شناخت ماهیت بنزین و اثر آلایندگی آن بر محیط زیست و انسان -

بنزن
تا قبل از سال ١۹٥٠ این ترکیب در بنزین مصرف می شد تا وقتی که تترااتیل سرب بعنوان یک افزودنی ضد ضربه خوری موتور، بطور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت.
بنزن ترکیبی بسیار خطرناک بوده که به سرعت تبخیر می‌شود و خوشبو است. این ماده درسالهای اخیر به مقدار زیادی در بنزین تولید داخل وجود داشت. این هیدروکربن آروماتیک درصنایع پلاستیک، رزین و نایلون‌سازی‌ نیز به کار می‌رود. عامل اصلی به وجود آمدن آلاینده بنزن، بخارات ناشی از مصرف بنزین است که متأسفانه کنترلی بر این بخارها که ناشی از فعالیت پمپ های بنزین و خودروها است وجود نداشت. لازم به ذکر است که در اثر احتراق ناقص بنزین در محفظه احتراق موتور خودروها، چند نوع ترکیب آروماتیک چند حلقه ای از جمله بنزن تولید می شود.
برابر با استاندارد ۲۲۸ EN و ۱۳۱۹ ASTM D حداکثر میزان مجاز بنزن در بنزین ۱ درصد حجمی است. برای سال ۲۰۱۱ میلادی ایالات متحده میزان مجاز بنزن در بنزین را به ۶٢/٠ درصد کاهش داد.
حد استاندارد اروپا برای آلاینده بنزن موجود در هوا ٥ میلی گرم در مترمکعب و در ژاپن ٣ میلی گرم بر مترمکعب است در حالی که در سال ١٣۸۸ در پنج منطقه آلوده تهران بالاترین میزان بنزن موجود در هوا ۱۵۰ میلی گرم بر متر مکعب و کمترین میزان ۵۰ میلی گرم در متر مکعب بود. یعنی حدود ١٢ برابر حد مجاز.

اثرات بنزن
بنزن به عنوان ترکیبی سرطانزا شناخته شده‌است. تمام روش کارهای آزمایشگاهی با بنزن را باید در زیر هود انجام داد و از دستکش‌های آزمایشگاهی استفاده کرد.
از بنزن در گذشته به عنوان یک حلال متداول در آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شد ولی بعد از اینکه دانشمندان پی به هویت سرطانزایی آن بردند، استفاده از آن به عنوان یک حلال بسیار محدود شد و سعی گردید از حلال‌های مشابه مانند استون و... استفاده شود.
تماس طولانی مدت با بنزن، تأثیرات مخربی را بر روی بافت‌های سازنده سلول‌های خون خصوصاً سلولهای مغز استخوان می‌گذارد. عوارض تماس مزمن با بنزن، کاهش خون سازی بدن، ناتوانی در سیستم ایمنی بدن و همچنین سرطان خون، اختلال در سیستم تنفسی، تأخیر در استخوان بندی جنین انسان، صدمه به سیستم تولید مثل انسان، ناباروری، تولید تومورهای غدد لنفاوی و صدمه به کبد است.
چندین مؤسسه از جمله انجمن تحقیقات سرطان دنیا، انجمن حفاظت محیط زیست آمریکا، اداره خدمات بهداشت آمریکا، بنزن را عامل سرطان خون (لوسمی) و دارای درجه سرطان زایی یک معرفی کرده‌اند. دوره پنهانی سرطان خون به طور معمول ۵ تا ۱۵ سال بعد از اولین تماس روی می‌دهد.

سـرب
بعد از تشخیص خطرناک بودن بنزن بتدریج ماده افزودنی دیگر با ترکیب سرب دار وارد بازار مصرف شد. اضافه کردن آن یعنی تترا اتیل سرب CH٣CH٢)٤Pb TEL) به بنزین به دو علت انجام می‌گیرد. ١- این ماده بعنوان ضد کوبش (تق‌تق کردن) موتور عمل می‌کند . ٢- از احتراق این ترکیبات، سرب روی دیواره محفظه احتراق می‌نشیند و به عنوان روانکار از سایش سوپاپ جلوگیری می‌کند .
ولی از طرف دیگر وجود سرب در بنزین : ١. برای سلامتی انسان خصوصاً اطفال و زنان باردار مضر است ( باعث بروز عقب‌ماندگی ذهنی در اطفال می شود) ٢. امکان استفاده از کاتالیزورهای ضدآلودگی مانند کانورتور (دستگاه تبدیل کننده گازهای مضر به گازهای بدون خطر که در انتهای اگزوز نصب می‌شود) را غیر ممکن می‌سازد .
علی رغم بالا بودن عدد اکتان بنزین سرب دار(در ایران حدود ۹٣ بوده است) بدلایل فوق بتدریج استفاده از سرب در دنیا و از جمله ایران کاهش یافته و مواد افزدونی دیگری را برای بالا نگهداشتن عدد اکتان استفاده کردند.

MTBE
متیل ترت- بوتیل اتر (MTBE) یک ماده آلی اکسیژن دار به فرمول CH٣)٣COCH٣) است. مایعی است فرار،اشتعال پذیر،بی رنگ و قابل حل در آب. بطور خفیفی نیز بوی نعنا می دهد. MTBE برای افزایش عدد اکتان امروزه در ایران و برخی کشورهای دیگر به بنزین بدون سرب افزوده می شود.
متانول که خود از اجزای اصلی بوجودآورنده MTBE است اغلب از گاز طبیعی و دیگر محصولات نفتی بدست می آید . پس از کنار گذاشتن تترا اتیل سرب در کشور از روش اکسیژن دار کردن بنزین از طریق افزودن MTBE استفاده می شود.
در ابتدای انتخاب و استفاده از این ماده در سوخت، مزایای زیست محیطی آن مورد توجه بود ولی اکنون پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنیا مشخص شده است که MTBE دارای امکان تاثیرات سوء روی انسان بوده و دارای پتانسیل آلودگی محیط زیست است.
MTBE مقاومت زیادی به تخریب زیستی دارد و دارای نیمه عمر و حلالیت بالایی در آب بوده و بسیار متحرک است به همین دلیل تحت شرایط طبیعی این ماده می تواند تا فواصل طولانی همراه با آب منتقل شود و همچنین با تجمع در آبهای زیر زمینی و در نهایت استفاده در شرب و کشاورزی می تواند با تهدید سلامتی انسان و طبیعت باعث معضلات زیست محیطی شود.
با توجه به مصرف گسترده MTBE در ایران و هزینه بسیار بالای تصفیه و خارج کردن MTBE از سیستم آب رسانی، قبل از آنکه این ماده به معضل زیست محیطی در کشور تبدیل شود باید راهکارهای مناسبی برای آن اندیشید.
سازمان US-EPA در سال ١۹۹۷ اعلام کرده است که وجود ۴٠- ٢٠ قسمت در بیلیون (ppb) از این ماده در آب شرب منجر به اثرات منفی در سلامت اشخاص خواهد شد.

خواص MTBE
توجه به این ماده در دهه ۷۰ میلادی آغاز و مصرف آن در دهه ۸۰ و ۹۰ میلادی در جهان افزایش یافت. در ابتدای انتخاب و استفاده از این ماده در سوخت مزایای زیست محیطی آن مورد توجه بود که مهمترین آنها افزایش عدد اکتان بنزین، کاهش نشر گازهای آلاینده منتشر از اگزوز خودرو مانند منواکسید کربن و ازن ، حذف سرب از بنزین به همراه تأثیر بهبود نسبی کیفیت هوا، تولید آسان و سهولت اختلاط با بنزین است ولی اکنون پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنیا مشخص شده است که MTBE دارای امکان تأثیرات سوء روی بدن انسن و مضرات زیست محیطی بوده و آلودگی آبهای زیر زمینی از مهمترین جنبه های آن است .

در آمریکا از سال ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۱ میلادی دو سیستم تأمین کننده نیاز آب شرب شهری بخاطر آلودگی MTBE برای این منظور غیر قابل استفاده شدند.در سانتامونیکای آمریکا حداقل ۵۰ درصد از کل آب شهری که از منابع زیرزمینی تأمین می شد برای شرب غیر قابل استفاده گردید به طوریکه ۵/۳ میلیون دلار برای جایگزینی و تأمین آب شرب منطقه هزینه شد.
وجود MTBE در کالیفرنیا در نمونه های شهری عموماً با مقادیر کمتر از ۲ mg/l گزارش شده است. در شرایط خاص در جاهایی که قایقهای موتوری استفاده می شد غلظت این ماده در آن آبها به۱۲ppm هم می رسید. در تحقیقی که در سال۱۹۹۶ توسط USGS در ۱۶ شهر آمریکا انجام شد، مقدار MTBE موجود در آبهای سطحی بین µg/L ١٠٠- ٢ گزارش شد که غلظتهای بیشتر بین ماه های اکتبر تا مارس واقع شده است.
در آمریکا به خاطر تأثیرات این ماده در انسان و محیط زیست به ویژه آلودگی منابع آب اعتراضات فراوانی نسبت به ادامه مصرف آن وجود دارد ودر بعضی مناطق استفاده از MTBE ممنوع شده است.
انسان از سه طریق خوردن یا آشامیدن ، استنشاق و تماس پوستی می تواند در معرض MTBE قرار گیرد و سلامتی او تهدید شود که از این بین بلع مهمترین راه ورود این ماده به بدن انسان است و عمدتاً از طریق آشامیدن آب آلوده انجام می شود، ضمن آنکه استحمام با آب گرم آلوده نیز فراریت آن را افزایش داده و باعث استنشاق این ماده می شود .
تأثیرات این ماده روی بدن به دو قسمت سرطانی و غیر سرطانی تقسیم می شود . به دلیل زمان نسبتاً کوتاه از آغاز مصرف گسترده این ماده تحقیقات ومطالعات کافی برای بررسی تاثیرات سرطان زائی در انسان انجام نشده ولی این موضوع هنگامیکه حیوانات آزمایشگاهی به صور مخلف در معرض مقادیر بالای MTBE قرار گرفتند اثبات شده است.
در یک آزمایش در اثر بلعیدن MTBE در موشهای صحرایی ماده به مقدار mg ١٠٠٠به ازاء هر کیلوگرم وزن بدن در روز طی یک دوره ۱۰۴ روزه این موشها به سرطان خون مبتلا شدند وهمین تیمار در موشهای صحرایی نر در دوره فوق باعث بروز تومورهای بیضوی در آنها گردید.
طی تحقیاتی در یک دوره۱۸ ماهه ، استنشاق این ماده توسط موشهای صحرای نر و ماده صورت گرفت و خاصیت سرطان زایی MTBE در این حیوانات آزمایشگاهی مشاهده شد . بر همین اساس USEPA این ماده را در گروه دارای امکان سرطان زائی قرار داده است .
در مورد تأثیرات غیر سرطانی MTBE، از مهمترین وشایعترین عوارض تنفس آن در انسان سردرد، سرگیجه، تهوع، آلرژی و مشکلات تنفسی است.

مبدل های کاتالیستی(کنیستر)
وجود کاتالیست(کنورتور) بعنوان یک ابزار تصفیه کننده در خودرو تا ۹۰٪ گازهای سمی (منوکسید کربن،اکسیدهای نیتروژن دار) را بی‌اثر می‌کند به‌گونه‌ای که هیدروکربن‌های نسوخته که از موتور خارج می‌شوند را به آب و دی اکسید کربن تبدیل می‌نماید. علاوه بر این، اکسید ازت را به گاز ازت تبدیل می‌کند بنابراین کاتالیست در کاهش آلودگی هوا بسیار مؤثر است.
طول عمر مفید کاتالیست ۵٠,٠٠٠ تا ۶٠,٠٠٠ کیلومتر است. مبدل‌های کاتالیستی معمولاً روی خودروهای جدید نصب می‌شوند (هم اکنون در ایران نیز بر روی بعضی از خودروهای تولیدی نصب می شوند) تا میزان آلایندگی آنها را کاهش دهد. پس از ۸٠,٠٠٠ کیلومتر، پر شده و عملاً کارایی خود را از دست می‌دهد. البته این امر در شرایط دمای هوا بالا و ترافیک زودتر به حالت اشباع می رسد. متوسط عمر کاتالیست چیزی حدود ۴ سال است و پس از مدت زمان یاد شده باید این قطعه مصرفی تعویض شود.
کنیستر فناوری جدیدی است که باعث جمع آوری بخارات بنزین می شود و علاوه بر آن از انتشار گازهای گلخانه ای نیز به محیط زیست جلوگیری می کند.
افزایش راندمان احتراق، ارتقای ضریب ایمنی در مسیر سوخت رسانی خودروها، کاهش ١٠ درصدی مصرف بنزین در خودروها و قابلیت مصرف اتانول در سیستم سوخت رسانی از مزیت های استفاده از تکنولوژی کنیستر است.
پس از اتمام دوره مصرف باید قطعه کنیستر تعویض شود. البته نصب کنیستر یکی از راه هایی است که مانع از انتشار ذرات بنزین در محیط می شود و در کنار آن چند لایه کردن باک بنزین و نصب لوله های استاندارد هم برای کاهش اثرات مخرب آلاینده ها در محیط زیست مفید خواهد بود.
در ایران، بود یا نبود کنیستر و کاتالیست‌ها در معاینه فنی خودروها سنجیده نمی‌شود و اگر در آن زمان هم مورد بررسی قرار بگیرد، نمی‌توان این قطعات را روی آن نصب کرد. شرکت های خودروسازی در ایران از سال ۱۳۸۲ نصب کاتالیست را در خودروهای داخلی آغاز کردند و قبل از این تاریخ خودرو ها فاقد استاندارد بوده‌اند و به همین دلیل آلایندگی این خودروها بیش از ۳۰ برابر سایر خودروها است و براین اساس منع تردد خودرو های مدل ۱۳۸۲ به پایین در سازمان حفاظت از محیط زیست ارائه شده است. احتمال می رود در تعدادی از خودروهای تولیدی سه ماهه آخر سال ۱۳۸۶ نیز قطعه کاتالیست نصب نشده باشد.
به موجب طرح جامع کاهش آلودگی هوا «آزمون صحت کاتالیست کنورتور و کربن کنیستر در معاینات فنی خودرو‌ها به منظور صدور برگه و برچسب معاینه فنی از ابتدای سال ۹۱ اجباری است».

بنزین سوپر
بنزینی است که بدلیل وجود مواد افزدونی (مورد اشاره) دارای عدد اکتان بالا است.(عدد اکتان بنزین معمولی:۸۷، عدد اکتان بنزین سوپر: ۹۷)

بنزین الکلی (سوخت زیستی)
همانگونه که قبلاً ذکر شد MTBE جایگزین سرب در بنزین شد چون می تواند عدد اکتان بنزین را مانند سرب بالا نگاه دارد. علاوه بر آن، این ماده اکسیژن ساز مانع از تولید منوکسید کربن در عمل احتراق شده و درنتیجه به جای آن دی اکسید کربن از اگزوز خودروها خارج می شود. اما بدلیل ریسک بالای نفوذ آن در خاک و سپس آبهای سطحی یا زیرزمینی که ممکن است درنهایت مورد مصرف کشاورزی یا شرب قرار گیرند و باعث آلودگی غیرقابل بازگشتی در محیط زیست گردند ، الکلهای متان و اتان (البته عمدتاً اتان) جایگزین آن در بنزین شده اند.
در حال حاضر در کشورهای توسعه یافته و درحال توسعه این نوع سوختها بسرعت در حال توسعه و جایگزین شدن با سوختهای قبلی هستند و هنوز گزارش خاصی از مشکلات زیست محیطی حاصل از آنها عنوان نشده است! لذا به این سوخت ، سوخت پاک یا بنزین سبز نیز گفته می شود.
متانول به جهت یکسری معایب کمتر از اتانول مورد توجه و استفاده در سوختهای بنزینی است و عمده ترین عیب در این است که متانول بصورت طبیعی رطوبت هوا را مستقیماً از اتمسفر جذب می کند. آب جذب شده متانول را در باک رقیق کرده و امکان جدایی فاز بین ترکیب متانول و بنزین را ایجاد می کند.

ترکیبات سوختی اتانلی
امکان استفاده از اتانلهای آب دار یا بی آب برای موتورها وجود دارد که در هر دو حالت جهت عمل احتراق ، تغییرات و تنظیمات لازم بر روی موتور خودرو ضروری است.
اتانل بی آب می تواند برای استفاده در موتورهای بنزینی با درصدهای مختلف بکار رود.
ترکیبات سوختی اتانلی که با اعداد مختلف نماد "E" نشان داده می شوند بیانگر درصد حجمی اتانول در بنزین است. بعنوان مثال، E١٠ که نشان دهنده ١٠% اتانول بی آب و ٩٠% بنزین می باشد.
سوخت مخلوط E١٠ و درصد کمتر از آن، حداقل در بیش از ٢٠ کشور جهان مورد استفاده قرار می گیرد.سوختهای ترکیبی E٢٠ تا E٢٥ از سال ١۹۷٠ در برزیل بکار می رود.E٨٥ بطور عادی در ایالات متحده و اروپا برا خودروهایی با سوختهای قابل تغییر(flexible-fuel vehicles) استفاده می شود. اتانل آبی یا E١٠٠ در خودروهای مصرف کننده اتانل خالص برزیلی و خودروهای مصرف کننده سوختهای سبکِ قابل تغییر، استفاده می شود.