Regional and urban air quality modelling under a climate change scenario

The better understanding of the interactions between climate change and air quality is an emerging priority for research and policy. Climate change will bring changes in the climate system, which will affect the concentration and dispersion of air pollutants. The main objective of the current study is to assess the impacts of climate change on air quality in 2050 over Portugal and Porto urban area. First, an evaluation and characterization of the air quality over mainland Portugal was performed for the period between 2002 and 2012. The results show that NO2, PM10 and O3 are the critical pollutants in Portugal. Also, the influence of meteorology on O3, NO2 and PM10 levels was investigate in the national main urban areas (Porto and Lisboa) and was verified that O3 has a statistically significant relationship with temperature in most of the components. The results also indicate that emission control strategies are primary regulators for NO2 and PM10 levels. After, understanding the national air quality problems and the influence that meteorology had in the historical air quality levels, the air quality modelling system WRF-CAMx was tested and the required inputs for the simulations were prepared to fulfil the main goal of this work. For the required air quality modelling inputs, an Emission Projections under RCP scenarios (EmiPro-RCP) model was developed to assist the estimation of future emission inventories for GHG and common air pollutants. Also, the current emissions were estimated for Portugal with a higher detailed disaggregation to improve the performance of the air quality simulations. The air quality modelling system WRF/CAMx was tested and evaluated over Portugal and Porto urban area and the results point out that is an adequate tool for the analysis of air quality under climate change. For this purpose, regional simulations of air quality during historical period and future (2045-2050) were conducted with CAMx version 6.0 to evaluate the impacts of simulated future climate and anthropogenic emission projections on air quality over the study area. The climate and the emission projections were produced under the RCP8.5 scenario. The results from the simulations point out, that if the anthropogenic emissions keep the same in 2050, the concentrations of NO2, PM10 and O3 will increase in Portugal. When, besides the climate change effects, is consider the projected anthropogenic emissions the annual mean concentrations of NO2 decrease significantly in Portugal and Porto urban area, and on the contrary the annual mean PM10 concentrations increases in Portugal and decrease in Porto urban area. The O3 results are mainly caused by the reduction of ozone precursors, getting the higher reductions in urban areas and increases in the surrounding areas. All the analysis performed for both simulations for Porto urban area support that, for PM10 and O3, there will be an increase in the occurrence of extreme values, surpassing the annual legislated parameters and having more daily exceedances. This study constitutes an innovative scientific tool to help in future air quality management in order to mitigate future climate change impacts on air quality.

A computational study of ionic liquids used in the production of fuels and biofuels

For the past decades it has been a worldwide concern to reduce the emission of harmful gases released during the combustion of fossil fuels. This goal has been addressed through the reduction of sulfur-containing compounds, and the replacement of fossil fuels by biofuels, such as bioethanol, produced in large scale from biomass. For this purpose, a new class of solvents, the Ionic Liquids (ILs), has been applied, aiming at developing new processes and replacing common organic solvents in the current processes. ILs can be composed by a large number of different combinations of cations and anions, which confer unique but desired properties to ILs. The ability of fine-tuning the properties of ILs to meet the requirements of a specific application range by mixing different cations and anions arises as the most relevant aspect for rendering ILs so attractive to researchers. Nonetheless, due to the huge number of possible combinations between the ions it is required the use of cheap predictive approaches for anticipating how they will act in a given situation. Molecular dynamics (MD) simulation is a statistical mechanics computational approach, based on Newton’s equations of motion, which can be used to study macroscopic systems at the atomic level, through the prediction of their properties, and other structural information. In the case of ILs, MD simulations have been extensively applied. The slow dynamics associated to ILs constitutes a challenge for their correct description that requires improvements and developments of existent force fields, as well as larger computational efforts (longer times of simulation). The present document reports studies based on MD simulations devoted to disclose the mechanisms of interaction established by ILs in systems representative of fuel and biofuels streams, and at biomass pre-treatment process. Hence, MD simulations were used to evaluate different systems composed of ILs and thiophene, benzene, water, ethanol and also glucose molecules. For the latter molecules, it was carried out a study aiming to ascertain the performance of a recently proposed force field (GROMOS 56ACARBO) to reproduce the dynamic behavior of such molecules in aqueous solution. The results here reported reveal that the interactions established by ILs are dependent on the individual characteristics of each IL. Generally, the polar character of ILs is deterministic in their propensity to interact with the other molecules. Although it is unquestionable the advantage of using MD simulations, it is necessary to recognize the need for improvements and developments of force fields, not only for a successful description of ILs, but also for other relevant compounds such as the carbohydrates.

Sustentabilidade em infraestruturas desportivas : caso dos estádios de futebol

É evidente a crescente preocupação da opinião pública com os conceitos de Sustentabilidade. Nesta época de mudança, de crise económica global, é de todo premente a sua utilização efetiva, em especial na área da construção que tem sido o reflexo desta nova realidade. A Sustentabilidade na construção deve focar para além das fases de projeto e execução, a fase de exploração, gestão operacional, ou seja, em todo o ciclo de vida da construção. Verifica-se que as cidades sendo grandes aglomerados tanto de edifícios como de instalações são os focos de mudança para a Sustentabilidade. As grandes instalações, em especial os Estádios de Futebol, apresentam assim um impacte muito significativo na Sustentabilidade global. Em Portugal, para o campeonato Europeu de 2004, foram efetuados oito novos Estádios e remodelados dois, que tem vindo a verificar alguns problemas na sua gestão, em especial devido à ausência ou reduzida utilização. Estes Estádios podem ter um mecanismo para acompanhar e promover a sua Sustentabilidade. O desenvolvimento desse mecanismo deve ter como base o estudo dos diversos conceitos referidos anteriormente, como têm sido abordados, bem como os mecanismos existentes de avaliação da Sustentabilidade. A recolha de informação relativa à Sustentabilidade tanto nos Estádios Nacionais, verificando em especial a perspetiva dos respetivos gestores, como de outros Estádios Europeus que apresentam na sua Gestão conceitos de Sustentabilidade e os Estádios que estão a ser finalizados para o Campeonato do Mundo de 2014, que é definido que será um evento Sustentável. A partir desses dados desenvolvem-se um Sistema de Gestão Dinâmico para a Sustentabilidade dos Estádios. Este Sistema apresenta diversos mecanismos que devem ser utilizados para a promoção da Sustentabilidade na Gestão dos Estádios, sendo iniciado através de uma Avaliação do Desempenho Inicial da Sustentabilidade. Através de uma Simulação de Avaliação do Desempenho Inicial ao Estádio do Dragão verifica-se a aplicabilidade. Da parte da equipa de Gestão do Estádio do Dragão considera-se o conceito desenvolvido com elevada relevância e aplicabilidade para apoiar a melhoria da sua Gestão com vista à Sustentabilidade. A Sustentabilidade na Gestão de Infraestruturas Desportivas é possível em qualquer fase do seu ciclo de vida, podendo ser desde uma pequena mudança até à aplicação de um Sistema de Gestão para o efeito. As cidades devem potenciar mecanismos para a promoção da Sustentabilidade no seu território, em especial nas grandes instalações, para o impacte na redução de emissões de CO2 ser significativo.

Caracterização energética e segurança na utilização de recuperadores de calor para lareiras

Os recuperadores de calor para lareiras são dispositivos de aquecimento doméstico cuja utilização está em expansão. A sua correcta utilização, quer no que respeita à segurança quer ao desempenho energético requer a caracterização destes equipamentos. Desta necessidade nasceu o projecto RECUPERA realizado em parceria entre a EST–ADEM da Universidade do Algarve e a empresa Vale–Montanha L.da., fabricante destes equipamentos. Foram realizados ensaios segundo a norma europeia em vigor EN 13299:2001 dos quais se obteve a distribuição de temperaturas nos recuperadores e envolvente, potência média, carga de lenha recomendada, emissões de CO e rendimento térmico. O presente artigo tem por objectivo apresentar os resultados obtidos nos ensaios, descrevendo a metodologia seguida e comparando os custos de operação entre vários equipamentos de aquecimento doméstico alternativos.

A produção de bioetanol e a mitigação dos gases de efeito de estufa: o contributo das culturas energéticas no regadio de Alqueva

Dissertação mest., Gestão Sustentável dos Espaços Rurais, Universidade do Algarve, 2008

Produção de bioetanol a partir de resíduos agroindustriais

Dissertação de mest., Energias Renováveis e Gestão de Energia, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2012

Central micro-hídrica incorporada em conduta adutora

No presente Trabalho foi efectivado um Estudo sobre a viabilidade técnico-económica sobre o aproveitamento eficiente da energia hídrica excedentária nas condutas adutoras dos sistemas de captação, tratamento e distribuição de águas, através da implementação, imediatamente a montante das Estações de Tratamento de Águas, de miniturbinas hidráulicas incorporadas nas condutas e acopladas a geradores de energia eléctrica assíncronos. Esta energia excedentária integra-se no duplo conceito de energia renovável e de energia alternativa – renovável porque a fonte primária é a água acumulada nas albufeiras das barragens; alternativa porque a produção de energia eléctrica é utilizada em consumo nas Instalações de Tratamento de Águas (ETA) em alternância ou/e em simultâneo com a energia da rede. Este Estudo resultou de uma proposta dirigia a Águas do Algarve, S.A. cuja aceitação culminou na elaboração do Projecto Base da Central Mini-Hídrica (CMH) do Beliche, localizada na ETA do Beliche (Sistema Multimunicipal de Abastecimento de Águas do Algarve). A construção da CMH foi da responsabilidade da empresa Electrolagos, CRL, e foi concluída nos fins de 2010, encontrando-se actualmente em plena exploração. Os resultados já obtidos permitem concluir que a instalação é eficiente, energética e economicamente, excedendo, nesta primeira fase, as expectativas relativamente à excelente integração no sistema de auto-regulação do caudal de entrada. O Projecto é inovador, não só porque aplica diversos equipamentos standards de utilizações convencionalmente diferentes, mas também porque congrega essa diversidade num único modelo. As inovações fundamentais consistem em: -Utilização de bombas hidráulicas tradicionais a funcionar como miniturbinas, sistema PaT (Pumb as Turtine) de recente aplicação e em plena investigação; -Utilização de Máquinas Assíncronas a funcionar como geradores de energia eléctrica a 50Hz; -Injecção directa da energia produzida na Instalação e/ou na Rede de Distribuição sem sistema de conversão. A integração directa da MCH na adutora também constitui uma inovação pois, tradicionalmente, estas instalações são isoladas (sistema ‘ilha’) ou em paralelo ou ainda em derivação relativamente a condutas. Esta inovadora integração implicou testes pormenorizados das canalizações de adução e de impulsão, assim como a escolha de equipamentos e acessórios adequados, de modo a não interferir e perturbar significativamente os parâmetros nominais do funcionamento normal da ETA (caudais; velocidades; pressões). O Trabalho aqui apresentado está totalmente em linha com a Estratégia Nacional para a Energia (Resolução 29/2010 do concelho de Ministros) no sentido que contribui para a redução da dependência energética externa através do uso de energias renováveis e para a redução das emissões de CO2.

Aplicação do RSECE a pequeno edifício de serviços, com climatização e análise comparativa de resultados

O aumento do consumo de energia tem vindo a criar um efeito nefasto no meio ambiente, sobretudo pelo excessivo consumo de combustíveis fósseis, que libertam durante a sua combustão gases com efeito de estufa (GEE), promovendo um aumento da temperatura média da superfície terrestre, que se traduz em alteração climáticas. A problemática das alterações climáticas, assume-se como um dos mais importantes, desafios ambientais com que o planeta se irá debater durante este século. O objetivo de reduzir globalmente as emissões dos gases com efeito de estufa (GEE), em especial de dióxido de carbono, e de estabilizar as suas concentrações na atmosfera, exige uma resposta concertada de todos os países e coloca desde logo, questões relacionadas com o funcionamento das sociedades humanas e com o desenvolvimento das economias. Têm vindo a ser criadas medidas, tanto a nível internacional como nacional, no sentido de reduzir o consumo excessivo de combustíveis fósseis e aumentar a rentabilidade da energia através de energias renováveis. De entre essas medidas, destaca-se o Programa para a Eficiência Energética em Edifícios, e o Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE) e os dois importantes regulamentos: o RSECE (Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização nos Edifícios) e o RCCTE (Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios), os quais estabelecem os parâmetros que os edifícios novos devem cumprir. A presente tese baseia-se na análise das diferenças de dois métodos de simulação do comportamento energético de edifícios. Nomeadamente o RCCTE-STE, para a Simulação Dinâmica Simplificada e o DesignBuilder para a Simulação Dinâmica Detalhada. Será desenvolvido e justificado as diferenças de resultados obtidos com os dois programas de simulação dinâmica utilizados, procurando-se contribuir para o conhecimento das capacidades e fragilidades de cada Software.

Instalações solares térmicas em edifícios de habitação colectiva: estudo de soluções alternativas num caso prático

Se considerarmos todos os edifícios do mundo, estes são responsáveis por uns surpreendentes 40% do consumo global de energia e pela resultante pegada ecológica, ultrapassando significativamente os resultados de todos os meios de transporte em conjunto. Existem grandes e atractivas oportunidades de redução da utilização de energia nos edifícios com menores custos e maiores retornos que noutros sectores. Estas reduções são fundamentais para alcançar o objectivo da Agência Internacional de Energia (AIE), de reduzir em cerca de 70% das emissões de gases com efeito de estufa, de todo o planeta em 2050, isto para atingir os níveis de CO2 estabelecidos e exigidos pelo Painel Intergovernamental sobre as Alterações Climáticas (IPCC, na sigla inglesa). No caso dos edifícios de habitação, a produção de água quente (AQS), é o segundo maior factor de consumo de energia: cerca de 30% do consumo energético total. Para ajudar a minimizar todos estes grandes consumos de energia, existem soluções, nomeadamente para o aquecimento da AQS, que podemos aplicar nos edifícios de habitação colectiva (multifamiliares) ou moradias, utilizando fontes de energia renovável. E neste caso estamos a falar da energia solar térmica. Das várias soluções propostas e utilizadas diariamente, principalmente nos edifícios de habitação colectiva, existirá aquela que, do ponto de vista técnico-económico, numa perspectiva de eficiência energética/custo-benefício, se antevê como a melhor solução, uma vez que é frequente que não se tenha conhecimento de causa sobre cada uma delas. A presente tese baseia-se na análise de várias soluções de sistemas de energia solar térmica para o aquecimento de AQS em edifícios de habitação colectiva, com o objectivo de analisar e comparar as várias soluções. Espera-se contribuir para a clarificação dos vários sistemas utilizados e propostos actualmente no mercado

Effect of high CO2 and ocean acidification on photosynthesis and response to oxidative stress in seagrasses

Climate change scenarios comprise significant modifications of the marine realm, notably ocean acidification and temperature increase, both direct consequences of the rising atmospheric CO2 concentration. These changes are likely to impact marine organisms and ecosystems, namely the valuable seagrass-dominated coastal habitats. The main objective of this thesis was to evaluate the photosynthetic and antioxidant responses of seagrasses to climate change, considering CO2, temperature and light as key drivers of these processes. The methodologies used to determine global antioxidant capacity and antioxidant enzymatic activity in seagrasses were optimized for the species Cymodocea nodosa and Posidonia oceanica, revealing identical defence mechanisms to those found in terrestrial plants. The detailed analysis and identification of photosynthetic pigments in Halophila ovalis, H.stipulacea, Zostera noltii, Z marina, Z. capricorni, Cymodocea nodosa and Posidonia oceanica, sampled across different climatic zones and depths, also revealed a similarity with terrestrial plants, both in carotenoid composition and in the pigment-based photoprotection mechanisms. Cymodocea nodosa plants from Ria Formosa were submitted to the combined effect of potentially stressful light and temperature ranges and showed considerable physiological tolerance, due to the combination of changes in the antioxidant system, activation of the VAZ cycle and accumulation of leaf soluble sugars, thus preventing the onset of oxidative stress. Cymodocea nodosa plants living in a naturally acidified environment near submarine volcanic vents in Vulcano Island (Italy) showed to be under oxidative stress despite the enhancement of the antioxidant capacity, phenolics concentration and carotenoids. Posidonia oceanica leaves loaded with epiphytes showed a significant increase in oxidative stress, despite the increase of antioxidant responses and the allocation of energetic resources to these protection mechanisms. Globally, the results show that seagrasses are physiologically able to deal with potentially stressful conditions from different origins, being plastic enough to avoid stress in many situations and to actively promote ulterior defence and repair mechanisms when under effective oxidative stress.

Assemblage structure and secondary production of mesozooplankton in shallow water volcanic CO2 vents of the Azores

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Pegada ecológica da aplicação de fertilizantes em citrinos na Região Algarvia

Disssertação de mestrado, Engenharia do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Route planning in wireless sensor networks for data gathering purposes

Dissertação de Mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Identificação do potencial renovável para produção de electricidade na perspectiva da microgeração

Tese de doutoramento, Energia e Ambiente (Energia e Desenvolvimento Sustentável), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Enabling solar electricity with electric vehicles in future energy systems

Tese de doutoramento, Sistemas Sustentáveis de Energia, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015