A Conventional Internal Combustion Engine Versus a Range Extended Electric Vehicle Under the Current Regulatory Regime in the United Kingdom

Transport accounts for 22% of greenhouse gas emissions in the United Kingdom and cars are expected tomore than double by 2050. Car manufacturers are continually aiming for a substantially reduced carbonfootprint through improved fuel efficiency and better powertrain performance due to the strict EuropeanUnion emissions standards. However, road tax, not just fuel efficiency, is a key consideration of consumerswhen purchasing a car. While measures have been taken to reduce emissions through stricter standards, infuture, alternative technologies will be used. Electric vehicles, hybrid vehicles and range extended electricvehicles have been identified as some of these future technologies. In this research a virtual test bed of aconventional internal combustion engine and a range extended electric vehicle family saloon car were builtin AVL’s vehicle and powertrain system level simulation tool, CRUISE, to simulate the New EuropeanDrive Cycle and the results were then soft-linked to a techno-economic model to compare the effectivenessof current support mechanisms over the full life cycle of both cars. The key finding indicates that althoughcarbon emissions are substantially reduced, switching is still not financially the best option for either theconsumer or the government in the long run.

Building information modeling based building design optimization for sustainability

Environmental problems, especially climate change, have become a serious global issue waiting for people to solve. In the construction industry, the concept of sustainable building is developing to reduce greenhouse gas emissions. In this study, a building information modeling (BIM) based building design optimization method is proposed to facilitate designers to optimize their designs and improve buildings’ sustainability. A revised particle swarm optimization (PSO) algorithm is applied to search for the trade-off between life cycle costs (LCC) and life cycle carbon emissions (LCCE) of building designs. In order tovalidate the effectiveness and efficiency of this method, a case study of an office building is conducted in Hong Kong. The result of the case study shows that this method can enlarge the searching space for optimal design solutions and shorten the processing time for optimal design results, which is really helpful for designers to deliver an economic and environmental friendly design scheme.

Old World megadroughts and pluvials during the Common Era

Climate model projections suggestwidespread drying in the Mediterranean Basin and wetting in Fennoscandia in the coming decades largely as a consequence of greenhouse gas forcing of climate. To place these and other “Old World” climate projections into historical perspective based on more complete estimates of natural hydroclimatic variability, we have developed the “Old World Drought Atlas” (OWDA), a set of year-to-year maps of tree-ring reconstructed summer wetness and dryness over Europe and the Mediterranean Basin during the Common Era.
The OWDA matches historical accounts of severe drought and wetness with a spatial completeness not previously available. In addition, megadroughts reconstructed over north-central Europe in the 11th and mid-15th centuries
reinforce other evidence from North America and Asia that droughts were more severe, extensive, and prolonged over Northern Hemisphere land areas before the 20th century, with an inadequate understanding of their causes. The OWDA provides new data to determine the causes of Old World drought and wetness and attribute past climate variability to forced and/or internal variability.

An optimized process design for oxymethylene ether production from woody-biomass-derived syngas

The conversion of biomass for the production of liquid fuels can help reduce the greenhouse gas (GHG) emissions that are predominantly generated by the combustion of fossil fuels. Oxymethylene ethers (OMEs) are a series of liquid fuel additives that can be obtained from syngas, which is produced from the gasification of biomass. The blending of OMEs in conventional diesel fuel can reduce soot formation during combustion in a diesel engine. In this research, a process for the production of OMEs from woody biomass has been simulated. The process consists of several unit operations including biomass gasifi- cation, syngas cleanup, methanol production, and conversion of methanol to OMEs. The methodology involved the development of process models, the identification of the key process parameters affecting OME production based on the process model, and the development of an optimal process design for high OME yields. It was found that up to 9.02 tonnes day1 of OME3, OME4, and OME5 (which are suitable as diesel additives) can be produced from 277.3 tonnes day1 of wet woody biomass. Furthermore, an optimal combination of the parameters, which was generated from the developed model, can greatly enhance OME production and thermodynamic efficiency. This model can further be used in a techno- economic assessment of the whole biomass conversion chain to produce OMEs. The results of this study can be helpful for petroleum-based fuel producers and policy makers in determining the most attractive pathways of converting bio-resources into liquid fuels.

Contribution of biomass combustion to air pollutant emissions

In Portugal, it was estimated that around 1.95 Mton/year of wood is used in residential wood burning for heating and cooking. Additionally, in the last decades, burnt forest area has also been increasing. These combustions result in high levels of toxic air pollutants and a large perturbation of atmospheric chemistry, interfere with climate and have adverse effects on health. Accurate quantification of the amounts of trace gases and particulate matter emitted from residential wood burning, agriculture and garden waste burning and forest fires on a regional and global basis is essential for various purposes, including: the investigation of several atmospheric processes, the reporting of greenhouse gas emissions, and quantification of the air pollution sources that affect human health at regional scales. In Southern Europe, data on detailed emission factors from biomass burning are rather inexistent. Emission inventories and source apportionment, photochemical and climate change models use default values obtained for US and Northern Europe biofuels. Thus, it is desirable to use more specific locally available data. The objective of this study is to characterise and quantify the contribution of biomass combustion sources to atmospheric trace gases and aerosol concentrations more representative of the national reality. Laboratory (residential wood combustion) and field (agriculture/garden waste burning and experimental wildland fires) sampling experiments were carried out. In the laboratory, after the selection of the most representative wood species and combustion equipment in Portugal, a sampling program to determine gaseous and particulate matter emission rates was set up, including organic and inorganic aerosol composition. In the field, the smoke plumes from agriculture/garden waste and experimental wildland fires were sampled. The results of this study show that the combustion equipment and biofuel type used have an important role in the emission levels and composition. Significant differences between the use of traditional combustion equipment versus modern equipments were also observed. These differences are due to higher combustion efficiency of modern equipment, reflecting the smallest amount of particulate matter, organic carbon and carbon monoxide released. With regard to experimental wildland fires in shrub dominated areas, it was observed that the largest organic fraction in the samples studied was mainly composed by vegetation pyrolysis products. The major organic components in the smoke samples were pyrolysates of vegetation cuticles, mainly comprising steradienes and sterol derivatives, carbohydrates from the breakdown of cellulose, aliphatic lipids from vegetation waxes and methoxyphenols from the lignin thermal degradation. Despite being a banned practice in our country, agriculture/garden waste burning is actually quite common. To assess the particulate matter composition, the smoke from three different agriculture/garden residues have been sampled into 3 different size fractions (PM2.5, PM2.5-10 and PM>10). Despite distribution patterns of organic compounds in particulate matter varied among residues, the amounts of phenolics (polyphenol and guaiacyl derivatives) and organic acids were always predominant over other organic compounds in the organosoluble fraction of smoke. Among biomarkers, levoglucosan, β-sitosterol and phytol were detected in appreciable amounts in the smoke of all agriculture/garden residues. In addition, inositol may be considered as an eventual tracer for the smoke from potato haulm burning. It was shown that the prevailing ambient conditions (such as high humidity in the atmosphere) likely contributed to atmospheric processes (e.g. coagulation and hygroscopic growth), which influenced the particle size characteristics of the smoke tracers, shifting their distribution to larger diameters. An assessment of household biomass consumption was also made through a national scale survey. The information obtained with the survey combined with the databases on emission factors from the laboratory and field tests allowed us to estimate the pollutant amounts emitted in each Portuguese district. In addition to a likely contribution to the improvement of emission inventories, emission factors obtained for tracer compounds in this study can be applied in receptor models to assess the contribution of biomass burning to the levels of atmospheric aerosols and their constituents obtained in monitoring campaigns in Mediterranean Europe.

Perceções sociais dos portugueses face aos riscos associados às alterações climáticas

O aquecimento do sistema climático é inequívoco e a influência humana é clara. A continuação da emissão de gases com efeito de estufa irá potenciar os impactes das alterações climáticas, representando um compromisso futuro que se perpetuará por vários séculos. As alterações climáticas não proporcionam uma experiência sensorial direta, embora as variações de temperatura e de precipitação e os extremos climáticos de vários tipos poderem ser experienciados. O cidadão comum não se apercebe do que está a acontecer, a menos que ocorram mudanças significativas, no estado normal do tempo para uma determinada época, na região do mundo onde ele vive. Mesmo para os especialistas, o problema só é cognoscível através de uma vasta rede científica, técnica e institucional. O conhecimento, é portanto, transmitido ao público em geral maioritariamente através de representações dos media sobre o discurso produzido pela comunidade científica. O principal objetivo deste trabalho é averiguar a interligação entre o discurso científico, o discurso mediático e as perceções da população portuguesa na temática das alterações climáticas. A metodologia utilizada, para a prossecução do objetivo, num trabalho que cruza o domínio científico da engenharia do ambiente com o das ciências sociais, encontra-se dividida em 3 fases principais: (1) Uma primeira fase onde se realiza uma análise ao discurso científico de produção nacional, com uma análise de conteúdo aos resumos dos artigos científicos, utilizando 884 resumos da base de dados Scopus de 1975 a 2013 com a palavra-chave ‘Climate Change’; (2) Uma segunda fase onde se analisa o conteúdo de notícias de meios de comunicação social portugueses, aplicando uma análise de conteúdo a 4340 notícias veiculadas por 4 órgãos de comunicação social (Correio da Manhã, Público, RTP e TSF) entre 2004 e 2013, utilizando os respetivos motores de busca online com a palavra-chave ‘Alterações Climáticas’; e, (3) uma terceira fase onde se compila a informação dos estudos existentes sobre a população portuguesa, utilizando os dados dos Eurobarómetros que incluem o tema das alterações climáticas de 1982 a 2014. Seguindo uma linha condutora que inclui o discurso científico, o discurso mediático e as perceções sociais, almejou-se uma abrangência do tema das alterações climáticas, investigando a existência do fenómeno e as respetivas causas, as consequências com a análise dos impactes e dos riscos associados a esses impactes e as soluções através de medidas de mitigação e de adaptação. Nos principais resultados emerge a evidência de que a intensidade de crescimento da produção científica nacional não se traduz num crescimento consistente dos índices de noticiabilidade dos órgãos de comunicação social e desde 2010 que o número de dias por ano, sem notícias sobre alterações climáticas, ultrapassa dos 50%. Em consequência, os níveis de informação da população portuguesa sobre as alterações climáticas são sistematicamente inferiores à média europeia. Em Portugal as taxas de pouco ou nulo conhecimento rondam os dois terços de inquiridos. Não obstante o seu caráter contínuo, para que as alterações climáticas se tornem alvo de interesse dos media é necessário que ocorram reuniões políticas, encontros científicos ou outros acontecimentos. A visibilidade alcançada pelos acontecimentos nacionais é muito fraca e os acontecimentos meteorológicos extremos, não são frequentemente relacionados com o fenómeno das alterações climáticas. No seio da comunidade científica portuguesa existe um claro consenso sobre a existência das alterações climáticas e das suas causas antropogénicas. No discurso mediático português não se verifica enviesamento da informação não sendo surpreendente os baixos níveis de ceticismo dos portugueses. A abordagem aos impactes das alterações climáticas, tanto no discurso científico como no discurso mediático, é robusta e em 2014, cerca de sete em dez portugueses afirma que as alterações climáticas são um problema muito sério. Contudo, Portugal apresenta a proporção mais baixa da Europa de respondentes que percepcionam as alterações climáticas como o problema mais grave que o mundo enfrenta. Para estes resultados poderá contribuir a baixa inclusão de termos relacionados com o risco, tanto no discurso científico como no mediático, não ultrapassando os 20%. Tanto o discurso científico como o discurso mediático não estão direcionados para as soluções (mencionando especificamente medidas de mitigação ou medidas de adaptação). A menção às medidas de mitigação e às medidas de adaptação não ultrapassam os 16% no discurso científico e apresentam valores ainda mais baixos no discurso mediático (13%). Em ambos os discursos existe uma clara preferência pela menção às medidas de adaptação em detrimento das medidas de mitigação. Com valores tão baixos na abordagem às soluções das alterações climáticas não surpreendem os também diminutos níveis de responsabilidade que a população portuguesa atribui a si própria no combate às alterações climáticas.

Geoengineering : the ethical and social issues

Tese de doutoramento, Filosofia (Filosofia da Natureza e do Ambiente), Universidade de Lisboa, Universidade Nova de Lisboa, 2015

The role of urban consolidation centres in sustainable freight transport

The paper reviews the study and use of urban consolidation centres (UCCs) which are a freight transport initiative intended to reduce goods vehicle traffic, vehicle-related greenhouse gas emissions and local air pollution. An international literature review has identified 114 UCC schemes in 17 countries (12 in the European Union (EU) and 5 outside the EU) that have been the subject of either a feasibility study, trial or a fully operational scheme in the last 40 years. The period from 2006 to 2010 has been the most active 5-year period in terms of UCC study, trial and scheme generation since the first UCC study was carried out in the early 1970s. Five countries account for the majority of all the 114 UCC schemes identified: France, Germany, Italy, the Netherlands and the UK. The vast majority of UCCs serve either all or part of an urban area. Examples of UCCs serving a single property (such as an airport or shopping centre) and construction sites have also been identified. Key organizational, operational, and financial issues that are critical to the success of UCCs are discussed. The traffic and environmental impacts of UCC trials and fully operational schemes are also reviewed.

Análise técnica e económico-financeira de um sistema de abastecimento de veículos zero emissões integrando um sistema fotovoltaico

Com o aumento da população mundial registado nos últimos anos surgiu também uma maior procura energética. Esse aumento foi inicialmente colmatado recorrendo essencialmente a fontes de origem fóssil, pelo facto destas serem mais baratas. No entanto, essa tendência de preços baixos sofreu o primeiro abalo nos anos 70 do século passado, altura em que o preço do petróleo disparou, devido a questões políticas. Nessa altura ficou visível para os países ocidentais o quanto estes eram dependentes dos países produtores de petróleo que, em geral, são instáveis politicamente. Começou então a procura de fontes energéticas alternativas. Além da questão económica do aumento do preço dos combustíveis, existe também o problema ambiental. Os maiores responsáveis pela emissão de gases efeito estufa (GEE) são os combustíveis fósseis. Os GEE contribuem para o aquecimento global, o que origina fenómenos ambientais severos que poderão levar a mudanças climáticas significativas. As energias renováveis apresentam-se como a solução mais viável ao problema energético e ambiental que se verifica actualmente, porque permitem colmatar o aumento da procura energética de uma forma limpa e sustentável. Na sequência destes problemas surgiram nos últimos anos veículos que permitem reduzir ou mesmo eliminar o consumo de combustíveis fósseis, como os veículos híbridos eléctricos, eléctricos e a hidrogénio. Nesta dissertação analisa-se um sistema que foi pensado para ser implementado em áreas de serviço, que permite efectuar o carregamento de electric vehicles (EV) utilizando energia eléctrica de origem fotovoltaica e a produção de hidrogénio para os fuels cell electric vehicles (FCEV). É efectuada uma análise económica do sistema, uma análise ambiental e analisou-se também o impacto na redução da dependência do país em relação ao exterior, sendo ainda efectuada uma pequena análise ao sistema MOBIE. No caso dos veículos a hidrogénio, foi determinada qual seria a melhor opção em termos económicos, para a produção de hidrogénio considerando três regimes de produção: recorrendo apenas à energia eléctrica proveniente do sistema fotovoltaico, apenas à energia eléctrica da rede, ou uma combinação dos dois regimes. O sistema estudado nesta dissertação apresenta um enorme potencial a nível energético e ambiental, surgindo como alternativa para abastecer os veículos que irão permitir, no futuro, eliminar a dependência energética em relação às fontes fósseis e ao mesmo tempo diminuir a quantidade de gases efeito estufa emitidos para a atmosfera.

Impacto económico, energético e ambiental da produção renovável na Ilha Terceira

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Auditorias de energia em instalações industriais do setor automóvel

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Caracterização dos consumos energéticos e estudo do potencial de melhoria da eficiência energética em edifícios de escritórios

A forte preocupação ambiental, nomeadamente a emissão de Gases com Efeito de Estufa (GEE), aliada à constante ameaça do esgotamento dos combustíveis de origem fóssil, leva à necessidade de consumir energia de forma mais eficiente. Neste sentido, surge a promoção da eficiência energética nos diversos sectores consumidores de energia em todo o Mundo. Sabendo que passamos mais de 80% do nosso tempo dentro de edifícios, e que cerca de 40% da energia mundial é consumida nos mesmos [ADENE], é importante operar no sentido de promover a utilização racional de energia e incentivar ao consumo eficiente da mesma nos edifícios. Apesar do esforço que tem sido realizado a nível nacional, no sentido de melhorar a eficiência energética em edifícios de serviços, através da implementação de legislação diversa e de vários programas de incentivo, existem ainda várias lacunas a serem colmatadas e muito trabalho a fazer nesse sentido. Por tudo isto, e principalmente por ter constantemente em mente premissas como “a energia mais barata é aquela que não se consome” ou “não podemos gerir aquilo que não medimos”, surgiu a ideia de realizar esta dissertação, onde inicialmente através de dados provenientes de telecontagem se desenvolve uma tentativa de padronização/tipificação do consumo eléctrico em seis edifícios de escritórios, identificando-se assim algumas situações anómalas em diversos diagramas de carga construídos. Relaciona-se também o consumo eléctrico dos seis edifícios com algumas variáveis exógenas, de modo a perceber a influência das mesmas no consumo eléctrico de cada edifício. Numa vertente mais prática, foram identificadas e quantificadas potenciais medidas de melhoria, comportamentais e técnicas, num dos edifícios em estudo, de modo a poder contribuir para a redução do consumo energético do mesmo. Espera-se que este trabalho, possa eventualmente constituir uma ajuda na caracterização de consumos e detecção de medidas de melhoria em edifícios de escritórios, alcançando a eficiência energética neste tipo de instalações e facilitando assim o trabalho de vários profissionais do sector. Pretende-se igualmente demonstrar a importância da eficiência energética na gestão do uso da energia eléctrica em edifícios, e efectuar um paralelo entre a energia economizada por meio da implementação de medidas/acções de uso racional e eficiente, com a redução da queima de combustíveis fosseis na geração de energia eléctrica e a sua consequente redução nas emissões de dióxido de carbono (CO2), com o objectivo final de melhorar a qualidade de vida no nosso planeta.

Estudo comparativo da utilização do biodiesel produzido a partir de óleos alimentares usados e do gasóleo numa frota industrial

A definição de teores mínimos de incorporação de biocombustíveis, constitui objeto de discussão entre grupos pro-desenvolvimento e ambientalistas. Esses últimos argumentam que as consequências da utilização desta fonte energética ainda são desconhecidas. Além disso, alegam que a produção de biocombustíveis é, em parte, responsável pelo aumento no preço dos alimentos, encoraja a conversão de florestas em monoculturas e conduz à exploração de trabalhadores em países em desenvolvimento (PEDs). Para responder à dependência energética dos combustíveis de origem fóssil, e ajudar a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa, sobretudo no sector dos transportes, o biodiesel produzido a partir de óleos alimentares usados têm sido apontado como uma “solução verde” capaz de minimizar o problema das alterações climáticas e valorizar um resíduo, e simultaneamente conferir ao setor energético um pouco mais de independência. De forma a desmistificar e clarificar um pouco estas premissas, a presente dissertação pretende fazer um estudo de avaliação do impacto da utilização do biodiesel, nomeadamente no que diz respeito às emissões gasosas. Posteriormente realizou-se, tomando como referência uma pequena frota industrial existente, uma análise comparativa dos consumos e emissões dos principais poluentes decorrentes da utilização do biodiesel em diferentes percentagens de incorporação no gasóleo, comparativamente ao gasóleo puro. O trabalho culmina com uma abordagem técnica sobre o comportamento de um veículo equipado com um motor de ignição por compressão, utilizando como biocombustível o biodiesel.

European Union emissions trading scheme impact on the Spanish electricity price during phase II and phase III implementation

The European Union Emissions Trading Scheme (EU ETS) is a cornerstone of the European Union's policy to combat climate change and its key tool for reducing industrial greenhouse gas emissions cost-effectively. The purpose of the present work is to evaluate the influence of CO2 opportunity cost on the Spanish wholesale electricity price. Our sample includes all Phase II of the EU ETS and the first year of Phase III implementation, from January 2008 to December 2013. A vector error correction model (VECM) is applied to estimate not only long-run equilibrium relations, but also short-run interactions between the electricity price and the fuel (natural gas and coal) and carbon prices. The four commodities prices are modeled as joint endogenous variables with air temperature and renewable energy as exogenous variables. We found a long-run relationship (cointegration) between electricity price, carbon price, and fuel prices. By estimating the dynamic pass-through of carbon price into electricity price for different periods of our sample, it is possible to observe the weakening of the link between carbon and electricity prices as a result from the collapse on CO2 prices, therefore compromising the efficacy of the system to reach proposed environmental goals. This conclusion is in line with the need to shape new policies within the framework of the EU ETS that prevent excessive low prices for carbon over extended periods of time.

PV inverters for module level applications

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentáveis