Хотя железнодорожный транспорт, точнее его подвижной состав, оказывает неблагоприятное воздействие на все звенья биосферы, но доля его влияния по сравнению с автомобильным существенно меньше, во-первых, потому, что он один из самых экономных по расходу топлива на единицу транспортной работы, и, во-вторых, ввиду широкой электрификации железных дорог.
Деятельность железнодорожного транспорта в наибольшей степени отражается на атмосфере в районах, где в качестве локомотивов эксплуатируются тепловозы с дизельными силовыми установками. Так, основным источником загрязнения атмосферы при работе подвижного состава являются отработавшие газы тепловозов. Из отработавших газов выделяется 97—98% токсичных веществ от общей их эмиссии. Остающиеся 2—3% составляют картерные газы и испарения топлива.
Принципиально тепловозные дизели не отличаются от автомобильных и их отработавшие газы имеют аналогичный состав токсичных компонентов. Но режим работы тепловозных дизелей в условиях поездной работы более стабилен, поэтому выделение загрязняющих веществ гораздо меньше, чем на автомобильных. Что касается маневровых тепловозов, то режим их работы близок к условиям автомобильного движения, и выделение токсичных веществ у этих машин несколько выше, чем у поездных (магистральных). Таким образом, локомотивы существенно меньше загрязняют атмосферу, а по мере дальнейшей электрификации железнодорожного транспорта его влияние на природу будет уменьшаться.
Тем не менее во всех развитых странах конструкторы новых локомотивов (дизелей) стали строже относиться к экологическим требованиям, а работники транспорта, эксплуатирующие локомотивы, тщательнее следят за состоянием и работой двигателей и локомотивов с целью не только снижения токсичности отработавших газов, но и экономии жидкого топлива.
Основное внимание конструкторов направлено на совершенствование процесса горения топлива в цилиндрах с целью образования в них возможного минимума вредных отходов. Но проблема состоит в том, что при наивысшей температуре процесса, т. е. именно тогда, когда достигается наиболее полное сгорание топлива и наилучшая топливная экономичность двигателя, происходит наибольшая эмиссия окислов азота, а их токсичность примерно в 10 раз превышает токсичность окиси углерода. Поэтому повышение степени сжатия и применение наддува сопровождается увеличением выброса окислов азота. В связи с этим в первую очередь разрабатываются меры, направленные на сокращение выброса дизелями окислов азота, как в части конструкции (например, применение форкамерных типов), так и в отношении надлежащей эксплуатации тепловозов.
Это противоречие частично снимается с переходом от двухтактных дизелей к четырехтактным, где рабочий процесс протекает при пониженной температуре и одновременно обеспечивается более полное сгорание топлива. Современные мощные тепловозы оборудуются четырехтактными дизелями. Но проблема в целом остается, и поэтому продолжаются поиски новых конфигураций камер сгорания, новых систем смесеобразования, новых добавок к дизельному топливу (в частности, воды и водорода) и других методов снижения токсичности отработавших газов. Существенно снижает объем окислов азота рециркуляция отработавших газов, т. е. частичное направление их вместе с очередной порцией горючей смеси в цилиндры. При перепуске 1/3 отработавших газов примерно втрое снижается выделение окислов азота, но это покупается ценой снижения мощности на 35%, ухудшения топливной экономичности на 25% и увеличения выброса сажи в 3 раза. Аналогичные выводы в отношении путей снижения токсичности отработавших газов локомотивных дизелей получены в других странах, и в частности в ГДР.
Для уменьшения дымности дизелей применяются специальные антидымные присадки к топливу. Опыты показали, что добавление 0,5% присадки, созданной Институтом химии присадок АН Азербайджанской ССР, снижает эмиссию сажи на 50—90%. Содержание сажи в выхлопе дизелей (дымность) говорит о неудовлетворительном техническом состоянии двигателя и может быть существенно сокращено путем регулировки и исправного содержания дизелей.
Другой аспект проблемы заключается в том, что дымление дизелей не только загрязняет атмосферу, но и неблагоприятно влияет на работу самого транспорта. Особенно это проявляется на электрифицируемых линиях, где часть поездов следует с тепловозами, а также в железнодорожных узлах с большим числом маневровых тепловозов. Из-за оседания копоти на изоляторах может произойти нарушение работы контактной сети и высоковольтных линий передач, которое сопровождается перерывом движения.
Периодическая очистка изоляторов трудоемка и нередко связана с необходимостью снятия напряжения. В целях снижения ущерба от загрязнения изоляторов изыскиваются новые материалы для изоляторов, новые формы изоляторов (с пазами особой конфигурации), исследуются условия взаимодействия комплекса «проводник—изолятор» с тем, чтобы снизить расходы и вероятность аварий. Опыт, однако, показывает, что наиболее эффективные результаты достигаются снижением уровня загрязнения самого воздуха в местах нахождения контактных сетей и высоковольтных линий. Отсюда возникает необходимость более тщательного содержания топливной аппаратуры.
На общую эмиссию сажи существенно влияет и режим движения поездов. Если поезд следует с частыми остановками, то выброс в атмосферу сажи возрастает, поскольку удельный вес ее в отработавших газах в период разгона поезда выше по сравнению со стадией относительно равномерного движения. Одновременно увеличивается и расход топлива. Таким образом, задача улучшения режима следования возможно большему числу поездов имеет и экологическое, и экономическое значение.
В СССР потребление энергии на тягу поездов составляет 85% от общего потребления на железных дорогах. На тягу расходуется примерно 16 млн. т дизельного топлива в условных единицах. В настоящее время ведется большая работа по экономии энергии и топлива во всех службах железнодорожного транспорта. Наибольшее влияние на результат экономии оказывают службы локомотивная и движения, которые в первую очередь ответственны за соблюдение весовых норм поездов и более широкое применение тяжеловесных составов, а также за обеспечение возможности следования поездов с нормальными графиковыми скоростями с минимальным числом остановок, а лучше безостановочно в пределах тяговых участков.
Обследование режима движения поездов на одной из дорог показало, что грузовые поезда следовали в 59% случаев под зеленый сигнал проходных светофоров (с нормальной скоростью), в 31% — под желтый (со снижением скорости) и в 10% — с остановкой у светофоров с красным сигналом. Вынужденное снижение скорости и остановка сопровождаются потерей энергии на торможение и последующий разгон поезда. Для характерных условий работы одна остановка вызывает дополнительный расход до 150 кВт∙ч энергии или 50 кг дизельного топлива. Подсчитано, что из-за непредусмотренных остановок поездов у запрещающих сигналов на сети ежегодно терялось свыше 300 млн. кВт∙ч энергии и до 33 тыс. т дизельного топлива. Основные причины этого явления заключаются не только в высокой степени заполнения пропускной способности линий, но и в недостатках организации движения, а также в нарушениях технологии использования и содержания всех элементов технического оснащения железных дорог (пути, вагонов, локомотивов, устройств СЦБ и др.).
В некотором отношении железные дороги ответственны за загрязнение среды обитания металлической пылью в результате довольно интенсивного истирания чугунных тормозных колодок. Металлическая пыль оседает в наибольшей концентрации на пути непосредственно, а также на почве и растениях вблизи трасс. С известной степенью приближения можно считать, что пыль переходит 300—350 тыс. т чугуна ежегодно. Применение тормозных колодок из синтетических и композиционных материалов существенно сокращает расход чугуна, но сопровождается появлением новой пыли. С этой точки зрения лучшими тормозами являются электро- и гидродинамические, в особенности если они связаны с маховиками или другими устройствами, аккумулирующими энергию торможения для последующего использования на тяжелых режимах разгона поездов и преодоления крутых подъемов.
В отдельных районах возникла проблема загрязнения пути и прилегающих к нему почв угольной и рудной пылью, а также некоторыми другими веществами (солью, нефтепродуктами) в связи с утечкой названных грузов через неплотности кузовов вагонов и сдувания пылевидных фракций ветром при движении.
Для сокращения этих потерь и снижения уровня загрязнения биосферы, помимо ужесточения требований к соответствующим службам по исправному содержанию вагонов, необходимы технические меры и, в частности, расширение парка полувагонов со сплошным дном, применение различных вяжущих веществ для образования корки на поверхности насыпного (навалочного) груза, использование укрывающих груз пленок, создания новых специальных видов подвижного состава, приспособленных для сохранной перевозки отдельных грузов.
Известную проблему создает масло, вытекающее через неплотности из разных агрегатов локомотивов и узлов вагонов, которое вымывается с пути поверхностными водами и затем переносится в водоемы, загрязняя их. Устранение этих недостатков связано в основном с совершенствованием конструкций подвижного состава и, в частности, с быстрейшим переводом вагонов на роликоподшипники.
За последнее время в связи с долгосрочной задачей экономии жидкого топлива железные дороги как один из самых экономичных и экологически чистых видов транспорта (особенно в варианте электрифицированных линий) получают новый импульс для ускоренного и преимущественного развития во многих странах.
В Советском Союзе, в отличие от большинства развитых капиталистических стран, транспортная политика всегда базировалась на общегосударственной экономической целесообразности развития любого вида транспорта. Железные дороги строились непрерывно и будут строиться в перспективе. Важное отличие будущего строительства состоит в том, что оно будет осуществляться главным образом в новых, более сложных по геологическим, топографическим, климатическим условиям районах, в основном в Сибири, Средней Азии, на Дальнем Востоке и Севере.
Строительство Байкало-Амурской магистрали показало, что при проектировании и возведении земляного полотна и особенно мостов, тоннелей, труб в зоне вечной мерзлоты необходимо одновременно решать две задачи: обеспечивать прочность сооружений и поддерживать неизменность состояния среды.
Обеспечить надежность и долговечность каждого сооружения можно лишь тогда, когда не нарушается экологическое равновесие природы в районах пролегания трассы. Так, при небольшой толщине слой вечной мерзлоты удаляется из-под фундаментов сооружений целиком, а при значительной (десятки и сотни метров) толщине мерзлого льдонасыщенного слоя и при более низкой температуре его сохраняют и термозащищают от возможного оттаивания. Например, откосы насыпей покрывают мхом, торфом или даже пенопластом. Выемки в мощных вечномерзлых грунтах стараются не сооружать, а в неизбежных случаях их тщательно термоизолируют подобно насыпям. Мосты стремятся возводить с большими пролетами, чтобы сократить число опор, сооружение которых чрезвычайно сложно в местах наличия вечной мерзлоты. Вместо котлованов, которые обычно роют, чтобы дойти до твердого (скального) основания, здесь бурят скважины и в них вмораживают «столбчатые» опоры.
Принцип — не нарушать экологического равновесия и не наносить больших ран природе — является руководящим для проектировщиков и строителей железных дорог будущего, а время и дальнейшие научные исследования покажут, насколько реализованные меры были удачными.
Источник: И.Я. Аксенов, В.И. Аксенов. Транспорт и охрана окружающей среды. Изд-во «Транспорт». Москва. 1986