Optimizing the bioenergy water footprint by selecting SRC willow canopy phenotypes: regional scenario simulations

© The Author(s) 2019. Published by Oxford University Press on behalf of the Annals of Botany Company. All rights reserved. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), which permits unrestricted reuse, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.Background and Aims: Bioenergy is central for the future energy mix to mitigate climate change impacts; however, its intricate link with the water cycle calls for an evaluation of the carbon–water nexus in biomass production. The great challenge is to optimize trade-offs between carbon harvest and water use by choosing cultivars that combine low water use with high productivity. Methods: Regional scenarios were simulated over a range of willow genotype × environment interactions for the major UK soil × climate variations with the process-based model LUCASS. Soil available water capacity (SAWC) ranged from 51 to 251 mm and weather represented the north-west (wet, cool), north-east (dry, cool), south-west (wet, warm) and south-east (dry, warm) of the UK. Scenario simulations were evaluated for small/open narrow-leaf (NL) versus large/closed broad-leaf (BL) willow canopy phenotypes using baseline (1965–89) and warmer recent (1990–2014) weather data. Key Results: The low productivity under baseline climate in the north could be compensated by choosing BL cultivars (e.g. ‘Endurance’). Recent warmer climate increased average productivity by 0.5–2.5 t ha−1, especially in the north. The modern NL cultivar ‘Resolution’ had the smallest and most efficient water use. On marginal soils (SAWC <100 mm), yields remained below an economic threshold of 9 t ha−1 more frequently under baseline than recent climate. In the drought-prone south-east, ‘Endurance’ yielded less than ‘Resolution’, which consumed on average 17 mm year−1 less water. Assuming a planting area of 10 000 ha, in droughty years between 1.3 and 4.5 × 106 m3 of water could be saved, with a small yield penalty, for ‘Resolution’. Conclusions: With an increase in air temperature and occasional water scarcities expected with climate change, high-yielding NL cultivars should be the preferred choice for sustainable use of marginal lands and reduced competition with agricultural food crops.Peer reviewedFinal Published versio

Influence of graduation towers on average annual cations content in sorption complex and soil solution of black earths in the Town of Inowroclaw

Badaniami objęto gleby zlokalizowane w Parku Zdrojowym w Inowrocławiu, będące pod stałym wpływem tężni. Stałe oddziaływanie aerozoli unoszących się z tężni może na tyle zmodyfikować skład chemiczny gleb, że przestaną one w niedalekiej przyszłości funkcjonować jako czarne ziemie, a staną się glebami słono-sodowymi czy glebami antropogennymi słonymi. Ten specyficzny czynnik antropogenny powoduje wzrost stężenia kationów wapniowych i sodowych, zmieniając tym samym istotnie skład kompleksu sorpcyjnego analizowanych gleb. Analizy zawartości poszczególnych kationów w kompleksie sorpcyjnym wykazały wyraźną dominację jonów wapnia (91,42÷333,35 mmol(+)·kg–1), który w kilku profilach uzyskał często dwu- lub nawet trzykrotnie większe wartości stężenia niż w kujawskich czarnych ziemiach niepoddanych antropopresji. Kolejne miejsce w obsadzie kompleksu sorpcyjnego zajmował sód (16,28÷73,46 mmol(+)·kg–1). Badane gleby przyjmowały w większości poziomów wartości pośrednie stężenia sodu wymiennego, to znaczy charakteryzowały się kilkakrotnie większym stężeniem kationów sodowych w stosunku do niezasolonych czarnych ziem, jednak mniejszymi wartościami stężenia Na+ niż w glebach poddanych silnej antropopresji przez przemysł sodowy. Pozostałe badane pierwiastki (Mg2+, K+) charakteryzowały się małym stężeniem zarówno w kompleksie sorpcyjnym, jak i roztworze glebowym i nie wykazywały cech akumulacji w którymkolwiek z poziomów genetycznych.The research concerns soils located in the Inowrocław Spa Park, under continuous influence of graduation towers. Such a continuous impact of aerosols may modify chemical composition of soils, and may lead to transformation of black earths into salt-affected anthropogenic soils in the nearest future. This specific anthropogenic factor effected the increase of calcium and sodium cations content, significantly changing the composition of soil sorption complex of the analyzed soils. The results of separate cations content in sorption complex showed the domination of calcium cations (91.42÷333.35 mmol(+)·kg–1), which in several soil profiles attained a two or even three times higher value than in Cuiavian black earths under no anthropogenic influence. Sodium came second in content series of cations (16.28÷73.46 mmol(+)·kg–1). In most of the horizons of the investigated soils the content of these exchangeable cations was on average level. It means that the content of sodium cations was several times higher than in the black earths not affected by salt, yet lower than in soils under the influence of sodium industry. The rest of the analyzed cations (Mg2+, K+) were characterized by low concentration both in soil sorption complex and in the soil solution and did not show accumulation characteristics in any genetic horizons

Wpływ tężni na wartości średnioroczne kationów w czarnych ziemiach w Inowrocławiu

The research concerns soils located in the Inowroclaw Spa Park, under continuous influence of graduation towers. Such a continuous impact of aerosols may modify chemical composition of soils, and may lead to transformation of black earths into salt-affected anthropogenic soils in the nearest future. This specific anthropogenic factor effected the increase of calcium and sodium cations content, significantly changing the composition of soil sorption complex of the analyzed soils. The results of separate cations content in sorption complex showed the domination of calcium cations (91.42–333.35 mmol kg–1), which in several soil profiles attained a two or even three times higher value than in Cuiavian black earths under no anthropogenic influence. Sodium came second in content series of cations (16.28–73.46 mmol kg–1). In most of the horizons of the investigated soils the content of these exchangeable cations was on average level. It means that the content of sodium cations was several times higher than in the black earths not affected by salt, yet lower than in soils under the influence of sodium industry. The rest of the analyzed cations (Mg2+, K+) were characterized by low concentration both in soil sorption complex and in the soil solution and did not show accumulation characteristics in any genetic horizons.Badaniami objęto gleby zlokalizowane w Parku Zdrojowym w Inowrocławiu, będące pod stałym wpływem tężni. Stałe oddziaływanie aerozoli unoszących się z tężni może na tyle zmodyfikować skład chemiczny gleb, że przestaną one w niedalekiej przyszłości funkcjonować jako czarne ziemie, a staną się glebami słono-sodowymi czy glebami antropogennymi słonymi. Ten specyficzny czynnik antropogenny powoduje wzrost stężenia kationów wapniowych i sodowych, zmieniając tym samym istotnie skład kompleksu sorpcyjnego analizowanych gleb. Analizy zawartości poszczególnych kationów w kompleksie sorpcyjnym wykazały wyraźną dominację jonów wapnia (91.42-333.35 mmol kg-1), który w kilku profilach uzyskał często dwu- lub nawet trzykrotnie wyższe wartości stężenia niż w czarnych ziemiach kujawskich nie poddanych antropopresji. Kolejne miejsce w obsadzie kompleksu sorpcyjnego zajmował sód (16.28-73.46 mmol kg-1). Badane gleby przyjmowały w większości poziomów wartości pośrednie stężenia sodu wymiennego, to znaczy charakteryzowały się kilkukrotnie większym stężeniem kationów sodowych w stosunku do niezasolonych czarnych ziem, jednak mniejszymi wartościami stężenia Na+ niż w glebach poddanych silnej antropopresji przez przemysł sodowy. Pozostałe analizowane pierwiastki (Mg2+, K+) charakteryzowały się niskim stężeniem zarówno w kompleksie sorpcyjnym, jak i roztworze glebowym i nie wykazywały cech akumulacji w którymkolwiek z poziomów genetycznych

Seasonal and spatial variability of sodium and chlorine in the soils of Inowroclaw Spa Park

Badaniami objęto czarne ziemie zlokalizowane w parku zdrojowym w Inowrocławiu, będące pod stałym wpływem tężni. Ten specyficzny czynnik antropogenny powoduje wzrost stężenia jonów sodowych i chlorkowych, zmieniając tym samym istotnie skład kompleksu sorpcyjnego i roztworu glebowego analizowanych gleb. Analizy przeprowadzono na 27 próbkach powierzchniowych pobranych trzykrotnie w ciągu roku (wiosna, lato, jesień). Obliczenia geostatystyczne obejmowały wykreślenie semiwariogramów z danych empirycznych, opracowanie ich modeli oraz wykreślenie na ich podstawie map zmienności przestrzennej badanych składników. Przed wykonaniem map dane były estymowane metodą krigingu punktowego, a zgodność modelu z wariogramem weryfikowano metodą kross-walidacji. Do wykonana modeli semiwariogramów badanych składników wykorzystano modele: sferyczny, liniowy i efektu samorodka. Otrzymane modele dla semiwariogramów jonów chlorkowych, wymiennych i wodnorozpuszczalnych jonów sodowych wykazały, że zakres ich oddziaływania mieści się w przedziale 61÷148 m. Również w rozkładzie przestrzennym we wszystkich badanych składnikach przeważała zmienność strukturalna (długiego zasięgu), co potwierdziła niska wartość efektu samorodka (nugget effect) (8,5÷14,9%). Z badanych składników największą zmiennością przestrzenną charakteryzowały się wymienne jony Na+, na co wskazuje największa wartość wariancji progowej (sill) (59,8÷237,4 (mmol/kg)2). Natomiast najmniejszą zmienność przestrzenną miały jony chlorkowe (0,91÷127,7 (mmol/kg)2). Porównując zmienność w poszczególnych sezonach, stwierdzono, że największą zmiennością charakteryzowały się badane składniki w okresie letnim (121,6÷237,4 (mmol/kg)2).The research covered Phaeozems (WRB 2007) located in the Spa Park in the town of Inowroclaw, which are under continuous influence of graduation towers. This specific anthropogenic factor induces the increased concentration of calcium, sodium and chloride ions, and thus significantly modify the composition of the sorption complex and the soil solution of the analysed soils. Analyses were carried out on 27 surface samples collected three times per year (spring, summer, autumn). Geostatistical calculations included plotting of semivariograms based on empirical data, drawing up their models and based on them - plotting of spatial variability maps of the studied components. Before maps were drawn, the data were estimated by the method of point kriging, and the goodness of fit of a model to a variogram was verified by the method of cross-validation. Spherical and linear models, as well as the nugget effect were applied in order to prepare the models of semivariograms for the studied elements. The obtained models for semivariograms of chloride ions, exchangeable and water-soluble sodium ions proved that their interactions range from 61 to 148 m. Structural variability prevailed also in the spatial distribution in all studied components (long range), which was confirmed by a low value of the nugget effect (8.5÷14.9%). Among the studied components, exchangeable Na+ ions were characterised by the highest spatial variability, and this is indicated by the highest sill value (59.8÷237.4 (mmol/kg)2). Whereas, chloride ions were characterised by the lowest spatial variability (0.91÷127.7 (mmol/kg)2). When comparing particular seasons, the highest variability of the studied components occured in the summer (121.6÷237.4 (mmol/kg)2)

Performance evaluation of engine oils with the use of paper chromatography

Niniejszy artykuł zawiera ocenę wartości użytkowej oleju silnikowego (OM5W30TD), eksploatowanego w samochodzie Škoda Fabia, na podstawie chromatografii bibułowej. Zaprezentowany został tester bibułowy opracowany według własnej procedury. W ramach opisanego eksperymentu obserwowano zmiany właściwości dyspergujących (rozpraszających) oleju występujące w trakcie rzeczywistej eksploatacji pojazdu. W pracy skupiono uwagę na interpretacji obrazów otrzymanych dla oleju pracującego w silniku o zapłonie samoczynnym. Zaprezentowano obrazy plam w oleju ze skutecznie działającym detergentem oraz w oleju zawierającym duże ilości zanieczyszczeń. Przedstawiono fotografie, które świadczą o dużej zawartości sadzy (lub/i innych zanieczyszczeń będących wynikiem procesu spalania) w przedmiotowym oleju oraz stanowią przesłankę dla jego wymiany. Zaproponowano narzędzie diagnostyczne, które – wykorzystywane regularnie – może okazać się pomocne przy szacunkowym określeniu czasu, kiedy właściwości rozpraszające oleju silnikowego przestają być wystarczające do bezpiecznej i bezawaryjnej eksploatacji silnika w bazach transportowych.The article focuses on performance evaluation of the engine oil (OM5W30TD) in a Skoda Fabia with the use of paper chromatography. It also presents a special paper tester, that has been designed and developed by the author. As part of the experiment, the changes in the dispersive (scattering) properties of oil occurring during operation of the vehicle, have been analyzed. The study focuses on the interpretation of the images, obtained from oil testing in a diesel engine. Two types of oil stain images are presented: those observed in oil with an effective detergent, and those in oil containing large amounts of contaminants. The article includes photographs, that prove a high content of carbon black (and/or other contaminants resulting from the combustion process) in the examined oil, thus suggesting oil change. The proposed diagnostic tool, if used regularly, may be helpful in determining the estimated time when the dispersive properties of oil are no longer sufficient for safe and trouble-free operation of the engines in transport bases

Koncepcja modelu centrum logistycznego jako węzłowego punktu sieci transportowo-logistycznej

The paper presents a concept of a logistics centre model. The model is based on defined output/input flows of goods. Therefore it is possible to determine and estimate the load of elements of the centre infrastructure being at the disposal of individual service providers operating within the centre. Input and output flows are defined on the basis of the balance of flows directed to the centre from the whole logistics and transport network and are considered split into: product groups, types of transport, various transport forms of cargo. The seasonal nature of these flows has been taken into consideration. The calculations of infrastructure load assume that every service provider operating within the centre can also use elements of infrastructure owned by other centre users. The proposed model can serve various purposes. An emphasis is put herein on the possibility of estimating the degree of the transport and logistics infrastructure load of the centre on the basis of historical data as well as on the basis of forecasts. As a result, the needs related to the access to the infrastructure can be specified and used to determine and verify investment plans.W referacie przedstawiono koncepcję modelu centrum logistycznego, pozwalającego - w oparciu o zdefiniowane dane o strumieniach wejścia i wyjścia - na określenie i ocenę stopnia obciążenia elementów infrastruktury centrum, będącej w dyspozycji poszczególnych usługodawców działających na jego terenie. Strumienie wejścia i wyjścia są definiowane na podstawie bilansu strumieni kierowanych do centrum z całej sieci logistyczno- transportowej i są rozpatrywane w podziale na: grupy towarowe, rodzaje transportu, różne postaci transportowe ładunków. Uwzględniona została sezonowość tych strumieni. W obliczeniach obciążeń infrastruktury przyjęto możliwość wykorzystywania przez każdego z usługodawców działających na terenie centrum także elementów infrastruktury należących do innych użytkowników centrum. Zaproponowany model może służyć różnym celom. W niniejszym artykule położono nacisk na możliwość szacowania stopnia obciążenia infrastruktury transportowo- logistycznej centrum, na podstawie danych historycznych, ale także w oparciu o prognozy. Pozwoli to na określenie potrzeb związanych z dostępem do infrastruktury i może zostać wykorzystane do ustalania i weryfikacji planów inwestycyjnych

Life cycle assessment of Crambe abyssinica production for an integrated multi-product biorefinery

For decades, energy and chemical industry markets have been dominated by resources acquired from fossil fuels. The resources are steadily shrinking and access to them is becoming increasingly difficult. Therefore, alternative methods of producing fuels or chemicals from renewable sources are being sought. The crambe (Crambe abyssinica) is an oil plant with a high content of erucic acid, regarded as a feedstock for integrated biorefineries. Production of fuels or chemicals from biomass should be conducted in a sustainable way. Therefore, the aim of the study was to use the life cycle assessment method to determine the impact on the environment of the production of crambe compared to spring rape. The results showed that spring rape affected the environment more strongly in 9 out of 10 impact categories by the CML 2000 baseline method, considering the impact per 1ha. The cultivation of crambe with (Crambe II) and without herbicides (Crambe I) had the greatest impact in the category of terrestrial ecotoxicity. When an impact per 1kg of seeds was considered, it was noted that spring rape had a greater effect only in 1 out of 10 effect categories – human toxicity. The differences were associated with a much lower yield of crambe obtained in the experiment compared to spring rape. In conclusion, the environmental impact of the “weak links” in the crambe production, mineral fertilisation and a low yield, should be minimised