Снижение масштабов воздействия на окружающую среду железнодорожного транспорта по сравнению с автомобильным объясняется следующими основными причинами:
- низким удельным расходом топлива на единицу транспортной работы (меньший расход топлива обусловлен более низким коэффициентом сопротивления качению при движении колесных пар по рельсам по сравнению с движением автомобильных шин по дороге);
- широким применением электрической тяги (в этом случае выбросы загрязняющих веществ от подвижного состава отсутствуют);
- меньшим отчуждением земель под железные дороги по сравнению с автодорогами (для автодороги с четырьмя полосами движения ширина проезжей части равна 2×7,5 м, с шестью полосами — 2×11,25 м; под обочины отводится 3,75 м; железнодорожная колея имеет ширину 1,52 м, соответственно на двухпутную железную дорогу будет приходиться 10 — 12 м).
Несмотря на перечисленные позитивные моменты, влияние железнодорожного транспорта на экологическую обстановку весьма ощутимо. Оно проявляется, прежде всего, в загрязнении воздушной, водной среды и земель при строительстве и эксплуатации железных дорог.
Продуктами полного сгорания топлива являются углекислый газ, водяной пар и диоксид серы, избыточный кислорода и азот, поступивший с воздухом.
Решающее значение при образовании вредных выбросов является полнота сгорания топлива, т.е. когда количество кислорода достаточно для полного сгорания топлива. Обеспечить такое положение на транспортных машинах невозможно из-за часто меняющейся нагрузки и работе двигателя без неё. При недостаточном поступлении кислорода происходит неполное сгорание, в результате чего вместо углекислого газа образуется угарный газ. При неполном сгорания топлива в двигателе образуются несгоревшие углеводороды CxHy, которые являются одной из причин способствующих образованию раковых образований в организме человека. О наличии повышенного содержания несгоревших углеводородов свидетельствует появления белого или голубого дыма в отработавших газах. Это происходит при запаздывании воспламенения рабочей смеси в двигателе или при пониженных температурах в камере сгорания. Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие. При неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива образуется также сажа — частицы твердого углерода черного цвета. В итоге при неполном сгорании топлива продукты сгорания состоят из. углекислого газа, окиси углерода, водяного пара, водорода, азота и его окислов; небольшого количества метана, следов других углеводородов и свободного кислорода
Существует несколько аналитических методов определения продуктов сгорания топлива дизельных двигателей, которые дают несколько отличающиеся результаты, поэтому предпочтение отдается экспериментальным методам, дающим возможность учесть различные эксплуатационные факторы тепловозов.
В России, в Украине и в Европейском Союзе установлены нормы удельных средневзвешенных вредных выбросов с отработавшими газами дизельных двигателей, отличающиеся предельными их значениями.
Отработавшие газы тепловозных дизелей создают угрозу здоровью людей, по тем или иным причинам находящихся в непосредственной близости от железнодорожных путей, по которым осуществляется движение. Так же подвергается опасности здоровье жителей населенных пунктов, в которых расположены железнодорожные узлы. Из вредных для человека веществ наибольшую опасность представляют окислы азота, углерода и серы, углеводороды и канцерогенное вещество – бенз(а)пирен.
Во многих странах ведутся интенсивные исследования в области уменьшения влияния отработавших газов дизелей, в том числе и тепловозных, на здоровье людей. Это достигается различными способами: использованием альтернативных видов топлива, присадок к топливу, изменением конструкции самого дизеля, применением нейтрализаторов, различными способами улучшения рассеивания отработавших газов в атмосфере, запрещением использования тепловозов в черте городов, электрификацией городского и железнодорожного транспорта. Проблема снижение вредных выбросов особенно актуальна для железных дорог на которых эксплуатируются тепловозы, спроектированные и выпущенные в те годы, когда вопросам экологии уделялось недостаточное внимание.
Анализ загрязнений воздуха представляет собой трудную задачу из-за наличия в одной пробе многих токсичных примесей с очень низкими концентрациями. Однако в настоящее время существует разнообразная аппаратура позволяющая решать эту задачу. В каждой стране существует нормативные акты регламентирующие предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, которые регламентирует максимально допустимые значения соответствующих загрязнителей. Имеются также рекомендации Всемирной организации здравоохранения по этому вопросу.
Антропогенное воздействие железнодорожного транспорта на окружающую природную среду происходит по следующим направлениям (видам):
- механическому — за счет загрязнения почвы, воды и атмосферы пылевыми частицами и твердыми отходами, а также за счет изменения структуры почвенного покрова и микроландшафтов;
- химическому — за счет изменения химических свойств и внесения в компоненты природной среды химических соединений;
- физическому — за счет различных энергетических воздействий от источников разных частотных диапазонов;
- биологическому — за счет появления в среде микроорганизмов, бактерий и вирусов при участии человека;
- эстетическому — за счет появления свалок, изменения ландшафтов, нарушения пейзажей.
На окружающую природную среду также оказывают влияние следующие ненормируемые факторы, связанные с подвижным составом: рассеивание сыпучих материалов при их погрузке, выгрузке и перевозке; разлив нефтепродуктов и жидких ядовитых и опасных жидкостей; вероятность взрывов и пожаров при перевозке грузов; возгорание лесов, растительности и искусственных сооружений от искр выхлопов двигателей и др.