Sequestration of carbon by soil

Soil carbon is a major component of the terrestrial carbon cycle. The soils of the world contain more carbon than the combined total amounts occurring in vegetation and the atmosphere. Consequently, soils are a major reservoir of carbon and an important sink. Because of the relatively long period of time that carbon spends within the soil and is thereby withheld from the atmosphere, it is often referred to as being sequestered. Increasing the capacity of soils to sequester C provides a partial, medium-term countermeasure to help ameliorate the increasing CO2 levels in the atmosphere arising from fossil fuel burning and land clearing. Such action will also help to alleviate the environmental impacts arising from increasing levels of atmospheric CO2. The C sequestration potential of any soil depends on its capacity to store resistant plant components in the medium term and to protect and accumulate the humic substances (HS) formed from the transformations or organic materials in the soil environment. The sequestration potential of a soil depends on the vegetation it supports, its mineralogical composition, the depth of the solum, soil drainage, the availability of water and air, and the temperature of the soil environment. The sequestration potential also depends on the chemical characteristics of the soil organic matter and its ability to resist microbial decomposition. When accurate information for these features is incorporated in model systems, the potentials of different soils to sequester C can be reliably predicted. It is encouraging to know that improved soil and crop management systems now allow field yields to be maintained and soil C reserves to be increased, even for soils with depleted levels of soil C. Estimates of the soil C sequestration potential are discussed. Inevitably HS are the major components of the additionally sequestered C. It will be important to know more about the compositions and associations of these substances in the soil if we are able to predict reasonably accurately the ability of any soil type to sequester C in different cropping and soil management systems.

Energy cost of activity assessed by indirect calorimetry and a (CO2)-C-13 breath test

Purpose: The aim of this study was to assess the accuracy of a (CO2)-C-13 breath test for the prediction of short-duration energy expenditure. Methods: Eight healthy volunteers walked at 1.5 km.h(-1) for 60 min followed by 60-min recovery. During this time, the energy cost of physical activity was measured via respiratory calorimetry and a C-13 bicarbonate breath test. A further eight subjects were tested using the same two methods during a 60-min cycle at 0.5 kp. 30 ipm followed by a 60-min recovery. The rate of appearance of (CO2)-C-13, (RaCO2) was measured and the mean ratio, (V) over dot CO2/RaCO2 was used to calculate energy expenditure using the isotopic approach. Results: As would be expected, there was a significant difference in the energy cost of walking and cycling using both methods (P < 0.05). However. no significant differences were observed between respiratory calorimetry and the isotope method for measurement of energy expenditure while walking or cycling. Conclusions: These data suggest that the C-13 breath test is a valid method that can be used to measure the energy cost of short duration physical activity in a field setting.

A comparative study of carbon gasification with O-2 and CO2 by density functional theory calculations

A comparative study of carbon gasification with O-2 and CO2 was conducted by using density functional theory calculations. It was found that the activation energy and the number of active sites in carbon gasification reactions are significantly affected by both the capacity and manner of gas chemisorption. O-2 has a strong adsorption capacity and the dissociative chemisorption of O-2 is thermodynamically favorable on either bare carbon surface or even isolated edge sites. As a result, a large number of semiquinone and o-quinone oxygen can be formed indicating a significant increase in the number of active sites. Moreover, the weaker o-quinone C-C bonds can also drive the reaction forward at (ca. 30%) lower activation energy. Epoxy oxygen forms under relatively high O-2 pressure, and it can only increase the number of active sites, not further reduce the activation energy. CO2 has a lower adsorption capacity. Dissociative chemisorption of CO2 can only occur on two consecutive edge sites and o-quinone oxygen formed from CO2 chemisorption is negligible, let alone epoxy oxygen. Therefore, CO2-carbon reaction needs (ca 30%) higher activation energy. Furthermore, the effective active sites are also reduced by the manner Of CO2 chemisorption. A combination of the higher activation energy and the fewer active sites leads to the much lower reaction rate Of CO2-carbon.

Airborne Pinus pollen in the atmosphere of Brisbane, Australia and relationships with meteorological parameters

Relationships between weather parameters andairborne pollen loads of Pinus inBrisbane, Australia have been investigated overthe five-year period, June 1994–May 1999.Pinus pollen accounts for 4.5% of the annualairborne pollen load in Brisbane where thePinus season is confined to the winter months,July–early September. During the samplingperiod loads of 11–>100 grains m3 wererecorded on 24 days and 1–10 grains m3 on204 days. The onset and peak dates wereconsistent across each season, whereas the enddates varied. The onset of the Pinuspollen season coincided with the coolestaverage monthly temperatures (< 22°C),lowest rainfall (< 7mm), and four weeks afterdaily minimum temperatures fell to 5–9°Cin late autumn. Correlations obtained betweendaily airborne Pinus pollen counts andtemperature/rainfall parameters show thatdensities of airborne Pinus pollen arenegatively correlated with maximum temperature(p < 0.0001), minimum temperature (p < 0.0001)and rainfall (p < 0.05) during the mainpollination period. The mean duration of eachpollen season was 52 days; longer seasons wereshown to be directly related to lower averageseasonal maximum temperatures (r2 = 0.85,p = 0.025). These results signify that maximumand minimum temperatures are the majorparameters that influence the onset andduration of the Pinus pollen season inthe environs of Brisbane. Respiratory allergyis an important health issue in Brisbane,Australia, but it remains unknown whether ornot airborne Pinus pollen is acontributing factor.

Matéria orgânica do solo e emissão de C-CO2 em diferentes manejos e cultivos agrícolas

O manejo do solo deve ser realizado de tal forma que garanta a produção sustentável ao longo dos anos. Dentre as técnicas empregas, o manejo agroecológico e o plantio direto favorecem a manutenção da cobertura do solo e o aporte de matéria orgânica. Partindo da hipótese de que o maior aporte de resíduos culturais aumenta o conteúdo e estoque de matéria orgânica no solo, bem como reduz a emissão de C-CO2, o objetivo geral da pesquisa foi avaliar o impacto do manejo na matéria orgânica do solo e na emissão de C-CO2, nos períodos secos e chuvosos em diferentes cultivos agrícolas. O capítulo 1 foi desenvolvido na comunidade de Feliz Lembrança, Alegre–ES, onde foram avaliados sistemas de manejo em pastagem (PAST), café a pleno sol (PS) e café em sistema agroflorestal (SAF) e uma mata nativa (MN). O capítulo 2 foi desenvolvido no Incaper de Domingos Martins, onde se avaliou tratamentos de plantio direto de hortaliças sob palhada de gramínea (PD-G), leguminosa (PD-L), consórcio gramínea/leguminosa (PD-GL) e convencional utilizando enxada rotativa no pré-plantio (PC)em um delineamento de blocos casualizados. Amostras de solos em diferentes camadas foram coletadas para caracterização química e da matéria orgânica. Foram realizadas medições de emissão de C-CO2, temperatura do solo, umidade do solo e C biomassa microbiana do solo in situ. Foi utilizada análise de variância multivariada, vinculada a teste de aleatorização e aplicação de contrastes ortogonais no capítulo 1 e análise de variância aplicando teste F e teste de médias no capítulo 2. O SAF apresentou maior conteúdo de C orgânico total (19,8 g/kg) na camada de 0 a 5 cm e a PAST em subsuperfície. O menor estoque de C e N e os maiores valores de quociente metabólico foram encontrados no PS. O SAF reduziu a emissão de C-CO2 em 1,93 Mg ha-1 ano-1 em relação ao PS. O C orgânico total variou de 34,94 a 50,48 g/kg no PD-GL enquanto no sistema PC essa variação foi de 27,11 a 43,74 g/kg no perfil amostrado. A emissão média anual foi de 15,89 Mg C-CO2 ha-1 ano-1para a PD-G enquanto o PD-GL foi de 13,77; PD-L de 13,09 e PC de 11,20 Mg C-CO2 ha-1 ano-1. No PC, o balanço de C foi negativo (-2,15Mg ha-1), além de apresentar as menores médias anuais de umidade do solo e C biomassa microbiana e maior Qmet anual. Sistemas com contínuo e diversificado aporte de matéria orgânica promovem redução na emissão de C-CO2, bem como atuam no sequestro de C atmosférico.

Avaliação da voz em pacientes submetidos à cordectomia com laser de CO2

OBJETIVO: Avaliar a voz de pacientes portadores de carcinomas iniciais glóticos submetidos à cordectomia com laser de CO2. MÉTODO: Foram avaliados 15 pacientes com diagnóstico de carcinoma espinocelular Tis e T1 glóticos. A avaliação foi feita por meio da análise perceptivo auditiva da voz, pela análise acústica computadorizada e videolaringoestroboscópica. Os pacientes responderam a um questionário de avaliação geral da voz e um protocolo de qualidade de vida relacionado à voz (QVV). Os resultados foram comparados aos de um grupo controle de indivíduos com laringes normais. RESULTADOS: A análise perceptivo-auditiva da voz revelou que a maioria dos pacientes submetidos à cordectomia apresentou algum grau de disfonia, à custa de rouquidão e soprosidade. Considerando os parâmetros acústicos analisados e os valores do grupo controle, observou-se a tendência de um pequeno incremento da freqüência fundamental, mas sem diferença estatisticamente significante; os valores de jitter, shimmer e da proporção harmônico-ruído apresentaram-se significantemente alterados. Os aspectos analisados na videolaringoestroboscopia mostraram-se melhores nas cordectomias menos extensas. Os escores do QVV sugerem que os pacientes tiveram um discreto impacto na qualidade de vida relacionada à voz. CONCLUSÕES: Apesar da presença de alterações na qualidade vocal dos pacientes submetidos à cordectomia com laser de CO2, os resultados funcionais tendem a ser bem aceitos pelos pacientes, com discreta repercussão na qualidade de vida.

Supercritical CO2 extraction of secondary metabolites from Agaricus blazei: experiments and modelling

The mycelium and young fruiting bodies of Agaricus blazei were submitted to supercritical CO2 extraction, in a modified commercial flow apparatus, at temperatures from 40 to 80 ºC, pressures up to 600 bar and CO2 flow-rates from 2.0 to 9.0 g.min-1. The best extraction conditions of secondary metabolites, whereby the degree of solubilization (g extract/100 g of fungi) is the highest, was obtained with pure CO2 at 400 bar, 70 ºC and a CO2 flow rate of 5.7g.min-1. The extract in that conditions were analysed by GC-Ms. In order to increase the extraction yield of secondary metabolites, which are mostly present in glycolipid fractions, a polar compound (ethanol) was used as co-solvent in the proportions of 5 and 10 % (mol/mol). The presence of ethanol increased the yield when compared with the extraction with pure CO2. Moreover, a simple model was applied to the supercritical CO2 extraction of secondary metabolites from Agaricus blazei.

Mathematical modelling of supercritical CO2 extraction of volatile oils from aromatic plants

The modelling of the experimental data of the extraction of the volatile oil from six aromatic plants (coriander, fennel, savoury, winter savoury, cotton lavender and thyme) was performed using five mathematical models, based on differential mass balances. In all cases the extraction was internal diffusion controlled and the internal mass transfer coefficienty (k(s)) have been found to change with pressure, temperature and particle size. For fennel, savoury and cotton lavender, the external mass transfer and the equilibrium phase also influenced the second extraction period, since k(s) changed with the tested flow rates. In general, the axial dispersion coefficient could be neglected for the conditions studied, since Peclet numbers were high. On the other hand, the solute-matrix interaction had to be considered in order to ensure a satisfactory description of the experimental data.

Projecto e simulação de uma instalação para estudo da absorção de CO2 com soluções de aminas

Este trabalho visa, como objectivo principal, contribuir para o estudo da absorção de CO2 em gases de combustão, utilizando MEA. Tem também, como objectivo secundário, o dimensionamento de uma unidade de absorção assim como uma avaliação económica do respectivo projecto. Assim, esta tese divide-se em duas partes: a primeira parte refere-se ao projecto da instalação piloto para captura de CO2 utilizando a tecnologia de absorção gasosa e de modo a ser possível a utilização de soluções de aminas. A segunda parte desta tese descreve a simulação da operação da instalação de absorção de CO2 em HYSYS, e a respectiva avaliação económica do projecto, na impossibilidade prática de realizar ensaios laboratoriais, considerando o espaço de tempo que medeia entre a especificação do equipamento a adquirir e a recepção desses mesmos equipamentos, incompatível com o tempo disponível para a realização desta tese de Mestrado. Na primeira parte do trabalho foi realizada a avaliação de uma unidade já existente no IST permitindo, dessa forma, verificar o estado da mesma assim como o material que é necessário adquirir de forma a conseguir a sua conversão numa unidade de absorção de CO2 em contínuo. Após a conclusão deste estudo, pode concluir-se que a instalação piloto terá um custo, com bases nos orçamentos, de 7.262€. Na segunda parte do projecto foi realizada uma simulação em HYSYS da operação de captura de CO2. Esta simulação tinha como principal objecto poder determinar as melhores condições operatórias a utilizar na unidade, para posterior comparação com os resultados que irão, posteriormente, ser obtidos em laboratório, ficando-se na captura de CO2 a partir dos efluentes gasosos da Central Termoeléctrica de Sines que é uma unidade do sistema gerador nacional candidata a fazer-se a captura de CO2 recorrendo a esta tecnologia. Desta forma, a simulação apresentou os seguintes resultados principais: uma percentagem de CO2 capturado de 90,61%. A unidade apresenta um custo de 82€/ton CO2 e um custo operacional de 28 M€/ano. Por fim, os resultados obtidos pelo simulador HYSYS foram comparados com outros resultados obtidos em ASPEN PLUS, tendo sido possível concluir que o HYSYS é o simulador mais fiável devido a fiabilidade do pacote de propriedades, e mais simples de trabalhar em comparação como o ASPEN PLUS, quando aplicado a esta situação. Este trabalho resultou na apresentação de uma comunicação em painel no 2º Encontro do IBB, em Braga em Outubro de 2010 e, ainda na elaboração de um artigo submetido a uma revista internacional.

Redução das emissões de CO2 em redes ópticas

Num mundo em que as redes de telecomunicações estão em constante evolução e crescimento, o consumo energético destas também aumenta. Com a evolução tanto por parte das redes como dos seus equipamentos, o custo de implementação de uma rede tem-se reduzido até ao ponto em que o maior obstáculo para o crescimento das redes é já o seu custo de manutenção e funcionamento. Nas últimas décadas têm sido criados esforços para tornar as redes cada fez mais eficientes ao nível energético, reduzindo-se assim os seus custos operacionais, como também a redução dos problemas relacionados com as fontes de energia que alimentam estas redes. Neste sentido, este trabalho tem como objectivo principal o estudo do consumo energético de redes IP sobre WDM, designadamente o estudo de métodos de encaminhamento que sejam eficientes do ponto de vista energético. Neste trabalho formalizámos um modelo de optimização que foi avaliado usando diferentes topologias de rede. O resultado da análise mostrou que na maioria dos casos é possível obter uma redução do consumo na ordem dos 25%.

A simulation study on the abatement of CO2 emissions by de-absorption with monoethanolamine

Because of the adverse effect of CO2 from fossil fuel combustion on the earth's ecosystems, the most cost-effective method for CO2 capture is an important area of research. The predominant process for CO2 capture currently employed by industry is chemical absorption in amine solutions. A dynamic model for the de-absorption process was developed with monoethanolamine (MEA) solution. Henry's law was used for modelling the vapour phase equilibrium of the CO2, and fugacity ratios calculated by the Peng-Robinson equation of state (EOS) were used for H2O, MEA, N-2 and O-2. Chemical reactions between CO2 and MEA were included in the model along with the enhancement factor for chemical absorption. Liquid and vapour energy balances were developed to calculate the liquid and vapour temperature, respectively.

Assessment of the impact of the European CO2 emissions trading scheme on the Portuguese chemical industry

This paper describes an assessment of the impact of the enforcement of the European carbon dioxide (CO2) emissions trading scheme on the Portuguese chemical industry, based on cost structure, CO2 emissions, electricity consumption and allocated allowances data from a survey to four Portuguese representative units of the chemical industry sector, and considering scenarios that allow the estimation of increases on both direct and indirect production costs. These estimated cost increases were also compared with similar data from other European Industries, found in the references and with conclusions from simulation studies. Thus, it was possible to ascertain the impact of buying extra CO2 emission permits, which could be considered as limited. It was also found that this impact is somewhat lower than the impacts for other industrial sectors.

Optimização de exploração de centrais de ciclo combinado com a aplicação de técnicas de captura de CO2 dos efluentes gasosos

Existe cada vez mais o interesse e a procura de reduzir a pegada ecológica que os humanos deixam no planeta Terra. Apesar de, nos dias de hoje, ainda serem consumidas grandes quantidades de combustíveis fósseis existe uma preocupação crescente em usar esses combustíveis de forma eficiente assim como em usar combustíveis alternativos que promovam uma queima mais limpa. A legislação é cada vez mais restritiva nesta área. Em consequência, cresce a tecnologia que visa reduzir as emissões poluentes e aumentar a eficiência energética dos sistemas. Existem várias alternativas capazes de reduzir as emissões poluentes consoante o tipo de emissão e o poluente em questão. Assim, este trabalho tem como objectivo fazer uma breve descrição das técnicas de captura e sequestro de CO2 que se consideraram mais importantes, seleccionar uma para efectuar uma simulação e aplicar a uma situação real, neste caso específico, à Central Termoeléctrica do Ribatejo. Foi ainda realizado um estudo estatístico com o objectivo de caracterizar e analisar, de forma muito sucinta, a preocupação e opinião geral dos inquiridos para com o meio ambiente que os rodeia; assim como saber se conheciam as técnicas descritas neste trabalho, e se estariam dispostos a cobrir a utilização destas técnicas, contribuindo com uma percentagem na factura de electricidade.

Estudos de absorção de CO2 com soluções aminadas

A absorção química de dióxido de carbono (CO2) através de soluções aquosas de aminas tem sido estudada nos últimos anos devido à preocupação ambiental face ao aquecimento global. Nestes estudos, foram tidos como principais objectivos a realização de ensaios preliminares de absorção e desabsorção de CO2 em soluções aquosas de aminas bem como a construção de uma instalação piloto para a mesma finalidade. Inicialmente, a nível laboratorial, procedeu-se à absorção de CO2 através de soluções aquosas de aminas. As aminas utilizadas nestes estudos foram a monoetanolamina (MEA), etilenodiamina (EDA), 1,6- hexanodiamina (HDA) e piperazina anidra (PZ). A absorção de CO2 através destas aminas foi realizada experimentalmente às condições normais de pressão e temperatura. A concentração das soluções aquosas foi de 20% em massa de cada amina. Foram também realizados estudos de regeneração das soluções aquosas de aminas saturadas de CO2 em banho de glicerina, para determinar as condições de regeneração. Para além disso, observou-se o estado físico das aminas no estado puro até saturação com CO2 para garantir a não ocorrência de danos a nível de entupimento numa posterior utilização na instalação piloto. Por fim, voltaram-se a repetir todos estes ensaios experimentais utilizando-se, em vez da água destilada, um solvente polar aprótico, dimetilsulfóxido (DMSO). Numa segunda fase destes estudos, a absorção de CO2 através de soluções aquosas de aminas foi investigada experimentalmente numa instalação piloto. O objectivo era utilizar nesta fase do estudo as mesmas aminas utilizadas nos ensaios preliminares mas uma vez que não se dispunha das quantidades necessárias de aminas e para a sua aquisição teria que se despender bastante tempo e dinheiro, utilizaram-se duas soluções aquosas de alcanolaminas. As alcanolaminas utilizadas no presente estudo foram a amina secundária dietanolamina (DEA) e a amina terciária N-metildietanolamina (MDEA), duas aminas amplamente utilizadas nas indústrias químicas e petroquímicas para a purificação dos gases de combustão. A absorção de CO2 através destas duas alcanolaminas foi realizada experimentalmente às condições normais de pressão e temperatura. As concentrações das soluções aquosas foram de (10, 20 e 30) % em massa de MDEA e de DEA. O processo de adição de cloreto de bário (BaCl2.2H2O) às alcanolaminas ajuda à formação de carbonato de bário, quando o CO2 passa através da solução de alcanolamina. A quantidade de carbonato de bário formado foi utilizado para determinar a solubilidade do CO2 (mol CO2/mol alcanolamina). O principal desafio na captura de CO2 dos gases de combustão é o de reduzir o consumo de energia necessária para a regeneração do solvente. Deste modo, foram também realizados estudos de regeneração das soluções de alcanolaminas saturadas, para determinar as condições de regeneração. Os resultados obtidos, a nível laboratorial, revelaram que uma amina secundária (PZ) e uma amina primária de cadeia longa (HDA) são mais favoráveis ao processo de absorção e regeneração de CO2. No entanto, e devido a essa mesma estrutura molecular, necessitam de maiores valores de temperaturas para desabsorver o CO2. Garantiu-se poder trabalhar com as quatro aminas no estado puro em estudos futuros, na instalação piloto, garantindo que não ocorrerão danos a nível de entupimento. Relativamente ao solvente utilizado concluiu-se que um solvente polar aprótico não é um solvente favorável para estes estudos. Os resultados obtidos, na instalação piloto, revelaram que a amina terciária, MDEA, consegue absorver maiores quantidades de CO2 do que a amina secundária, EDA, bem como é a mais fácil de regenerar com menor perda de capacidade de absorção do que a EDA.

Experimental Measurements and Correlation of the Solubility of Three Primary Amides in Supercritical CO2: Acetanilide, Propanamide, and Butanamide

Solubilities of three primary amides, namely, acetanilide, propanamide, and butanamide, in supercritical carbon dioxide were measured at T = (308.2, 313.2, and 323.2) K over the pressure range (9.0 to 40.0) MPa by a flow type apparatus. The solubility behavior of the three solids shows an analogous trend with a crossover region of the respective isotherms between (12 to 14) MPa. The solubility of each amide, at the same temperature and pressure, decreases from propanamide to acetanilide. Pure compound properties required for the modeling were estimated, and the solubilities of the amides were correlated by using the Soave-Redlich-Kwong cubic equation of state with an absolute average relative deviation (AARD) from (1.3 to 6.1) %.