Redução das emissões de gases efeito estufa no processo de fabricação do sinter

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Atmospheric pollutants in São Paulo state, Brazil and effects on human health – a review

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Total sugars in atmospheric aerosols: an alternative tracer for biomass burning

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Study of combustion of different biomass and its atmospheric emissions

One of the energy alternatives that provide utility, flexibility, cleanliness and economy is biomass, such as forest waste (wood) and agricultural (sugarcane bagasse, rice husks, coffee pods, etc.). However, with its increasing supply and use grows also the concern of industries to invest in monitoring and control of emissions into the atmosphere, because during biomass burning are emitted as exhaust gases, fine particles known as particulates, which greatly contribute to the triggering of serious health problems to humans, in addition to the environmental damage. With that, this work aimed to conduct a monitoring of particulate and gaseous pollutants emissions to the atmosphere from the burning of various types of biomass used by industries. The equipment used for sampling were the optical monitor DataRAM 4 and the Unigas3000 + gas sampler. The results showed that biomass coffee pods presented the greatest concentration of particulates (485119 μg m-3) with particle diameters between 0.0602 μm and 0.3502 μm, i.e. the most ultrafine particles, harmful to human health and the environment. The largest emissions of CO and NOx were observed, respectively, for the coffee pods (3500 ppm) and for the rice husk (48 ppm). As for the superior calorific value (PCS), the best of fuel, with higher PCS, was the Eucalyptus grandis.

Emissão de gases de efeito estufa e estoque de carbono no solo em função do manejo e correção de acidez

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A 2400-year record of trace metal loading in lake sediments of Lagoa Vermelha, southeastern Brazil

Sediments of the Lagoa Vermelha (Red Lake), situated in the Ribeira Valley, southeastern Brazil, are made of a homogeneous, organic-rich, black clay with no visible sedimentary structures. The inorganic geochemical record (Al, As, Ba, Br, Co,Cs, Cr, Fe, Mn, Ni, Rb, Sc, Sb, V, Zn, Hg and Pb) of the lake sediments was analyzed in a core spanning 2430 years. The largest temporal changes in trace metal contents occurred approximately within the last 180 years. Recent sediments were found to be enriched in Pb, Zn, Hg, Ni, Mn, Br and Sb (more than 2-fold increase with respect to the "natural background level"). The enhanced accumulation of Br, Sb, and Mn was attributed to biogeochemical processes and diagenesis. On the other hand, the anomalous concentrations of Pb, Zn, Hg and Ni were attributed to pollution. As Lagoa Vermelha is located in a relatively pristine area, far removed from direct contamination sources, the increased metal contents of surface sediments most likely resulted from atmospheric fallout. Stable Pb isotopes provided additional evidence for anthropogenic contamination. The shift of Pb-206/Pb-207 ratios toward decreasing values in the increasingly younger sediments is consistent with an increasing contribution of airborne anthropogenic lead. In the uppermost sediments (0-10 cm), the lowest values of the Pb-206/Pb-207 ratios may reflect the influence of the less radiogenic Pb from the Ribeira Valley District ores (Pb-206/Pb-207 between 1.04 and 1.10), emitted during the last 50 years. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Seasonal Distribution of Airborne Trace Elements and Water-Soluble Ions in Sao Paulo Megacity, Brazil

This study deals with the seasonal distribution of Al, Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, Pb and Zn and water soluble ions (Cl-, PO43-, NO3-, SO42-, HCOO-, CH3COO-, oxalate, succinate, Na+, NH4+, K+, Mg2+ and Ca2+) found in PM10 samples (particulate matter less than 10 mu m in diameter) Sao Paulo City, Brazil, (April 2003-May 2004). Higher atmospheric levels were found for SO42-, NO3-, Cl- and PO43- while the main organic anions were oxalate and formate. Atmospheric levels for elements were: Fe > Al > Ca > K > Na > Mg > Zn > Cu > Pb. Some sources were predominant for some species: (i) fuel burning and/or biomass burning (NO3-, HCOO-, C2O42-, K+, Mg2+, Ca2+, Fe, Pb, Zn, Al, Ca, K and Mg), (ii) gas-to-particle conversion (SO42- and NH4+) and (iii) sea salt spray (Cl-, Na+ and Na).

Impact of the Manaus urban plume on trace gas mixing ratios near the surface in the Amazon Basin: Implications for the NO-NO2-O-3 photostationary state and peroxy radical levels

We measured the mixing ratios of NO, NO2, O-3, and volatile organic carbon as well as the aerosol light-scattering coefficient on a boat platform cruising on rivers downwind of the city of Manaus (Amazonas State, Brazil) in July 2001 (Large-Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia-Cooperative LBA Airborne Regional Experiment-2001). The dispersion and impact of the Manaus plume was investigated by a combined analysis of ground-based (boat platform) and airborne trace gas and aerosol measurements as well as by meteorological measurements complemented by dispersion calculations (Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model). For the cases with the least anthropogenic influence (including a location in a so far unexplored region similar to 150 km west of Manaus on the Rio Manacapuru), the aerosol scattering coefficient, sigma(s), was below 11 Mm(-1), NOx mixing ratios remained below 0.6 ppb, daytime O-3 mixing ratios were mostly below 20 ppb and maximal isoprene mixing ratios were about 3 ppb in the afternoon. The photostationary state (PSS) was not established for these cases, as indicated by values of the Leighton ratio, Phi, well above unity. Due to the influence of river breeze systems and other thermally driven mesoscale circulations, a change of the synoptic wind direction from east-northeast to south-southeast in the afternoon often caused a substantial increase of ss and trace gas mixing ratios (about threefold for sigma(s), fivefold for NOx, and twofold for O-3), which was associated with the arrival of the Manaus pollution plume at the boat location. The ratio F reached unity within its uncertainty range at NOx mixing ratios of about 3 ppb, indicating "steady-state" conditions in cases when radiation variations, dry deposition, emissions, and reactions mostly involving peroxy radicals (XO2) played a minor role. The median midday/afternoon XO2 mixing ratios estimated using the PSS method range from 90 to 120 parts per trillion (ppt) for the remote cases (sigma(s) < 11 Mm(-1) and NOx < 0.6 ppb), while for the polluted cases our estimates are 15 to 60 ppt. These values are within the range of XO2 estimated by an atmospheric chemistry box model (Chemistry As A Box model Application-Module Efficiently Calculating the Chemistry of the Atmosphere (CAABA/MECCA)-3.0).

Air pollution and health: bridging the gap from sources to health outcomes: conference summary

Air Pollution and Health: Bridging the Gap from Sources to Health Outcomes, an international specialty conference sponsored by the American Association for Aerosol Research, was held to address key uncertainties in our understanding of adverse health effects related to air pollution and to integrate and disseminate results from recent scientific studies that cut across a range of air pollution-related disciplines. The Conference addressed the science of air pollution and health within a multipollutant framework (herein "multipollutant" refers to gases and particulate matter mass, components, and physical properties), focusing on five key science areas: sources, atmospheric sciences, exposure, dose, and health effects. Eight key policy-relevant science questions integrated across various parts of the five science areas and a ninth question regarding findings that provide policy-relevant insights served as the framework for the meeting. Results synthesized from this Conference provide new evidence, reaffirm past findings, and offer guidance for future research efforts that will continue to incrementally advance the science required for reducing uncertainties in linking sources, air pollutants, human exposure, and health effects. This paper summarizes the Conference findings organized around the science questions. A number of key points emerged from the Conference findings. First, there is a need for greater focus on multipollutant science and management approaches that include more direct studies of the mixture of pollutants from sources with an emphasis on health studies at ambient concentrations. Further, a number of research groups reaffirmed a need for better understanding of biological mechanisms and apparent associations of various health effects with components of particulate matter (PM), such as elemental carbon, certain organic species, ultrafine particles, and certain trace elements such as Ni, V, and Fe(II), as well as some gaseous pollutants. Although much debate continues in this area, generation of reactive oxygen species induced by these and other species present in air pollution and the resulting oxidative stress and inflammation were reiterated as key pathways leading to respiratory and cardiovascular outcomes. The Conference also underscored significant advances in understanding the susceptibility of populations, including the role of genetics and epigenetics and the influence of socioeconomic and other confounding factors and their synergistic interactions with air pollutants. Participants also pointed out that short-and long-term intervention episodes that reduce pollution from sources and improve air quality continue to indicate that when pollution decreases so do reported adverse health effects. In the limited number of cases where specific sources or PM2.5 species were included in investigations, specific species are often associated with the decrease in effects. Other recent advances for improved exposure estimates for epidemiological studies included using new technologies such as microsensors combined with cell phone and integrated into real-time communications, hybrid air quality modeling such as combined receptor-and emission-based models, and surface observations used with remote sensing such as satellite data.

Seasonal distribution of airborne trace elements and water-soluble ions in São Paulo Megacity, Brazil

This study deals with the seasonal distribution of Al, Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, Pb and Zn and water soluble ions (Cl-, PO4(3-), NO3-, SO4(2-), HCOO-, CH3COO-, oxalate, succinate, Na+, NH4+, K+, Mg2+ and Ca2+) found in PM10 samples (particulate matter less than 10 mm in diameter) São Paulo City, Brazil, (April 2003-May 2004). Higher atmospheric levels were found for SO4(2-), NO3-, Cl- and PO4(3-) while the main organic anions were oxalate and formate. Atmospheric levels for elements were: Fe > Al > Ca > K > Na > Mg > Zn > Cu > Pb. Some sources were predominant for some species: (i) fuel burning and/or biomass burning (NO3-, HCOO-, C2O4(2-), K+, Mg2+, Ca2+, Fe, Pb, Zn, Al, Ca, K and Mg), (ii) gas-to-particle conversion (SO4(2-) and NH4+) and (iii) sea salt spray (Cl-, Na+ and Na).

Simulating short lived carbonaceous compounds with an atmospheric chemistry general circulation model

Ein neu entwickeltes globales Atmosphärenchemie- und Zirkulationsmodell (ECHAM5/MESSy1) wurde verwendet um die Chemie und den Transport von Ozonvorläufersubstanzen zu untersuchen, mit dem Schwerpunkt auf Nichtmethankohlenwasserstoffen. Zu diesem Zweck wurde das Modell durch den Vergleich der Ergebnisse mit Messungen verschiedenen Ursprungs umfangreich evaluiert. Die Analyse zeigt, daß das Modell die Verteilung von Ozon realistisch vorhersagt, und zwar sowohl die Menge als auch den Jahresgang. An der Tropopause gibt das Modell den Austausch zwischen Stratosphäre und Troposphäre ohne vorgeschriebene Flüsse oder Konzentrationen richtig wieder. Das Modell simuliert die Ozonvorläufersubstanzen mit verschiedener Qualität im Vergleich zu den Messungen. Obwohl die Alkane vom Modell gut wiedergeben werden, ergibt sich einige Abweichungen für die Alkene. Von den oxidierten Substanzen wird Formaldehyd (HCHO) richtig wiedergegeben, während die Korrelationen zwischen Beobachtungen und Modellergebnissen für Methanol (CH3OH) und Aceton (CH3COCH3) weitaus schlechter ausfallen. Um die Qualität des Modells im Bezug auf oxidierte Substanzen zu verbessern, wurden einige Sensitivitätsstudien durchgeführt. Diese Substanzen werden durch Emissionen/Deposition von/in den Ozean beeinflußt, und die Kenntnis über den Gasaustausch mit dem Ozean ist mit großen Unsicherheiten behaftet. Um die Ergebnisse des Modells ECHAM5/MESSy1 zu verbessern wurde das neue Submodell AIRSEA entwickelt und in die MESSy-Struktur integriert. Dieses Submodell berücksichtigt den Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre einschließlich der oxidierten Substanzen. AIRSEA, welches Informationen über die Flüssigphasenkonzentration des Gases im Oberflächenwasser des Ozeans benötigt wurde ausgiebig getestet. Die Anwendung des neuen Submodells verbessert geringfügig die Modellergebnisse für Aceton und Methanol, obwohl die Verwendung einer vorgeschriebenen Flüssigphasenkonzentration stark den Erfolg der Methode einschränkt, da Meßergebnisse nicht in ausreichendem Maße zu Verfügung stehen. Diese Arbeit vermittelt neue Einsichten über organische Substanzen. Sie stellt die Wichtigkeit der Kopplung zwischen Ozean und Atmosphäre für die Budgets vieler Gase heraus.

A farm-level programming model to compare the atmospheric impact of conventional and organic farming

A model is developed to represent the activity of a farm using the method of linear programming. Two are the main components of the model, the balance of soil fertility and the livestock nutrition. According to the first, the farm is supposed to have a total requirement of nitrogen, which is to be accomplished either through internal sources (manure) or through external sources (fertilisers). The second component describes the animal husbandry as having a nutritional requirement which must be satisfied through the internal production of arable crops or the acquisition of feed from the market. The farmer is supposed to maximise total net income from the agricultural and the zoo-technical activities by choosing one rotation among those available for climate and acclivity. The perspective of the analysis is one of a short period: the structure of the farm is supposed to be fixed without possibility to change the allocation of permanent crops and the amount of animal husbandry. The model is integrated with an environmental module that describes the role of the farm within the carbon-nitrogen cycle. On the one hand the farm allows storing carbon through the photosynthesis of the plants and the accumulation of carbon in the soil; on the other some activities of the farm emit greenhouse gases into the atmosphere. The model is tested for some representative farms of the Emilia-Romagna region, showing to be capable to give different results for conventional and organic farming and providing first results concerning the different atmospheric impact. Relevant data about the representative farms and the feasible rotations are extracted from the FADN database, with an integration of the coefficients from the literature.

The development and deployment of FOTOS: a fast observation of trace organics system

Flüchtige organische Bestandteile (engl.: VOC) sind in der Atmosphäre in Spuren vorhanden, spielen aber trotzdem eine wichtige Rolle in der Luftchemie: sie beeinflussen das Ozon der Troposphäre, städtischen Smog, Oxidationskapazität und haben direkte und indirekte Auswirkungen auf die globale Klimaveränderung. Eine wichtige Klasse der VOC sind die Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe (engl.: NMHC), die überwiegend von anthropogenen Quellen kommen. Aus diesem Grund ist für Luftchemiker ein Messinstrument nötig, das die VOC, die NMHC eingeschlossen, mit einer höheren Zeitauflösung misst, besonders für Echtzeitmessungen an Bord eines Forschungsflugzeuges. Dafür wurde das System zur schnellen Beobachtung von organischen Spuren (engl.: FOTOS) entworfen, gebaut für den Einsatz in einem neuen Wissenschaftlichen Flugzeug, das in großen Höhen und über weite Strecken fliegt, genannt HALO. In der Folge wurde FOTOS in zwei Messkampagnen am Boden getestet. FOTOS wurde entworfen und gebaut mit einem speziell angefertigten, automatisierten, kryogenen Probensystem mit drei Fallen und einem angepassten, erworbenen schnellen GC-MS. Ziel dieses Aufbaus war es, die Vielseitigkeit zu vergrößern und das Störungspotential zu verringern, deshalb wurden keine chemischen Trocknungsmittel oder adsorbierenden Stoffe verwendet. FOTOS erreichte eine Probenfrequenz von 5.5 Minuten, während es mindestens 13 verschiedene C2- bis C5-NMHC maß. Die Drei-Sigma-Detektionsgrenze für n- und iso-Pentan wurde als 2.6 und 2.0 pptv ermittelt, in dieser Reihenfolge. Labortests bestätigten, dass FOTOS ein vielseitiges, robustes, hochautomatisiertes, präzises, genaues, empfindliches Instrument ist, geeignet für Echtzeitmessungen von VOC in Probenfrequenzen, die angemessen sind für ein Forschungsflugzeug wie HALO. Um die Leistung von FOTOS zu bestätigen, wurde vom 26. Januar bis 4. Februar 2010 ein Zwischenvergleich gemacht mit dem GC-FID-System am Meteorologischen Observatorium Hohenpeißenberg, einer WMO-GAW-globalen Station. Dreizehn verschiedene NMHC wurden innerhalb des Rahmens der GWA Data Quality Objectives (DQO) analysiert und verglichen. Mehr als 80% der Messungen von sechs C3- bis C5-NMHC erfüllten diese DQO. Diese erste Messkampagne im Feld hob die Robustheit und Messgenauigkeit von FOTOS hervor, zusätzlich zu dem Vorteil der höheren Probenfrequenz, sogar in einer Messung am Boden. Um die Möglichkeiten dieses Instrumentes im Feld zu zeigen, maß FOTOS ausgewählte leichte NMHC während einer Messkampagne im Borealen Waldgebiet, HUMPPA-COPEC 2010. Vom 12. Juli bis zum 12. August 2010 beteiligte sich eine internationale Gruppe von Instituten und Instrumenten an Messungen physikalischer und chemischer Größen der Gas- und Partikelphasen der Luft über dem Borealen Wald an der SMEAR II-Station nahe Hyyttiälä, Finnland. Es wurden mehrere Hauptpunkte von Interesse im Mischungsverhältnis der Alkane und im Isomerenverhätnis von Pentan identifiziert, insbesondere sehr unterschiedliche Perioden niedriger und hoher Variabilität, drei Rauchschwaden von Biomassen-Verbrennung von russischen Waldbränden und zwei Tage mit extrem sauberer Luft aus der Polarregion. Vergleiche der NMHC mit anderen anthropogenen Indikatoren zeigten mehrere Quellen anthropogener Einflüsse am Ort auf und erlaubten eine Unterscheidung zwischen lokalen und weiter entfernten Quellen. Auf einen minimalen natürlichen Beitrag zum 24h-Kreislauf von NOx wurde geschlussfolgert aus der Korrelation von NOx mit Alkanen. Altersschätzungen der Luftmassen durch das Isomerenverhältnis von Pentan wurden erschwert durch sich verändernde Verhältnisse der Quellen und durch Besonderheiten der Photochemie während des Sommers im hohen Norden. Diese Messungen zeigten den Wert des Messens leichter NMHC, selbst in abgelegenen Regionen, als einen zusätzlichen spezifischen Marker von anthropogenem Einfluss.

Development and application of an analytical method for the determination of total atmospheric biogenic non-methane organic carbon

Ein wesentlicher Anteil an organischem Kohlenstoff, der in der Atmosphäre vorhanden ist, wird als leichtflüchtige organische Verbindungen gefunden. Diese werden überwiegend durch die Biosphäre freigesetzt. Solche biogenen Emissionen haben einen großen Einfluss auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre, indem sie zur Bildung von bodennahem Ozon und sekundären organischen Aerosolen beitragen. Um die Bildung von bodennahem Ozon und von sekundären organischen Aerosolen besser zu verstehen, ist die technische Fähigkeit zur genauen Messung der Summe dieser flüchtigen organischen Substanzen notwendig. Häufig verwendete Methoden sind nur auf den Nachweis von spezifischen Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffverbindungen fokussiert. Die Summe dieser Einzelverbindungen könnte gegebenenfalls aber nur eine Untergrenze an atmosphärischen organischen Kohlenstoffkonzentrationen darstellen, da die verfügbaren Methoden nicht in der Lage sind, alle organischen Verbindungen in der Atmosphäre zu analysieren. Einige Studien sind bekannt, die sich mit der Gesamtkohlenstoffbestimmung von Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffverbindung in Luft beschäftigt haben, aber Messungen des gesamten organischen Nicht-Methan-Verbindungsaustauschs zwischen Vegetation und Atmosphäre fehlen. Daher untersuchten wir die Gesamtkohlenstoffbestimmung organische Nicht-Methan-Verbindungen aus biogenen Quellen. Die Bestimmung des organischen Gesamtkohlenstoffs wurde durch Sammeln und Anreichern dieser Verbindungen auf einem festen Adsorptionsmaterial realisiert. Dieser erste Schritt war notwendig, um die stabilen Gase CO, CO2 und CH4 von der organischen Kohlenstofffraktion zu trennen. Die organischen Verbindungen wurden thermisch desorbiert und zu CO2 oxidiert. Das aus der Oxidation entstandene CO2 wurde auf einer weiteren Anreicherungseinheit gesammelt und durch thermische Desorption und anschließende Detektion mit einem Infrarot-Gasanalysator analysiert. Als große Schwierigkeiten identifizierten wir (i) die Abtrennung von CO2 aus der Umgebungsluft von der organischen Kohlenstoffverbindungsfaktion während der Anreicherung sowie (ii) die Widerfindungsraten der verschiedenen Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff-verbindungen vom Adsorptionsmaterial, (iii) die Wahl des Katalysators sowie (iiii) auftretende Interferenzen am Detektor des Gesamtkohlenstoffanalysators. Die Wahl eines Pt-Rd Drahts als Katalysator führte zu einem bedeutenden Fortschritt in Bezug auf die korrekte Ermittlung des CO2-Hintergrund-Signals. Dies war notwendig, da CO2 auch in geringen Mengen auf der Adsorptionseinheit während der Anreicherung der leichtflüchtigen organischen Substanzen gesammelt wurde. Katalytische Materialien mit hohen Oberflächen stellten sich als unbrauchbar für diese Anwendung heraus, weil trotz hoher Temperaturen eine CO2-Aufnahme und eine spätere Abgabe durch das Katalysatormaterial beobachtet werden konnte. Die Methode wurde mit verschiedenen leichtflüchtigen organischen Einzelsubstanzen sowie in zwei Pflanzenkammer-Experimenten mit einer Auswahl an VOC-Spezies getestet, die von unterschiedlichen Pflanzen emittiert wurden. Die Pflanzenkammer-messungen wurden durch GC-MS und PTR-MS Messungen begleitet. Außerdem wurden Kalibrationstests mit verschiedenen Einzelsubstanzen aus Permeations-/Diffusionsquellen durchgeführt. Der Gesamtkohlenstoffanalysator konnte den tageszeitlichen Verlauf der Pflanzenemissionen bestätigen. Allerdings konnten Abweichungen für die Mischungsverhältnisse des organischen Gesamtkohlenstoffs von bis zu 50% im Vergleich zu den begleitenden Standardmethoden beobachtet werden.

Design and Preliminary Results of an Atmospheric-Pressure Model Gas Turbine Combustor Utilizing Varying CO2 Doping Concentration in CH4 to Emulate Biogas Combustion

Utilization of biogas can provide a source of renewable energy in both heat and power generation. Combustion of biogas in land-based gas turbines for power generation is a promising approach to reducing greenhouse gases and US dependence on foreign-source fossil fuels. Biogas is a byproduct from the decomposition of organic matter and consists primarily of CH4 and large amounts of CO2. The focus of this research was to design a combustion device and investigate the effects of increasing levels of CO2 addition to the combustion of pure CH4 with air. Using an atmospheric-pressure, swirl-stabilized dump combustor, emissions data and flame stability limitations were measured and analyzed. In particular, CO2, CO, and NOx emissions were the main focus of the combustion products. Additionally, the occurrence of lean blowout and combustion pressure oscillations, which impose significant limitations in operation ranges for actual gas turbines, was observed. Preliminary kinetic and equilibrium modeling was performed using Cantera and CEA for the CH4/CO2/Air combustion systems to analyze the effect of CO2 upon adiabatic flame temperature and emission levels. The numerical and experimental results show similar dependence of emissions on equivalence ratio, CO2 addition, inlet air temperature, and combustor residence time. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.