Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Energia). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2010

O desenvolvimento de fontes alternativas de energia, com o intuito de diminuir a poluição gerada pela queima de combustíveis fósseis, tem estimulado cientistas a procurar novos meios de converter e armazenar energia. Adicionalmente, mudanças climáticas e o crescimento populacional têm gerado uma preocupação crescente com relação à escassez de água. Atualmente, cerca de 3% do consumo global de energia elétrica é referente ao tratamento de águas residuais oriundas de zonas urbanas. A humanidade precisa encontrar meios de usar água limpa e potável de forma mais eficiente. O armazenamento de energia durante o tratamento de águas residuais pode encorajar a preservação ambiental, e desta forma, contribuir para um crescimento mais sustentável, pois pode tornar-se rentável para as indústrias que geram e tratam estes resíduos. Uma estratégia é a utilização de gradientes iônicos e, então, convertê-los em energia elétrica. Pesquisas têm sido realizadas com sistemas contendo soluções eletrolíticas, com diferentes concentrações, e utilizando ciclos eletroquímicos para produzir trabalho elétrico. Neste contexto, são propostos sistemas eletroquímicos, chamados máquinas ácido-base foto-assistidas, que possibilitam a conversão, e o armazenamento, de energia elétrica durante a neutralização de soluções ácidas mediante irradiação de luz UV. Configurações alternativas destes dispositivos permitem, também, a dessalinização de soluções salinas com a possibilidade de recuperar parte da energia utilizada no procedimento. O princípio operacional destes sistemas baseia-se na variação entrópica, oriunda da mudança nas atividades de prótons e íons alcalinos, como também, na conversão de energia eletromagnética em energia elétrica. Através de experimentos de prova de conceito, foi possível obter 108 kJ por mol de íon eletroinserido, valor que corresponde a 10,8 kJ dm-3 de solução ácida neutralizada. / The development of alternative energy sources to mitigate the pollution generated by fossil fuel combustion has stimulated the search for new ways to convert and to harvest energy. Climate change, pollution, and population growth have raised concern about water scarcity. Nowadays, about 3% of the global electricity is consumed by municipal wastewater treatment plants. Humankind has to find the means to use clean and potable water more effectively. One strategy to harvest energy is to employ an ionic gradient and then convert it into electrical energy. Researchers have recently tested systems that apply electrolytic solutions containing different salt concentrations to deliver work after electrochemical cycles. Energy harvesting during wastewater treatment should encourage environmental preservation and contribute to sustainable growth. In this context, electrochemical systems are proposed, so-called photo-assisted acid-base machines, which promote energy conversion and harvesting during acidic solution neutralization under UV irradiation. Also, alternative configurations of these systems allow the desalination of salt solutions with regain of part of the used energy. Operating principle of these machines is based upon entropic variation, associated with proton and alkali ion activity changes, and in the conversion of the electromagnetic energy into electrical energy. Proof-of-concept experiments provided 108 kJ per mol of electroinserted ion, which corresponds to 10.8 kJ dm-3 of neutralized acid solution.

Este trabalho buscou primeiramente caracterizar passivos ambientais em empreendimentos energéticos, em especial nos de armazenamento de energia. Para isto, avaliou-se as atividades potenciais de contaminação em empreendimentos com armazenamento de energia, em qualquer uma de suas formas (energia eletroquímica, elétrica, mecânica, cinética, hidráulica, térmica, química e nuclear). Foi elaborada uma sequência metodológica de levantamento de informações, com posterior associação entre os contaminantes e as atividades fonte de contaminação. Para um dos tipos de fontes de contaminação através de combustíveis, foi realizado um ensaio de bancada com amostras de combustível diluídas em água, para avaliar em laboratório se somente os compostos BTEX e PAH estão presentes, uma vez que são os geralmente analisados em áreas de armazenamento de gasolina e diesel, objetivando mensurar se a análise de somente estes compostos são suficientes para abranger o potencial toxicológico dessa contaminação. Como resultado constatou-se a necessidade de incluir os Trimetilbenzenos nas análises padrão realizadas nas áreas de armazenamento dos combustíveis avaliados. Para os mesmos tipos de contaminantes, os derivados de combustíveis, foram realizadas campanhas de oxidação química (ISCO) num posto de combustíveis desativado através da injeção de oxidante no aquífero freático, buscando a redução das concentrações para a intervenção de obras civis de uma nova ocupação para o imóvel. Os resultados obtidos foram satisfatórios, atendendo os objetivos pré-definidos, demonstrando a eficácia do processo oxidativo para a degradação de derivados de combustíveis utilizando-se o Persulfato de Sódio, ativado tanto por metais complexados (FeEDTA) quanto por aplicação em meio alcalino. / This study sought initially to characterize environmental liabilities in energy enterprises, especially in energy storage ones. Therefore, we evaluated the potential contamination activities within developments with energy storage in any of its forms (electrochemical, electrical, mechanical, kinetic, hydraulic, thermal, chemical and nuclear energy). A survey was elaborated using a methodological sequence to gather information, with subsequent association between the contaminant and the source of contamination activities. For one of the types of sources of contamination by fuel, we performed a bench and lab test using fuel diluted in water samples to evaluate if only the BTEX and HPA compounds, usually analyzed in areas of gasoline and diesel storage, are sufficient to cover the toxicological potential of such contamination. The results suggested the need to include trimethylbenzene in the standard analysis performed in the fuel storage areas evaluated. For the same types of contaminants, derivatives of fuels, chemical oxidation campaigns (ISCO) were carried out using direct push injections at a deactivated gas station, seeking to reduce concentrations for the intervention of civil works for a new occupation of the land. The results were satisfactory and the proposed goals have been achieved demonstrating the effectiveness of the oxidation process for the degradation of derived of fuels by using the Sodium Persulfate, activated by complexed metals (FeEDTA) and also by application in alkaline environment.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Estágio realizado no INESC-Porto e orientado pelo Eng.º Luís Seca / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Energia). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Este trabalho buscou primeiramente caracterizar passivos ambientais em empreendimentos energéticos, em especial nos de armazenamento de energia. Para isto, avaliou-se as atividades potenciais de contaminação em empreendimentos com armazenamento de energia, em qualquer uma de suas formas (energia eletroquímica, elétrica, mecânica, cinética, hidráulica, térmica, química e nuclear). Foi elaborada uma sequência metodológica de levantamento de informações, com posterior associação entre os contaminantes e as atividades fonte de contaminação. Para um dos tipos de fontes de contaminação através de combustíveis, foi realizado um ensaio de bancada com amostras de combustível diluídas em água, para avaliar em laboratório se somente os compostos BTEX e PAH estão presentes, uma vez que são os geralmente analisados em áreas de armazenamento de gasolina e diesel, objetivando mensurar se a análise de somente estes compostos são suficientes para abranger o potencial toxicológico dessa contaminação. Como resultado constatou-se a necessidade de incluir os Trimetilbenzenos nas análises padrão realizadas nas áreas de armazenamento dos combustíveis avaliados. Para os mesmos tipos de contaminantes, os derivados de combustíveis, foram realizadas campanhas de oxidação química (ISCO) num posto de combustíveis desativado através da injeção de oxidante no aquífero freático, buscando a redução das concentrações para a intervenção de obras civis de uma nova ocupação para o imóvel. Os resultados obtidos foram satisfatórios, atendendo os objetivos pré-definidos, demonstrando a eficácia do processo oxidativo para a degradação de derivados de combustíveis utilizando-se o Persulfato de Sódio, ativado tanto por metais complexados (FeEDTA) quanto por aplicação em meio alcalino. / This study sought initially to characterize environmental liabilities in energy enterprises, especially in energy storage ones. Therefore, we evaluated the potential contamination activities within developments with energy storage in any of its forms (electrochemical, electrical, mechanical, kinetic, hydraulic, thermal, chemical and nuclear energy). A survey was elaborated using a methodological sequence to gather information, with subsequent association between the contaminant and the source of contamination activities. For one of the types of sources of contamination by fuel, we performed a bench and lab test using fuel diluted in water samples to evaluate if only the BTEX and HPA compounds, usually analyzed in areas of gasoline and diesel storage, are sufficient to cover the toxicological potential of such contamination. The results suggested the need to include trimethylbenzene in the standard analysis performed in the fuel storage areas evaluated. For the same types of contaminants, derivatives of fuels, chemical oxidation campaigns (ISCO) were carried out using direct push injections at a deactivated gas station, seeking to reduce concentrations for the intervention of civil works for a new occupation of the land. The results were satisfactory and the proposed goals have been achieved demonstrating the effectiveness of the oxidation process for the degradation of derived of fuels by using the Sodium Persulfate, activated by complexed metals (FeEDTA) and also by application in alkaline environment.

O desenvolvimento de fontes alternativas de energia, com o intuito de diminuir a poluição gerada pela queima de combustíveis fósseis, tem estimulado cientistas a procurar novos meios de converter e armazenar energia. Adicionalmente, mudanças climáticas e o crescimento populacional têm gerado uma preocupação crescente com relação à escassez de água. Atualmente, cerca de 3% do consumo global de energia elétrica é referente ao tratamento de águas residuais oriundas de zonas urbanas. A humanidade precisa encontrar meios de usar água limpa e potável de forma mais eficiente. O armazenamento de energia durante o tratamento de águas residuais pode encorajar a preservação ambiental, e desta forma, contribuir para um crescimento mais sustentável, pois pode tornar-se rentável para as indústrias que geram e tratam estes resíduos. Uma estratégia é a utilização de gradientes iônicos e, então, convertê-los em energia elétrica. Pesquisas têm sido realizadas com sistemas contendo soluções eletrolíticas, com diferentes concentrações, e utilizando ciclos eletroquímicos para produzir trabalho elétrico. Neste contexto, são propostos sistemas eletroquímicos, chamados máquinas ácido-base foto-assistidas, que possibilitam a conversão, e o armazenamento, de energia elétrica durante a neutralização de soluções ácidas mediante irradiação de luz UV. Configurações alternativas destes dispositivos permitem, também, a dessalinização de soluções salinas com a possibilidade de recuperar parte da energia utilizada no procedimento. O princípio operacional destes sistemas baseia-se na variação entrópica, oriunda da mudança nas atividades de prótons e íons alcalinos, como também, na conversão de energia eletromagnética em energia elétrica. Através de experimentos de prova de conceito, foi possível obter 108 kJ por mol de íon eletroinserido, valor que corresponde a 10,8 kJ dm-3 de solução ácida neutralizada. / The development of alternative energy sources to mitigate the pollution generated by fossil fuel combustion has stimulated the search for new ways to convert and to harvest energy. Climate change, pollution, and population growth have raised concern about water scarcity. Nowadays, about 3% of the global electricity is consumed by municipal wastewater treatment plants. Humankind has to find the means to use clean and potable water more effectively. One strategy to harvest energy is to employ an ionic gradient and then convert it into electrical energy. Researchers have recently tested systems that apply electrolytic solutions containing different salt concentrations to deliver work after electrochemical cycles. Energy harvesting during wastewater treatment should encourage environmental preservation and contribute to sustainable growth. In this context, electrochemical systems are proposed, so-called photo-assisted acid-base machines, which promote energy conversion and harvesting during acidic solution neutralization under UV irradiation. Also, alternative configurations of these systems allow the desalination of salt solutions with regain of part of the used energy. Operating principle of these machines is based upon entropic variation, associated with proton and alkali ion activity changes, and in the conversion of the electromagnetic energy into electrical energy. Proof-of-concept experiments provided 108 kJ per mol of electroinserted ion, which corresponds to 10.8 kJ dm-3 of neutralized acid solution.