تأثير احتراق إطارات و زيوت السيارات على تلوث الهواء

تأثير احتراق إطارات و زيوت السيارات على تلوث الهواء

اعداد

أ.د لطفي يوسف زيدان  , م.م ليث عبد حسناوي

قسم الهندسة الميكانيكية

     التلوث فى أبسط تعريفاته, هو إطلاق عناصر أو مركبات أو مخاليط غازية أو سائلة أو صلبة, إلى عناصر البيئة, التى هى الهواء و الماء والتربة, مما يسبب تغييراً فى وجود هذه العناصر. ظاهرة التلوث تمثل اليوم واحدة من أكبر مشاكل هذا العصر, ومن أكثرها خطراً على مستقبل الحياة على هذا الكوكب.

ينقسم التلوث الى نوعين من ناحية  :-

A)-النـــــــوع :  والذي يمكن تقسيمه  الى :

1- تلوث كيميائي .

2- تلوث بايولوجي .

3-تلوث اشعاعي .

4- تلوث ضوضائي .

5- تلوث حراري .

6-تلوث ضوئي .

7- تلوث بصري .

B)- المصـــــدر :   والذي  يمكن تقسيمه الى :

1- تلوث طبيعي .

2- تلوث صناعي .

       في دراستنا هذه سوف نتناول النوع الأول من التلوث وهو التلوث الكيميائي و يقصد به التلوث بالمواد الكيميائية المصنعة سواء تلك اللتي تتكون لتستخدم لآغراض خاصة كمواد التنظيف وزيوت السيارات أو تلك التي تُنتج كمخلفات جانبية للعملية الصناعية كصناعة إطارات السيارات و المطاط ، وهذه المواد يُمكن أن تُلقَ في الممرات المائية أو التي تنتشر في الهواء مما يسبب تلوثاً بيئياً، وهذا النوع من التلوث ذو آثار خطيرة جداً على مختلف عناصر البيئة، وقد ظهرت آثار هذا النوع من التلوث بوضوح، في النصف الثاني من القرن العشرين نتيجة التقدم الصناعي الهائل الذي شهده العالم خصوصاً في مجال الصناعات الكيميائية, وقد تصل آثار التلوث الكيمائي إلى الغذاء، عن طريق استخدام المواد الحافظة والألوان والصبغات ومكسبات الطعم والرائحة في صناعة الأغذية، وقد ثبت بما لا يدع مجالاً للشك، دور هذه المواد في إحداث الأورام السرطانية الخبيثة كاخطر نوع من الإصابة .

       و تعتبر زيوت المركبات و الإطارات القديمة واحدة من نتائج هذه الصناعات الكيميائية التي ينتج عن حرقها اثار خطيرة منها :

1. الأضرار الصحية : تشير الأبحاث إلى وجود علاقة بين السكن قرب منطقة حرق النفايات وبين التأثير الصحي ، من بين تلك التأثيرات سرطان الأطفال والكبار على حد سواء، أمراض في جهاز التنفس، أمراض القلب، تأثير على جهاز المناعة، ازدياد حالات الحساسية وعاهات الولادة  وذلك بسبب تناثر مواد سامة كثيرة.
2. الأضرار البيئية: فحرق النفايات يؤدي لتلوث الهواء، تلوث الأرض والمياه ويضر بالحيوان والنبات. أما على المدى البعيد، فالحرائق تساهم بارتفاع ظاهرة الاحتباس الحراري. كما أن حرق النفايات يحدث دخان، رائحة كريهة.

 الملوثات الناتجة من حرق هذه المخلفات :-

1. الملوثات السامة: وهى تلك التي تتلف أنسجة الجسم التي تصل إليها عن طريق الدم ومن أمثلتها مركبات الزرنيخ والزئبق والرصاص والفسفور.
2. الملوثات الخانقة: وهى التي تعطل تحقيق الهدف من عملية التنفس ، ومن أهمها غاز أول أكسيد الكربون الذي يمنع الدم من استخلاص الأكسجين من الهواء، وتعتبر الملوثات الخانقة اكبر أنواع الملوثات انتشاراً وبالتالي أآثرها خطورة.
3. الملوثات المهيجة: وهى التي تحدث التهابا في الأسطح المخاطية الرطبة من الجسم كالأنف والعين، ومنها اكاسيد الكبريت التي تكون بذوبانها في الماء حمض الكبريتيك، ومنها أنواع الغبار والأتربة المختلفة التي تهيج الجهاز التنفسي.

والشكل رقم (1) يوضح تاثير هذه الملوثات على جسم الانسان

شكل رقم -1-

ستتناول هذه الدراسة نوعين من الملوثات هما  احتراق الإطارات و احتراق الزيوت

I– صناعة إطارات المركبات

1. تبدأ العمليات بخلط المطاط وهو في حالة لدنه في خلاط داخلي ويطحن مع الكبريت .
2. تستخدم شحنة كبيرة نسبياً من الكربون المسحوق جيدا لخلطة مع السطح المحيط للإطــار Tread and Side wall) )لإكسابها مقاومة جيدة للتأكل الميكانيكي بخلط المطاط الذي يضع منه الغلاف بنسبة توفر المتانة اللازمة للطبقات الرقيقة Under Tread) ) التي تربط أوتار الغلاف مع بعضها البعض وتوفر المقاومة الضرورية للكلال بفعل التمددات المتكررة والشد المستمر تحت تأثير الثقل الواقع على الإطار.
3. تجهز خلطة من المطاط الصلب بها نسبة مرتفعة من الكبريت للاستخدام على الأسلاك العقدية  Bead wire)) لتجمد على هيئة كتلة صلبة عند التشكيل .

الشكل رقم (2) يوضح مراحل تصنيع إطارات المركبات

–

1 المواد المصنعه منها:

أنواع المطاط المستخدم في إطارات السيارات:-

1-الآيزوبيرن  C₅H₈ (الطبيعي / الصناعي):

قبل اكتشاف المطاط التركيبي الكيميائي كان يستخدم المطاط الطبيعي في صناعة إطارات السيارات ومازال يستخدم حتى يومنا هذا وبالأخص في صناعة الإطارات الكبيرة ، أما حديثا فقد استخدم الايزوبرين ودخل في هذه الصناعة ليحل محل المطاط الطبيعي لقلة الإنتاج وارتفاع تكاليفه.

2- الاسترين بيوتادايينSBR :

ويعتبر من أهم أنواع المطاط المستخدمة في صناعة إطارات السيارات والأكثر رواجاً في العالم ويتم تحضيره بطريقتين (الطريقة الساخنة) و(الطريقة الباردة) حيث تختلف خواصه حسب طريقة تحضيره.

3- البولي بيوتاديين(ABS ):

وهذا النوع استخدم بشكل واسع على نطاق صناعي وهو بعد الاسترين بيوتادايين في الاستهلاك والمواصفات المرغوبة كما أن نسبة عالية من مطاط البيوتادايين تستخدم مع المطاط الطبيعي.

و الشكل رقم (3) يوضح أنواع المطاط المستخدم في صناعة الإطارات

الستايرين مطاط البيوتاديين                    مطاط مركب غير مخمر

شكل رقم (3)

1-2 نتائج احتراق إطارات المركبات.

       من المعروف ان عملية حرق اطارات السيارت المستهلكة القديمة التي يدخل في تركيبها الكيماوي ً مواد أولية بتروكيميائية وكربون ومواد كيماوية عضوية مثل الستايرين(C₈H₈) وهو أحد مشتقات البنزيــن كذلك المطاط الصناعي مثل البويتادين(SBR) الذي يشكل 50% من إطارات السيارات حيث  يصّنف على انه واحد من اشد المواد المسرطنة ، يؤدي احتراق تلك المواد الى انبعاث الغازات السامة الي عنان السماء وهذا الإنبعاث ينتج عنه زيادة فى المركبات العضوية المتطايرة ومركبات الديوكسين( C₁₂H₄Cl₄O₂ (والفيوران (C₄H_4O)، بالإضافة إلى أكاسيد الكربون ( CO, CO₂) وهي كلها تسبب الاختناق والتسمم وتزيد من ظاهرة الإحتباس الحراري، كما يؤدي تصاعد أكاسيد الكبريت (SO₂) الي السماء في تحويل الأمطار الي امطار حامضية.

      اما من الناحية الطبية فإن المواد البترولية التي تدخل في تركيب المطاط تكون سبباً كافياً في تهديد البشر بالأمراض الصدرية والحساسية، كذلك فإنها ايضاً تؤدي الي الإصابة بالسرطان.

والشكل رقم (4) يوضح انتشار الغازات و الابخرة الناتجة من حرق الإطارات داخل المدن

أما المنتجات المطاطية فلا تتوقف الخطورة فقط على حرقها كمخلفات إنما ايضا علي انتاجها وتصنيعها إذ تؤثر الأبخرة المتصاعدة لا سيما الرصاص فأنه يؤثر تأثيرا مباشرا علي صحة الإنسان ذلك ان كمية الرصاص التي تدخل الجسم عن طريق الاستنشاق تصل في مفعولها الي مئة ضعف الكمية التي تدخل عن طريق الجهاز الهضمي، ويتراكم الرصاص في الرئة وتلتهمه كريات الدم البيضاء ثم يسري مع تيار الدم إلى جميع أجزاء الجسم على شكل فوسفات الرصاص.

1-3 تاثير احتراق الإطارات على الهواء .

       يحدث التلوث الهوائي عندما تتواجد جزيئات أو جسيمات في الهواء وبكميات كبيرة عضوية أو غير عضوية بحيث لا تستطيع الدخول إلى النظام البيئي وتشكل ضررا على العناصر البيئية. والتلوث الهوائي يعتبر اكثر أشكال التلوث البيئي انتشارا نظرا لسهولة انتقاله وانتشاره من منطقة إلى أخرى وبفترة زمنية وجيزة نسبيا ويؤثر هذا النوع من التلوث على الإنسان والحيوان والنبات تأثيرا مباشرا ويخلف آثارا بيئية وصحية واقتصادية واضحة متمثلة في التأثير على صحة الإنسان وانخفاض كفاءته الإنتاجية كما أن التأثير ينتقل إلى الحيوانات ويصيبها بالأمراض المختلفة ويقلل من قيمتها الاقتصادية، أما تأثيرها على النباتات فهي واضحة وجلية متمثلة بالدرجة الأولى في انخفاض الإنتاجية الزراعية للمناطق التي تعاني من زيادة تركيز الملوثات الهوائية بالإضافة إلى ذلك هناك تأثيرات غير مباشرة متمثلة في التأثير على النظام المناخي العالمي حيث ان زيادة تركيز بعض الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون يؤدي إلى انحباس حراري يزيد من حرارة الكرة الأرضية وما يتبع ذلك من تغيرات طبيعية ومناخية قد تكون لها عواقب خطيرة على الكون.

II– زيوت المركبات و انواعها.

    تلعب زيوت المحركات دوراً مهماً في استمرار عمر المحرك وإطالة فترة خدمته . فزيوت المحركات الجيدة تعتبر زيوت تتمتع بثبات عالٍ ضد الاكسدة أثناء الاحتراق داخل المحرك وتحفظ مستوى الزيت بالشكل المطلوب والصحيح أثناء التشغيل في الظروف الصعبة، كذلك من مميزات زيت المحرك الجيد أن يكون له قدرة جريان سريعة عند إنخفاض درجات الحرارة لضمان تزييت أجزاء المحرك بصورة كاملة عند بداية التشغيل وبالتالي حمايته من البلى والتآكل وبنفس الوقت تعمل هذه الزيوت على تبريد المحرك اثناء التشغيل .

2-1 مواصفات زيوت التزييت

      المستخدمة في المركبات

ومن اهم مواصفات زيوت التزييت المستخدمة في المركبات هي :-

1- اللزوجــــــــــــــــــــــة : ونعني بها مقاومة الجريان او التدفق و تقاس عادة بوحــــدة (SAYBOLT-universal seconds) )(SUS) وهي الوقت اللازم بالثواني لكمية معينة من الزيت للجريان او التدفق( .

2-دليل اللزوجة : ونعني بها تاثر لزوجة الزيت بدرجة حرارة معينة فكلما ارتفعت درجة حرارة الزيت انخفظت لزوجته .

3- نقطة المويض: ونعني بها درجة الحرارة التي يبدأ فيها بخار زيت معين عند تعرضة للهب مكشوف بالوميض .

4- الوزن النوعي : حيث يتراوح الوزن النوعي لزيوت تزييت المحركات بين 0.85- 0.96 .

5- الفضلات الكاربونية :و نعني بها كتلة نموذج معروف من الزيت تنتج بعد عملية تبخر الزيت تحت ضروف معينة .

6- الزيتية : ونعني بها صفة الزيت في التمسك بسطح المعدن و تجهيز طبقة رقيقة جدا من الزيت .

7- التاكسد: ونعني بها ان الزيوت الجيدة يجب ان تكون ذات مقاومة عالية لعملية التاكسد ولا تساعد في اكسدة الأجزاء المعدنية عند درجة حرارة عالية .

8- الحامضية : حيث ان الزيوت الجيدة يجب ان تكون متعادلة او ذات حامضية قليلة .

     وجد نوعان من زيوت المحركات  اما زيت احادى الدرجه أو زيت متعدد الدرجات.

اولا : زيت احادى الدرجه

       لا تتغير درجه لزوجته بتغير درجه حرارة المحرك صعودا او هبوطا ويتم تحضيره من مواد بتروليه اساسيه فتجد مثلا مكتوب على العلبة (W10) اى ان مقياس درجه اللزوجه هى (10) ويستخدم غالبا فى المحركات القديمه .

ثانيا : زيت متعدد الدرجات

     وهو زيت تتغير درجه لزوجته بتغير درجه حراره المحرك صعودا وهبوطا ويتم تحضيره من مواد كيميائيه وجزيئات البوليمارات الدقيقه ومواد بتروليه ويتميز هذا النوع بانه يكون خفيف وذو درجه لزوجه منخفضه عندما يكون المحرك بارد صباحا ويكون الزيت مثلا ذو درجه لزوجه (W10) فتستطيع مضخه الزيت ضخه بسرعه الى جميع اجزاء المحرك والاجزاء العليا فى زمن قليل جدا حتى لا تتعرض للتأكل نتيجه الاحتكاك فى الصباح عندما يكون الزيت فى قاع المحرك.

     وتدريجيا يسخن المحرك فتتمدد دقائق البوليمارات الموجوده فى الزيت فتزداد درجه لزوجته كلما زادت درجه حراره المحرك حتى تصل الى اقصى درجه حسب مواصفات الزيت مثلا الى درجه لزوجه مثلا (50) اى ان الزيت تحول تدريجيا من درجه لزوجه (10W: 50W) وهذا ما يطلق عليه زيت متعدد الدرجات .ولكن لابد من الاخذ فى الاعتبار قياس الزيت عند كل (1000 كم).

-1 المواد المصنعة منها .

تكون زيوت السيارات اساسا من ( زيت اساس + مضافات كيميائية ):

اولاً زيت الاساس : هي عبارة عن مركبات هيدركربونية معقدة يتم الحصول عليها من الـ crude oil )) وتنقسم زيوت الاساس الي عدة مجموعات حسب تصنيف المعهد الامريكيى للبترول او ما يعرف API وكذلك حسب الخواص الفيزيائية والكيميائية ومن ابرزها موشر اللزوجة والذي يتراوح مابين 80-120 . توجد فى السوق باسماء تجارية ابرزها SN500,SN150,SN100,SN300,BS150,BS وغيرها ولكل نوع من هذه الانواع استخدام معين بنسبة معينة حسب نوع ومواصفات المنتج المطلوب.

ثانيا الاضافات الكيميائية : هنالك عدد هائل من المواد الكيميائية المستخدمة فى معالجة زيوت الاساس وهي تستخدم بصورة اساسية لتحسين خواص الزيوت الفيزيائية والكيميائية ومن ابرز المواد الكيميائية مواد مانعة الاكسدة – منظفات – مواد مانعة التاكل – مخفضات البوربوينت – معززات ال TBN وغيرها.

   تصنف زيوت المركبات عموماً حسب نوع الخام المستخدم : من خام برافيني ( Paraffin مزيج فحوم هدروجينية ثقيلة و يستخرج من النفط الخام ) وخام نفثيني وخام ممزوج. ويعتبر الخام البارافيني أهم نوع من أنواع الخام في صناعة زيوت التشحيم ويحتوي هذا النوع مقداراً معيناً من الشمع.

يصنّف معهد البترول الأميركي (API) أنواع الزيوت الأساسيّة باستخدام المميّزات التالية:

            • مؤشّر اللزوجة

            • مستوى التشبعً

            • محتوى الكبريت

جدول ( 1 ) يوضح فئات API لثلاثة أنواع للزيت الأساسيّة هي:

تشمل المواد المضافة الرئيسية المستخدمة في صناعة الزيوت:

1. العوامل المضادة للتآكل، لمقاومة تأثير المواد الكيميائية على الحوامل المصنوعة من السبائك.
2. مانعات الصدأ، للوقاية ضد تشكل الصدأ في ظروف الرطوبة.
3. عوامل الضغط الأقصى، لتوفير قوة غشاء عالية في أحمال الصدمة.
4. المواد المضافة الجامدة مثل المولي (ثاني كبريتيد المولبيدينيوم) والجرافيت والمستخدمة أحياناً لدعم عملية التزييت في الاستخدامات التي تسود فيها درجات الحرارة المرتفعة.

     النـــــــــــــــوع                                  الإستخدامات الرئيسية

أوليغوميرات الألفين                                   السيارات والزيوت الصناعية

الاستيرات ذات الاحماض الثنائية                             الطائرات والسيارات

استيرات البوليول                                     الطائرات والسيارات

المواد العطريه المؤلكله                              السيارات والزيوت الصناعية

بوليالكابلين كليكول                                   الزيوت الصناعية

استيرات الفوسفات                                   الزيوت الصناعية

3-2 تحلل الزيوت بعد الاحتراق .

اهتمت الدراسة بتلوث الهواء الناتج من احتراق زيوت التزييت المستخدمة في محركات الاحتراق الداخلي سواء خلال وجودها داخل المحركات او بعد إخراجها من المحرك كمخلفات وما ينتج عن هذا الاحتراق من غازات سامة تؤدي الى زيادة تلوث الهواء و ارتفاع درجات الحرارة .

ان الزيادة الكبيرة التي حصلت في السنوات العشرة الأخيرة في انتاج السيارات نتيجة الزيادة الحاصلة على الطلب أدى الى ظهور مخاطر بيئية كبيرة و التي وصلت الى حد تهديد حياتنا ومن هذه المخاطر ( ارتفاع حرارة الأرض ، معدلات التلوث في الغلاف الجوي ) . ان النواتج الرئيسية للتولث الناتج من احتراق زيوت السيارات هي :-

1-اول أوكسيد الكاربون CO : حيث ان استنشاق الانسان اى ما نسبته 2.5 ملغم / لتر خلال ساعة يؤدي الى تسمم حاد .

2- الهايدروكاربونات Hc حيث ان وجودها في الهواء يؤدي الى حالات تسمم حاد و اظطرابات عصبية و تنفسية و خلل في ضربات القلب و عمل الرئيتين والكلى .

3- حامض الكاربوسيليك .

4- مواد صلبة لا عضوية .

من اجل المحافظة على الهواء الذي يعتبر المكون الرئيسي للحياة على هذا الكوكب لابد من عمل الاتي :-

1- عدم حرق مخلفات المركبات الزيوت … الخ . داخل المدن المزدحمة بل في أماكن مخصصة لهذا الغرض و الاستعانة بالاجهزة و المعدات الحديثة الخاصة لهذا الغرض ( أجهزة تدوير النفايات ) .

2- توجيه أجهزة المرور بملاحقة المركبات التي تنفث غازات عادم ذات لون ازرق حيث ان هذا يعني احتراق كميات كبيرة من زيوت التزييت داخل المحرك .

3- تحسين مواصفات الزيوت المستخدمة في تزييت المركبات .

4- على المعنيين في شؤون البيئة اصدار تشريعات و لوائح تحدد فيها الحدود العليا لنسب التلوث الناتجة من ملوثات احتراق الزيوت وغيرها .