The impact of biofuels for road traffic on air quality : a modelling approach

The selection of the energy source to power the transport sector is one of the main current concerns, not only relative with the energy paradigm but also due to the strong influence of road traffic in urban areas, which highly affects human exposure to air pollutants and human health and quality of life. Due to current important technical limitations of advanced energy sources for transportation purposes, biofuels are seen as an alternative way to power the world’s motor vehicles in a near-future, helping to reduce GHG emissions while at the same time stimulating rural development. Motivated by European strategies, Portugal, has been betting on biofuels to meet the Directive 2009/28/CE goals for road transports using biofuels, especially biodiesel, even though, there is unawareness regarding its impacts on air quality. In this sense, this work intends to clarify this issue by trying to answer the following question: can biodiesel use contribute to a better air quality over Portugal, particularly over urban areas? The first step of this work consisted on the characterization of the national biodiesel supply chain, which allows verifying that the biodiesel chain has problems of sustainability as it depends on raw materials importation, therefore not contributing to reduce the external energy dependence. Next, atmospheric pollutant emissions and air quality impacts associated to the biodiesel use on road transports were assessed, over Portugal and in particular over the Porto urban area, making use of the WRF-EURAD mesoscale numerical modelling system. For that, two emission scenarios were defined: a reference situation without biodiesel use and a scenario reflecting the use of a B20 fuel. Through the comparison of both scenarios, it was verified that the use of B20 fuels helps in controlling air pollution, promoting reductions on PM10, PM2.5, CO and total NMVOC concentrations. It was also verified that NO2 concentrations decrease over the mainland Portugal, but increase in the Porto urban area, as well as formaldehyde, acetaldehyde and acrolein emissions in the both case studies. However, the use of pure diesel is more injurious for human health due to its dominant VOC which have higher chronic hazard quotients and hazard indices when compared to B20.

Valorization of solid wastes from cellulose and paper industry

This thesis reports in detail studies of industrial solid wastes valorization as alternative raw materials. All tested wastes are classified as non-hazardous and are generated in the pulp and paper process, including primary sludge, dregs, grits, lime mud and bottom ash (this generated in a process that occurs in parallel to the production of cellulose, whose aim is the production of energy to supply the plant through the combustion of forest biomass in fluidized bed). A detailed general characterization was performed at each waste and according to their characteristics, they were selected some applications in materials with potential use, specifically in Fibercement, Bituminous Mixture for regularization layer and industrial mortars (rendering mortars and cementitious-adhesive). After decided to application each waste was specifically tested to proceed the setting up of formulations containing different content of waste in replacement of the raw conventional material. As an isolated case, the bottom ash was tested not only as an alternative raw material for construction materials, but also it was tested for its use in fluidized bed in which the waste is generated as raw material. Both dregs and bottom ash had undergone special treatment to make possible to obtain a better quality of waste in order do not compromise the final product characteristics and process. The dregs were tested in bituminous mixtures as received and also washed (on the laboratory scale to remove soluble salts) and bottom ash were washed and screened in industrial scale (for removal of soluble salts, especially chlorides and coarse fraction particles elimination - particles larger than 1 mm size). The remaining residues form used in such as received avoiding additional costs. The results indicated potential and some limitations for each application to the use of these wastes as alternative raw material, but in some cases, the benefits in relation to valorization overlap with its limitations in both aspects, environmental and economic.

The effects of chemicals in isopods : a multi-organizational evaluation

The global aim of this thesis was to evaluate and assess the effects of a pesticide (dimethoate) and a metal (nickel), as model chemicals, within different organization levels, starting at the detoxification pathways (enzymatic biomarkers) and energy costs associated (energy content quantification, energy consumption and CEA) along with the physiological alterations at the individual and population level (mortality), leading to a metabolomic analysis (using liquid 1H-NMR) and finally a gene expression analysis (transcriptome and RT-qPCR analysis). To better understand potential variations in response to stressors, abiotic factors were also assessed in terrestrial isopods such as temperature, soil moisture and UV radiation. The evaluation performed using biochemical biomarkers and energy related parameters showed that increases in temperature might negatively affect the organisms by generating oxidative stress. It also showed that this species is acclimated to environments with low soil moisture, and that in high moisture scenarios there was a short gap between the optimal and adverse conditions that led to increased mortality. As for UV-R, doses nowadays present have shown to induce significant negative impact on these organisms. The long-term exposure to dimethoate showed that besides the neurotoxicity resulting from acetylcholinesterase inhibition, this stressor also caused oxidative stress. This effect was observed for both concentrations used (recommended field dose application and a below EC50 value) and that its combination with different temperatures (20ºC and 25ºC) showed different response patterns. It was also observed that dimethoate’s degradation rate in soils was higher in the presence of isopods. In a similar study performed with nickel, oxidative stress was also observed. But, in the case of this stressor exposure, organisms showed a strategy where the energetic costs necessary for detoxification (biomarkers) seemed to be compensated by positive alterations in the energy related parameters. In this work we presented for the first time a metabolomic profile of terrestrial isopods exposed to stressors (dimethoate and niquel), since until the moment only a previous study was performed on a metabolomic evaluation in nonexposed isopods. In the first part of the study we identify 24 new metabolites that had not been described previously. On the second part of the study a metabolomic profile variation of abstract non-exposed organism throughout the exposure was presented and finally the metabolomic profile of organisms exposed to dimethoate and nickel. The exposure to nickel suggested alteration in growth, moult, haemocyanin and glutathione synthesis, energy pathways and in osmoregulation. As for the exposure to dimethoate alterations in osmoregulation, energy pathways, moult and neurotransmission were also suggested. In this work it was also presented the first full body transcriptome of a terrestrial isopod from the species Porcellionides pruinosus, which will complement the scarce information available for this group of organisms. This transcriptome also served as base for a RNA-Seq and a RT-qPCR analysis. The results of the RNA-Seq analysis performed in organisms exposed to nickel showed that this stressor negatively impacted at the genetic and epigenetic levels, in the trafficking, storage and elimination of metals, generates oxidative stress, inducing neurotoxicity and also affecting reproduction. These results were confirmed through RT-qPCR. As for the impact of dimethoate on these organisms it was only accessed through RT-qPCR and showed oxidative stress, an impact in neurotransmission, in epigenetic markers, DNA repair and cell cycle impairment. This study allowed the design of an Adverse Outcome Pathway draft that can be used further on for legislative purposes.

A Agenda 21 local e o desenvolvimento sustentável em Portugal : que perspetivas?

Assumindo a sociedade atual o paradigma do desenvolvimento sustentável como modelo capaz de garantir uma gestão equilibrada dos recursos atuais que não comprometa o futuro das futuras gerações, é fundamental compreender o instrumento da Agenda 21 Local (A21L), ferramenta saída da Conferência do Rio, em 1992, que se apresenta como uma resposta internacional aos objetivos da sustentabilidade. Ao constituir-se como país signatário da Declaração do Rio, Portugal assumiu o compromisso de cooperar internacionalmente para a aplicação deste instrumento, no esforço comum de unir a proteção do ambiente com o desenvolvimento económico e social. Verifica-se que a resposta de Portugal, em matéria de A21L, foi pouco conseguida, marcada por um arranque ténue, desconcertado e disperso a que acresce o caráter dúbio que caracterizou a natureza dos primeiros processos e que, no quadro internacional, atira Portugal para o grupo de países europeus que mais tardiamente conseguiram responder ao apelo da comunidade internacional no que se refere à implementação de A21L. Neste âmbito, esta dissertação visa aprofundar o conhecimento cientifico sobre este instrumento no quadro das experiências de Agenda 21 Local implementadas no território português. O trabalho procurou examinar os objetivos, características e resultados dos processos de Agenda, dando atenção aos elementos individuais que marcaram cada um e, igualmente, avaliando as repercussões que estes tiveram no todo nacional. O estudo incidiu na dinâmica espaciotemporal das Agendas21L, no território nacional, e na análise integrativa de indicadores físicos, sociais e económicos que permitiram compreender as especificidades e os contrastes verificados nos processos implementados e desenvolvidos. Na investigação não foram, igualmente, negligenciadas questões históricas, políticas e culturais, sabendose da importância que estes vários domínios configuram no caso português. O trabalho contou com uma investigação assente na seguinte metodologia: i) Revisão da literatura e recolha de dados bibliográficos sobre a temática da Agenda 21 Local; ii) Levantamento de informação, através de um inquérito por questionário, dirigido a todas as localidades do País, onde decorrem Agendas 21 Local, a fim de complementar informação já processada; iii) Pesquisa direta de dados no terreno que envolveu a utilização de procedimentos de teor quantitativo (inquérito por questionário) e de teor qualitativo (entrevistas), relativamente ao caso de estudo (Agenda 21 Local de Mindelo); iv) Tratamento e análise dos resultados obtidos através da confrontação da perspetiva teórica com a prática com a consequente elaboração de conclusões fundamentadas pela confrontação dos dados com as hipóteses. Para além de se tratar do caso pioneiro de A21L com início no poder mais próximo do cidadão (respeitando um dos princípios inerentes a este instrumento – o princípio da subsidiariedade), afirmou-se, igualmente, como um caso de referência em matéria de coesão e mobilização dos cidadãos locais para os problemas locais existentes. Os resultados empíricos da investigação identificam uma série de dificuldades que condicionaram o arranque e progresso das A21L. Desde logo, a inabilidade dos poderes políticos locais em trabalharem com um modelo que rompe com as típicas e tradicionais formas pré-concebidas de fazer política, isto é, com as práticas instituídas dos políticos fazerem “política” para os cidadãos e não “com” os cidadãos. O próprio desconhecimento do poder político local quanto à natureza de um processo de A21L que evidenciou inaptidão, impreparação e até embaraço para lidar com este instrumento, resultando na necessidade, na grande maioria dos processos desenvolvidos, de serem acompanhados por entidades externas que cooperaram na sua dinamização. Acresce que a nova dinâmica, subjacente à A21L, que desafia os governos locais a mobilizar a participação generalizada dos cidadãos e apela à participação de novos atores (associações, grupos de interesse, ONG e atores sociais, em geral) para a definição de estratégias de desenvolvimento local, não é totalmente aceite pelos vários poderes locais que, não raras vezes, menosprezam a importância dos cidadãos nos momentos de tomada de decisão. A falta de empenho do governo central, em matéria de sustentabilidade, que negligenciou, numa primeira etapa, a figura do poder central na assessoria às entidades locais cerceou o país da existência de uma campanha nacional para a afirmação deste instrumento. A falta/insuficiência de recursos financeiros como resultante da ausência de apoios estatais e a dificuldade na obtenção de fundos da União Europeia configurou-se como um entrave à promoção dos processos ficando as entidades locais e regionais incapazes de ultrapassar a falta de meios imprescindíveis para o desenvolvimento da A21L. O próprio desconhecimento generalizado dos cidadãos sobre a A21L afigura-se como um estigma ao sucesso de qualquer processo com as caraterísticas de um instrumento A21L visto que a participação dos cidadãos é condição sine qua non para a sua operacionalização. Neste quadro, e olhando o futuro, urge a necessidade das autoridades locais criarem modelos de autofinanciamento capazes de garantir a criação, funcionamento e manutenção de infraestruturas económicas e sociais subjacentes aos programas de A21L, assim como o dever do poder político em reforçar a importância da função da informação e da mobilização dos cidadãos em prole do desenvolvimento sustentável, ações indispensáveis para a execução das políticas inerentes à A21L.

Propriedades de lamas de salinas de Aveiro, tendo em vista aplicações dermoterapêuticas e dermocosméticas

Desde tempos históricos que diferentes tipos de lama são utilizados para aplicações externas no corpo humano, para fins terapêuticos e cosméticos. As lamas cuja beneficiação e caracterização físico-química são apresentadas nesta dissertação são formadas no ambiente hipersalino que existe nas salinas da Troncalhada e de São Tiago da Fonte, localizadas no estuário do rio Vouga, em Aveiro, Portugal. As salinas são constituídas por uma sequência de tanques onde, no período de verão, da água do mar e por evaporação natural, se produz sal marinho que precipita no último tanque (o cristalizador) do qual é extraído. Na base dos tanques ocorrem lamas que correspondem a sedimentos constituídos por material argiloso de cor preto-cinzento e que incorporam argila, silte, areia, bioclastos, sal, matéria orgânica e gás. A componente inorgânica da lama extraída do cristalizador foi estudada por Difracção de Raios-X (DRX) e Fluorescência de Raios-X (FRX), enquanto a componente orgânica da mesma lama foi estudada por Cromatografia de Gás- Espectrometria de Massa (GC-MS). Os estudos efectuados incidiram sobre amostras representativas de lama, obtidas antes e após refinação e beneficiação a que foi submetida a lama tal-qual colhida nas salinas. Foram utilizados métodos geofísicos para caracterizar e distinguir as lamas depositadas na época de safra e no período de interregno. Para o efeito, foram cravados tubos amostradores no sedimento que reveste o fundo dos tanques, tubos que seguidamente foram transportados para o laboratório para medição da condutividade eléctrica do topo até à base da coluna de sedimento amostrado. A refinação foi efectuada por elutriação de suspensões aquosas de lama utilizando um equipamento desenvolvido para o efeito e que permitiu concentrar a lama fina no overflow. Após floculação, sifonagem da água sobrenadante, dessalinização e centrifugação a lama refinada e beneficiada pôde ser incorporada em formulações com objectivos terapêuticos e cosméticos. O estudo microbiológico efectuado nas amostras de lama com sal e sem sal e na água das salinas permitiu identificar diversos tipos de bactérias e colónias presentes na lama e avaliar também os processos de esterilização testados. Concluiu-se que a lama hipersalina ou dessalinizada resultante do processamento a que foram submetidas, não deve ser aplicada ou incorporada em formulações tal-qual, pelo facto de em ambas terem sido identificadas bactérias como é o caso de Clostridium perfringens. Não obstante, se submetidas a esterilização utilizando autoclave a lama salina refinada e beneficiada poderá ser aplicada como peloide extemporâneo. Assim sendo foram desenvolvidas formulações dermoterapêuticas e dermocosméticas contendo lama beneficiada e dessalinizada e esterilizada termicamente.