Air-sea transfer of gas phase controlled compounds

Gases in the atmosphere/ocean have solubility that spans several orders of magnitude. Resistance in the molecular sublayer on the waterside limits the air-sea exchange of sparingly soluble gases such as SF6 and CO2. In contrast, both aerodynamic and molecular diffusive resistances on the airside limit the exchange of highly soluble gases (as well as heat). Here we present direct measurements of air-sea methanol and acetone transfer from two open cruises: the Atlantic Meridional Transect in 2012 and the High Wind Gas Exchange Study in 2013. The transfer of the highly soluble methanol is essentially completely airside controlled, while the less soluble acetone is subject to both airside and waterside resistances. Both compounds were measured concurrently using a proton-transfer-reaction mass spectrometer, with their fluxes quantified by the eddy covariance method. Up to a wind speed of 15 m s-1, observed air-sea transfer velocities of these two gases are largely consistent with the expected near linear wind speed dependence. Measured acetone transfer velocity is ~30% lower than that of methanol, which is primarily due to the lower solubility of acetone. From this difference we estimate the "zero bubble" waterside transfer velocity, which agrees fairly well with interfacial gas transfer velocities predicted by the COARE model. At wind speeds above 15 m s-1, the transfer velocities of both compounds are lower than expected in the mean. Air-sea transfer of sensible heat (also airside controlled) also appears to be reduced at wind speeds over 20 m s-1. During these conditions, large waves and abundant whitecaps generate large amounts of sea spray, which is predicted to alter heat transfer and could also affect the air-sea exchange of soluble trace gases. We make an order of magnitude estimate for the impacts of sea spray on air-sea methanol transfer.

Gas Solubility and Vapor Pressure of Electrolytes Based on Alkylcarbonates Containing Litfsi, Lifap, and LiPF6 Lithium Salt: Measurement and Prediction

Most liquid electrolytes used in commercial lithium-ion batteries are composed by alkylcarbonate mixture containing lithium salt. The decomposition of these solvents by oxidation or reduction during cycling of the cell, induce generation of gases (CO2, CH4, C2H4, CO …) increasing of pressure in the sealed cell, which causes a safety problem [1]. The prior understanding of parameters, such as structure and nature of salt, temperature pressure, concentration, salting effects and solvation parameters, which influence gas solubility and vapor pressure of electrolytes is required to formulate safer and suitable electrolytes especially at high temperature.

We present in this work the CO2, CH4, C2H4, CO solubility in different pure alkyl-carbonate solvents (PC, DMC, EMC, DEC) and their binary or ternary mixtures as well as the effect of temperature and lithium salt LiX (X = LiPF6, LiTFSI or LiFAP) structure and concentration on these properties. Furthermore, in order to understand parameters that influence the choice of the structure of the solvents and their ability to dissolve gas through the addition of a salt, we firstly analyzed experimentally the transport properties (Self diffusion coefficient (D), fluidity (h-1), and conductivity (s) and lithium transport number (tLi) using the Stock-Einstein, and extended Jones-Dole equations [2]. Furthermore, measured data for the of CO2, C2H4, CH4 and CO solubility in pure alkylcarbonates and their mixtures containing LiPF6; LiFAP; LiTFSI salt, are reported as a function of temperature and concentration in salt. Based on experimental solubility data, the Henry’s law constant of gases in these solvents and electrolytes was then deduced and compared with values predicted by using COSMO-RS methodology within COSMOthermX software. From these results, the molar thermodynamic functions of dissolution such as the standard Gibbs energy, the enthalpy, and the entropy, as well as the mixing enthalpy of the solvents and electrolytes with the gases in its hypothetical liquid state were calculated and discussed [3]. Finally, the analysis of the CO2 solubility variations with the salt addition was then evaluated by determining specific ion parameters Hi by using the Setchenov coefficients in solution. This study showed that the gas solubility is entropy driven and can been influenced by the shape, charge density, and size of the anions in lithium salt.

References

[1] S.A. Freunberger, Y. Chen, Z. Peng, J.M. Griffin, L.J. Hardwick, F. Bardé, P. Novák, P.G. Bruce, Journal of the American Chemical Society 133 (2011) 8040-8047.

[2] P. Porion, Y.R. Dougassa, C. Tessier, L. El Ouatani, J. Jacquemin, M. Anouti, Electrochimica Acta 114 (2013) 95-104.

[3] Y.R. Dougassa, C. Tessier, L. El Ouatani, M. Anouti, J. Jacquemin, The Journal of Chemical Thermodynamics 61 (2013) 32-44.

Evaluation of the zinox and zeolite materials as adsorbents to remove H2S from natural gas

MELO, Dulce Maria de Araújo et al. Evaluation of the Zinox and Zeolite materials as adsorbents to remove H2S from natural gas. Colloids and Surfaces. A, Physicochemical and Engineering Aspects, Estados Unidos, v. 272, p. 32-36, 2006.

Assessing trends in land use change in the Borana rangeland Ethiopia as one cause of greenhouse gas emissions and carbon sequestration variations

Landnutzungsänderungen sind eine wesentliche Ursache von Treibhausgasemissionen. Die Umwandlung von Ökosystemen mit permanenter natürlicher Vegetation hin zu Ackerbau mit zeitweise vegetationslosem Boden (z.B. nach der Bodenbearbeitung vor der Aussaat) führt häufig zu gesteigerten Treibhausgasemissionen und verminderter Kohlenstoffbindung. Weltweit dehnt sich Ackerbau sowohl in kleinbäuerlichen als auch in agro-industriellen Systemen aus, häufig in benachbarte semiaride bis subhumide Rangeland Ökosysteme. Die vorliegende Arbeit untersucht Trends der Landnutzungsänderung im Borana Rangeland Südäthiopiens. Bevölkerungswachstum, Landprivatisierung und damit einhergehende Einzäunung, veränderte Landnutzungspolitik und zunehmende Klimavariabilität führen zu raschen Veränderungen der traditionell auf Tierhaltung basierten, pastoralen Systeme. Mittels einer Literaturanalyse von Fallstudien in ostafrikanischen Rangelands wurde im Rahmen dieser Studie ein schematisches Modell der Zusammenhänge von Landnutzung, Treibhausgasemissionen und Kohlenstofffixierung entwickelt. Anhand von Satellitendaten und Daten aus Haushaltsbefragungen wurden Art und Umfang von Landnutzungsänderungen und Vegetationsveränderungen an fünf Untersuchungsstandorten (Darito/Yabelo Distrikt, Soda, Samaro, Haralo, Did Mega/alle Dire Distrikt) zwischen 1985 und 2011 analysiert. In Darito dehnte sich die Ackerbaufläche um 12% aus, überwiegend auf Kosten von Buschland. An den übrigen Standorten blieb die Ackerbaufläche relativ konstant, jedoch nahm Graslandvegetation um zwischen 16 und 28% zu, während Buschland um zwischen 23 und 31% abnahm. Lediglich am Standort Haralo nahm auch „bare land“, vegetationslose Flächen, um 13% zu. Faktoren, die zur Ausdehnung des Ackerbaus führen, wurden am Standort Darito detaillierter untersucht. GPS Daten und anbaugeschichtlichen Daten von 108 Feldern auf 54 Betrieben wurden in einem Geographischen Informationssystem (GIS) mit thematischen Boden-, Niederschlags-, und Hangneigungskarten sowie einem Digitales Höhenmodell überlagert. Multiple lineare Regression ermittelte Hangneigung und geographische Höhe als signifikante Erklärungsvariablen für die Ausdehnung von Ackerbau in niedrigere Lagen. Bodenart, Entfernung zum saisonalen Flusslauf und Niederschlag waren hingegen nicht signifikant. Das niedrige Bestimmtheitsmaß (R²=0,154) weist darauf hin, dass es weitere, hier nicht erfasste Erklärungsvariablen für die Richtung der räumlichen Ausweitung von Ackerland gibt. Streudiagramme zu Ackergröße und Anbaujahren in Relation zu geographischer Höhe zeigen seit dem Jahr 2000 eine Ausdehnung des Ackerbaus in Lagen unter 1620 müNN und eine Zunahme der Schlaggröße (>3ha). Die Analyse der phänologischen Entwicklung von Feldfrüchten im Jahresverlauf in Kombination mit Niederschlagsdaten und normalized difference vegetation index (NDVI) Zeitreihendaten dienten dazu, Zeitpunkte besonders hoher (Begrünung vor der Ernte) oder niedriger (nach der Bodenbearbeitung) Pflanzenbiomasse auf Ackerland zu identifizieren, um Ackerland und seine Ausdehnung von anderen Vegetationsformen fernerkundlich unterscheiden zu können. Anhand der NDVI Spektralprofile konnte Ackerland gut Wald, jedoch weniger gut von Gras- und Buschland unterschieden werden. Die geringe Auflösung (250m) der Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) NDVI Daten führte zu einem Mixed Pixel Effect, d.h. die Fläche eines Pixels beinhaltete häufig verschiedene Vegetationsformen in unterschiedlichen Anteilen, was deren Unterscheidung beeinträchtigte. Für die Entwicklung eines Echtzeit Monitoring Systems für die Ausdehnung des Ackerbaus wären höher auflösende NDVI Daten (z.B. Multispektralband, Hyperion EO-1 Sensor) notwendig, um kleinräumig eine bessere Differenzierung von Ackerland und natürlicher Rangeland-Vegetation zu erhalten. Die Entwicklung und der Einsatz solcher Methoden als Entscheidungshilfen für Land- und Ressourcennutzungsplanung könnte dazu beitragen, Produktions- und Entwicklungsziele der Borana Landnutzer mit nationalen Anstrengungen zur Eindämmung des Klimawandels durch Steigerung der Kohlenstofffixierung in Rangelands in Einklang zu bringen.

Membrane polimeriche per la separazione di gas e la cattura di CO2: effetto dell’invecchiamento e di plasticizzazione

I processi di separazione sono tra quelli che consumano più energia nelle nazioni maggiormente industrializzate, questo rende necessaria la ricerca continua di tecnologie e materiali che siano in grado di aumentarne l’efficienza. Uno dei principali campi di studio di questa ricerca riguarda la separazione di gas, in cui le membrane polimeriche si candidano come principale alternativa innovativa ai metodi classici. Questo lavoro di tesi mira all’analisi delle variabili che governano il trasposto di gas attraverso membrane polimeriche di tipo vetroso, alla comprensione dei fenomeni destabilizzanti quali aging e plasticizzazione in termini di cause ed effetti e alla primaria rielaborazione dei dati di letteratura relativi agli stessi fenomeni per verificare analiticamente quanto studiato nella parte precedente. Per fare ciò, operativamente, ci si è serviti del supporto di articoli scientifici che trattano il tema, andando ad estrapolare dati e informazioni rilevanti e delle indicazioni del professor Minelli che da anni è impegnato nella ricerca su questi materiali. Dopo una prima parte introduttiva riguardante le tecnologie a membrana e le loro applicazioni, si passa allo studio approfondito della teoria e alla discussione dei due fenomeni, ai quali viene dedicato un capitolo ciascuno per capirne nel dettaglio le implicazioni che comportano nell’utilizzo di tecnologie a membrane polimeriche. Nella rielaborazione ci si sofferma poi sui film sottili, nell’ordine del micron, che corrispondo alle dimensioni tipiche delle membrane utilizzate per la separazione di gas. Ci si focalizza su miscele contenenti anidride carbonica, gas di estremo interesse sia perché è uno dei maggiori contributori al fenomeno del surriscaldamento globale, sia perché è uno dei principali responsabili della plasticizzazione di un polimero, per via della sua buona solubilità. Si conclude l’elaborato con una breve analisi sulle possibili contromisure riguardanti aging e plasticizzazione.

Realizzazione e messa a punto degli impianti di raffreddamento e lubrificazione per una vettura di Formula SAE tramite analisi termofluidodinamica e acquisizione di telemetria in pista

L’obiettivo di questa tesi è illustrare quali siano stati i metodi di studio e le soluzioni adottate per ottimizzare gli impianti di raffreddamento e lubrificazione della monoposto da competizione sviluppata dal team Unibo Motorsport, in preparazione alla stagione di gara 2016 della Formula SAE®. Inizialmente saranno analizzate le principali problematiche di entrambi gli impianti attraverso simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics) e dati telemetrici degli anni passati. In seguito, saranno mostrati i diversi procedimenti di progettazione e il completamento degli impianti unitamente ad una loro valutazione economica. Infine, per verificare l’effettivo successo delle operazioni svolte a bordo vettura, verranno mostrate acquisizioni telemetriche relative alle gare ed altre simulazioni relative alle nuove geometrie sviluppate. Un altro obiettivo della trattazione è mettere a disposizione dei futuri membri del reparto motore un documento che contenga tutte le considerazioni fatte a riguardo degli impianti studiati. Questo è fondamentale all’interno di un ambiente come un team di Formula SAE®, dove ogni anno si ha il ricambio di una buona parte dei membri. Se gli studi svolti sugli impianti venissero persi, i nuovi arrivati si troverebbero a mettere le mani su un qualcosa di sconosciuto e lo sviluppo della vettura negli anni si troverebbe enormemente rallentato. Il “learning by doing” che ha sempre caratterizzato questo progetto viene infatti affiancato con armonia dalla possibilità di consultare esperienze pregresse relative al caso di studio considerato.

Reducing Greenhouse Gas Emissions Through Alterations to the Public Right-of-Way

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Application of gas hydrate equilibria prediction in process engineering

Desde hace cerca de dos siglos, los hidratos de gas han ganado un rol importante en la ingeniería de procesos, debido a su impacto económico y ambiental en la industria -- Cada día, más compañías e ingenieros ganan interés en este tema, a medida que nuevos desafíos muestran a los hidratos de gas como un factor crucial, haciendo su estudio una solución para un futuro próximo -- Los gases de hidrato son estructuras similares al hielo, compuestos de moléculas huéspedes de agua conteniendo compuestos gaseosos -- Existen naturalmente en condiciones de presiones altas y bajas temperaturas, condiciones típicas de algunos procesos químicos y petroquímicos [1] -- Basado en el trabajo doctoral de Windmeier [2] y el trabajo doctoral the Rock [3], la descripción termodinámica de las fases de los hidratos de gas es implementada siguiendo el estado del arte de la ciencia y la tecnología -- Con ayuda del Dortmund Data Bank (DDB) y el paquete de software correspondiente (DDBSP) [26], el desempeño del método fue mejorado y comparado con una gran cantidad de datos publicados alrededor del mundo -- También, la aplicabilidad de la predicción de los hidratos de gas fue estudiada enfocada en la ingeniería de procesos, con un caso de estudio relacionado con la extracción, producción y transporte del gas natural -- Fue determinado que la predicción de los hidratos de gas es crucial en el diseño del proceso del gas natural -- Donde, en las etapas de tratamiento del gas y procesamiento de líquido no se presenta ninguna formación, en la etapa de deshidratación una temperatura mínima de 290.15 K es crítica y para la extracción y transporte el uso de inhibidores es esencial -- Una composición másica de 40% de etilenglicol fue encontrada apropiada para prevenir la formación de hidrato de gas en la extracción y una composición másica de 20% de metanol en el transporte

Evaluation of the zinox and zeolite materials as adsorbents to remove H2S from natural gas

MELO, Dulce Maria de Araújo et al. Evaluation of the Zinox and Zeolite materials as adsorbents to remove H2S from natural gas. Colloids and Surfaces. A, Physicochemical and Engineering Aspects, Estados Unidos, v. 272, p. 32-36, 2006.

Determination of gases in sediments

A method was developed for sampling and analysis of gases contained in interstitial water. Interstitial water was separated from sediments with a filter press-type sediment squeezer and transferred to a specially designed sampler-stripper. Gases contained in the interstitial water were stripped from solution and analyzed by gas chromatography. Argon, N2, and CH4 have been measured in sediments. The technique can be used to measure total CO2 and H2S with minor modifications.

Eliminaci?n de vapores de xileno presentes en una corriente de gas en un biofiltro percolador

El presente trabajo de investigaci?n evalu? la eliminaci?n de vapores de xileno presentes en una corriente de aire a trav?s de dos biofiltros percoladores (BTF?s) operados en paralelo a escala banco y alimentados en contracorriente. El primer biofiltro percolador (BTF1) fue empacado con una esponja porosa de pl?stico de poliuretano mientras que el segundo (BTF2) con anillos de pl?stico de polipropileno. Ambos BTF?s fueron inoculados con un consorcio microbiano de una industria papelera. Los BTF?s fueron operados continuamente durante 24 horas diarias con concentraciones de entrada de 0.43, 1.30, 3.04 y 5.64 gm-3 de xileno a una tasa de flujo de gas de 0.26 m3h-1 y un tiempo de residencia del gas de 90 s. Las eficiencias de eliminaci?n del BTF1 fueron 83.33; 93.94; 93.10 y 72.46% para concentraciones de entrada de 0.43, 1.30, 3.04 y 5.64 gm-3 de xileno. El BTF2 obtuvo eficiencias de eliminaci?n de 83.33; 82.69; 75.64 y 74.00% para iguales concentraciones de alimentaci?n que el BTF1. Se present? un disminuci?n del BTF2 de 11.25 y 17.46% respecto al BTF1 para concentraciones de entrada de 1.30 y 3.04 gm-3 de xileno, lo que indica que un aumento en la concentraci?n de entrada disminuye la eficiencia de eliminaci?n. Por otra parte, se observ? una m?xima capacidad de eliminaci?n de 157.35 y 154.97 gm-3h-1 en ambos BTF?s para una carga de entrada de 225.78 gm-3h-1. En cuanto a la ca?da de presi?n el BTF1 durante las dos primeras fases de operaci?n, es decir, para cargas contaminantes de 17.37 a 52.1 gm-3h-1 estuvo por encima de las del BTF2 experimentando valores de 130.75 a 533.9 Pa m-1; mientras en las dos fases restantes, es decir, para cargas contaminantes de 121.57 a 225.78 gm-3h-1 el BTF2 experiment? mayores ca?das de presi?n comparada con la del BTF1 con valores de 828.09 a 1198.55 Pa m-1; observ?ndose un taponamiento del BTF2 seguido de una disminuci?n en la eficiencia de eliminaci?n; se emple? el lavado de los platos distribuidores como estrategia para resolver este problema. El comportamiento del crecimiento de biomasa en la secci?n inferior durante las dos primeras fases de operaci?n para el BTF1 vari? de 0.015 a 0.028 gSSV/gmedio; mientras para el BTF2 vari? de 0.026 a 0.038 gSSV/gmedio; una disminuci?n del 22% en la concentraci?n de biomasa se observ? en el BTF2 a partir de la tercera fase de operaci?n en la secci?n superior, luego del lavado manual de los platos distribuidores del BTF2. Acorde con lo anterior, los resultados de las variables operacionales estudiadas, adem?s de las capacidades de eliminaci?n y las eficiencias de eliminaci?n obtenidas en el presente trabajo de investigaci?n, demuestran que los biofiltros percoladores son una tecnolog?a eficiente para el manejo de grandes vol?menes de aire (10 ? 300000 m-3h-1) con bajas concentraciones (0 ? 8.3 gm-3) (Govind 2009), econ?mica y ambientalmente limpia; que puede convertirse en uno de los mejores m?todos disponibles para el tratamiento de corrientes de aire contaminados con diversos compuestos vol?tiles, para elevar su escala a nivel industrial

Review of greenhouse gas emissions from the storage and land application of farm dairy effluent

The amounts of farm dairy effluent stored in ponds and irrigated to land have steadily increased with the steady growth of New Zealand's dairy industry. About 80% of dairy farms now operate with effluent storage ponds allowing deferred irrigation. These storage and irrigation practices cause emissions of greenhouse gases (GHG) and ammonia. The current knowledge of the processes causing these emissions and the amounts emitted is reviewed here. Methane emissions from ponds are the largest contributor to the total GHG emissions from effluent in managed manure systems in New Zealand. Nitrous oxide emissions from anaerobic ponds are negligible, while ammonia emissions vary widely between different studies, probably because they depend strongly on pH and manure composition. The second-largest contribution to GHG emissions from farm dairy effluent comes from nitrous oxide emissions from land application. Ammonia emissions from land application of effluent in New Zealand were found to be less than those reported elsewhere from the application of slurries. Recent studies have suggested that New Zealand's current GHG inventory method to estimate methane emissions from effluent ponds should be revised. The increasing importance of emissions from ponds, while being a challenge for the inventory, also provides an opportunity to achieve mitigation of emissions due to the confined location of where these emissions occur. © 2015 © 2015 The Royal Society of New Zealand.

Características de cinzas e sua aplicação no tratamento de gases durante a gasificação de biomassa

Na procura de melhores combustíveis para a produção de energia térmica e energia elétrica, a biomassa apresenta-se como uma das fontes de energia renováveis menos prejudiciais ao meio ambiente, esta é considerada como um recurso neutro do ponto de vista de emissões de dióxido de carbono. Atualmente, a tecnologia predominante no domínio da conversão energética de biomassa por via termoquímica é a combustão. Contudo, verifica-se a procura de combustíveis de melhor qualidade produzidos a partir de biomassa, como por exemplo na forma gasosa (gás de combustível). A produção deste tipo de combustíveis gasosos envolvendo processos de gasificação carece do desenvolvimento de tecnologia que permita obter um gás combustível com características adequadas às utilizações pretendidas. Os problemas mais relevantes relacionados com a conversão termoquímica da biomassa incluem a produção de cinzas e de alcatrões, estes podem levar a vários problemas operatórios. O presente trabalho teve dois objetivos, a caracterização das cinzas resultantes do processo de combustão de biomassa e o estudo do efeito da aplicação das cinzas para melhorar as propriedades do gás produzido durante o processo de gasificação de biomassa, principalmente na redução de compostos condensáveis (alcatrões). As cinzas volantes da combustão de biomassa analisadas apresentam na sua constituição elementos químicos característicos da biomassa, onde o cálcio apresenta-se em concentrações mais elevadas. Em menores concentrações encontram-se sódio, magnésio, fósforo, enxofre, cloro, potássio, manganês e ferro. As cinzas de fundo, pelo contributo que a areia do leito tem, são caracterizadas por conterem grandes concentrações de silício. Durante os processos de gasificação de biomassa a concentração de compostos condensáveis diminuiu com o aumento da razão de equivalência. As cinzas, colocadas no reator de leito fixo, apresentam um efeito positivo sobre a qualidade do gás, nomeadamente um aumento de 47,8% no teor de H2 e de 11% de CO, consequentemente obteve-se um gás combustível com PCI (poder calorífico inferior) mais elevado.