O comércio internacional de algodão - evolução dos fluxos entre 1975 e 2010 e aspectos ambientais

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Gestão e Sistemas Ambientais

Produção de biodiesel a partir de microalgas. Revisão bibliográfica e contribuição para a sua produção em Portugal

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente perfil Engenharia Sanitária

Metanólise de óleo de soja em biodiesel através de um reactor de membrana

Com o aumento das necessidades energéticas, bem como dos cada vez mais conhecidos efeitos nocivos dos combustíveis fósseis, tornou-se imperativo pesquisar e desenvolver alternativas sustentáveis e verdes a esses recursos. O biodiesel é considerado como o melhor substituto para o combustível diesel convencional de base petroquímica. A transesterificação de óleos vegetais revela-se como uma importante via de obtenção do biodiesel. Na produção de biodiesel com catalisadores básicos homogéneos, como o hidróxido de sódio, deparamo-nos com um problema na hidrólise de triglicéridos, levando à formação de sabões e emulsões. Mesmo quando são usados reagentes secos, há formação de água devido à reacção do hidróxido com o álcool. Estes problemas podem ser solucionados com a utilização de catalisadores heterogéneos. Este estudo incidiu na preparação de membranas catalíticas de álcool polivinílico (PVA) incorporadas com um catalisador heterogéneo sólido básico (óxido de cálcio) obtido de resíduos industriais (casca de ovo). Caracterizaram-se as membranas catalíticas através da determinação da espessura, ângulos de contacto, grau de inchamento e espectroscopia de infravermelho. As membranas de PVA foram testadas na metanólise de óleo de soja em reactor batch e reactor de membrana catalítica. Estudou-se o efeito da reticulação química e por irradiação gama, nas propriedades das membranas e na actividade catalítica.

Métodos inovadores para a bio-secagem do CDR produzido na linha de processo da unidade de Tratamento Mecânico e Biológico (TMB) – Caso de estudo na VALNOR SA

A presente dissertação foca-se em métodos inovadores para a bio-secagem do Combustível Derivado de Resíduos (CDR) produzido na linha de Tratamento Mecânico de Biológico (TMB), na VALNOR SA. O CDR representa 25 a 35% dos resíduos indiferenciados tratados numa unidade de TMB e que resulta do refugo e rejeitados retirados na linha de triagem mecânica e no processo de afinação do composto orgânico. O CDR pode ser utilizado como combustível alternativo ao combustível fóssil em centrais de co-geração e/ou cimenteiras. No caso da indústria cimenteira, a secagem do CDR é fundamental (a humidade média é de 40 a 50% e, terá de se reduzir para 20% ou inferior) de modo a aumentar o seu Poder Calorífico Inferior (PCI), para maior eficiência energética no processo produtivo nos fornos do clínquer e dar cumprimento à redução de utilização dos combustíveis fósseis que a União Europeia pretende. Com este trabalho, contribuiu-se com mais um passo no sentido de se viabilizarem as melhores opções técnico-ambientais e económicas para se cumprirem os objetivos prioritários no domínio da valorização dos resíduos passando a ser um recurso ou produto. Com efeito a substituição do combustível fóssil por um combustível alternativo do tipo do CDR não só se traduz em benefícios ambientais, nomeadamente a redução de deposição em aterro, a redução das emissões de Gases com Efeito de Estufa (GEE) e o cumprimento dos objetivos e metas do Plano Estratégico para os Resíduos Sólidos Urbanos (PERSU) 2020, como também enquadra evidentes vantagens económicas enquanto recurso alternativo e minimiza o valor do instrumento financeiro da Taxa de Gestão de Resíduos (TGR) que se prevê aumentar significativamente até 2020 no que respeita à deposição de resíduos/refugos/rejeitados em aterro.

Energia fotovoltaica em edifício unifamiliar – análise custo benefício

Com o crescimento populacional tem-se verificado um aumento exagerado no consumo energético global, no qual Portugal é também um exemplo. O recurso à utilização de combustíveis fósseis como fonte para satisfazer as necessidades adicionais de energia, tem vindo a contribuir para uma aceleração do fenómeno das alterações climáticas, que promovem efeitos negativos sobre o planeta, onde uma das suas mais sentidas consequências é o aquecimento global. O sector dos edifícios, desde a construção à utilização, apresenta um elevado consumo de energia final, do qual metade corresponde ao sub-sector residencial. Este facto torna importante que se equacionem alternativas, e que sejam adoptadas medidas que possam contribuir para alcançar uma melhoria da eficiência e do desempenho energético dos edifícios. Os edifícios habitacionais, por terem o seu desempenho energético na fase de utilização muito dependente do comportamento dos utilizadores, são aqueles que maior consumo energético apresentam. Neste contexto, torna-se importante que sejam desenvolvidas iniciativas que visem melhorar o seu desempenho e que possam ver adoptadas medidas de reabilitação energéticas de modo passivo e activo. A procura por um balanço próximo do zero, entre necessidade de consumo, e potencial de produção local de energia, permite que se possam adoptar soluções alternativas de produção de energia, focadas em fontes renováveis. Contudo, é importante que as medidas a implementar, tanto nos novos como nos edifícios já existentes, tenham sempre como principal finalidade a melhoria das condições de conforto no seu interior e um elevado nível de desempenho energético. A introdução de soluções passíveis de reforço de isolamento, devem decorrer da introdução de soluções que podem ter auxílio na ferramenta da certificação energética como suporte. Porém, as soluções de complemento para o equilíbrio do balanço entre consumo e produção podem ser auxiliadas pela introdução de sistemas activos de produção de energia, impondo-se, no entanto, que ocorra um claro benefício económico da análise custo-benefício dos investimentos associados. A presente investigação procura, estudar o nível do contributo que pode resultar da introdução de um sistema solar fotovoltaico, num edifício de habitação unifamiliar e determinar o correspondente resultado para o equilíbrio do seu desempenho energético e nível de eficiência energética.

Contributo para a avaliação da viabilidade do aproveitamento do biogás produzido em digestores anaeróbios a frio para a produção de energia elétrica

Numa sociedade com elevado consumo energético a escassez de combustíveis fósseis é cada vez mais preocupante, assim como a poluição atmosférica resultante da sua utilização, há portanto uma necessidade crescente de recorrer a energias renováveis. A digestão anaeróbia de lamas é um processo de estabilização de lamas, que é vulgarmente utilizado nas ETAR e tem como produtos finais lama digerida e biogás. Dadas as características do biogás é possível ser utilizado para produção de energia. Neste âmbito, a presente dissertação aborda teoricamente a digestão anaeróbia, o biogás e as tecnologias de produção de energia. Tem como primeiro objetivo a avaliação da viabilidade do aproveitamento do biogás produzido nos digestores anaeróbios para produção de energia elétrica em casos de estudo específicos, mais concretamente nas ETAR de Fernão Ferro e Zona Industrial da Autoeuropa, tendo-se concluído que o aproveitamento estudado não se demonstrou viável. Um segundo objetivo é a comparação entre o funcionamento da digestão anaeróbia de lamas das ETAR de Fernão Ferro, Zona Industrial da Autoeuropa, Quinta do Conde, Seixal e Sesimbra (cinco casos de estudo). A proposta de uma folha de cálculo como contributo para avaliação da viabilidade do aproveitamento do biogás produzido em digestores anaeróbios a frio, idêntica à utilizada para a avaliação nas ETAR de Fernão Ferro e Zona Industrial da Autoeuropa, constitui o terceiro objectivo desta dissertação. Pretende-se que esta ferramenta seja abrangente e versátil com um propósito de ser utilizada como guia de cálculo aplicável a qualquer caso de digestão anaeróbia a frio para venda da energia elétrica. A referida folha de cálculo é estruturada por Condições de Exploração, Custos de Investimento, Custos de Operação/Manutenção e Balanço Económico.

Produção de eletricidade a partir de energia solar fotovoltaica de larga escala PV e CPV na zona rural do município de Évora: área disponível e potencial técnico

No sentido de diminuir a dependência externa de energia nomeadamente de combustíveis fósseis, combater as alterações climáticas e colmatar o défice potencial de energia associada à dependência de energia hídrica, Portugal necessita aumentar o investimento noutras fontes de energia renovável (FER) para produção de eletricidade, nomeadamente na energia solar. Sendo uma das zonas com maior radiação solar da Europa (1 900 kWh/m2), Portugal não aproveita este recurso como poderia. O presente estudo avalia o potencial técnico de produção de energia solar fotovoltaica centralizado de larga escala (> 1 MW), no Concelho de Évora. Recorrendo ao sistema de informação geográfica ArcGIS, foram estimadas as áreas disponíveis e as áreas úteis potenciais para implementação de projetos de aproveitamento de energia solar fotovoltaica, por forma a calcular o potencial de potência instalada (MW) e de produção de energia elétrica (GWh/ano). Foram considerados diferentes cenários relativos ao uso do solo, no contexto do Plano Diretor Municipal, e ao tipo de projeto, tendo sido consideradas as tecnologias de sistema fotovoltaico sem concentração (PV) e de sistema fotovoltaico concentrado (CPV). No cenário mais restritivo sobre a ocupação do solo foi estimada uma área útil de 4 978 ha (cerca de 4% da área total do Município) que corresponde a um potencial técnico de produção de energia de 2 357 GWh/ano, se se considerar um sistema CPV com 1 MW de potência instalada. Para efeitos de comparação, esta produção corresponde a 9 vezes o valor do consumo de eletricidade anual do Concelho de Évora e a cerca de 5% do consumo anual de eletricidade em Portugal continental em 2012. O potencial muito significativo de produção de eletricidade solar é justificada pela disponibilidade de ocupação do solo, pelo declive suave do terreno e pelo excelente nível de radiação solar incidente. Da análise dos diversos cenários avaliados, concluiu-se que o sistema mais vantajoso, em termos de produção de energia por unidade de área, independentemente do cenário de ocupação do solo, é o sistema CPV de larga escala (20 a 30 MW) que apresenta valores de produção da ordem de 0,64 GWh/ha.

Fitoremediação de águas residuais contaminadas com Zn ou Cu utilizando Arundo donax L.

A maioria dos países está demasiado dependente dos combustíveis fósseis para satisfazer as suas necessidades energéticas, em todos os seus principais sectores de actividade. A produção de culturas energéticas tem vindo a ser equacionada como uma alternativa muito promissora para substituir parcialmente esses recursos fósseis na produção de energia. De entre as diversas espécies, preferencialmente não alimentares, que podem ser cultivadas com o intuito de utilizar a sua biomassa para produzir energia, o Arundo donax apresenta-se como uma das mais promissoras, devido à sua elevada produtividade, resistência a baixos regimes hídricos, característicos dos países mediterrânicos nos meses de Verão, e a pragas. Para além do potencial de utilização como cultura energética, o Arundo donax também apresenta capacidade para remover metais pesados do substrato onde se encontra estabelecido, podendo ser utilizado para remover contaminantes do solo e das águas residuais. A utilização de águas residuais para irrigação de culturas energéticas, permite, não só, contrabalançar a escassez ou a sazonalidade da precipitação, mas também reduzir a necessidade de utilização de fertilizantes, combinando assim vantagens ambientais e económicas. Neste trabalho, foi avaliada a capacidade do Arundo donax na fitoremediação de águas residuais contendo zinco ou cobre, nomeadamente os efeitos na sua produtividade e qualidade da biomassa, bem como a capacidade de extrair aqueles metais da água residual afluente. Este ensaio foi realizado em vasos, em condições controladas, com diferentes regimes hídricos e com a duração de dois ciclos vegetativos. Os resultados obtidos permitem verificar que as concentrações de zinco e cobre testadas não afectam grandemente a produtividade nem a qualidade da biomassa produzida. Verificou-se uma maior acumulação de zinco nos rizomas e nas folhas e uma maior acumulação de cobre nas folhas e nas raízes. O sistema solo-planta consegue reter acima de 90% do zinco/cobre afluente, resultando na depuração da água residual. As percentagens de remoção pela planta podem ser superiores a 8% e 3% para zinco e para cobre, respectivamente. A rega de Arundo com águas residuais contaminadas com zinco ou cobre apresenta vantagens do ponto de vista ambiental, nomeadamente em termos de sequestro de carbono e na deplecção de recursos hídricos e minerais. Além disso a biomassa pode ser valorizada economicamente para produção de energia ou biomateriais.

Sistema híbrido fotovoltaico / eólico / diesel aplicado a um navio, do ponto de vista energético, ambiental e económico

O aumento das concentrações de Gases do Efeito Estufa e do aquecimento global exigem medidas urgentes para abrandar e atenuar as respectivas consequências, tanto para a humanidade como para o planeta. Entre estas medidas, faz parte a utilização de recursos renováveis para a produção de energia, de forma a mitigar os problemas inerentes à utilização de combustíveis fósseis. No intuito de explorar os recursos renováveis, é necessário desenvolver projectos e tecnologias que o optimizem a sua utilização. A presente dissertação centrou-se na implementação de um sistema energético híbrido FV/eólico/diesel num navio. O navio seleccionado, propriedade da Transtejo, foi o “LISBONENSE” e efetua o transporte de passageiros e viaturas entre as margens do Rio Tejo. A pesquisa de literatura, realizada a níveis nacional e global, incidiu na caracterização das emissões poluentes dos navios e respectivas consequências, e nas soluções que existem para reduzir as mesmas, com principal incidência nos sistemas de energias renováveis. Após uma pesquisa de mercado para análise da relação custo-benefício de cada tipo de componente do sistema híbrido, foram seleccionados os mais adequados para este projecto, do qual resultou: módulos FV e respectivos cabos eléctricos, turbinas eólicas, baterias de armazenamento, controladores de carga, inversores e um sistema de controlo e monitorização. O gerador a diesel considerado é o que se encontra actualmente instalado no navio. Elaborou-se um programa para o sistema de controlo, de forma a accionar o funcionamento do gerador a diesel quando necessário, isto é, quando os sistemas de energias renováveis não produzem energia eléctrica suficiente para alimentar as aplicações do navio. Completado o dimensionamento do sistema híbrido, com auxílio dos softwares HOMER e RETScreen, foi feita uma análise a nível ambiental e económico que evidenciou diversos aspectos positivos. Destaca-se a redução das emissões de CO2 em 81.56 % e a rentabilidade do projecto que, com um ciclo de vida de 20 anos, tem um período de recuperação do capital investido de cerca de 6 anos.

Metanólise de óleo de soja em reator de membrana compósita PVA/casca de ovo calcinada. Estudo do efeito da reticulação

Com a crise energética atual e os efeitos nocivos associados ao consumo de combustíveis fósseis e seus derivados, tornou-se imperativo pesquisar e desenvolver alternativas sustentáveis e economicamente viáveis face a esse recurso. Surgiu então o biodiesel, um combustível derivado de recursos renováveis e potencial substituto do diesel convencional de base petroquímica. A transesterificação de óleos vegetais apresenta ser a principal via na produção de biodiesel. A utilização de catalisadores básicos homogéneos, tal como o hidróxido de sódio, na produção de biodiesel apresenta algumas adversidades, nomeadamente, o aparecimento de reações secundárias de hidrólise dos triglicéridos, na presença de água, que promovem a formação de sabões e emulsões. Mesmo com o uso de reagentes secos, ocorrem reações entre o hidróxido e o álcool, formando-se água. Uma solução para este tipo de problemas é a utilização de catalisadores heterogéneos. Contudo, a produção de biodiesel apresenta custos associados elevados que podem ser diminuídos com a utilização de catalisadores provenientes de resíduos alimentares. Este trabalho consistiu na preparação de membranas catalítica de álcool polivinílico (PVA) incorporadas com um catalisador heterogéneo sólido básico (óxido de cálcio) obtido a partir de resíduos alimentares industriais (casca de ovo de galinha). Procedeu-se à caraterização das membranas por determinação da espessura, ângulos de contato, grau de inchamento e por espectroscopia de infravermelho. As membranas de PVA foram testadas na transesterificação de óleo de soja com metanol em reator de membrana catalítica. Analisou-se o efeito da reticulação química nas propriedades das membranas e na atividade catalítica.

Coprocessamento de CDR no processo de produção de cimento

A presente dissertação possui como objetivo avaliar o impacto e a viabilidade do coprocessamento de Combustíveis Derivados de Resíduos (CDR) no processo de produção de cimento, mais especificamente no Centro de Produção de Alhandra (CPA) da CIMPOR, quer a nível processual, quer a nível das emissões atmosféricas e da qualidade do produto final. O CDR é um dos combustíveis alternativos utilizados na indústria cimenteira, de modo a diminuir a dependência relativamente aos combustíveis fósseis, que tanto económica como ambientalmente, apresentam potenciais problemas para a indústria. Posto isto, o CPA encontra-se de momento a implementar a tecnologia que permitirá o coprocessamento deste combustível nos queimadores principais das suas linhas de produção, em adição ao coprocessamento no pré-calcinador, aumentando assim a capacidade de substituição térmica utilizando CDR. Para otimizar esta implementação, é necessário um estudo extensivo do CDR, uma vez que, devido à sua origem, nomeadamente nos resíduos urbanos e nos resíduos industriais banais, este possui características heterógenas, como a humidade, o poder calorífico e o teor em cloro. A presente dissertação careceu, antes de mais, de uma profunda revisão da literatura, uma vez que o coprocessamento de CDR ainda se encontra pouco documentado. Posteriormente, foram realizados Ensaios Industriais no CPA, onde se realizou o coprocessamento de CDR de origens destintas, bem como de outros combustíveis alternativos, nomeadamente Pneus Usados, Farinhas Animais e Resíduos de Veículos em Fim de Vida, de modo a realizar uma comparação eficiente que permitisse retirar conclusões válidas e onde foram monitorizadas as emissões atmosféricas, a qualidade do produto final e as alterações no processo. Nestes ensaios industriais, os resultados relativos ao CDR Urbano indicam que os principais obstáculos ao seu coprocessamento têm origem nas suas características de elevada humidade, teor em matérias orgânicas e teor em cloretos, e consistem nas emissões atmosféricas de COT e CO, na potencialização de agarramentos e no aumento da cal livre no clínquer. Quanto ao CDR Industrial, as problemáticas, originadas pelas suas frações mais ricas em cloretos, humidade e baixa densidade, consistem nas emissões de CO, COT e HF, ainda que as primeiras a menor escala que o CDR Urbano, na potencialização de agarramentos e no aumento da cal livre no clínquer. As conclusões retiradas são amplas e exigem trabalhos subsequentes, mas permitem validar a viabilidade do coprocessamento de CDR nos queimadores principais do CPA. Ainda assim, será necessário implementar medidas a curto prazo, como otimizar o controlo de qualidade e modelar a mistura dos diferentes combustíveis, e a longo prazo, como a consideração da implementação de um bypass para remover o cloro em excesso ou a ponderação da viabilidade de um sistema integrado de gasificação.

Empreendedorismo em energias renováveis: mediação energética como oportunidade de negócio

Com este trabalho pretende-se efectuar uma análise de viabilidade à implementação de uma empresa no mercado nas energias renováveis numa lógica de modelo de negócio de mediação energética. Para o efeito procedeu-se a um estudo ao cenário energético actual, referindo problemas, tendências, metas e estratégias. Deste estudo surge uma oportunidade de negócio cuja viabilidade se pretende analisar, pelo que se procedeu à descrição do conceito, do seu negócio e dos argumentos que o justificam, bem como à realização de um estudo estatístico para dar início ao desenvolvimento do respectivo plano de negócios, o qual conclui, entre outras variáveis, qual a viabilidade de implementação de uma empresa de prestação de serviços no mercado das energias renováveis. Os resultados obtidos são positivos e surpreendentes.

Integração de energias renováveis num modelo de edifício de Balanço Energético Quase Zero (NZEB)

Neste estudo aborda-se o novo conceito dos edifícios com necessidades quase nulas de energia (Nearly Zero Energy Buildings, NZEB) no parque edificado Europeu, nomeadamente os edifícios de habitação que serão construídos a partir de 2020. Estes edifícios terão que respeitar os requisitos mínimos de eficiência energética de modo a reduzir a dependência dos combustíveis fósseis que tem vindo a aumentar significativamente ao longo dos últimos anos. Ao longo deste trabalho foi modelado e dimensionado um edifício de habitação unifamiliar situado na zona de Lisboa e recorreu-se a técnicas e estratégias que aumentam a eficiência energética do mesmo. Este dimensionamento foi feito recorrendo ao software DesignBuilder, tendo sido em seguida efetuada uma análise energética, com recurso ao software EnergyPlus. Posteriormente à análise estar feita, realizou-se um estudo utilizando o software SolTerm para se integrar sistemas de produção de energia renovável no edifício, de modo a tentar suprir as necessidades energéticas do edifício no que se refere a aquecimento ambiente, águas quentes sanitárias (AQS) e necessidades elétricas. Para suprir as necessidades de arrefecimento e aquecimento que o sistema solar térmico não tem capacidade de suprir foi introduzida uma bomba de calor, reduzindo assim o consumo elétrico tornando o edifício mais sustentável. Já para produção de energia elétrica foi inserido um sistema solar fotovoltaico. Foi avaliada também nesta fase a relação custo-benefício da aplicação de cada um destes sistemas, de modo a escolher aquele que maximiza o suprimento das necessidades e que ao mesmo tempo é economicamente viável. Por último foi realizada uma análise crítica aos resultados obtidos e é feito o enquadramento com o que é pretendido num edifício NZEB.

Estudo para a implementação de infraestruturas de carregamento de veículos elétricos

A implementação de uma rede de infraestruturas de carregamento para veículos elétricos é essencial para o sucesso da adoção e difusão do veículo elétrico. O veículo elétrico tem-se afirmado como uma das soluções para a mobilidade sustentável que pode contribuir para a independência externa do país face aos combustíveis fósseis e para a redução de emissões de gases de efeito de estufa. Esta tese tem por objetivo estudar o atual modelo de implementação de uma rede de infraestruturas para a mobilidade elétrica em Portugal com vista a identificar as barreiras que se colocam aos vários stakeholders e que podem comprometer a adoção do veículo elétrico. Foram realizados inquéritos a um conjunto de stakeholders, nomeadamente empresas, associações, organizações não-governamentais e cidadãos proprietários e não proprietários de veículos elétricos. Estes inquéritos tiveram como objetivo analisar a sua expetativa face ao futuro da mobilidade elétrica no país, focando a difusão dos veículos elétricos e a expansão das respetivas infraestruturas de carregamento, tendo em conta o modelo proposto recentemente pelo governo para a instalação de postos de carregamento privados de acesso público. Após uma avaliação das principais barreiras e oportunidades ao contínuo desenvolvimento da mobilidade elétrica, conclui-se que a evolução tecnológica incipiente é a principal barreira à aquisição de veículos elétricos e a melhoria do custo-eficácia é a sua principal oportunidade. Quanto à expansão da atual rede de infraestruturas de carregamento, as barreiras são a inexistência de mercado e a ausência de uma política contínua de promoção da mobilidade elétrica. As principais oportunidades são o desenvolvimento de um modelo de exploração rentável para as empresas e a criação de uma rede com a quantidade, tipologia e localização de infraestruturas adequada às necessidades dos utilizadores.

Caracterização do tolueno e o seu tempo de permanência na atmosfera terrestre

O tolueno é um poluente atmosférico com potencial de aquecimento global (Global warming potential, GWP) e que contribui para a formação tanto de ozono troposférico como de aerossóis orgânicos secundários (AOS), dois elementos participativos nos mecanismos das alterações climáticas. As principais fontes de emissões para a atmosfera terrestre são principalmente pela queima de combustíveis fósseis e biomassa, na qual a principal fonte emissora é através do uso da gasolina, tintas, solventes e fumo de cigarros. Nesta dissertação foi estudada a relevância do tolueno na atmosfera terrestre e analisado detalhadamente o espectro de foto-absorção na região do ultravioleta do vácuo (UVV) por radiação sincrotrão, tendo-se identificado várias transições eletrónicas. O foco principal deste estudo recaiu nos dois mecanismos da sua degradação, i.e. por mecanismos de reação química com radicais livres presentes na atmosfera terrestre bem como através do processo de fotólise. O processo mais eficiente de remoção do tolueno da atmosfera terrestre a baixas altitudes, (< 20 km) é através de reações com radicais OH●. Para o estudo do segundo processo de degradação do tolueno, determinaram-se as taxas de fotólise para várias altitudes na troposfera (0 - 10 km) e na estratosfera (10 - 50 km) através de um modelo matemático, assim como os seus tempos de residência deste poluente nas mesmas altitudes da atmosfera terrestre. As taxas de fotólise determinadas foram superiores e competitivas com os processos químicos para altitudes mais elevadas i.e. a partir dos 20 km de altitude.