Biomass fly ash incorporation in cement based materials

In recent years, pressures on global environment and energy security have led to an increasing demand on renewable energy sources, and diversification of Europe’s energy supply. Among these resources the biomass could exert an important role, since it is considered a renewable and CO2 neutral energy resource once the consumption rate is lower than the growth rate, and can potentially provide energy for heat, power and transports from the same installation. Currently, most of the biomass ash produced in industrial plants is either disposed of in landfill or recycled on agricultural fields or forest, and most times this goes on without any form of control. However, considering that the disposal cost of biomass ashes are raising, and that biomass ash volumes are increasing worldwide, a sustainable ash management has to be established. The main objective of the present study is the effect of biomass fly ashes in cement mortars and concretes in order to be used as a supplementary cementitious material. The wastes analyzed in the study were collected from the fluidized bed boilers and grate boilers available in the thermal power plants and paper pulp plants situated in Portugal. The physical as well as chemical characterisations of the biomass fly ashes were investigated. The cement was replaced by the biomass fly ashes in 10, 20 and 30% (weight %) in order to investigate the fresh properties as well as the hardened properties of biomass fly ash incorporated cement mortar and concrete formulations. Expansion reactions such as alkali silica reaction (ASR), sulphate attack (external and internal) were conducted in order to check the durability of the biomass fly ash incorporated cement mortars and concretes. Alternative applications such as incorporation in lime mortars and alkali activation of the biomass fly ashes were also attempted. The biomass fly ash particles were irregular in shape and fine in nature. The chemical characterization revealed that the biomass fly ashes were similar to a class C fly ash. The mortar results showed a good scope for biomass fly ashes as supplementary cementitious materials in lower dosages (<20%). The poor workability, concerns about the organic content, alkalis, chlorides and sulphates stand as the reasons for preventing the use of biomass fly ash in high content in the cement mortars. The results obtained from the durability tests have shown a clear reduction in expansion for the biomass fly ash mortars/concretes and the binder blend made with biomass fly ash (20%) and metakaolin (10%) inhibited the ASR reaction effectively. The biomass fly ash incorporation in lime mortars did not improve the mortar properties significantly though the carbonation was enhanced in the 15-20% incorporation. The biomass fly ash metakaolin blend worked well in the alkali activated complex binder application also. Portland cement free binders (with 30-40 MPa compressive strength) were obtained on the alkali activation of biomass fly ashes (60-80%) blended with metakaolin (20-40%).

Tecnologias de informação geográfica e promoção do pensamento espacial crítico: estratégias transdisciplinares em educação para o desenvolvimento sustentável no 3º CEB

Perante a fragilidade da atual conjuntura mundial nos contextos económico, social e ambiental, urge a necessidade de educar os novos cidadãos para a sustentabilidade, pelo conhecimento interativo do local onde vivem e do mundo que os integra. “Ensinar a pensar” e a encontrar soluções criativas sustentáveis, torna-se incontornável. Reconhecendo-se que este propósito carece da integração do conhecimento presencial no território, e a importância das competências de saber pensar o espaço e intervir no meio, partilhadas pela Educação Geográfica (EG) e pela Educação para o Desenvolvimento Sustentável (EDS), onde a dimensão “Espaço” é crítica e aglutinadora das aprendizagens, no presente trabalho propõe-se dar resposta à questão de como desenvolver o Pensamento Espacial Crítico, com recurso a Tecnologias de Informação Geográfica (TIG), de forma a promover aprendizagens significativas em EDS, ao nível do 3.º Ciclo do Ensino Básico (CEB) e no contexto da Escola Básica de Campia. Tendo como grande finalidade a inovação das práticas educativas, espera-se com esta investigação contribuir para o alargamento de fronteiras do conhecimento em Multimédia em Educação e da EG, assumindo-se a importância desta no domínio da EDS, estimulando o Pensamento Espacial (PE), o Pensamento Crítico (PC) e a forma como os alunos e restante comunidade educativa olham e atuam sobre o meio. Face à finalidade apresentada e dado o caráter inovador da presente investigação, adotou-se a metodologia de investigação-ação (I/A), no contexto do paradigma sóciocrítico, de pendor qualitativo. Este estudo foi desenvolvido por intermédio de uma Oficina de Formação, em dois ciclos de I/A, tendo como objetivo a conceção e implementação de estratégias transdisciplinares de ensino e aprendizagem (E/A) em EDS, visando o desenvolvimento de capacidades de PEC e sendo suportadas por TIG. Foram concebidos diversos instrumentos de recolha de dados, para cada ciclo de I/A, e o corpo de dados foi analisado essencialmente através da técnica de análise de conteúdo e pontualmente através da análise estatística de cariz descritivo. O modelo de análise de dados centrou-se numa análise SWOT para identificação das forças, fraquezas, oportunidades e ameaças, e numa matriz TOWS para identificação das ações a empreender entre os ciclos de I/A. Propõe-se, para o efeito, um referencial teórico didático para o conceito de PEC, através de uma taxonomia de capacidades e competências resultante da implementação dos ciclos de I/A. Os resultados obtidos permitem observar que: i) a EG, pelas competências que preconiza e pelo enfoque da dimensão espacial, é potencialmente aglutinadora das aprendizagens, no currículo do 3.º CEB, e pode favorecer a transdisciplinaridade, essencial na EDS; ii) as estratégias de ensino e aprendizagem assentes na EG e com recurso a TIG são promotoras de aprendizagens significativas em EDS pelo desenvolvimento de capacidades de PEC. Contudo, as limitações evidenciadas na investigação suscitaram, através dos ciclos de I/A, a redefinição do percurso formativo proposto e dos instrumentos de recolha de dados concebidos, bem como a introdução de melhorias à taxonomia de PEC desenvolvida no âmbito da presente tese. Entre outras limitações discutidas (como a resistência à utilização de tecnologia em contexto de E/A), salientamos uma limitação sistémica, inerente aos atuais contextos educativos formais (currículo, distribuição do serviço docente, etc.), que desincentiva uma efetiva implementação de estratégias transdisciplinares e do trabalho colaborativo entre professores. Apesar das limitações elencadas consideramos que este estudo contribui para um aprofundamento do conhecimento sobre a potencialidade das TIG na promoção de competências e capacidades de PEC dos alunos, nomeadamente pelo avanço na clarificação das mesmas, plasmadas no instrumento desenvolvido no âmbito desta tese (taxonomia de PEC). Como disseminação desta investigação, salienta-se que o referido instrumento integrará o referencial teórico de um projeto europeu Erasmus + (ENAbLE), para suporte à conceção dos dispositivos didáticos que acompanharão uma aplicação de TIG que será concebida especificamente para o contexto de E/A.

Microphytobenthos vs Hydrobia: trophic coupling in estuarine environment

Os estuários são ambientes complexos, biologicamente diversos e muito importantes no que respeita à produtividade primária. As zonas intertidais destes ecossistemas são ocupadas por organismos que possuem uma elevada capacidade de sobrevivência e adaptação face às variadas e rápidas alterações nos factores ambientais (tais como temperatura, salinidade, conteúdo hídrico, etc.). As cadeias tróficas com origem no ecossistema estuarino bentónico são essencialmente herbívoras, regulando o fluxo de energia desde o fundo sedimentar e através do ecossistema. Nas áreas estuarinas intertidais a produção primária é essencialmente suportada pelo microfitobentos (MPB). Estas comunidades de microalgas bênticas constituem uma importante fonte de matéria orgânica e são por si só a principal fonte alimentar para as populações de Hydrobia. Neste contexto, a interacção MPB - Hydrobia é um modelo-chave na investigação da cadeia trófica estuarina de origem bentónica, actuando como um importante canal de transporte de energia para os níveis tróficos superiores, especialmente se considerarmos que Hydrobia é uma importante presa para peixes, aves e caranguejos. O presente estudo tem por objectivos gerais: i) a investigação do controlo ambiental (particularmente da luz e do teor em água do sedimento) e endógeno na migração vertical do MPB e ii) a identificação e potencial utilização de marcadores tróficos (pigmentos e ácidos gordos) úteis à investigação da interacção MPB – Hydrobia em laboratório e em condições naturais, considerando a existência de uma elevada plasticidade trófica por parte da Hydrobia e a elevada densidade populacional que estes organismos podem apresentar. A primeira fase de investigação resultou na comparação do papel dos estímulos ambientais e do controlo endógeno nos padrões de comportamento migratório vertical do microfitobentos, demonstrando a existência de um controlo essencialmente endógeno na formação e desintegração do biofilme superficial. A regulação e manutenção da biomassa à superfície do sedimento são claramente controladas pela variação dos factores ambientais, em especial da luz, cuja presença é essencial à formação total do biofilme microalgal à superfície do sedimento intertidal. Foi proposta uma nova abordagem metodológica com vista à estimativa nãodestrutiva do teor de água de sedimentos intertidais vasosos , possibilitando o estudo da influência da acção do vento no conteúdo hídrico dos sedimentos e o consequente impacto da dessecação na comunidade microfitobêntica. Observou-se que a dessecação provoca efeitos limitantes não só na biomassa superficial mas também na actividade fotossintética dos biofilmes microfitobênticos, conduzindo à diminuição da produtividade primária. No que respeita à dinâmica trófica da interacção MPB - Hydrobia foi estabelecido o uso do pigmento feoforbide a, quantificado nas partículas fecais da fauna, como marcador trófico que permite estimar a quantidade de biomassa de microalgas (clorofila a) incorporada pelos organismos animais.Para tal foi investigada e comprovada a existência de uma relação significativa entre a concentração de feopigmentos excretados e a concentração de clorofila a ingerida. Estes estudos foram desenvolvidos numa primeira fase à escala diária, considerando os efeitos dos ciclos sazonais, dia-noite e maré, e depois com a validação em condições naturais, numa escala mensal. A taxa de ingestão média de indivíduos de H. ulvae varia ao longo do dia, com o máximo em torno dos períodos diurnos de maré baixa, o que pode estar relacionado com a disponibilidade de MPB. As taxas de ingestão (TI) de H. ulvae variam ainda em função da estação do ano (TI verão > TI primavera) e em função da densidade de indivíduos (> densidade, < ingestão). Verificou-se um efeito negativo na concentração de clorofila disponível após herbívoria independentemente da densidade de indivíduos. Finalmente, a comparação dos perfis de ácidos gordos de H. ulvae provenientes de diferentes habitats com os perfis de potenciais fontes alimentares permitiu demonstrar que os ácidos gordos são ferramentas úteis na identificação do habitat ocupado por estes organismos. No entanto, apesar da ocupação de diferentes habitats e da integração de múltiplas fontes de produção primária na sua dieta foram sempre observados significativos níveis de ácidos gordos específicos de microalgas (em particular diatomáceas), reforçando o papel importante das comunidades de microalgas bênticas na dieta das populações de H. ulvae.

European life project: a global strategy for the responsible use of a coastal lagoon: a case study from Portugal

Rin de Aveiro is a coastal lagoon located at the Central Region of Portugal subjected to the influence of the tides, resulting in a set of characteristic biotopes favouring anthropic and natural processes. Once managed and controlled correctly, each of these biotopes will allow simultaneously the biodiversity and integration in the making of the wetland landscape. In 1998, one of the final conclusions of the "MARIA" Demonstration Programme for the Integrated Management of Ria de Aveiro was that the poor current state of the environment area resulted from a set of interrelated factors. The Programme selected four (4) pilot-projects towards the integrated management of the lagoon biotopes as possible scenarios for an intervention. This selection was based in criteria related to environmental priorities and the maintenance of traditional economic activities in the region. The idea of choosing projects that would involve the whole geographic space of the Ria, without forgetting the other important themes interrelated with the Management Structure, emerged as a relevant aspect for their definition. Thus, and as a first test of this Management Structure functionality, the following task forces were put forward: Recovery and valorisation of the piers; Recovery of the former salt pans; Management of the agricultural fields of Baixo-Vouga; Implementation of measures for the classification of the Protected Landscape Area of the River Caster Mouth. This payer will report the main results of these pilot-projects attained during their first year period, especially the intervention strategies defined by the Partnership created for this aim.