Storage of carbon dioxide is being actively considered for the reduction of green house gases. To make an impact on the environment CO2 should be put away on the scale of gigatonnes per annum. The storage capacity of deep saline aquifers is estimated to be as high as 1,000 gigatonnes of CO2.(IPCC). Published reports on the potential for sequestration fail to address the necessity of storing CO2 in a closed system. This work addresses issues related to sequestration of CO2 in closed aquifers and the risk associated with aquifer pressurization. Through analytical modeling we show that the required volume for storage and the number of injection wells required are more than what has been envisioned, which renders geologic sequestration of CO2 a profoundly nonfeasible option for the management of CO2 emissions unless brine is produced to create voidage and pressure relief. The results from our analytical model match well with a numerical reservoir simulator including the multiphase physics of CO2 sequestration. Rising aquifer pressurization threatens the seal integrity and poses a risk of CO2 leakage. Hence, monitoring the long-term integrity of CO2 storage reservoirs will be a critical aspect for making geologic sequestration a safe, effective and acceptable method for greenhouse gas control. Verification of long-term CO2 residence in receptor formations and quantification of possible CO2 leaks are required for developing a risk assessment framework. Important aspects of pressure falloff tests for CO2 storage reservoirs are discussed with a focus on reservoir pressure monitoring and leakage detection. The importance of taking regular pressure falloffs for a commercial sequestration project and how this can help in diagnosing an aquifer leak will be discussed. The primary driver for leakage in bulk phase injection is the buoyancy of CO2 under typical deep reservoir conditions. Free-phase CO2 below the top seal is prone to leak if a breach happens in the top seal. Consequently, another objective of this research is to propose a way to engineer the CO2 injection system in order to accelerate CO2 dissolution and trapping. The engineered system eliminates the buoyancy-driven accumulation of free gas and avoids aquifer pressurization by producing brine out of the system. Simulations for 30 years of CO2 injection followed by 1,000 years of natural gradient show how CO2 can be securely and safely stored in a relatively smaller closed aquifer volume and with a greater storage potential. The engineered system increases CO2 dissolution and capillary trapping over what occurs under the bulk phase injection of CO2. This thesis revolves around identification, monitoring and mitigation of the risks associated with geological CO2 sequestration.

This study aimed to gain an understanding of changing active layer dynamics in the High Arctic, specifically in terms of understanding the spatial distribution of mudboils to identify climatic and landscape controls, and active layer processes driving their formation. Systematic mapping of mudboils and sediment and water sampling was undertaken at the Cape Bounty Arctic Watershed Observatory (CBAWO), Melville Island, Nunavut in 2012 and 2013. Based on borehole stratigraphic profiles taken at CBAWO, three primary soil units were determined: mudboils at surface; overburden (soil) material; and a grey, fine-grained layer at approximately 80cm depth. These soil classes were used for comparison to gain an understanding of the properties and origins of the mudboil materials. Results indicate that these features only occur late in the melt season during exceptionally warm years (2007, 2011, and 2012) and in some cases closely follow major rainfall events. High-resolution satellite imagery was analyzed to determine landscape controls over mudboil formation. Notably, mudboils were significantly associated with bare soil and polar semi-desert vegetation settings, corresponding to increased active layer depth and rate of thaw when compared to more vegetated areas. Further, localized occurrence of mudboils appears to be related to differential soil moisture retention and spatially heterogeneous soil water pressurization due to thaw into the ice-rich transient layer in warm years. We hypothesize that the locally drier locations develop soil ped structures that contribute to diapir development and mud ejection when seasonal melt and hydraulic conditions pressurize soil water. Geotechnical and geochemical analysis of soil samples indicates that mudboils at surface do not significantly differ in terms of composition and physical properties from the undisturbed overburden material. This is consistent with a fine-grained slurry likely being generated in situ from a parent bed and subsequently ejected to surface. This research provides insights into the processes and landscape controls over mudboil formation to aid in understanding localized soil water response to deep summer thaw, with implications for surface water quality and predictions and potential mitigation of permafrost-related degradation and disturbance. / Thesis (Master, Geography) -- Queen's University, 2014-05-22 13:56:49.078

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A produção de proteínas recombinantes é uma ferramenta essencial para a indústria biotecnológica e suporta a expansão da pesquisa biológica moderna. Uma variedade de hospedeiros pode ser utilizada para produzir estas proteínas e dentre eles, as bactérias E. coli são as hospedeiras mais utilizadas. No entanto, a expressão heteróloga de genes em E. coli frequentemente resulta em um processo de enovelamento incompleto que leva ao acúmulo de agregados insolúveis, conhecidos como corpos de inclusão (CI). Altas pressões hidrostáticas são capazes de desfavorecer interações intermoleculares hidrofóbicas e eletrostáticas, levando à dissociação dos agregados e por isso são úteis para solubilizar e renaturar proteínas agregadas em CI. O presente trabalho teve como objetivo o estudo do processo de desagregação dos CI e de renaturação das proteínas oligoméricas subunidade B da toxina colérica (CTB) e região globular da fibra adenoviral (RGFA) utilizando altas pressões hidrostáticas. A toxina colérica (CT) é composta por uma subunidade A e cinco subunidades B combinadas em uma holotoxina AB5. A CTB é a porção pentamérica não tóxica da CT, responsável pela ligação da holotoxina ao receptor gangliosídeo GM1. A fibra do adenovírus é uma proteína homotrimérica que forma parte do capsídeo viral, organizada em três regiões: a cauda N-terminal, a haste central e a região C-terminal (região globular). A RGFA se liga à proteína de membrana CAR nas células hospedeiras e promove a internalização do vírus. Os estudos apresentados neste trabalho demonstraram que a alta pressão hidrostática foi eficaz na desagregação dos CI da CTB e da RGFA. As condições de renaturação foram otimizadas utilizando-se diferentes proporções do par redox glutationa oxidada e reduzida, concentrações de agentes caotrópicos, presença de aditivos e esquemas diferenciados de compressão/descompressão daqueles previamente descritos na literatura. CTB solúvel e pentamérica foi obtida pela compressão da suspensão de CI a 2,4 kbar por 16 horas em tampão TrisHCl 50 mM pH 8,5, 1 mM de tween 20 e descompressão direta seguida de incubação em pressão atmosférica. O rendimento de renaturação da CTB solúvel e pentamérica foi de até 45 % e 288 mg de CTB/litro de cultura bacteriana. Esta proteína apresentou estrutura regular e atividade biológica. RGFA trimérica foi obtida pela compressão da suspensão de CI em tampão TrisHCl 50 mM pH 8,0 e 0,5 M de L-arginina a 2,4 kbar por 1,5 horas e 0,4 kbar por 16 horas antes da completa descompressão. O rendimento de proteína solúvel trimérica da RGFA foi de 4 %, porém não foi possível obter a atividade biológica desta proteína. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

To produce cast steel crankshafts, risering and gating systems are developed. Filling and solidification simulations of the steel crankshaft rigging are carried out to confirm that the rigging developed will produce a low porosity casting. A sand mold is created with Computer-aided design software, based on the developed crankshaft and rigging. Two prototype crankshafts are cast from the sand molds, and analyzed for porosity. The porosity analysis results are compared directly to the simulated porosity, and found to be in good agreement. From the analysis of the prototype crankshaft, rigging systems for a two-on and single-throw crankshaft are developed. A new casting method for steel is developed. The counter-gravity with pressurization during solidification casting method utilizes vacuum pressure of 7.3 psia to draw liquid steel into a mold, where it is held until the inlet has solidified. Once the inlet has solidified, the vacuum pressure is released, and the pressure of the entire system is raised to 45 psia. Exothermic hot topping keeps the top of the riser liquid while the rest of the casting forms a solid shell. Therefore, the pressure only acts on the liquid metal at the top of the riser, forcing the liquid metal to feed farther into the casting. The new method is tested with simple bar castings. Analysis of cast bars shows that centerline porosity is fed by the riser when pressurized, while the gravity-filled control casting is not.

Frictional measurements were made on natural fault gouge at seismic slip rates using a high-speed rotary-shear apparatus to study effects of slip velocity, acceleration, displacement, normal stress, and water content. Thermal-, mechanical-, and fluid-flowcoupled FEM models and microstructure observations were implemented to analyze experimental results. Slightly sheared starting material (Unit 1) and a strongly sheared and foliated gouge (Unit 2) are produced when frictional heating is insignificant and the coefficient of sliding friction is 0.4 to 0.6. A random fabric gouge with rounded prophyroclasts (Unit 3) and an extremely-fine, microfoliated layer (Unit 4) develop when significant frictional heating occurs at greater velocity and normal stress, and the coefficient of sliding friction drops to approximately 0.2. The frictional behavior at coseismic slip can be explained by thermal pressurization and a temperature-dependent constitutive relation, in which the friction coefficient is proportional to 1/T and increases with temperature (temperature-strengthening) at low temperature conditions and decreases with temperature (temperature-weakening) at higher temperature conditions. The friction coefficient, normal stress, pore pressure, and temperature within the gouge layer vary with position (radius) and time, and they depend largely on the frictional heating rate. The critical displacement for dynamic weakening is approximately 10 m or less, and can be understood as the displacement required to form a localized slip zone and achieve a steady-state temperature condition. The temporal and spatial evolution of hydromechanical properties of recovered from the Nankai Trough (IODP NanTroSEIZE Stage 1 Expeditions) have been investigated along different stress paths, which simulate the natural conditions of loading during sedimentation, underthrusting, underplating, overthrusting, and exhumation in subduction systems. Porosity evolution is relatively independent of stress path, and the sediment porosity decreases as the yield surface expands. In contrast, permeability evolution depends on the stress path and the consolidation state, e.g., permeability reduction by shear-enhanced compaction occurs at a greater rate under triaxialcompression relative to uniaxial-strain and isotropic loading. In addition, experimental yielding of sediment is well described by Cam-Clay model of soil mechanics, which is useful to better estimate the in-situ stress, consolidation state, and strength of sediment in nature.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A expressão de proteínas na forma de corpos de inclusão em bactérias é uma alternativa muito interessante para obtenção de proteínas recombinantes. No entanto, a agregação é uma dificuldade frequentemente encontrada durante a renaturação dessas proteínas. Altas pressões hidrostáticas são capazes de solubilizar os corpos de inclusão na presença de baixas concentrações de reagentes desnaturantes, favorecendo a renaturação protéica com alto rendimento e redução de custos. O presente trabalho tem como objetivo a renaturação de proteínas recombinantes expressas em Escherichia coli sob a forma de corpos de inclusão usando altas pressões hidrostáticas. Três toxinas, todas apresentando cinco ou mais pontes dissulfídicas foram estudadas: NXH8, Naterina 2 e Bothropstoxina 1. Suspensões dos corpos de inclusão das três proteínas foram pressurizadas em 2000 bares de pressão durante 16 horas. Os tampões de renaturação foram otimizados para as três proteínas. O tampão utilizado no processo de renaturação da NXH8 foi Tris HCl 50 mM, pH 9,0 com proporção de 1GSH:4GSSG em concentração de 6 mM e 2 M GdnHCl. Foram utilizados corpos de inclusão em D.O.(A600nm) de 0,5. Após o processo de renaturação foi realizada diálise em pH 7,0. O rendimento final de recuperação de NXH8 solúvel foi de 40%, sendo obtidos 28,6 mg/L de meio de cultura. A renaturação de Bothropstoxina 1 foi obtida em tampão de renaturação Tris HCl 50 mM pH 7,5 na proporção de 2 GSH:3 GSSG em concentração de 3 mM e 1 M GdnHCl. Utilizamos uma suspensão com D.O.(A600nm) de 0,5. O rendimento final de recuperação de Bothropstoxina 1 renaturada foi de 32 %, obtendo-se 9,2 mg/L de meio de cultura. A renaturação de Naterina 2 foi obtida em tampão de renaturação com 20 mM de Tris HCl pH 9,0 na proporção de 2 GSH:3 GSSG e concentração de 10 mM e 1 M GdnHCl e corpos de inclusão na D.O. (A600nm) de 6,0. Foram obtidas 3,7 mg de Nateria 2 renaturada /L de meio de cultura (20% de recuperação a partir dos corpos de inclusão). O rendimento da Naterina 2 renaturada foi de 20 %. Para a análise e a comprovação da eficácia do processo de renaturação sob pressão foram utilizadas as técnicas de SDS-PAGE, western blot, microscopia eletrônica de varredura, ensaios biológicos in vivo e in vitro e estruturais. As análises físicoquímicas realizadas em NXH8 não mostraram nenhuma comprovação da sua renaturação. O ensaio in vivo realizado com a Naterina 2 mostrou uma leve atividade de contração de vênulas, indicando que ela esteja em sua conformação correta. Os ensaios in vitro com a Bothropstoxina 1 mostraram uma atividade citotóxica dose-dependente em células musculares. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Muitas das proteínas de valor biomédico relevante são encontradas em baixas concentrações em suas fontes nativas. O alto nível de expressão de proteínas recombinantes em E. coli, muitas vezes gera o acúmulo de proteínas como agregados insolúveis no citoplasma e/ou periplasma da bactéria, denominados de corpos de inclusão (CI). A alta pressão tem sido amplamente utilizada no estudo da conformação das proteínas,ela modula as interações proteína-proteína e proteína-solvente através de mudanças no volume das mesmas, promovendo a entrada de água nas cavidades não expostas da molécula e promovendo hidratação e solubilização dos agregados. O presente trabalho teve como objetivo a renaturação de proteínas recombinantes expressas como CI em Escherichia coli usando alta pressão hidrostática como condição branda de dissociação dos agregados. As tiorredoxinas TsnC e TrxA, a proteína YbbN e a proteína comigratória com bacterioferritina (Bcp), todas de Xylella fastidiosa, foram estudadas neste trabalho. As condições de renaturação foram otimizadas, utilizando-se diferentes proporções do par redox, concentrações de GdnHCl, presença de aditivos e esquemas de descompressão. Para a quantificação e análise da eficácia do processo de renaturação das proteínas sob pressão foram utilizadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura dos CI e de SDS-PAGE, e ensaios de atividade enzimática das proteínas. A TsnC foi renaturada em Tris HCl 50 mM com proporção de 10GSH:1GSSG em concentração final de 10 mM, 0,75 M GdnHCl, na presença de 0,5 M de Triton-X e a pressão utilizada foi de 2,4 kbar por 1 hora e 30 minutos seguida de descompressão direta e incubação por 16 horas em pressão atmosférica. O rendimento final de obtenção de TsnC solúvel foi altíssimo, de até 89,9%. A renaturação de proteína YbbN, nunca antes descrita, foi obtida em tampão de renaturação Tris HCl 50 mM, na presença de 0,5 M de L-Arginina e a pressão utilizada foi de 2,4 kbar por 1 hora e 30 minutos seguida de descompressão direta e incubação por 16 horas em pressão atmosférica. A proteína YbbN, que apresentou atividade de tioredoxina, foi renaturada com rendimento de até 98% a partir da proteína insolúvel nos CI. Foi possível a solubilização da tiorredoxina TrxA e Bcp sob alta pressão hidrostática em tampão de renaturação Tris HCl 50 mM, utilizando diferentes proporções do par redox na concentração final de 10 mM e 1,5 M de GdnHCl, porém não foi possível obter a atividade biológicas destas proteínas. Mostramos também que a L-Arginina apresenta efeito auxiliar na solubilização dos CI induzida pela alta pressão, e ao mesmo tempo se mostrou altamente protetora contra a inativação da atividade da YbbN promovida pela incubação em altas temperaturas, o que sugere que a presença deste aminoácido pode ter alta aplicabilidade juntamente com a aplicação de altas pressões para elevar os rendimentos de renaturação de proteínas recombinantes a partir de CI. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP