The role of carbon surface chemistry in N2O conversion to N2 over Ni catalyst supported on activated carbon

The effect of acidic treatments on N2O reduction over Ni catalysts supported on activated carbon was systematically studied. The catalysts were characterized by N-2 adsorption, mass titration, temperature-programmed desorption (TPD), and X-ray photoelectron spectrometry (XPS). It is found that surface chemistry plays an important role in N2O-carbon reaction catalyzed by Ni catalyst. HNO3 treatment produces more active acidic surface groups such as carboxyl and lactone, resulting in a more uniform catalyst dispersion and higher catalytic activity. However, HCl treatment decreases active acidic groups and increases the inactive groups, playing an opposite role in the catalyst dispersion and catalytic activity. A thorough discussion of the mechanism of the N2O catalytic reduction is made based upon results from isothermal reactions, temperature-programmed reactions (TPR) and characterization of catalysts. The effect of acidic treatment on pore structure is also discussed. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Effects of acid treatments of carbon on N2O and NO reduction by carbon-supported copper catalysts

The influences of HCl, HNO3 and HF treatments of carbon on N2O and NO reduction with 20 wt% Cu-loaded activated carbon were studied. The order of activity in both N2O and NO is as follows: Cu20/AC-HNO3>Cu20/AC>Cu20/AC-HF>Cu20/AC-HCl. The same sequence was also observed for the amount of CO2 evolved during TPD experiments of supports acid for the catalyst dispersion. On the other hand, N2O exhibited a higher reaction rate than NO and a higher sensitivity to acid treatments, and the presence of gas-phase O-2 had opposite effects in N2O and NO reduction. The key role of carbon surface chemistry is examined to rationalize these findings and the relevant mechanistic and practical implications are discussed. The effects of oxygen surface groups on the pore structure of supports and catalysts are also analyzed, (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Apoptosis induced by Oropouche virus infection in HeLa cells is dependent on virus protein expression

Oropouche (OROV) is a single-stranded RNA arbovirus of the family Bunyaviridae, genus Orthobunyavirus, which has caused over half a million cases of febrile illness in Brazil in the past 30 years. OROV fever has been registered almost exclusively in the Amazon region, but global warming, deforestation and redistribution of vectors and animal reservoirs increases the risk of Oropouche virus emergence in other areas. OROV causes a cytolytical infection in cultured cells with characteristic cytopathic effect 48 h post-infection. We have studied the mechanisms of apoptosis induced by OROV in HeLa cells and found that OROV causes DNA fragmentation detectable by gel electrophoresis and by flow cytometric analysis of the Sub-G1 population at 36 h post-infection. Mitochondrial release of cytochrome C and activation of caspases 9 and 3 were also detected by western blot analysis. Lack of apoptosis induced by UV-inactivated OROV reveals that virus-receptor binding is not sufficient to induce cell death. Results obtained in cells treated with chloroquine and cycloheximide indicated that viral uncoating and replication are required for apoptosis induction by OROV. Furthermore, treatment of the cells with pan-caspase inhibitor prevented OROV-induced apoptosis without affecting virus progeny production. The results show that OROV infection in vitro causes apoptosis by an intracellular pathway involving mitochondria, and activated by a mechanism dependent on viral replication and protein synthesis. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Denitrification, leaching and immobilisation of N-15-labelled nitrate in winter under windrowed harvesting residues in hoop pine plantations of 1-3 years old in subtropical Australia

A field study was carried out to investigate the impacts of windrowed harvesting residues on denitrification, immobilisation and leaching of N-15-labelled nitrate applied at 20 kg N ha(-1) to microplots in second-rotation hoop pine (Araucaria cunninghamii) plantations of 1-3 years old in southeast Queensland, Australia. The PVC microplots were 235 mm in diameter and 150 mm. long, and driven into the 100 mm soil. There were three replications of such microplots for each of the six treatments which were areas just under and between 1-, 2- and 3-year-old windrows of harvesting residues. Based on gaseous N losses estimated by the difference between the recoveries of bromide (Br) applied at 100 kg Br ha(-1) and N-15-labelled nitrate, denitrification was highest (23% based on N-15 loss) in the areas just under the 1-year-old windrows 25 days after a simulated 75 mm rainfall and following several natural rainfall events. There was no significant difference in N-15 losses (14-17%) among the other treatments. The N-15 immobilisation rate was highest for microplots in the areas between the 1-year-old windrows and generally higher for microplots in the areas just under the windrows (30-39%) than that (26-30%) between the windrows. Direct measurement of N-15 gas emissions (N-15(2) + (N2O)-N-15) confirmed that the highest denitrification rate occurred in the microplots under the 1-year-old windrows although the gaseous N-15 loss calculated by gas emission was only about one-quarter that estimated by the N-15 mass balance method. A significant, positive linear relationship (P < 0.05) existed between the gaseous N-15 losses measured by the two methods used. The research indicates that considerable mineral N could be lost via denitrification during the critical inter-rotation period and early phase of the second rotation. However, the impacts of windrowed harvesting residues on N losses via denitrification might only last for a period of about 2 years. Published by Elsevier Science B.V.

Fate of N-15-labelled nitrate in a wet summer under different residue management regimes in young hoop pine plantations

A field study was conducted to investigate the fate of N-15-labelled nitrate applied at 20 kg N ha(-1) in a wet summer to microplots installed in areas under different residue management regimes in second-rotation hoop pine (Araucaria cunninghamii) plantations aged 1-3 years in south-east Queensland, Australia. PVC microplots of 235 mm diameter and 300 mm long were driven into 250 mm soil. There were three replications of each of eight treatments. These were areas just under and between 1-year-old windrows (ca. 2-3 m in width) of harvesting residues spaced 15 m apart, and with and without incorporated foliage residues (20 t DM ha(-1)); the areas just under and between 2- or 3-year-old windrows spaced 10 m apart. Only 7-29% of the added N-15 was recovered from the top 750 mm of the soil profile with the leaching loss estimated to be 70-86% over the 34-day period. The N-15 loss via denitrification was 3.7-6.3% by directly measuring the N-15 gases emitted. The microplots with the incorporated residues at the 1-year-old site had the highest N-15 loss (6.3%) as compared with the other treatments. The N-15 mass balance method together with the use of bromide (Br) tracer applied at 100 kg Br ha(-1) failed to obtain a reliable estimate of the denitrification loss. The microplots at the 1-year-old site had higher N-15 immobilisation rate (7.5-24.7%) compared with those at 2- and 3-year-old sites (2.1-3.6%). Incorporating the residues resulted in an increase in N-15 immobilisation rate (24.5-24.7%) compared with the control without the incorporated residues (8.4-14.3%). These findings suggest that climatic conditions played important roles in controlling the N-15 transformations in the wet summer season and that the residue management regimes could also significantly influence the N-15 transformations. Most of the N-15 loss occurred through leaching, but a considerable amount of the N-15 was lost through denitrification. Bromide proved to be an unsuitable tracer for monitoring the N-15 leaching and movement under the wet summer conditions. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Ecological responses to recent climate change

There is now ample evidence of the ecological impacts of recent climate change, from polar terrestrial to tropical marine environments. The responses of both flora and fauna span an array of ecosystems and organizational hierarchies, from the species to the community levels. Despite continued uncertainty as to community and ecosystem trajectories under global change, our review exposes a coherent pattern of ecological change across systems. Although we are only at an early stage in the projected trends of global warming, ecological responses to recent climate change are already clearly visible.

Simulação interactiva do mercado de energia eléctrica

A área de comercialização de energia eléctrica conheceu uma profunda mudança após a liberalização do sector eléctrico, que levou à criação de algumas entidades, as quais gerem os mercados de electricidade europeus. Relativamente a Portugal e Espanha, durante esse processo de liberalização, deu-se também um acordo que os levou à criação de um mercado conjunto, um mercado Ibérico (MIBEL). Dentro deste mercado estão contemplados dois operadores, sendo que um deles representa o pólo Português (OMIP) e o outro representa o pólo Espanhol (OMEL). O OMIP contempla os mercados a prazo, ou futuros, normalmente apresenta contratos de energia comercializada com durabilidade de semanas, meses, trimestres, semestres ou mesmo anos. Diariamente estes contratos poderão vencer no OMEL, que engloba os mercados, diário e intradiário. Este, ao contrário do OMIP negoceia para o dia seguinte (mercado diário) ou para uma determinada altura do dia (mercado intra diário). O mercado diário será o exemplo usado para a criação do simulador interactivo do mercado de energia eléctrica. Este será composto por diversos utilizadores (jogadores), que através de uma plataforma HTML irão investir em centrais de energia eléctrica, negociar licitações e analisar o funcionamento e resultados deste mercado. Este jogo subdividir-se-á então em 3 fases: 1. Fase de investimento; 2. Fase de venda (licitações); 3. Fase de mercado. Na fase do investimento, o jogador terá a possibilidade de adquirir unidades de geração de energia eléctrica de seis tipos de tecnologia: 1. Central a Carvão; 2. Central de Ciclo Combinado; 3. Central Hídrica; 4. Central Eólica; 5. Central Solar; 6. Central Nuclear. Com o decorrer das jogadas o jogador poderá aumentar a sua capacidade de investimento, com a venda de energia, sendo o vencedor aquele que mais saldo tiver no fim do número de jogadas previamente definidos, ou aquele que mais depressa atingir o saldo definido como limite pelo administrador do jogo. A nível pedagógico este simulador é muito interessante pois para além de o utilizador ficar a conhecer as tecnologias em causa e as vantagens e desvantagens das centrais de energia renovável e das centrais a combustíveis fósseis, este ganha igualmente uma sensibilidade para questões de nível ambiental, tais como o aumento dos gases de estufa e o degelo resultante do aquecimento global provocado por esses gases. Para além do conhecimento adquirido na parte de energia eléctrica este jogo dará a conhecer ao utilizador o funcionamento do mercado da energia eléctrica, bem como as tácticas que este poderá usar a seu favor neste tipo de mercado.

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.

Mudanças climáticas nas regiões insulares

Tese de Doutoramento, Física, 27 de Novembro de 2013, Universidade dos Açores.

Comparative study of amine solutions used in CO2 absorption/desorption cycles

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

Determinação dos impactes ambientais e análise do ciclo de vida da produção de biodiesel

O consumo de energia tem vindo a crescer de uma forma contínua e directamente proporcional ao aumento da população e da industrialização. A maior parte da energia consumida no Mundo é, ainda, proveniente dos combustíveis fósseis. Contudo, a diminuição da reserva e a poluição atmosférica produzida pela sua utilização, estimulam e aumentam a necessidade de fontes alternativas de energia. O biodiesel tem atraído considerável atenção como combustível renovável, biodegradável e não tóxico, e pode contribuir para a resolução do problema energético, reduzindo significativamente a emissão dos gases causadores do aquecimento global. A primeira etapa deste trabalho consistiu na simulação de diferentes alternativas de processos de produção de biodiesel. O método usado para a produção do biodiesel foi a transesterificação entre os óleos vegetais e um álcool, na presença de um catalisador. Entre as matérias-primas figuram os óleos de palma e os óleos alimentares usados que foram objecto de estudo nesta dissertação. Na segunda etapa realizou-se uma análise do ciclo de vida para todas as alternativas em estudo seguida de uma análise económica para as alternativas que apresentassem menores impactos e que fossem mais promissoras do ponto de vista económico. Por fim, procedeu-se à comparação das diferentes alternativas sob o ponto de vista da análise do ciclo de vida e sob o ponto de vista da análise económica. Comprovou-se a viabilidade de todos os processos e o biodiesel obtido apresentou boas especificações. Do ponto de vista da análise do ciclo de vida a melhor alternativa foi o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido para óleos alimentares usados. O processo que usa como matérias-primas os óleos virgens, o metanol e o hidróxido de sódio apresenta, no entanto, menores custos de investimento. Contudo, o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido cuja matéria-prima principal são os óleos usados é muito mais rentável e apresenta menores impactes ambientais.

Life cycle analysis of biodiesel production

Biodieselhas attracted considerable attention as a renewable, biodegradable, and nontoxic fuel and can contribute to solving the energy problems, significantly reducing the emission of gases which cause global warming. The first stage of this work was to simulate different alternative processes for producing biodiesel. The method used for the production of biodiesel is the transesterification of vegetable oilswith an alcohol in the presence of a catalyst. The raw materials used were palm oils and waste cooking oil. The second stage was a life cycle analysis for all alternatives under study, followed by an economic analysis for the alternatives that present minor impacts and which are more promising from an economic point of view. Finally,we proceeded to compare the different alternatives fromboth the point of view of life cycle and economic analysis. The feasibility of all processes was proven and the biodiesel obtained had good specifications. From the standpoint of life cycle analysis, the best alternative was the process of alkaline catalysiswith acid pretreatment for waste cooking oil. The economic analysis was done to the previous mentioned process and to the process that uses raw virgin oils, methanol, and sodium hydroxide. This process has lower investment costs but the process of alkaline catalysis with acid pre-treatment, whose main raw material is waste oil, is much more profitable and has less environmental impacts.

HFCs e soluções alternativas viáveis

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

Analysis of temperature time-series: embedding dynamics into the MDS method

Global warming and the associated climate changes are being the subject of intensive research due to their major impact on social, economic and health aspects of the human life. Surface temperature time-series characterise Earth as a slow dynamics spatiotemporal system, evidencing long memory behaviour, typical of fractional order systems. Such phenomena are difficult to model and analyse, demanding for alternative approaches. This paper studies the complex correlations between global temperature time-series using the Multidimensional scaling (MDS) approach. MDS provides a graphical representation of the pattern of climatic similarities between regions around the globe. The similarities are quantified through two mathematical indices that correlate the monthly average temperatures observed in meteorological stations, over a given period of time. Furthermore, time dynamics is analysed by performing the MDS analysis over slices sampling the time series. MDS generates maps describing the stations’ locus in the perspective that, if they are perceived to be similar to each other, then they are placed on the map forming clusters. We show that MDS provides an intuitive and useful visual representation of the complex relationships that are present among temperature time-series, which are not perceived on traditional geographic maps. Moreover, MDS avoids sensitivity to the irregular distribution density of the meteorological stations.

And I say to myself: “What a fractional world!”

This paper discusses several complex systems in the perspective of fractional dynamics. For prototype systems are considered the cases of deoxyribonucleic acid decoding, financial evolution, earthquakes events, global warming trend, and musical rhythms. The application of the Fourier transform and of the power law trendlines leads to an assertive representation of the dynamics and to a simple comparison of their characteristics. Moreover, the gallery of different systems, both natural and man made, demonstrates the richness of phenomena that can be described and studied with the tools of fractional calculus.