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Estratégias de apoio para melhorar a qualidade do ar em áreas portuárias
Despite their key contribution to economic development, harbours pose
environmental threat, affecting air quality, local climate, and human health, due to
the release of several pollutants. Poor local air quality episodes are particularly
concerning when harbours are located near densely populated urban areas,
threatening inhabitants’ health.
This Thesis was focused on the assessment of the impact of harbour emissions on
the air quality over harbours and their surrounding urban areas, with a final goal of
producing guidelines to support decision-making in the harbour sector and air
quality management, using Port of Leixões as a case-study. After reviewing the
state-of-the-art in this research field, a high-resolution emission inventory was
developed, based on the two most used methodologies within the scientific
community. Data about ship and cargo handling equipment were compiled, allowing
the quantification of emissions and identification of their main sources. The
comparison of the two methodologies indicates that a new harmonized methodology
is recommended, besides the need of continuous update of emission factors and
activity data.
Having the detailed emission inventory, the community-scale webtool C-PORT was
applied for the first time in European harbours to simulate the impact of the maritime
emissions on local air quality. The comparison of modelled and observed values
validated its application for the case study of Port of Leixões. The highest PM10
concentrations were found near the South Container Terminal of Port of Leixões,
while NOx concentrations above 100 µg/m3 were also found near the highway.
Land-based emission sources exhibited the highest contribution (around 80 %) to
the PM10 concentrations in the study area, while 50 % of NOx concentration was
due to docked ships.
Mitigation measures were investigated and assessed to improve air quality in
harbours and their surroundings. In a case-study, pollutant dispersion was
addressed, aiming to control fugitive petcoke emissions and their impact on Port of
Aveiro’s neighbour communities. Optimal structure, size and position of a physical
barrier were defined based on numerical and physical modelling, achieving a
maximum reduction in petcoke dust reaching the nearby residential area of 74 – 88
% for the most frequent/critical wind directions. The studied barrier has been
implemented in the field and monitoring campaigns are currently being carried out
to assess its effectiveness.Apesar do seu papel-chave no desenvolvimento económico, os portos marítimos
constituem uma ameaça ambiental, com impactes na qualidade do ar, clima local,
e saúde humana, devido à emissão de inúmeros poluentes. Episódios de má
qualidade do ar a nível local são particularmente preocupantes no caso de portos
localizados nas imediações de áreas urbanas densamente povoadas, pondo em
risco a saúde dos habitantes locais.
Esta Tese focou-se no impacte das emissões portuárias na qualidade do ar em
portos e suas vizinhanças urbanas. O objetivo final foi a produção de
recomendações de suporte à tomada de decisão no setor portuário e gestão da
qualidade do ar, usando o Porto de Leixões como caso-de-estudo. Após uma
revisão do estado-da-arte neste campo, foi desenvolvido um inventário de
emissões de alta-resolução, aplicando as duas metodologias mais frequentemente
usadas na comunidade científica. Foram compilados dados sobre navios e
equipamentos portuários, permitindo a quantificação das emissões e identificação
das suas fontes maioritárias. Deste procedimento resultaram recomendações
sobre o desenvolvimento de uma nova metodologia harmonizada. Ficou ainda
evidenciada a relevância da atualização dos fatores de emissão e dos dados
disponíveis sobre as diferentes atividades portuárias.
Dispondo deste inventário de emissões, o C-PORT, uma ferramenta web de escala
comunitária, foi aplicado pela primeira vez em portos europeus, para simular o
impacte das emissões marítimas na qualidade do ar local. A comparação dos
valores modelados com medições de campo validou a aplicação desta ferramenta
ao caso-de-estudo do Porto de Leixões. A concentração mais elevada de PM10 foi
registada no Terminal de Contentores Sul, registando-se também elevada (> 100
µg/m3
) concentração de NOx junto à autoestrada vizinha. A maior contribuição
(cerca de 80 %) para a emissão global de PM10 na área de estudo adveio de fontes
de emissão terrestres, enquanto os navios atracados contribuíram com cerca de
50 % das emissões de NOx. Esta Tese inclui a análise de medidas de mitigação
capazes de melhorar a qualidade do ar em portos marítimos e sua vizinhança. O
caso-de-estudo apresentado foca-se na dispersão de poluentes, com o intuito de
controlar a emissão de partículas de petcoke do Porto de Aveiro, e o seu impacte
nas comunidades vizinhas. Com esse objetivo, foi estudada, através de simulação
física e numérica, a composição, dimensão e posicionamento de uma barreira
física. A solução otimizada permitiu reduzir em 74 % – 88 % para as direções de
vento mais frequentes/críticas nesta região, estando atualmente implementada no
terreno.Programa Doutoral em Ciências e Engenharia do Ambient
Biocatálise aplicada à valorização de óleos alimentares usados
Mestrado em Engenharia do AmbienteO crescente consumo de energia, bem como a possibilidade de esgotamento dos recursos não renováveis, tem fomentado a busca de fontes de energia alternativas. O biodiesel é um biocombustível obtido a partir de fontes renováveis e a sua utilização permite reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. Nos últimos anos tem-se produzido biodiesel a partir de óleos alimentares usados (OAU), sendo que com esta aplicação valoriza-se um resíduo e simultaneamente produz-se um combustível “verde”. O biodiesel é produzido através das reações de transesterificação e/ou esterificação entre triglicerídeos e/ou ácidos gordos livres e um álcool, na presença de um catalisador. O rendimento do processo está estritamente relacionado com o tipo de catalisador e as condições que este opera. O principal objetivo do presente trabalho consistiu na avaliação do efeito de alguns parâmetros operacionais no desempenho de uma lípase imobilizada (Novozyme® 435), nomeadamente: (i) índice de acidez do óleo, (ii) razão mássica de enzima/óleo e (iii) método regeneração da enzima com vista à sua reutilização. Também foi objeto de estudo do presente trabalho a produção em contínuo, num (bior)reator tubular de leito fixo, de ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME) usando a referida enzima. Registou-se um aumento rendimento em com o incremento do índice de acidez do óleo usado, o que indicia que a enzima catalisa simultaneamente as reações de esterificação e transesterificação. Relativamente à razão mássica de enzima/óleo, dentro da gama testada verificou-se um aumento do rendimento em FAME com a concentração da enzima em meio reacional. Dos vários solventes testados, a aplicação de solvente tert-butanol na regeneração (com incubação) da enzima foi o que melhores resultados teve. Finalmente, os resultados obtidos no ensaio de produção de FAME num biorreator contínuo são motivadores, criando expectativas de uma possível aplicação industrial no futuro.The increasing energy consumption and the non-renewable resources depletion has encouraged the search for alternative energy sources. Biodiesel is a biofuel obtained from renewable sources which utilization allows aiming the reduction on greenhouse effect gases emissions. In the last few years, biodiesel has been produced from used cooking oil, since this application promotes the valorization of a waste and the production of a green fuel, simultaneously. Biodiesel is produced through transesterification reactions and/or esterification between triglycerides and/or fatty acids and an alcohol, in the presence of an appropriate catalyst. The efficiency of the process is strictly related with the type of catalyst and the operational conditions. The main goal of this study was to evaluate the effect of some operational parameters in an immobilized lipase’s performance (Novozyme® 435), namely: (i) oil’s acidity index, (ii) enzyme/oil mass ratio and (iii) applied treatment on the enzyme regeneration stage, in order to reutilize it. It was also a goal to study the production in a continuous regime, in a fixed bed bio(reactor), of fatty acid methyl esters (FAME) using the referred enzyme.
It has been registered an increased efficiency on FAME with the oil acidity index rise, which indicates that the enzyme catalyzes simultaneously both the esterification and transesterification reactions. Concerning the enzyme/oil mass ratio , within the tested range, an increase was registered on FAME efficiency with enzyme concentration in the reactional medium. Among several solvents tested on enzyme washing, tert-butanol was the one with the better performance. Finally, the results obtained from the FAME production on a continuous bioreactor essay are motivating, creating some expectations on its possible future application at an industrial level