и 2002/96/ЕС устанавливают ограничения (за некоторым исключением, практически полный запрет) на использование в составе электрооборудования и электроники тех же 4 тяжелых металлов, а также таких вредных веществ как РВВ (полиброминатбифенил) и PBDE (полиброминатдифенилэфир).
В странах Евросоюза уже введен дополнительный экологический налог на топлива, и сейчас обсуждаются проекты новых законов, согласно которым будут изменены оплата регистрации автомобиля (registration tax) и ежегодный налог за пользование автомобилем (annual circulation tax), которые станут учитывать выбросы СОг [57]. Следует отметить, что установленная перспективная норма в 140 г/км эмиссии СОг распространяется не только на вновь проходящие одобрение типа новые модели автомобилей, а является средним нормативом. За расчет берется среднее арифметическое по всем зарегистрированным новым автомобилям, изготовленным конкретным производителем и проданным в странах ЕС за текущий год. Эмиссия СОг в 140 r/км соответствует среднему расходу топлива в 5,9 л/100км для бензинового двигателя.
Известно, что практически все автопроизводители Европы и США входят а Ассоциацию АСЕА, производители легковых автомобилей Японии входят в Ассоциацию JAMA, производители легковых автомобилей Кореи входят в Ассоциацию КАМА, поэтому установленные перспективные цели являются обязательными практически для всех легковых автомобилей, которые будут продаваться на рынках Евросоюза в будущем.
В Германии и других странах ЕС реализуется активная реклама, ориентирующая покупателей делать выбор в пользу более экологичных автомобилей, а также автопроизводителей, имеющих лучшие показатели аудиторской оценки системы экологического менеджмента и экологической политики. Ежегодно в Германии публикуется экологический рейтинг для всех легковых автомобилей, продаваемых на немецком рынке [82-85].
Ведущие промышленные страны формулируют все более жесткие требования к производителям продукции с целью минимизации негативного воздействия на природу на протяжении полного жизненного цикла товара, включая все процессы его производства, распространения, потребления и завершающей утилизации. Разработчики и изготовители автомобилей оказались под прессом новых экологических требований и обязаны учитывать вопросы защиты окружающей среды и обеспечения экологической безопасности автомобилей еще на стадии проектирования новых моделей.
Реализация принятых международных соглашений, и в первую очередь, решений Монреальского протокола 1987 г. по сокращению эмиссии фреонов, разрушающих озоновый слой планеты, и Киотского протокола 1997 г. по снижению выбросов парниковых газов для всех стран мира, являются конкретными шагами для защиты окружающей среды в соответствии с принципами устойчивого развития, сформулированными во всемирной декларации в Рио де Жанейро. Киотский протокол юридически обязывает страны ограничить и снизить поступление парниковых газов в атмосферу. Ограничение коснулось выбросов шести парниковых газов: СО2, N2O, СН4, HFC, PFC, SF6. Причем последние 5 газов пересчитываются в так называемый "СОг - эквивалент", и их выбросы измеряются уже в килограммах СОг. Согласно протоколу, страны должны в целом к 2008-2012 годам сократить свои выбросы парниковых газов не менее, чем на 5 % от уровня 1990 года. Для развитых стран определен более высокий процент сокращения. Например, для стран ЕС он составляет 8 % [86].
Киотский протокол - первый международный документ, использующий рыночный механизм для решения глобальных проблем. В самом протоколе нет ограничений или запретов на какие-либо виды производственной деятельности. Каждая страна сама решает, как именно снижать или ограничивать выбросы своей промышленности. Кроме того, каждая страна имеет право, в случае затруднений с выполнением требований протокола, покупать необходимые ей квоты (в тоннах углекислого газа) на выбросы парниковых газов у любой другой страны, согласной их продать. В конце 2004 года Россия ратифицировала Киотский протокол, и все его решения в 2005 г вступили в силу. Безусловно, это соглашение затрагивает автомобилестроительную отрасль, устанавливая целевые задачи поэтапного снижения выбросов парниковых газов при производстве автомобилей и сокращения эмиссии ССЬ при их эксплуатации. И уже появились в продаже легковые автомобили, имеющие средний расход потребления топлива в 3 литра на 100 км пути, что соответствует эмиссии СОг примерно в 90 г/км. А в Европе установлены требования достичь к 2012 году для парка новых легковых автомобилей среднего значения выбросов СОг в 120 г/км.
Но с существованием автомобилей связана еще одна не менее острая и сложная проблема. Из всех систем, с которыми людям приходится сталкиваться повседневно, системы дорожного движения являются наиболее сложными и наиболее опасными. По оценкам, ежегодно в мире в дорожных авариях погибают 1,2 млн. человек (то есть в среднем по 3300 человек ежедневно) и около 50 млн. получают травмы разной степени тяжести [48]. В 2002 г. глобальный показатель смертности в результате дорожно-транспортных происшествий составил 19 человек на 100 000 населения, 73% всех погибших - мужчины. Прогнозы показывают, что эти цифры увеличатся примерно на 65-80% за последующие 10-15 лет, если не будет проявлена решительная приверженность делу предупреждения. Все эти смерти, все эти страдания, жертвами которых в особенности становится молодежь, не обходят стороной ни одно государство.
До недавнего времени дорожно-транспортный травматизм являлся, пожалуй, наиболее игнорируемой проблемой общественного здравоохранения, для предупреждения которой требуются значительные эффективные и устойчивые усилия. Поэтому неслучайно Всемирная организация здравоохранения объявила 2004 год годом безопасности дорожного движения и впервые посвятила Всемирный день здоровья, проведенный 7 апреля 2004 года, безопасности дорожного движения.
Системы наземных видов транспорта стали важнейшим компонентом современной жизни. В результате повышения скорости транспортных связей и перевозки товаров и людей они коренным образом преобразили нынешние экономические и социальные отношения. И хотя, недавно проведенные исследования показали, что пассажиры и водители новых легковых автомобилей, изготовленных в Европе и США, подвергаются в три раза меньшему риску дорожно-транспортного травматизма, нежели пассажиры и водители автомобилей выпущенных 20 и более лет назад, совершенно очевидно, что на сегодняшний день борьба за безопасность дорожного движения - это одна из важнейших задач здравоохранения в масштабах всего мира.
Статистика показывает, что по показателям аварийности, смертности и травмоопасное™ автомобильный транспорт с большим отрывом лидирует среди альтернативных пассажирских перевозок : водных, воздушных и железнодорожных. По данным специалистов Великобритании при железнодорожных перевозках пассажиров используется в среднем в 2 раза меньше топлива на 1 км пути на человека, чем при автомобильных и в 5 раз меньше, чем при авиаперевозках. Безопасность железнодорожных путешествий выше в 200 раз, чем путешествий на автомобилях [87].
Печальные данные статистики дорожно-транспортных аварий и травматизма в России показывают, что страна находится по этому показателю наравне с такими азиатскими странами, как Индия, Китай, Таиланд, Индонезия и не имеет пока тенденций к улучшению. Ежегодно в результате ДТП в России погибает около 40 тысяч человек, сотни тысяч получают серьезные травмы и увечья [48]. Коэффициент смертности в результате дорожно-транспортных происшествий на 100 000 населения для России вдвое выше, чем для стран Западной Европы, притом, что количество автомобилей на тысячу жителей примерно в 4 раза меньше. Неблагополучно и соотношение числа погибших людей к общему числу, получивших травмы в результате ДТП. Если для стран ЕС такой коэффициент составляет 1/30 - 1/60, то для России он составляет 1/6.
В стране, где автомобили LADA, несмотря на развивающуюся экспансию иномарок, все еще составляют более половины общего парка легковых автомобилей, Волжский автозавод несет большую ответственность за безопасность и экологию выпускаемых автомобилей, в том числе и значительную долю моральной ответственности за дорожно-транспортный травматизм.
По данным, приведенным в докладе Госстандарта России, автомобильный транспорт в Российской Федерации лидирует по степени экологического ущерба во всех видах негативных воздействий на окружающую среду. Его доля составляет в загрязнении атмосферного воздуха - 71%, воздействии на климат - 68%, шуме -50% [88]. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами автомобилей в стране продолжали увеличиваться все последние годы.
В России экологическая безопасность автотранспорта традиционно оценивается с точки зрения токсичности отработавших газов, то есть рассматривается только несколько локальных экологических аспектов стадии эксплуатации автомобиля. Однако современный взгляд на автомобиль в его полном жизненном цикле требует уделять не меньшее внимание, как процессам его производства, так и завершающей стадии - утилизации и рециклингу (вторичной переработке) отслуживших автомобилей, а также анализу глобальных аспектов воздействия автомобиля на природу и человека. Более того, подробный Total Life Cycle Analysis (LCA-анализ) - должен проводиться еще на стадии проектирования и разработки нового автомобиля. В настоящее время экологическая безопасность по полному жизненному циклу является одним из основных показателей, определяющих качество и конкурентоспособность автомобилей на современных мировых рынках.
АВТОВАЗ - крупнейший в России производитель автомобилей, на долю которого приходится около 70-75% всех выпускаемых отечественной промышленностью легковых автомобилей и около 50% автомобильного парка страны. За три с половиной десятилетия завод произвел более 23 миллионов легковых автомобилей, около 60% которых до сих пор находятся в эксплуатации. Поэтому, анализ экологического влияния на окружающую среду Волжского автозавода и выпускаемых им автомобилей является очень актуальным для нашей страны [26,27,40].
Существует много способов и критериев оценки и анализа показателей экологической безопасности продукта и технологий его производства. Современный подход, сформулированный в Международных стандартах по экологическому управлению серии ISO 14000, определяет комплексное и наиболее полное рассмотрение различных экологических аспектов на основе анализа жизненного цикла продукции. LCA-анализ автомобиля включает в себя подробное рассмотрение всех основных стадий: концептирование и разработку проекта, производство, эксплуатацию, техобслуживание и завершающую утилизацию автомобиля. При выполнении такого анализа должна проводиться инвентаризация всех потребляемых энергетических и материальных ресурсов, прямых и косвенных факторов воздействия на окружающую среду, связанных с существованием автомобиля на протяжении стадий его жизненного цикла [89-93].
LCA-анализ сложный и многостадийный процесс. За последние годы в мире проводятся многочисленные конференции, а также имеется уже много публикаций, посвященных применению LCA-анализа в автомобильной промышленности. Однако подробному рассмотрению, как правило, подвергались лишь отдельные компоненты и узлы автомобилей для определения более эффективного выбора при различных альтернативных вариантах. В силу значительной сложности автомобиля как объекта рассмотрения, анализ целого автомобиля по методикам полного жизненного цикла проводился очень редко, с учетом многочисленных допущений и упрощений [73]. Чаще всего анализ проводился лишь по расходу энергии или по суммарным выбросам некоторых вредных веществ и СОг- В отечественной практике опыт применения LCA-анализа пока очень незначителен. Можно отметить работы В.А. Звонова, А.С. Теренченко, А. В. Козлова, В.Ф. Кутенева из ГНЦ НАМИ по сравнительному анализу дизельных двигателей и альтернативных топлив в полном жизненном цикле [72, 94-97].
До недавних пор LCA-анализ не применялся в АО «АВТОВАЗ». Именно рассмотрению всех вопросов LCA-анализа для автомобилей ВАЗ посвящена диссертационная работа.
Цель работы. Разработка эффективной и удобной в применении методики экологической оценки легковых автомобилей в полном жизненном цикле и проведение на ее основе сравнительного анализа экологической безопасности автомобилей ВАЗ и аналогов. Для достижения поставленной цели в данной работе решались следующие задачи :
1. Анализ и оценка существующих и применяемых в мировой практике методов и методик оценки экологического влияния автомобилей на окружающую среду и человека. Обоснование их достоинств и ограничений, а также возможностей адаптации и применения в отечественной практике.
2. Рассмотрение факторов экологического воздействия автомобилей на природу и человека на всех основных стадиях жизненного цикла: производство, эксплуатация, утилизация. Анализ и оценка значимости этих факторов. Обоснование важности комплексного учета факторов экологического воздействия для всех стадий полного жизненного цикла автомобиля.
3. Сравнительные сопоставления, анализ и оценка различных моделей автомобилей ВАЗ на разных стадиях жизненного цикла на основе наиболее эффективных существующих методик.
4. Разработка удобной для практического применения, простой и эффективной методики сравнительной экологической оценки легковых автомобилей на стадии эксплуатации.
5. Разработка комплексной методики экологической оценки легковых автомобилей в полном жизненном цикле. Проведение расчетов экологического воздействия автомобилей ВАЗ на основе разработанной методики. Применение разработанной методики для сравнительного анализа экологической безопасности автомобилей ВАЗ и аналогов.
6. Разработка практических рекомендаций, определение основных приоритетных направлений и формирование целевых задач для улучшения экологических показателей выпускаемых и проектируемых автомобилей ВАЗ и процессов их производства.
7. Совершенствование системы экологического менеджмента в АО «АВТОВАЗ», разработка корпоративной нормативно-технической и экологической документации, обеспечивающей улучшение показателей экологической безопасности автомобилей ВАЗ и удовлетворение существующих и перспективных международных экологических требований.
Методы оценки негативного влияния автомобилей на окружающую среду в полном жизненном цикле
Современные нормы и требования определяют ответственность производителя за продукт в течение его полного жизненного цикла до самой последней его стадии - утилизации. Системному анализу должны быть подвергнуты все этапы жизненного цикла автомобиля (производство сырья и материалов, изготовление деталей и компонентов, сборка автомобилей, их эксплуатация, ремонт, техобслуживание и завершающая утилизация). Его конструкция, материалы, крепежные соединения, применяемые технологии должны анализироваться и оптимизироваться с целью минимизации расходуемых ресурсов и затрат, сокращения экологической нагрузки на окружающую среду, улучшения эффективной эксплуатации автомобиля в течение полного срока службы [102, 103]. Для выполнения и реализации такого анализа начинают активно применяться современные методы оптимизации, расчета и принятия решений при альтернативном выборе, в том числе: Total Life Cycle Analysis (LCA-анализ), Design for Manufacture (DFM), Design for Assembly (DFA), Design for Servicability (DFS), Design for Disassembly (DFD), Design for Recycling (DFR), Design for Environment (DFE) - конструирование для обеспечения эффективности производства, сборки, техобслуживания, демонтажа, рециклинга, экологической безопасности автомобилей, Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) - анализ характера и последствий дефектов и др.
Международные стандарты серии ИСО 14000 по экологическому управлению определяют различные аспекты формирования экологической безопасности продукции и ее промышленного производства, в том числе оценку показателей окружающей среды, оценку жизненного цикла, требования к экологической маркировке и проведению экологического аудита. Стандарты серии ИСО 14000 наряду со стандартами ИСО серии 9000 являются важным средством нормативного регулирования и стимулирования совершенствования современного производства, расширения мировой торговли и обеспечения устойчивого развития стран мирового сообщества. Стандарты Международной организации по стандартизации серии ИСО 14040 раскрывают принципы, структуру, последовательность и процедуры проведения оценки жизненного цикла продукции, требования, предъявляемые к каждой фазе данного процесса: ИСО 14040 Оценка жизненного цикла. Принципы и структура. ИСО 14041 Оценка жизненного цикла. Определение цели и области исследования и инвентаризационный анализ. ИСО 14042 Оценка жизненного цикла. Оценка воздействия жизненного цикла. ИСО 14043 Оценка жизненного цикла. Интерпретация жизненного цикла.
Анализ жизненного цикла (LCA) это многостадийный процесс (рис. 1-1). Он начинается с установления конкретных целей для такого анализа и заканчивается интерпретацией полученных результатов. При проведении анализа полного жизненного цикла автомобиля необходима подробная инвентаризация всех прямых и косвенных факторов воздействия на окружающую среду, связанных с существованием автомобилей. Инвентаризационная ведомость составляется для разных стадий жизненного цикла, после чего рассчитывается и рассматривается экологический баланс автомобиля для всего жизненного цикла [9, 72].
Краткое изложение концепции LCA применительно к автомобилю сводится к следующему:
Исходя из целей проведения LCA, имеющихся ресурсов, времени и предыдущего опыта проведения LCA составляется программа проведения анализа полного жизненного цикла, учитывающая его глубину, полноту и принятые допущения.
Анализируется потребление всех видов сырья, ресурсов, энергии, трудозатрат при производстве, продаже, эксплуатации, утилизации автомобилей, включая, по возможности, начальные стадии в полной цепи технологических процессов: добычу руды, нефти, обработку сырья и т.д. Оцениваются негативные воздействия, связанные с образованием отходов, выбросами в атмосферу, сбросами в водоемы.
Полученные на стадии инвентаризации результаты приводятся в форму, пригодную для сравнительного анализа.
В соответствии с поставленными целями проводится сравнительная оценка различных стадий и этапов жизненного цикла автомобиля; или же сравниваются альтернативные решения элементов конструкции автомобиля (детали, узлы, системы), применяемых материалов, технологических процессов. При наличии информационных данных сравнению могут подвергаться различные автомобили одного или нескольких производителей.
Методы LCA должны, по возможности, применяться еще на ранних стадиях разработки автомобилей для оптимизации решений с целью минимизации негативного экологического воздействия автомобиля на всех этапах его полного жизненного цикла.
Полный экологический анализ для всех стадий жизненного цикла автомобиля очень труден и трудоемок [29, 104]. Часто при проведении LCA сложную техногенную систему разбивают на отдельные взаимосвязанные процессы, каждый из которых рассматривается в отдельности, а оценку всей системы производят по результатам анализа таких процессов с учетом принятых допущений и упрощений. Если какой либо процесс не детализировать и не рассматривать его внутренние элементы и подпроцессы, то его можно считать элементарным. Такой элементарный процесс может быть оценен по имеющимся входным и выходным потокам. Схема такого элементарного процесса приведена на рисунке 1-2. Если, с учетом определенных допущений, всю техногенную систему (которой может быть предприятие, автомобиль, отдельный автомобильный компонент и др.) можно представить в виде таких взаимосогласованных элементарных процессов, то LCA всей рассматриваемой системы может быть выполнен более эффективно.
Каждый рассматриваемый процесс (им может быть, например, штамповка детали, окраска кузова, замена изношенной покрышки, заправка топливом, мойка автомобиля и т.д.) характеризуется наличием входящих расходуемых ресурсов, включая и человеческий труд,
выпуском определенного полезного изделия (результата), полученного в данном процессе, совокупностью отходов, которые еще предстоит каким-то образом переработать (вернуть в технологический процесс, утилизировать, захоронить на свалках или удалить в виде сбросов и выбросов), а также управляющим воздействием, которое согласовывает выполнение каждого конкретного процесса с другими в определенную, более или менее хорошо функционирующую систему.
В качестве примера достаточно детального и трудоемкого LCA анализа для легкового автомобиля можно привести исследования, проведенные Американской автомобильной Ассоциацией (ААМА). Анализ был выполнен большой группой квалифицированных специалистов и занял несколько месяцев кропотливого работы [90]. В качестве объекта для рассмотрения и анализа был взят так называемый усредненный автомобиль США 1995 года выпуска с массой 1532 кг. Этот автомобиль был составлен на основе статистически обработанных данных по продажам на американском рынке в 1995 г. легковых автомобилей, производимым компаниями Форд, Дженерал Моторс и Крайслер с учетом их доли рынка. Для результатов проведенного анализа такой усредненный автомобиль был выбран, а точнее составлен, чтобы как можно более точно учесть всю инфраструктуру автомобильной промышленности США и производства материалов и комплектующих [90]. Распределение массы данного автомобиля по составу материалов приведено в таблице 3-20 во третьей главе.
Методика комплексной экологической оценки легковых автомобилей в полном жизненном цикле
В России экологическая безопасность автотранспорта обычно оценивается с точки зрения токсичности отработавших газов при эксплуатации. Многочисленные вредные вещества воздействуют на организм человека и, в зависимости от продолжительности и интенсивности своего действия, приводят к различным изменениям здоровья человека. Точно определить соотношения дозы и воздействия для отдельных веществ, содержащихся в ОГ автомобиля, не представляется возможным. Зачастую можно делать только качественные выводы о возможной картине заболеваний, как результата воздействия вредных веществ. Загрязненность окружающей среды считается существенным фактором риска для сердечных и хронических заболеваний, заболеваний кожи, дыхательных путей и органов кровообращения, а также для рака и аллергии.
Однако автомобильный транспорт оказывает негативное комплексное воздействие на окружающую среду всей протяженной инфраструктурой транспортно-дорожного комплекса в целом (транспортных предприятий, центров ремонта и техобслуживания автомобилей, станций заправок топливом, сети автомобильных дорог и др.). Дорожная сеть с объектами автотранспортного комплекса занимает значительные территории, как в сельской местности, так и в городах. На транспортных предприятиях образуется большое количество отходов. При эксплуатации самой дороги на каждом километре ее пути возникают продукты износа трущихся деталей, истирания шин и тормозов, материалов разрушающегося дорожного полотна. Вблизи дорог выявлены значительные техногенные изменения почвы, связанные как с изменением ее естественного сложения, гранулометрического состава, физико-химических свойств, так и наличием различных загрязнений, приводящие к необратимой деградации и утрате экологических функций почвы [121].
Воздействия, оказываемые автомобилем на окружающую среду, даже только на стадии эксплуатации - очень разнообразны и разнородны по своей природе. Легковые автомобили отличаются друг от друга множеством различных характеристик и параметров, часть которых изменяется с течением срока службы автомобилей. Различные системы, узлы и дополнительные компоненты автомобиля функционируют с различной эффективностью, потребляя на свою работу то или иное количество энергии, поэтому реальная комплексная оценка экологического ущерба от негативных факторов и категорий воздействия автомобиля в течение периода эксплуатации достаточно сложна, а проведение ее очень трудоемко.
Для удобства классификации такие воздействия обычно группируют по нескольким категориям, например, разрушение озонового слоя, возникновение парникового эффекта, образование фотохимического смога, выпадение кислотных осадков, эвтофикация водоемов, шум и др. Но даже после группирования в определенные категории, упрощения задачи и снятия некоторых неопределенностей, остается все еще много трудностей, которые необходимо решить, чтобы получить приемлемый результат - произвести сравнительную оценку общего негативного воздействия автомобилей на окружающую среду при их эксплуатации. Трудно, например, сопоставить между собой воздействия в виде выброса газов с парниковым эффектом и выброса газов, приводящих к образованию кислотных осадков. Особенно усложняется задача сравнения, когда количество учитываемых категорий воздействий возрастает, а в рассмотрение включается вся связанная с транспортом инфраструктура. Для проведения сравнительных оценок необходимо учитывать относительную важность (весомость) различных категорий воздействия.
Современный взгляд на автомобиль требует использовать системный подход и уделять не меньшее внимание всем стадиям его полного жизненного цикла, начиная от производства энергии, сырья, материалов и компонентов, и завершая рециклингом (вторичной переработкой) и утилизацией отслуживших старых автомобилей. Для любого элементарного процесса, независимо к какой стадии жизненного цикла он относится, можно, в общем случае, определить и описать его входные и выходные потоки, тогда все категории воздействия оказывается удобным распределить на две связанные с таким разделением группы:
Потребление природных ресурсов и истощение почвы (входные потоки). Загрязнение окружающей среды (выходные потоки).
Поэтому, системный подход при разработке методики, позволяющей достаточно эффективно производить сравнительную оценку суммарного негативного воздействия какого либо процесса (или системы) на природу и человека, заключается в последовательном проведении следующих этапов: 1. Инвентаризация процесса (сбор необходимых данных о входах и выходах процесса). 2. Определение и выбор категорий воздействия. 3. Классификация (распределение входных и выходных потоков по выбранным категориям воздействия). 4. Характеризация данных (сравнительная оценка вклада для каждого элемента входа или выхода по каждой категории воздействия). Выполняется на основе определенной модели, систематизированных данных или использования экспертных оценок. 5. Оценка значимости различных категорий воздействия (сравнительная оценка вклада каждой из выбранных категорий на общее негативное воздействие на окружающую среду). Выполняется также на основе моделей оценки негативного эффекта от определенного воздействия на природу. 6. Формирование итогового показателя воздействия процесса на окружающую среду на основе проделанных расчетов.
Наиболее удобным для применения на практике является построение такой модели оценки воздействия на окружающую среду и проведение соответствующих расчетов, когда результат выражается в виде единого интегрального показателя, учитывающего многочисленные категории воздействия с учетом их разной значимости. Попытка расчета единого интегрального показателя для оценки технического уровня легковых автомобилей на стадии их эксплуатации была сделана в НАМИ в виде «Методики оценки технического уровня легковых автомобилей» (И 37. 001. 017-75) [134]. Согласно данной методике устанавливается метод оценки качества легковых автомобилей по степени совершенства конструкции и эксплуатационным показателям, характеризующим технический уровень сравниваемых моделей. Оценка технического уровня автомобиля в данной методике выражается интегральным показателем, обобщающим оценку всех рассматриваемых качеств. В число оцениваемых свойств и качеств входят: скоростная динамика, надежность, эргономичность (управляемость и комфортабельность), экологичность, экономичность, безопасность, трудоемкость и новизна, с учетом значимости отдельных показателей с помощью коэффициентов весомости [134]. Согласно методике каждый из перечисленных показателей оценки состоит из нескольких относительных удельных групповых показателей. Методика должна использовать настолько много технических параметров, сбор информации о которых зачастую достаточно затруднен, а также выполнять огромное количество вспомогательных расчетов, что практически никогда не применяется для выполнения реальных сравнительных оценок легковых автомобилей. По крайней мере, в АО «АВТОВАЗ» данной методикой никогда не пользуются.
Например, согласно данной методике, для показателя экономичности автомобиля необходимо использовать показатели материалоемкости, топливной экономичности, трудоемкости технического обслуживания и ремонта. Оценка показателей экологичности производится на основе показателей токсичности выхлопных газом и уровня внешнего шума, создаваемого автомобилем. Показатель токсичности определяется только по содержанию СО в выхлопных газах. Всего же для расчетов рекомендуется использовать 73 технических параметра легковых автомобилей [134]. Причем, при оценке большинства показателей, невозможно получать какие либо абсолютные значения, а методику можно применять только для парного сравнения двух автомобилей, то есть оценивать выбранную модель относительно конкретного аналога, взятого за эталонный для сравнения образец.
В монографии [72] проведена оценка некоторых, применяемых в отечественной и мировой практике, методик, позволяющих оценивать экологические показатели различных процессов. Например, в практике природоохранной деятельности можно использовать значения предельно допустимых концентраций (ПДК) веществ в различных средах. Все выбросы вредных веществ в атмосферу в соответствии с «Временной методикой определения предотвращенного экологического ущерба» [142] приводятся к диоксиду серы, на основе массы каждого выброса и показателя относительной экологической агрессивности, рассчитанной с учетом ПДК. Поэтому приведенные выбросы для разных процессов можно сравнивать между собой. Авторы работы [72] отмечают, что недостатками такой методики являются - невозможность сопоставить между собой приведенные выбросы в воздух и воду, также не учитываются последующие химические превращения веществ в полной цепи событий, перенос из одной среды в другую.
Стадия производства автомобилей. Анализ экологического воздействия АО «АВТОВАЗ» на окружающую среду
АВТОВАЗ - крупнейший в России производитель автомобилей, на долю которого приходится около 70-75% всех выпускаемых отечественной промышленностью легковых автомобилей. За три с половиной десятилетия, прошедших с начала выпуска первой вазовской «малолитражки», завод произвел более 23 миллионов легковых автомобилей, около 60% которых до сих пор находятся в эксплуатации. Анализ экологического влияния на окружающую среду Волжского автозавода в процессе производства и сборки легковых автомобилей является очень важной стадией LCA.
В 2004 году АО «АВТОВАЗ» выпустило 717 981 автомобиль марки LADA. На предприятия внешней сборки было направлено 248 348 комплектов автомобилей и силовых агрегатов. Кроме того, было изготовлено 54 тысячи комплектов для сборки автомобилей марки «Шевроле Нива» в ЗАО «Джи Эм-АВТОВАЗ». На внутреннем рынке в 2004 году реализовано более 625 тысяч автомобилей, на экспорт отправлено 92 тысячи автомобилей марки LADA.. Производство автомобилей LADA в АО «АВТОВАЗ» и экспорт за рубеж за последние годы приведены на рис. 3-1.
Ни одно промышленное предприятие не может быть совершенно безотходным и экологически безопасным, хотя многие целенаправленные усилия, приложенные для совершенствования технологических процессов, сокращения потребляемых ресурсов и выделяемых отходов, способствуют сохранению природной среды. Для снижения экологического воздействия на окружающую среду различных неблагоприятных факторов применяются новые, более прогрессивные, материалы, внедряются экологически более совершенные технологии, используются современные методы очистки выбросов в атмосферу и сбросов в водные бассейны, создаются способы эффективной утилизации отходов предприятия. Организовывается и используется все более полный и информативный автоматизированный технологический и экологический мониторинг.
В данной главе рассматривается стадия производства автомобилей ВАЗ на основной площадке Волжского автозавода. Целью проведенной работы была комплексная оценка экологического воздействия процесса производства автомобилей в АО АВТОВАЗ на природу и человека, а также сравнительные сопоставления экологических параметров процессов производства для различных моделей автомобилей ВАЗ. На основе результатов данного анализа должны появиться выводы и заключения для определения основных направлений приложения усилий, чтобы повысить экологическую безопасность производства автомобилей в АО АВТОВАЗ и минимизировать нагрузку на окружающую среду. Исходя из поставленных в работе целей, была определена глубина выполняемых исследований, анализов и расчетов.
Прежде всего, необходимо отметить, что имеются определенные и значительные отличия между производством автомобилей на ВАЗе и традиционным процессом производства, который сейчас реально существует на ведущих автомобилестроительных компаниях мира: в США, Западной Европе, Японии, Корее.
Основное отличие состоит в том, что АВТОВАЗ не является только сборочным заводом в типичном для Запада понимании. Это можно пояснить. По общепринятой в мире классификации процессы производства автомобилей можно разделить на три условных уровня: изготовление деталей, производство автомобильных компонентов и модулей, сборка автомобилей. Добыча сырьевых ресурсов и производство материалов являются предшествующим звеном и, как правило, в процессах изготовления автомобилей не рассматриваются. Изготовление деталей включает транспортировку конструкционных материалов и технологические процессы обработки и изготовления деталей, включая литье, штамповку, ковку, формовку. Производство компонентов и модулей включает дальнейшие процессы изготовления и сборки деталей в автомобильные комплектующие. Заключительная сборка компонентов и модулей в готовый автомобиль является последним уровнем процесса производства автомобилей. Как правило, все эти стадии выполняются на разных предприятиях. Существует определенная иерархия этапов работ. В отличие от такого традиционного распределения всей эволюционной цепочки производства автомобилей между сборочными заводами, субпоставщиками и поставщиками комплектующих, очень многие этапы производства автомобильных компонентов выполняется на самом Волжском автозаводе. Помимо сварки, окраски и сборки автомобилей, на ВАЗе непосредственно изготавливаются многие детали, узлы и агрегаты. Занимая территорию около 600 гектар, основная производственная площадка ВАЗа включает в себя многочисленные промышленные цеха, в которых выполняются различные операции металлургического, прессового, кузнечного, сварочного, механического и других производств: литье чугуна и алюминия, прессование и штамповка заготовок, различные виды сварки, пайки, резки и механической обработки, нанесение защитных и декоративных покрытий, гальванообработка, изготовление пластмассовых изделий, окраска и др.
Кроме того, энергетические мощности завода работают не только на обеспечение нужд и потребностей завода, но и города Тольятти, в котором расположен АВТОВАЗ. Это касается водоснабжения, очистки сточных вод, переработки отходов. Четко разделить эти процессы, как относящиеся к производству автомобилей, так и не относящиеся, часто является проблематичным. Поэтому экологическая нагрузка, которую оказывает производство автомобилей на ВАЗе, рассчитываемая и анализируемая в данной работе, может оказаться значительно отличающейся от аналогичных результатов, выполненных для автомобилестроительных заводов других фирм в других странах [26].
Вся сложная совокупность воздействия процессов производства автомобилей в АО «АВТОВАЗ» была разбита на достаточно однородные, так называемые, элементарные процессы. Предприятие рассматривалось как система, имеющая входящие и выходящие потоки, и состоящая из внутренних взаимосогласованных процессов [25, 26]. На основе осуществляемого на заводе мониторинга закупок товарно-материальных ценностей, образуемых отходов и загрязнения окружающей среды, были собраны информационные данные обо всех основных ресурсах, потребляемых на входе в систему, а также о выходных параметрах. Инвентаризационный анализ предприятия включал сбор информации об источниках выбросов загрязняющих веществ, сбросов стоков, качества и количества образуемых промышленных отходов [20,40]. Собранные о предприятии данные представляют собой огромное количество показателей различного рода и разных категорий. Для того чтобы на основе всего собранного фактического материала получить какие-либо приемлемые для анализа результаты, показывающие комплексные экологические параметры предприятия и степень воздействия на окружающую среду, пришлось принять несколько допущений, позволивших упростить рассматриваемую систему. Также необходимо было, по возможности, разделить входящие и выходящие потоки на две группы. В первую группу были отнесены те потоки, которые можно отнести к конкретным моделям автомобилей ВАЗ, производимым на заводе. Во вторую группу были включены потоки, которые распределить по разным моделям автомобилей ВАЗ не представляется возможным, а можно отнести только к заводу в целом.
Стадия утилизации автомобилей. Анализ демонтажа автомобилей ВАЗ
За последние 10 лет автомобильный парк в России увеличился более чем в два раза, и в настоящее время составляет свыше 24 млн. легковых автомобилей. Согласно данным отдела аналитики LADAONLINE [164], в 2004 году на российском рынке было реализовано 1 млн. 270,8 тысяч новых легковых автомобилей. Это на 16% больше, чем в 2003 году, когда в России продали 1 млн. 95 тысяч автомобилей. Лидером российского авторынка в количественном выражении с огромным отрывом остается марка LADA. В 2004 г. в нашей стране было продано 688,6 тысяч легковых автомобилей под этим российским брендом. В том числе, 625,7 тысяч автомобилей произведенных на самом АВТОВАЗе, 45,2 тысячи «Лад», произведенных на «ИжАвто» и 17,7 тысяч автомобилей, выпущенных на «РосЛаде» в Сызрани. Импорт легковых автомобилей в Россию в 2004г. по сравнению с 2003г. вырос в 2,3 раза и достиг 5 млрд. 163,5 млн. долларов. На 1 января 2005 года на учете ГИБДД РФ числилось 4703 тысячи иномарок, а годовой прирост по итогам 2004 года составил 464 тысячи единиц. Наиболее популярные импортные легковые автомобили - Toyota, VW, Nissan, Opel, Ford.
Анализ различных аспектов негативного воздействия автомобилей на природу и человека на стадии эксплуатации показал, что, несмотря на огромное их количество, все многочисленные факторы можно сгруппировать в небольшое число групп. Оказалось возможным выделить наиболее ключевые категории воздействия, каждая из которых создает важный вклад в общее негативное воздействие на окружающую среду и человека. Причем, для анализа и сравнения этих ключевых категорий можно ограничиться очень небольшим количеством технических параметров автомобилей, которые легко измеримы и широко доступны из справочной информации. Остальные неучтенные факторы и категории воздействия, являются менее существенными и приводят к значительно меньшему негативному вкладу, а также гораздо более трудно поддаются сравнительному количественному анализу ввиду отмеченной многими авторами неоднозначности в интерпретации результатов. Поэтому для простоты и удобства проведения расчетов эти второстепенные факторы можно не учитывать, тем более, что для автомобилей одного класса такие факторы, как правило, действуют идентично, и при сравнительном анализе вносят примерно равный вклад в суммарную нагрузку.
Категории воздействия, имеющие разную негативную нагрузку в зависимости от условий эксплуатации автомобиля, плотности населения в местах эксплуатации, качества дорог, климатических факторов и т.д. рассматривались только относительно технических параметров самого автомобиля. То есть, принималось допущение, что динамика изменений вышеуказанных категорий воздействия аналогична для различных автомобилей, и при их сравнительной оценке - может не учитываться. Динамика изменений определенных воздействий, меняющихся в процессе эксплуатации автомобилей в зависимости от возраста и пробега автомобилей, технического состояния и т.д. по аналогичным причинам также не учитывалась.
Проведенный анализ достоинств и недостатков многочисленных методик, применяемых для тестирования автомобилей, позволил еще раз убедится в правоте вывода о том, что удобная для практического применения методика сравнительной оценки должна основываться на ограниченном количестве параметров, собрать информацию о которых не должно представлять значительного труда. Учитывая вышесказанное, а также доводы, приведенные автором в главе 2, и опустив более подробную аргументацию, можно сделать выбор в пользу следующих пяти наиболее важных параметров, на основе которых предлагается производит расчеты и сравнительные оценки экологаческой безопасности легковых автомобилей на стадии эксплуатации. Методика основывается на суммарном расчете бальной оценки экологической безопасности автомобилей по пяти ключевым параметром, с учетом весового вклада (значимости) каждого из них.
Результаты можно рассчитывать как для автомобилей в пределах одного класса, так и сравнивать между собой легковые автомобили различных классов. В таблице 4-24 приведены значения технических параметров (левые столбцы в колонках) для некоторых выбранных для проведения расчетов легковых автомобилей с бензиновым двигателем из немецкого справочника VCD-2004/2005 [85], имеющие лучшие, средние и худшие показатели по различным параметрам. В данном справочнике приводятся легковые автомобили, продаваемые на немецком рынке и уложившиеся в предельный диапазон эмиссии С02 около 250 г/км. То есть, в данном справочнике отсутствуют автомобили с плохими показателями по эмиссии диоксида углерода. В таблице 4-24 приведены также параметры других автомобилей LADA, отсутствующих в VCD-2004/2005.
Рассчитаем и сравним экологические показатели автомобилей из таблицы 4-24. Диапазон разброса значений по эмиссии СОг был равен 148 г/км (от 104 г/км для Toyota Prius до 252 г/км для Seat Alhambra 2.8). Поэтому, например, относительный показатель VW Golf 1.4 по выбросам С02 равным 149 г/км рассчитывается по простой формуле: (252-149)/148, что и составило 70%. Диапазон разброса значений по массе 1700кг-950кг=750кг. Поэтому, например, относительный показатель VW Golf 1.4 с массой 1190 кг равен: (1700кг-1190)/750 =77,5%.
Аналогичным образом рассчитываются относительные показатели в процентах по другим параметрам и другим автомобилям. Результаты расчетов приведены также в таблице 4- Лучшие баллы из рассмотренных автомобилей набрал Opel Corsa Eco 1. 0, а худшие Ford Galaxy 2.0, который, выполняя только нормы токсичности Евро-3, уступил даже автомобилю Seat Alhambra 2.8, который получил в трех параметрах по нулевому значению, но выполнил нормы Евро-4. Автомобиль LADA 21093, выполняющий нормы Евро-2, набрал 42,8 балла, а аналогичный автомобиль, но выполняющий нормы Евро-3 набрал уже 52,8 балла. Лучший среди автомобилей ВАЗ, имеющий максимальные показатели экологической безопасности, это LADA-1118 Калина, которая с 2006 года будет продаваться на рынках Западной Европы, удовлетворяя нормы токсичности Евро-4.
Проведена оценка факторов экологической нагрузки легковых автомобилей в стадии эксплуатации. Легковые автомобили отличаются друг от друга множеством различных характеристик и параметров, часть которых изменяется с течением срока службы автомобилей, поэтому реальная комплексная оценка экологического ущерба от негативных факторов и категорий воздействия автомобиля в течение периода эксплуатации достаточно сложна, а проведение ее очень трудоемко. Ситуация еще усложняется, если учитывать всю инфраструктуру транспортно-дорожного комплекса в целом (транспортных предприятий, центров ремонта и техобслуживания автомобилей, станций заправок топливом, сети автомобильных дорог и др.). Вместе с тем, выполнение сравнительной оценки экологической нагрузки легковых автомобилей в стадии эксплуатации является крайне важным. Стадия эксплуатации является доминирующей в полном жизненном цикле автомобиля: около 85% полного эффекта глобального потепления, кислотного воздействия на атмосферу, потребления всех невосстанавливаемых ресурсов происходит именно на этой стадии. Наиболее значительный вклад дает потребление автомобилем огромного количества топлива за полный период эксплуатации. Поэтому очень важными являются любые шаги, направленные на сокращение потребления топлива автомобилями.
Кратко описаны, проанализированы и оценены различные методики, применяемые в России и за рубежом для сравнительной оценки легковых автомобилей на стадии эксплуатации. Отмечены их достоинства и недостатки. Отмечается эффективность и популярность применяемой в Западной Европе методики Транспортной Ассоциации Германии - VCD. Проведены расчеты экологических рейтингов автомобилей ВАЗ согласно данной методике.
Описана целесообразность модификации методики VCD применительно к анализу отечественных легковых автомобилей. Проведены расчеты и сравнения экологических показателей автомобилей ВАЗ согласно модифицированной автором диссертации методики, учитывающей особенности парка отечественных легковых автомобилей.
Отмечается, что удобная для практического применения методика сравнительной оценки должна основываться на небольшом количестве ключевых параметров, собрать информацию о которых не составляет значительного труда. Поэтому автором разработана новая методика проведения расчетов и сравнительной оценки экологической безопасности автомобилей на стадии эксплуатации, которая основывается на технических параметрах автомобиля, легко идентифицируемых в любом автомобильном каталоге или справочнике. Методика учитывает основные факторы воздействия автомобиля на природу и организм человека, проста и удобна в применении, и позволяет производить расчеты и сравнительные оценки экологической безопасности легковых автомобилей не только на стадии эксплуатации, но и в полном жизненном цикле. Согласно методике суммарный расчет бальной оценки экологической безопасности автомобилей выполняется всего по пяти ключевым параметром, с учетом весового вклада (значимости) каждого из них. Сравнительную оценку экологической безопасности можно проводить как для автомобилей в пределах одного класса, так и сравнивать между собой легковые автомобили различных классов. В соответствии с методикой выполнены расчеты и проведены сравнения автомобилей ВАЗ и зарубежных аналогов.
Улучшение технических и экологических параметров легковых автомобилей, в первую очередь, снижение расхода топлива, токсичных выбросов, шума, выполнение все более строгих нормативов Евро 2/3/4/5), - является важнейшим вкладом в повышение экологической безопасности автомобилей. Все автомобилестроительные компании, включая АВТОВАЗ, целенаправленно следуют этой тенденции. При этом, однако, доля воздействия автомобилей на окружающую среду, связанная со стадией эксплуатации, будет существенно уменьшаться в полном жизненном цикле. А доля других стадий -производства и утилизации - будет возрастать.
