Net greenhouse gas fluxes in Brazilian ethanol production systems

Biofuels are both a promising solution to global warming mitigation and a potential contributor to the problem. Several life cycle assessments of bioethanol have been conducted to address these questions. We performed a synthesis of the available data on Brazilian ethanol production focusing on greenhouse gas (GHG) emissions and carbon (C) sinks in the agricultural and industrial phases. Emissions of carbon dioxide (CO(2)) from fossil fuels, methane (CH(4)) and nitrous oxide (N(2)O) from sources commonly included in C footprints, such as fossil fuel usage, biomass burning, nitrogen fertilizer application, liming and litter decomposition were accounted for. In addition, black carbon (BC) emissions from burning biomass and soil C sequestration were included in the balance. Most of the annual emissions per hectare are in the agricultural phase, both in the burned system (2209 out of a total of 2398 kg C(eq)), and in the unburned system (559 out of 748 kg C(eq)). Although nitrogen fertilizer emissions are large, 111 kg C(eq) ha-1 yr-1, the largest single source of emissions is biomass burning in the manual harvest system, with a large amount of both GHG (196 kg C(eq) ha-1 yr-1). and BC (1536 kg C(eq) ha-1 yr-1). Besides avoiding emissions from biomass burning, harvesting sugarcane mechanically without burning tends to increase soil C stocks, providing a C sink of 1500 kg C ha-1 yr-1 in the 30 cm layer. The data show a C output: input ratio of 1.4 for ethanol produced under the conventionally burned and manual harvest compared with 6.5 for the mechanized harvest without burning, signifying the importance of conservation agricultural systems in bioethanol feedstock production.

Analysis of the emissions of volatile organic compounds from the compression ignition engine fueled by diesel-biodiesel blend and diesel oil using gas chromatography

This paper describes the procedures of the analysis Of Pollutant gases, as volatile organic compounds (benzene, toluene, ethylbenzene, o-xylene, m-xylene and p-xylene) emitted by engines, using high-resolution gas chromatography (HRGC). In a broad sense, CI engine burning diesel was compared with B10 and a drastic reduction was observed in the emissions of the aromatic compounds by using B10. Especially for benzene, the reduction of concentrations occurs on the level of about 19.5%. Although a concentration value below 1 mu g ml(-1) has been obtained, this reduction is extremely significant since benzene is a carcinogenic compound. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Emissions of NO(x) and SO(2) from Coals of Various Ranks, Bagasse, and Coal-Bagasse Blends Burning in O(2)/N(2) and O(2)/CO(2) Environments

Oxy-coal combustion is a viable technology, for new and existing coal-fired power plants, as it facilitates carbon capture and, thereby, can mitigate climate change. Pulverized coals of various ranks, biomass, and their blends were burned to assess the evolution of combustion effluent gases, such as NO(x), SO(2), and CO, under a variety of background gas compositions. The fuels were burned in an electrically heated laboratory drop-tube furnace in O(2)/N(2) and O(2)/CO(2) environments with oxygen mole fractions of 20%, 40%, 60%, 80%, and 100%, at a furnace temperature of 1400 K. The fuel mass flow rate was kept constant in most cases, and combustion was fuel-lean. Results showed that in the case of four coals studied, NO(x) emissions in O(2)/CO(2) environments were lower than those in O(2)/N(2) environments by amounts that ranged from 19 to 43% at the same oxygen concentration. In the case of bagasse and coal/bagasse blends, the corresponding NO(x) reductions ranged from 22 to 39%. NO(x) emissions were found to increase with increasing oxygen mole fraction until similar to 50% O(2) was reached; thereafter, they monotonically decreased with increasing oxygen concentration. NO(x) emissions from the various fuels burned did not clearly reflect their nitrogen content (0.2-1.4%), except when large content differences were present. SO(2) emissions from all fuels remained largely unaffected by the replacement of the N(2) diluent gas with CO(2), whereas they typically increased with increasing sulfur content of the fuels (0.07-1.4%) and decreased with increasing calcium content of the fuels (0.28-2.7%). Under the conditions of this work, 20-50% of the fuel-nitrogen was converted to NO(x). The amount of fuel-sulfur converted to SO(2) varied widely, depending on the fuel and, in the case of the bituminous coal, also depending on the O(2) mole fraction. Blending the sub-bituminous coal with bagasse reduced its SO(2) yields, whereas blending the bituminous coal with bagasse reduced both its SO(2) and NO(x) yields. CO emissions were generally very low in all cases. The emission trends were interpreted on the basis of separate combustion observations.

Emissions from the premixed combustion of gasified polyethylene

An investigation was conducted on pollutants emitted from steady-state, steady-flow gasification and combustion of polyethylene (PE) in a two-stage furnace. The polymer, in pulverized form, was first pyrolyzed at 1000 degrees C, and subsequently, its gaseous pyrolyzates were burned, upon mixing with air at high temperatures (900-1100 degrees C). The motivation for this indirect type of burning PE was to attain nominally premixed combustion of the pyrolyzate gases with air, thereby achieving lower pollutant emissions than those emanating from the direct burning of the solid PE polymer. This work assessed the effluents of the two-stage furnace and examined the effects of the combustion temperature, as well as the polymer feed rate and the associated fuel/air equivalence ratio (0.3 < phi < 1.4). It was found that, whereas the yield of pyrolysis gas decreased with an increasing polymer feed rate, its composition was nearly independent of the feed rate. CO2 emissions peaked at an equivalence ratio near unity, while the CO emissions increased with an increasing equivalence ratio. The total light volatile hydrocarbon and semivolatile polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) emissions of combustion increased with an increasing equivalence ratio. The generated particulates were mostly submicrometer in size. Overall, PAH and soot emissions from this indirect burning of PE were an order of magnitude lower than corresponding emissions from the direct burning of the solid polymer, obtained previously in this laboratory using identical sampling and analytical techniques. Because pyrolysis of this polymer requires a nominal heat input that amounts to only a diminutive fraction of the heat released during its combustion, implementation of this technique is deemed advantageous.

An analysis of US greenhouse gas cap-and-trade proposals using a forward-looking economic model

We develop a forward-looking version of the recursive dynamic MIT Emissions Prediction and Policy Analysis (EPPA) model, and apply it to examine the economic implications of proposals in the US Congress to limit greenhouse gas (GHG) emissions. We find that shocks in the consumption path are smoothed out in the forward-looking model and that the lifetime welfare cost of GHG policy is lower than in the recursive model, since the forward-looking model can fully optimize over time. The forward-looking model allows us to explore issues for which it is uniquely well suited, including revenue-recycling and early action crediting. We find capital tax recycling to be more welfare-cost reducing than labor tax recycling because of its long-term effect on economic growth. Also, there are substantial incentives for early action credits; however, when spread over the full horizon of the policy they do not have a substantial effect on lifetime welfare costs.

Environmental life cycle assessment of concrete made with fine recycled concrete aggregates

The majority of worldwide structures use concrete as its main material. This happens because concrete is economically feasible, due to its undemanding production technology and case Of use. However, it is widely recognized that concrete production has a strong environmental impact in the planet. Natural aggregates use is one of the most important problems of concrete production nowadays, since they are obtained from limited, and in some countries scarce, resources. In Portugal, although there are enough stone quarries to cover coarse aggregates needs for several more years, Supplies of fine aggregates are becoming scarcer, especially in the northern part of the country. On the other hand, as concrete structures' life cycle comes to an end, an urgent need emerges to establish technically and economically viable solutions for demolition debris, other than for use as road base and quarry fill. This paper presents a partial life cycle assessment (LCA) of concrete made with fine recycled concrete aggregates performed with EcoConcrete tool. EcoConcrete is a tailor-made, interactive, learning and communications tool promoted by the Joint Project Group (JPG) on the LCA of concrete, to qualify and quantify the overall environment impact of concrete products. It consists of an interactive Excel-spreadsheet in which several environmental inputs (material quantities, distances from origin to production Site, production processes) and outputs (material, energy, emissions to air, water, soil or waste) are collected in a life cycle inventory, and are then processed to determine the environmental impact (assessment) of the analysed concrete, in terms of ozone layer depletion, smog or "greenhouse" effect.

Torre solar: estudo do rendimento e viabilidade de centrais térmicas solares para produção de energia eléctrica de pequena e média dimensão

O aproveitamento da radiação solar representa um recurso energético extremamente benéfico, quer no âmbito energético, quer no ambiental, contribuindo para a redução das emissões de gases nocivos para a atmosfera. Portugal apresenta uma radiação solar total média anual bastante elevada, colocando-se entre um dos países que apresentam melhores potencialidades para o aproveitamento da energia solar. A torre solar consiste numa estufa com uma determinada extensão com uma chaminé no seu centro e o seu funcionamento baseia-se no aquecimento do ar que circula por baixo da estufa, sendo expelido pela chaminé. Nesta tese é abordado o tema da torre solar e os princípios físicos inerentes ao seu funcionamento. Foi estudado e descrito o método de cálculo de diversos parâmetros e resultados associados ao funcionamento da torre solar. Elaborou-se uma folha de cálculo para obtenção dos valores de simulações de torres com diversas dimensões, tecendo-se conclusões quanto aos resultados e às variações dos mesmos, consoante as alterações de dimensão dos elementos que a constituem. Foram descritos os vários elementos que constituem uma torre solar, bem como as suas características e tipologias. Efectuou-se um estudo com aplicação a um caso real, para se tecer algumas conclusões e comentários relativamente à viabilidade de uma torre solar para a situação em causa. Por fim, com base em todo o trabalho desenvolvido e abordado, foi possível tecer-se algumas conclusões quanto à viabilidade das torres solares.

Mapping atmospheric pollutants emissions in European countries

In this paper we present a methodology which enables the graphical representation, in a bi-dimensional Euclidean space, of atmospheric pollutants emissions in European countries. This approach relies on the use of Multidimensional Unfolding (MDU), an exploratory multivariate data analysis technique. This technique illustrates both the relationships between the emitted gases and the gases and their geographical origins. The main contribution of this work concerns the evaluation of MDU solutions. We use simulated data to define thresholds for the model fitting measures, allowing the MDU output quality evaluation. The quality assessment of the model adjustment is thus carried out as a step before interpretation of the gas types and geographical origins results. The MDU maps analysis generates useful insights, with an immediate substantive result and enables the formulation of hypotheses for further analysis and modeling.

Avaliação energética do Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa

O presente trabalho insere-se no âmbito do Mestrado de Engenharia Química, ramo Optimização Energética na Indústria Química e pretende-se efectuar a avaliação energética do Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa, localizado no Concelho da Maia, tendo como principais bases os Decretos-Lei 78, 79 e 80 de 04 de Abril 2006. Uma vez que a área útil de pavimento do presente edifício é superior a 1000 m2, encontra-se englobado no conceito de Grande Edifício de Serviços (GES). A escolha do Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa para a realização do presente estudo prendeu-se com o facto de ser um objectivo da Câmara Municipal, mais concretamente do Departamento de Conservação e Manutenção de Estruturas Municipais, dar inicio aos procedimentos necessários para a certificação energética dos diversos edifícios Municipais, aliado ao facto das piscinas serem um tipo de edifício desportivo de elevada complexidade em termos de gestão, um grande consumidor de energia e possuidor de uma elevada diversidade de equipamentos. O objectivo principal será o de caracterizar energeticamente o edifício e optimizar os consumos do mesmo, de forma a reduzir, não só os consumos energéticos e respectiva factura, mas também nas emissões dos gases de efeito de estufa (CO2), pelo que a ordem de trabalhos inclui a realização de: - Avaliação Energética de acordo com o n.º1 do artigo 2º e artigo 34º do D. L. 79/2006; - Verificação dos Requisitos de Condução e manutenção das instalações de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC); - Caracterização Energética do Edifício – Índice de Eficiência Energética. A metodologia seguida baseou-se na utilizada para a realização de uma auditoria energética, sendo que foram contempladas as seguintes etapas: estudo pormenorizado da legislação referente à certificação de edifícios; realização de um levantamento de consumos energéticos reais da instalação (com base nas facturas energéticas); das suas características funcionais e levantamento dos vários equipamentos consumidores de energia. O Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa é uma instalação cuja média de consumo de energia eléctrica nos últimos três anos foi de 445969 kWh/ano e de 87300 m3 de gás natural, representando um consumo global de energia primária de 174,85 tep/ano. De acordo com o Sistema de Certificação Energética o Índice de Eficiência Energética determinado é de 54,50 kgep/m2 .ano. Uma vez que o IEE determinado é superior ao valor de IEEReferência existentes, o edifício estará obrigado ao cumprimento de um Plano de Racionalização Energética (PRE). É apresentado um conjunto de medidas que visam uma redução do consumo de energia do edifício e consequentemente uma melhoria no Índice de Eficiência Energética.

HFCs e soluções alternativas viáveis

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

Moradia no centro histórico do Montijo: reabilitação vs construção nova

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Sustentabilidade na reablitação urbana

A indústria da construção é um setor com grande impacto na economia, no Produto Interno Bruto (PIB) e ainda em postos de trabalho diretos e indiretos. No entanto, é um dos setores com maior impacte ambiental. Com a crise económica e financeira que o país atravessa, este setor foi um dos mais afetados, contribuindo para o aumento do desemprego visto tratar-se do setor com maior taxa de empregabilidade. Concomitantemente, ocorre saturação do mercado com a construção nova e desertificação dos centros urbanos com a degradação das habitações. Assim, como impulsionador da economia, surge a aposta na reabilitação do parque edificado que, com a legislação em vigor e com os incentivos dados pela tutela tem tudo para impulsionar o setor. Sabendo que a indústria da construção é um dos setores com maiores impactes ambientais, faz todo o sentido reabilitar-se de uma forma mais sustentável. Aplicando os princípios da sustentabilidade a todo o ciclo de vida do edifício, conseguimos reduzir os recursos na fase de construção (resíduos de construção) e na fase de exploração (consumo de energia e de água). Podemos ainda reduzir os custos de energia para climatização ao termos em conta a orientação do edifício e a envolvente, os recursos naturais e aplicando tecnologias solares passivas. Assim, ao aplicarmos os princípios da construção sustentável na reabilitação urbana podemos diminuir os impactes ambientais, a produção de CO2, as emissões de gases com efeito de estufa, os resíduos de construção e a área impermeabilizada.

Gestão de instalações eléctricas para optimização do desempenho, eficiência e qualidade de energia em grandes edifícios com integração de Miniprodução

As alterações climáticas e as emissões de CO2 são questões que suscitam a nível internacional e nacional o desenvolvimento de estratégias que atenuem os seus impactes. A Eficiência Energética (EE) é essencial para que num futuro próximo não haja impactes significativos no meio ambiente devido a elevado e ineficiente consumo energético. A União Europeia (UE) e Portugal têm desenvolvido políticas e programas que estimulam a eficiência energética, bem como a diminuição de gases com efeito de estufa (GEE) e a promoção da utilização de fontes de energia renovável. Por outro lado vivemos numa sociedade que passa cerca de 80% do seu tempo em edifícios e, nestes, é consumida 40% da energia mundial. Com uma dependência energética superior a 80%, Portugal tem vindo a apostar, nos últimos anos, em fontes de energia renovável. Esta aposta serve como substituição de fontes, mas não leva directamente à redução de consumos. A redução da factura de energia só pode ser atingida com uma maior eficiência energética e melhores práticas de gestão de energia em edifícios, transportes e industria. Esta dissertação centra-se especificamente num conjunto de edifícios públicos, património municipal da autarquia de Matosinhos, cujo modelo de fornecimento da energia eléctrica é passível de análise crítica no sentido de uma optimização radical ao nível da concepção da rede e exploração, com consequente redução de custos ao nível da facturação. Esta nova metodologia de exploração e gestão de sistemas eléctricos incidirá na criação de um “campus” energético autárquico resultante do novo layout da rede e respectivo fornecimento de energia a partir da rede de distribuição pública. O estudo permitirá fornecer ferramentas fundamentais para a gestão municipal e empresarial ao nível da sustentabilidade energética nos edifícios públicos com abrangência aos serviços empresariais. De referir que a gestão das instalações eléctricas para optimização do desempenho, eficiência e qualidade de energia é aplicável aos 308 municípios nacionais com relevância para as empresas que apresentam consumos significativos nos seus edifícios. Enquanto funcionário da Câmara Municipal de Matosinhos, este município foi uma escolha natural como referência, na análise da relação existente entre a administração local e a gestão da energia. Para ajudar à análise foi efectuado um benchmarketing a cinco edifícios municipais: Edifício dos Paços do Concelho, Biblioteca Municipal Florbela Espanca, Palacete Visconde Trevões, ex-Edifício dos SMAS e Edifício do ex-Tribunal, visando potenciar a correcta gestão de energia destes edifícios por parte das entidades que os gerem, perante novas oportunidades de melhoria e soluções encontradas. Como contributo às metas impostas pela Directiva 2009/28/CE para 2020, a qual prevê uma redução de 20% no consumo final de energia através da eficiência energética, a incorporação de 20% de energia renovável no consumo energético global e a consequente redução em 20% da emissão de GEE, é apresentado um estudo ao nível de um parque fotovoltaico com a componente técnica e económica.

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 para a optimização dos sistemas de climatização com vista à obtenção de um edifício com baixas necessidades energéticas em climatização

A presente tese tem como principal objectivo abordar o tema da eficiência energética em edifícios, no que se refere aos sistemas de climatização. O desenvolvimento deste projecto realizou-se em torno dos consumos energéticos dos diferentes sistemas de climatização estudados (e por conseguinte da envolvente do edifício), focando o cumprimento dos requisitos térmico e energéticos das normas vigentes (RCCTE e RSECE) em Portugal, tendo como objectivo identificar os parâmetros com maior impacto e a relação tendencial entre as soluções construtivas e tecnológicas adoptadas, sempre com o horizonte de maximizar a eficiência energética e diminuir a dependência face à energia primária e consequentemente a emissão de gases que provocam o efeito de estufa. É âmbito desta tese comparar diferentes tipos de sistemas de climatização a nível energético e torná-los os mais eficientes possíveis, para que também se possam tornar monetariamente aliciantes e aumentar o rácio entre benefício/custo. Para tal, numa primeira fase foi feito um estudo térmico da envolvente do edifício, tendo sido utilizado um software de simulação energética de edifícios acreditado pela norma ASHRAE 140-2004 para se poder compreender como o edifício se comportava ao longo do ano, e introduzir algumas correcções na respectiva envolvente, para baixar as potências térmicas/eléctricas dos equipamentos do sistema de AVAC. De seguida foram estudados três sistemas possíveis de climatização para o edifício, de modo a identificar o mais eficiente numa base anual, bem como a possibilidade de combinar o uso de fontes de energia renováveis com o intuito de satisfazer ao máximo as necessidades térmicas do edifício e, ainda, de minimizar o consumo de energia de origem não renovável. Por fim, para avaliar as diferentes potencialidades de cada sistema de climatização estudado, fez-se o respectivo estudo à sua viabilidade económica. Nas considerações finais da presente tese é realizado um estudo aos benefícios que uma possível alteração da arquitectura do edifício pode trazer no aumento da iluminação natural do mesmo integrado com um controlo da iluminação artificial necessária para os diferentes espaços climatizados. Os resultados obtidos foram comparados entre si e corrigir a envolvente exterior reduz os consumos energéticos do edifício em cerca de 11%. As medidas correctivas propostas no sistema de climatização base originam uma redução energética igual a 43%. A nível ambiental, é possível a redução do número de emissões de CO2 em cerca de 72.1%.