SALES, B. M. C. Consumo de Dioxido de Carbono na Reforma do Metano com Síntese de Nanotubos de Carbono. 2012. 75 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2014-10-31T19:13:39Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_bmcsales.pdf: 5925182 bytes, checksum: b5aea998b726fe61a73b26cf1aadc558 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa(jairo@ufc.br) on 2015-03-11T21:59:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_bmcsales.pdf: 5925182 bytes, checksum: b5aea998b726fe61a73b26cf1aadc558 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-11T21:59:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_bmcsales.pdf: 5925182 bytes, checksum: b5aea998b726fe61a73b26cf1aadc558 (MD5) Previous issue date: 2012 / The consumption of greenhouse gas has been subject of research since its excessive liberation has been identified as a major cause of global warming observed in recent decades. In the academic the consumption of these gases emerges as a promising alternative to achieve the balance between its emissions and it’s consumption in order to minimize its atmospheric concentration. The reaction of the dry reforming of methane was studied by varying the reaction conditions (temperature and CH4/CO2 ratio) to obtain the most suitable reaction conditions (in the range employed), to promote the consumption of methane and carbon dioxide with production of synthesis gas (H2/CO) and to verify the characteristics of the deposited coke on the catalyst surface. The catalysts synthesized (Ni/SiO2, and Co/SiO2 NiCo/SiO2) were characterized by atomic absorption, fluorescence X-Ray, N2 adsorption isotherms, X-Ray diffraction and temperature programmed reduction. After the catalytic tests the samples were analyzed by temperature programmed oxidation, raman spectroscopy, transmission electron microscopy and scanning electron microscopy. The catalytic tests were conducted at different temperatures (550, 675 and 800°C) and reasons CH4/CO2 (0.5, 4.0 and 2.25) demonstrates the superiority of the performance sample NiCo/SiO2 catalyst and suggests that in specifics conditions (higher temperature and ratio CH4/CO2) it is possible to use carbon dioxide above 90% and production of synthesis gas with H2/CO ratio close to unity. Analysis by temperature programmed oxidation, as well as Raman spectroscopy, transmission electron microscopy and scanning electron microscopy indicated the formation of carbon nanotubes multi-wall (MWNTs) and amorphous carbon. / O consumo de gases causadores do efeito estufa tem sido alvo de pesquisa, pois a sua liberação em excesso tem sido apontada como uma das principais causas do aquecimento global observado nas últimas décadas. O consumo destes gases surge no ambiente acadêmico como uma alternativa promissora no caminho do equilíbrio entre emissões e captação visando a diminuição da sua concentração na atmosfera. A reação de reforma a seco do metano foi estudada variando-se as condições reacionais (temperatura e razão CH4/CO2) de modo a obter a condição reacional mais indicada (na faixa empregada), para favorecer o consumo dos gases metano e dióxido de carbono com produção de gás de síntese (H2/CO), além de verificar as características do coque depositado na superfície do catalisador. Os catalisadores sintetizados (Ni/SiO2, Co/SiO2 e NiCo/SiO2) foram caracterizados por absorção atômica, fluorescência de raios-X, isotermas de adsorção de N2, difração de raios-X e redução em temperatura programada. Posteriormente aos testes catalíticos as amostras foram submetidas à análise por oxidação em temperatura programada, espectroscopia Raman, microscopia de transmissão e microscopia de varredura. Os testes catalíticos realizados em diferentes temperaturas (550, 675 e 800°C) e razões CH4/CO2 (0,5, 2,25 e 4,0) mostram relativa superioridade da amostra NiCo/SiO2 no desempenho catalítico e sugere que nas condições máximas (maior temperatura e razão CH4/CO2) é possível obter consumo de dióxido de carbono acima de 90% e produção de gás de síntese com razão H2/CO próximo da unidade. A análise por oxidação em temperatura programada, assim como a espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de transmissão e de varredura apontaram para a formação de nanotubos de carbono de parede múltipla (MWNTs) e carbono amorfo.

A avaliação global de sistemas pecuários com intuito de definir o manejo que associa produção animal e manutenção ou aumento nos estoques de carbono no solo e baixas emissões de gases de efeito estufa (GEE) é importante para a sustentabilidade dos sistemas. O estudo foi desenvolvido com objetivo de avaliar o potencial de aquecimento global (PAG) das ofertas de forragem de 4, 8, 12 e 16% (kg matéria seca 100 kg peso vivo-1 dia-1) em um campo nativo no bioma Pampa. O campo nativo foi manejado com as ofertas de forragem por 30 anos. O delineamento experimental utilizado foi blocos ao acaso com duas repetições. As emissões de metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) do solo foram avaliadas através do método das câmaras estáticas durante dois anos. As amostras de solo para determinação dos teores e estoques de carbono orgânico foram coletadas em camadas estratificadas até 100 cm de profundidade, em quatro trincheiras por repetição. A contribuição das excretas dos bovinos na emissão de N2O foi estimada com base em um experimento estabelecido no local. Para isso, urina e esterco proporcionais a um evento de dejeção dos bovinos foram aplicados nas ofertas de forragem de 4 e 12% e os fluxos de N2O foram mensurados durante um ano. O fator de emissão (FE) de N2O não diferiu entre as ofertas de forragem, mas diferiu entre as excretas (p≤0,05). O FE de N2O para urina (0,74%) e esterco (0,08%) de bovinos criados no campo nativo foi menor que o valor de 2% definido pelo IPCC. Os resultados reforçam a necessidade de distinção entre os FE de N2O para urina e esterco de bovinos e da definição de FE nacionais. O estoque de carbono do solo na camada de 0-100 cm foi maior na oferta de forragem de 8% (135,7 Mg C ha-1), não diferindo da oferta de 12% (124,2 Mg C ha-1) e 16% (122,2 Mg C ha-1), mas sendo 20 Mg C ha-1 superior a oferta de 4%. As emissões anuais de N2O (0,19 kg N ha-1) e CH4 (1,53 kg C ha-1) foram baixas, não havendo distinção entre as ofertas de forragem na média dos dois anos. A oferta de forragem de 8% apresentou o menor PAG (-442 kg CO2eq ha-1 ano-1) e a menor intensidade de emissão de gases de defeito estufa (-3,5 kg CO2eq kg ganho de peso vivo-1). A emissão de metano entérico dos bovinos e a taxa de sequestro de carbono foram os principais componentes do PAG nos sistemas pecuários avaliados. Os resultados deste estudo demonstraram que a utilização das ofertas de forragem de 8% pode promover aumento no estoque de carbono no solo do campo nativo em relação a utilização da oferta de 4%. A oferta de forragem de 4% é prejudicial ao campo nativo e pode promover perdas de carbono no solo. A oferta de forragem de 8% associou produção animal e baixa emissão de GEE, caracterizando que os benefícios ambientais pela produção animal em campo nativo no bioma Pampa são intensificados pela adoção de carga animal adequada. / Overall assessment of livestock systems in order to define the management that combines animal production and maintenance or increase in soil carbon stocks and low greenhouse gases (GHG) emissions is important for systems sustainability. The study was performed to determine the global warming potential (GWP) of forage allowance of 4, 8, 12 and 16% (kg dry matter 100 kg animal live weight-1 day-1) in a native grassland, biome Pampa. Native grassland was managed with forage allowance during 30 years. Experimental design was randomized blocks, with two replicates. Methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions were evaluated by static chamber for two years. Soil samples to evaluate organic carbon concentration and stocks were collected in stratified layers up to 100 cm deep in four trenches by repetition. Cattle excreta contribution on N2O emissions were estimated by an experiment established at the same site. For this, urine and dung, proportional to one cattle event, were applied in 4 and 12% forage allowance and N2O fluxes were measured over a year. Emission factor (EF) of N2O did not differ between forage allowance, but differed between the excreta type (p≤0.05). N2O EF for urine (0.74%) and dung (0.08%) was smaller than 2% preconized by IPCC. The results reinforce that is necessary disaggregate excreta emission factor into urine and dung. Total carbon stock in 0-100 cm was higher in the 8% forage allowance (135.7 Mg C ha-1), not differing from the 12% (124.2 Mg C ha-1) and 16% (122,2 Mg C ha-1), but was 20 Mg C ha-1 higher than the forage allowance of 4%. Cumulative emissions of N2O (0.19 kg N ha-1) and CH4 (1.53 kg C ha-1) were low, with no difference among forage allowance on the average of two years. The 8% forage allowance showed the lowest GWP (-442 kg CO2eq ha-1 yr-1) and the lowest GHG intensity (-3.5 kg CO2eq kg animal live weight-1). CH4 production from enteric fermentation and carbon sequestration rate were the main components of PAG. Result suggests that 8% forage allowance may promote an increase in soil carbon stock in native grassland in relation to use of the forage allowance 4%. Forage allowance of 4% is prejudicial to native grassland and can promote soil carbon losses. Forage allowance of 8% associated animal production and low GHG emissions, featuring environmental benefits for livestock production on native grassland in Pampa biome are enhanced by adoption of appropriate stocking.

O aumento da população mundial e da demanda por recursos naturais têm levado a uma pressão cada vez maior sobre os ecossistemas. A dependência da sociedade pós-industrial de combustíveis fósseis e a intensificação do uso das terras vêm provocando incrementos nas concentrações de gases de efeito estufa na atmosfera, com impactos aparentes sobre diversos processos naturais. O solo tem um papel fundamental nesse contexto, pois é base para os sistemas produtivos agrícolas, os quais apresentam fluxos de gases de efeito estufa determinados pelo sistema de manejo. Este estudo teve como principal objetivo calibrar e validar o modelo DAYCENT utilizando dados de fluxos de gases de efeito estufa obtidos em experimentos de longo prazo na Depressão Central do Rio Grande do Sul. Os dados de solo, clima e plantas disponíveis foram utilizados para inicializar o modelo. As simulações foram divididas em três fases: equilíbrio inicial para estabilizar as variáveis internas, simulação de pré-experimento para representar o cultivo intensivo inicial que levou à degradação do solo; fase experimental reproduzindo gestão efetiva do estabelecimento dos experimentos até os dias atuais. O desempenho geral do modelo após calibração foi satisfatório para os fluxos de N2O. DAYCENT apresentou tendência de superestimar os fluxos de CH4 e subestimar os fluxos de CO2 em comparação com os valores medidos. No entanto, as tendências gerais destes fluxos foram capturadas pelo modelo. Estas discrepâncias observadas podem ser atribuídas às limitações dos algoritmos utilizados na versão atual do modelo: ausência de representação explícita de influxo de N2O, efluxo de CH4 dos solos (metanogênese) e respiração de raízes das plantas. Revisões do modelo em curso e procedimento de calibração mais refinados, com um conjunto mais amplo de dados, podem melhorar o desempenho do DAYCENT. / Population growth and increasing demand of natural resources have led to mounting pressure on ecosystems throughout the planet. The dependence of the post-industrial society on fossil fuels and land use intensification has been responsible for increased concentration of greenhouse gases with apparent effects on various natural processes. Soils play a key role in this context as they are the foundation of agricultural production systems, in which soil management determines greenhouse gas fluxes. This study aimed to calibrate and validate the DAYCENT model using greenhouse gas flux measurements conducted in a long-term cropping and tillage experiment in Central Rio Grande do Sul. Soil, climate and crop production data were used to initialize the model. The simulations were divided into three phases: initial equilibrium to stabilize internal variables, pre-experiment simulation to represent early intensive cultivation that led to soil degradation; experimental phase reproducing actual management from the establishment of the experiments to present day. The overall model performance of the greenhouse gas flux calibration was satisfactory for N2O fluxes. However, DAYCENT showed a tendency to overestimate CH4 fluxes and underestimate CO2 fluxes in comparison with the measured values, but the general trends of these fluxes where captured by the model. These observed discrepancies can be attributed to limitations in the current model algorithms: lack of explicit representation of N2O influx, CH4 efflux (methanogenesis) and autotrophic CO2 emission originating from plant roots. Ongoing model revisions and refined calibration procedure with a comprehensive dataset are expected to improve DAYCENT performance.

Objetivou-se avaliar a influência da intensidade de pastejo na emissão de gases de efeito estufa (GEE) oriundos do solo em sistema de produção integrado. O presente trabalho é parte integrante de um protocolo experimental de longa duração (11 anos) em integração lavoura pecuária. A condução do estudo foi realizada na Fazenda do Espinilho, do Grupo Cerro Coroado, localizada no município de São Miguel das Missões, região do planalto médio do Rio Grande do Sul (29º 03’ 10” S; 53º 50’ 44” W; 465 m de altitude). A área experimental possui 22 hectares divididos em 14 potreiros, sendo que em dois destes não há presença dos animais (sem pastejo/SP). Os potreiros foram divididos em 3 blocos ao acaso, nos quais constavam os tratamentos com as seguintes alturas de manejo do pasto: 10, 20, 30 e 40 cm. O protocolo consiste na avaliação do desempenho dos animais, das culturas vegetais e do solo num sistema integrado de aveia preta + azevém, no inverno e soja, no verão. O período de avaliações teve início em maio de 2011 seguindo até novembro de 2012, contemplando dois ciclos de pastagem e um ciclo de soja. Na fase pecuária, nos dois ciclos avaliados, foram utilizados bovinos com idade aproximada de 10 meses, cruzas Angus e com peso médio inicial de 200 kg. A entrada dos animais ocorreu no início de julho, permanecendo em pastejo por cerca de 120 dias. A fase de produção de grãos ocorreu com a semeadura da soja na segunda semana de novembro; com posterior colheita em abril do ano seguinte. Para as coletas de GEE foram utilizadas câmaras metálicas encaixadas sobre bases, igualmente metálicas, posicionadas a 5 cm de profundidade da superfície do solo. As câmaras têm isolamento do ar externo em função de uma canaleta, da base onde é inserida, preenchida com água. Foram colocadas 3 câmaras em cada potreiro, das quais eram coletadas 3 amostras em horários diferentes, com intervalos de 30 minutos; perfazendo um total de nove coletas em cada potreiro. Além das coletas de GEE, foram medidas as temperaturas internas da câmara e do solo. Posteriormente, as amostras foram analisadas por cromatografia gasosa, fornecendo os valores de emissão de cada tratamento (altura de manejo do pasto). Os resultados mostram que não houve influência das intensidades de pastejo nas emissões de GEE; atingindo valores de 0,44; 0,33; 0,29; 0,39 e 0,26 kg N-N2O ha-1 para os tratamentos 10, 20, 30, 40 e SP, respectivamente. / This study aimed to evaluate the influence of animal grazing intensity in greenhouse gases (GHG) emission arising from the soil in an integrated production system. This work is part of long duration the experimental protocol (11 years) in integrated crop-livestock system. The experiment was conducted in Espinilho Farm, located in the municipality of São Miguel das Missões, the plateau region of the Middle Rio Grande do Sul. The experimental area has 22 ha divided into 14 paddocks, and in two there is no presence of these animals (ungrazed / NG). The paddocks (12) were divided into 3 blocks submitted to the following treatments with different sward heights: 10, 20, 30 and 40 cm. The protocol consisted in evaluations of animals in pasture with oats + ryegrass in winter and soybean in the summer. In this experiment, the evaluation period occurs between May 2011 and November 2012, covering two cycles of pasture, but only one in soybean. The pasture phase, in both cycles, evaluated there were used Angus crossbred cattle aged approximately 10 months, with an average initial weight of 200 kg. The entry of the animals occurred in early July, remaining grazing for about 120 days. The soybean was sowed in the second week of November, with subsequent harvest in April next year. For GHG samples were used chambers fitted on metal bases, also of metal, positioned at 5 cm from the soil surface. The cameras have insulation outside air due to a channel, where the base is inserted, filled with water. Three cameras were placed in each paddock, of which three samples were collected at different times, with intervals of 30 minutes, for a total of nine samples by paddock. In addition to collections of GHG, internal measures of temperature of the chamber and soil were performed. Subsequently, the samples were analyzed by gas chromatography, providing emission values for each treatment (sward management). The results show that there was no influence of grazing intensities on GHG emissions, reaching values of 0.44, 0.33, 0.29, 0.39 and 0.26 kg N2O-N ha-1 for treatments 10, 20, 30, 40 and NG, respectively.

Lagos, reservatórios e a rede de drenagem são importantes compartimentos na ciclagem global do carbono, atuando como relevantes reguladores dos fluxos entre o ambiente terrestre e os oceanos. Dependendo de características específicas de cada sistema, como morfologia, estado trófico e conectividade com a bacia de drenagem, esses sistemas podem operar como fontes ou sumidouros de CO2 e/ou CH4 em diferentes escalas de tempo e espaço. Os sistemas subtropicais são amplamente distribuídos e caracterizados por relevantes peculiaridades devido à marcante variabilidade sazonal da temperatura e precipitação, porém ainda são fortemente subrepresentados na literatura sobre CO2 e CH4 em águas naturais. Incertas também são as possíveis alterações de longo prazo no metabolismo e fluxos de gases de carbono em um cenário de mudanças climáticas. Na presente tese, o objetivo foi avaliar a relação entre a pressão parcial de CO2 (pCO2) e CH4 (pCH4) e fluxos na interface (difusão e ebulição) com potenciais fatores direcionadores em sistemas subtropicais (estratificação vertical, estado trófico, lançamentos de esgotos, carbono orgânico, hidrologia superficial e subterrânea, pluviosidade e temperatura). Além disso, a tese procurou estimar os impactos nos fluxos internos e na interface ar-água de carbono devido às mudanças climáticas previstas por modelos atmosféricos. O delineamento da tese incluiu coletas em sistemas subtropicais com distintas morfologias e estados tróficos, focando na variabilidade espacial e temporal de CO2 e CH4. Experimentos numéricos através de um modelo matemático bidimensional baseado em processos foram conduzidos para contribuir ao entendimento dos fluxos de carbono e avaliar os efeitos dos cenários de mudanças climáticas. Um resultado consistente foi a persistência da supersaturação de CO2 com significativa heterogeneidade espacial na bacia do arroio Capivara, caracterizada por um forte gradiente de uso e ocupação do solo. No trecho rural, a supersaturação pode estar associada principalmente à contribuição de CO2 no fluxo subterrâneo. No trecho urbano, ocorre um significativo incremento na pCO2 e FCO2, em razão do subsídio de carbono orgânico de lançamentos brutos de esgotos domésticos. A alcalinidade autóctone gerada por processos anaeróbicos ou alóctone oriunda dos despejos de esgotos pode também contribuir para a geração de CO2 no trecho urbano. Os estudos realizados em um reservatório eutrófico e profundo mostraram uma forte dependência da morfologia do sistema e sazonalidade da temperatura sobre os fluxos difusivos e ebulitivos de CO2 e CH4. O reservatório comportou-se como um sumidouro do CO2 atmosférico, ainda que com uma tendência para operar na heterotrofia durante os períodos mais frios e nos pontos mais rasos. O sistema comporta-se esporadicamente como uma fonte de metano por difusão nos pontos mais rasos, possivelmente devido aos processos de metanotrofia na camada oxigenada do reservatório nos pontos mais profundos. Os fluxos ebulitivos, possivelmente associados ao carbono orgânico autóctone, foram controlados pela profundidade e sazonalidade da temperatura. Considerando a idade do reservatório, os fluxos médios por bolhas são compatíveis com projeções empíricas disponíveis. O elevado tempo de residência do reservatório pode contribuir para a acumulação de matéria orgânica no sistema e, assim, atuar positivamente sobre os fluxos de carbono na interface ar-água observados. Ao longo de um período de 10 anos, a pCO2 apresentou intenso dinamismo na lagoa Mangueira, comportando-se como fonte e sumidouro de CO2 em diferentes escalas temporais e espaciais. A ação dos ventos sobre a superfície parecer ser o principal regulador pCO2, podendo atuar tanto na injeção de CO2 para o lago, como na degaseificação e mistura do sistema, atenuando assim variações locais de pCO2, principalmente, aquelas observadas no monitoramento intensivo e reproduzidas por modelagem matemática entre as zonas litorâneas (mais rasas) e pelágica (mais profunda). Além disso, indícios sugerem que o fluxo de água subterrânea rico em CO2 e os sedimentos ricos em carbonatos podem ser relevantes fatores direcionadores do pCO2 em lagos rasos, sustentando os fluxos na interface ar-água. Segundo os experimentos numéricos realizados, os cenários de mudanças climáticas também podem influenciar positivamente tanto o comportamento autotrófico durante o verão, antecipando a depleção de CO2 na transição primavera verão, quanto o comportamento heterotrófico nos meses mais frios, devido ao favorecimento dos processos de conversão de carbono pela elevação da temperatura e maior incremento de CO2 da atmosfera. Como conclusão, a presente tese disponibiliza fortes indícios de que sistemas subtropicais mantêm um elevado e variável desequilíbrio de CO2 e CH4, indicando que a variabilidade espacial e temporal dos fluxos de CO2 e CH4 deve ser levada em conta nas estimativas globais e locais. Além disso, os sistemas devem ser estudados separadamente, pois possuem particularidades que resultam em imensas diferenças nos fluxos de CO2 e CH4 na interface, mesmo situados em uma mesma zona climática. Esta tese demonstra que o uso integrado de dados de campo com modelos matemáticos complexos representa uma potente linha metodológica para não somente estudo sobre balanço de carbono, mas também de uma maneira geral em limnologia, capaz de integrar informações de campo discretas para serem utilizadas na previsão de cenários. / Lakes, freshwater reservoirs and streams are important compartments in global carbon cycling, acting as relevant regulators of carbon fluxes between the terrestrial environment and oceans. Depending on the specific characteristics of each system, such as morphology, trophic status and watershed connectivity, these systems can operate as sources or sinks of CO2 and CH4 to the atmosphere at different time and space scale. The subtropical systems are widely distributed and characterized by relevant peculiarities due to the strong seasonal variability in temperature and precipitation, but are still subrepresented in literature on regarding CO2 and CH4 fluxes in natural waters. Besides that, there is a special gap on how climate change can affects the lakes metabolism and gas fluxes in long term. In this thesis, the aim was to evaluate the relationship between the partial pressure of CO2 (pCO2) and CH4 (pCH4) and fluxes at the air-water interface (diffusion and ebullition), and the potential drivers in subtropical lake systems (vertical stratification, trophic state, wastewater discharges, organic carbon, surface and groundwater hydrology, rainfall and temperature). Moreover, the thesis assessed the impacts on carbon fluxes due to climate changes scenarios predicted by atmospheric models. The thesis is based on monitoring of different subtropical systems respect to morphology and trophic state, which focused on spatial and temporal variability of CO2 and CH4. Numerical experiments using a two-dimensional mathematical based-process model were conducted to contribute to the understanding of carbon fluxes and evaluate the effects of climate change scenarios. A consistent finding was the persistence supersaturation of CO2 with relevant spatial heterogeneity along the Capivara stream, which is characterized by a strong use and cover soil gradient. Within non-developed basin (upper Capivara), supersaturation may be mainly associated to the contribution of CO2 in the groundwater flow. Along the develop basin, occurs a significant increase in pCO2 and FCO2 due to the high availability of organic carbon in the wastewater discharges. The alkalinity autochthonous, generated by anaerobic processes, allochthonous in the sewage might also contribute to the CO2 generation within lower Capivara. The investigation carried out in an eutrophic and deep reservoir showed a strong dependence of ebulitivos and diffusive fluxes of CO2 and CH4 on morphology and seasonality of temperature. The reservoir behaved as a sink of CO2 atmospheric, although with a tendency to operate as an heterotrophic system during colder periods and in littoral zones. The system behaves as a sporadic source of methane for diffusion in shallow zones, possibly due to the methanotrophic processes through the oxic layer, mainly, at the deepest stations. The ebulitivos fluxes, possibly associated with autochthonous organic carbon, were controlled by the depth and temperature seasonality. Considering the age of the reservoir, the average fluxes by bubbling were consistent to the empirical estimates. The high residence time of the Faxinal reservoir can contribute to the accumulation of organic matter in the system and thus act positively to the carbon fluxes observed at the air-water interface. Over the period of 10 years, pCO2 showed intense dynamism in Lake Mangueira, behaving as a source as a sink of CO2 at different temporal and spatial scales. The action of wind on the surface appear to be the main regulator of pCO2, and can operate in both injection into the lake and in degassing of CO2, thus reducing local variations in pCO2, especially those observed with intensive monitoring and reproduced by the model between littoral (shallow) and pelagic (deeper) zones. Moreover, evidence suggests that the input of groundwater rich in CO2 from the soil and sediments rich in carbonate may be relevant drivers of pCO2 in shallow lakes, supporting the fluxes at the air-water interface. According to the numerical experiments, the climate change scenarios may positively influence both the autotrophic metabolism during the summer, anticipating the depletion of CO2 in the spring transition, and heterotrophic metabolism in the colder months due to the increase of conversion processes carbon by elevated temperature and higher increase of CO2 from the atmosphere. Thus, Lake Mangueira can experiment a higher seasonal amplitude in partial pressure of CO2. Subtropical lakes with lower buffer capacity and not limited by nutrients might experiment strong sazonal variation in pH, trending to acidiphication in the winter, and hard water combined with eutrophication in the summer. In conclusion, this thesis provides strong evidence that subtropical systems maintain a high and variable unbalance of CO2 and CH4, indicating that the spatial and temporal variability of the CO2 and CH4 fluxes should be taken into account in the global and local balances. Furthermore, the systems must be studied separately because they have characteristics that result in huge differences in the CO2 and CH4 fluxes at the air-water interface, despite of situated in the same climatic zone. This thesis demonstrates that the integration of data field and complex mathematical models is a powerful methodological approach not just on carbon balance studies, but also, in general, in limnology, which is able to integrate discrete monitoring to be further used in forecasting scenarios.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2001. / Made available in DSpace on 2013-12-12T00:26:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2001

O aumento das emissões dos gases de efeito estufa (GEE) configura atualmente como um dos principais problemas ambientais, o que pode afetar significativamente as atividades humanas e os ecossistemas terrestres. Um dos principais GEE é o CO₂, o qual tem sido emitido indiscriminadamente em função do estilo de vida atual, contribuído nas mudanças climáticas de origem antropogênicas, associado principalmente ao aumento da poluição, queimadas, desmatamento, ilhas de calor e agricultura. Neste contexto, o objetivo da pesquisa foi estudar a relação entre o comportamento espectral da cultura de soja ao longo de seu ciclo de desenvolvimento, utilizando imagens NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), e os fluxos de CO₂, calculados pelo método de covariância de vórtices (eddy covariance), gerando informações e metodologia para investigar as trocas de carbono em uma área de cultivo de soja no Estado do Rio Grande do Sul. O estudo foi elaborado em experimento situado na fundação privada de pesquisa agropecuária (FUNDACEP), durante a safra de 2008/2009. Para isso, utilizou-se cinco imagens do satélite Landsat 5 (TM), órbita/ponto 223/080, e dados coletados em estação micrometeorológica (técnica de covariância de vórtices turbulentos) ao longo do ciclo de desenvolvimento da soja. Os resultados mostraram que o comportamento do fluxo de CO₂ ao longo do dia é cíclico, onde no período diurno apresenta valores negativos (captura) e no período noturno, positivos (liberação). Considerando todo o ciclo de crescimento da cultura, a lavoura de soja funciona como seqüestradora de CO₂ atmosférico. A radiação fotossinteticamente ativa determina a magnitude do aprisionamento de CO₂ pela cultura da soja, mas o fluxo é modulado pelo estádio fenológico da cultura. A atividade fotossintética das plantas de soja é maior durante o estádio vegetativo, quando coincide a maior incidência de radiação solar e o maior aparato fotossintético. O NDVI, obtido de imagens Landsat, é um indicador da evolução da biomassa da soja ao longo do ciclo; apresenta baixos valores no início do ciclo, cresce gradualmente até um máximo de biomassa e decresce com o término do ciclo da cultura. Existe correlação entre o NDVI e os fluxos negativos de CO₂ (captura), ocorridos no período diurno. Portanto, técnicas de sensoriamento remoto demonstram potencialidade na geração de informações úteis sobre as trocas de CO2 entre a superfície e a atmosfera. Recomenda-se o seguimento das pesquisas nesta área, buscando através do uso de imagens de satélite mapear as trocas de CO2 entre a superfície e o ar. Para tanto, é necessário acumular um banco de dados maior de imagens coincidentes com medições em superfície sobre diferentes tipos de culturas e em diversas épocas do ano. / The increase in emissions of the greenhouse gases (GHG) is today one of the main environmental problems, which can significantly affect human activities and land ecosystems. One of the main GHG is CO₂, which has been emitted indiscriminately due to the current lifestyle. This gas contributes in the climate changes that have anthropogenic origin. They are mainly associated with the increase of pollution, fires, deforestation, agriculture and heat islands. In this context, the object of this investigation was to study the relationship between the spectral reaction of soybean cultivation along its development cycle, using images NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), and the fluxes of CO₂ calculated by the eddy covariance method, generating information and methodology to investigate the carbon exchange in an area of soybean cultivation in the State of Rio Grande do Sul. The study was developed from an experiment located on private agricultural research foundation (FUNDACEP) during the harvest 2008/2009. For this were used five satellite images of Landsat 5 (TM), orbit/point 223/080, and data collected from micrometeorological station (technique of eddy covariance) throughout the development cycle of soybean. The results showed that the flow of response of CO₂ during the day was cyclical, which in the daytime shows negative values (capture) and at the night, positive (liberation). Considering the whole cycle of soybean growth, it works as scavenging of atmospheric CO₂. The photosynthetically active radiation determines the magnitude of the trapping of CO₂ by soybean, but the flow is modulated by the fenológico stage of the culture. The photosynthetic activity of soybean plants is higher during the vegetative stage, when coincide the higher incidence of solar radiation and the greater photosynthetic apparatus. The NDVI, obtained from Landsat images, is an indicator of the evolution of the biomass of soybean during the cycle; shows lower values at the beginning of the cycle, gradually grows to a maximum of biomass and decreases with the end of the soybean cycle. There is a correlation between NDVI and negative flows of CO₂ (capture), which occurred during the day. Therefore, remote sensing techniques show potentiality in the generation of useful information on CO₂ exchange between the surface and atmosphere. It is recommended to fallow up researches in this area, searching through the use of satellite images to map the exchanges of CO₂ between the surface and the air. Thus, it is necessary to accumulate a large database of images coincident with surface measurements on different types of cultures at different time of the year.

Sistemas conservacionistas de manejo do solo podem representar uma importante estratégia mitigadora das emissões de gases de efeito estufa (GEE) do solo. A presente pesquisa foi realizada em experimento de longa duração (24 anos) em Argissolo Vermelho, e teve como objetivo avaliar o potencial de sistemas conservacionistas de manejo de solo em mitigar as emissões de GEE sob as condições de clima subtropical da Depressão Central do Rio Grande do Sul. Emissões de óxido nitroso (N2O) e metano (CH4) foram avaliadas em sistemas de preparo do solo (convencional-PC e plantio direto-PD) e de cultura (aveia/milho e ervilhaca/milho) no período pós-manejo das plantas de cobertura de inverno (2009/10 e 2010/11) e no período de um ano agrícola (2009/10). Amostras de ar foram coletadas utilizando o método da câmara estática, e a concentração dos gases analisada por cromatografia gasosa. Os teores de nitrogênio (N) mineral e carbono orgânico dissolvido (COD), atividade biológica, temperatura e umidade do solo foram monitorados durante o período de avaliação. O potencial de aquecimento global (PAG) dos sistemas de manejo no ano agrícola 2009/10 foi calculado considerando as emissões de N2O e CH4, a taxa de retenção de carbono (C) no solo e os custos em C-CO2 das atividades e insumos agrícolas. As emissões de N2O do solo no período pósmanejo das plantas de cobertura de inverno foram maiores sob PC. No entanto, esse efeito só foi verificado em ano chuvoso quando ocorreu atraso na semeadura do milho em sucessão. As emissões de N2O estiveram relacionadas positivamente com o teor de nitrato (NO3 -), porosidade preenchida por água (PPA), temperatura do solo e com a atividade biológica. No período posterior ao pós-manejo, o efeito dos sistemas de cultura no estoque de N do solo comandou as emissões de N2O. O solo comportou-se como dreno de CH4, sendo essa característica mais evidente sob PD do que sob PC e inversamente relacionada com a precipitação acumulada nos três dias antes da coleta do gás. Os sistemas sob PD apresentaram PAG inferior aos sistemas sob PC. O PD com inclusão de leguminosas como plantas de cobertura é sugerido como um sistema com características de alta produtividade capaz de mitigar as emissões de GEE. / Soil conservation management systems are an important strategy for greenhouse gas mitigation. This research was performed in a long-term experiment (24 years) in an Acrisol, and aimed to evaluate conservation soil management systems' potential to mitigate greenhouse gas (GHG) emissions in Southern Brazil. Soil nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) emissions were evaluated under tillage (conventional-CT and no-tillage-NT) and cropping systems (oat/maize and vetch/maize) in the period after winter cover crop management (post-management) (2009/10 and 2010/11) and on annual basis (2009/10). Air sampling was performed using static closed chambers and gas concentrations were analyzed by gas chromatography. Simultaneously to air sampling, soil was evaluated regarding to mineral N, dissolved organic C contents, biological activity, temperature and moisture. Net global warming potential (GWP) for the management systems was calculated by accounting the annual N2O and CH4 fluxes, annual C retention rates and the C costs of agronomic inputs. Soil N2O emissions in the post-management period were higher under CT. However, this effect was only observed in years when there was rain-delayed corn sowing in succession to winter cover crops. N2O emissions were positively related to nitrate, water-filled pore space, soil temperature and biological activity. The effect of cropping system on total soil N stocks controlled N2O emissions in the period after the post-management. Soil was a small sink for atmospheric CH4. Soil capacity to take up CH4 tended to be higher in NT than CT and was inversely related with rainfall three days prior to air sampling. NT systems decreased GWP relative to CT practices. NT legumebased cropping system was considered the most promising management regime for simultaneously achieving maximal yield and GHG mitigation.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, 2010. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2017-01-10T13:38:43Z No. of bitstreams: 1 2010_LucreciaBezerradaSilva.pdf: 813649 bytes, checksum: 3fc0197992f6e4bfa43578b2442307cb (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2017-01-16T15:01:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_LucreciaBezerradaSilva.pdf: 813649 bytes, checksum: 3fc0197992f6e4bfa43578b2442307cb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-16T15:01:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_LucreciaBezerradaSilva.pdf: 813649 bytes, checksum: 3fc0197992f6e4bfa43578b2442307cb (MD5) / Foram avaliados quatro genótipos de forrageiras do gênero Panicum, sendo dois acessos, denominados PM34 e PM46, e dois cultivares comerciais, o capim-Massai e o capim-Mombaça, com relação às características agronômicas e nutricionais, bem como ao potencial de emissão de metano correlacionado com as respectivas características de composição química dos genótipos. Os experimentos foram realizados na Embrapa Cerrados (Planaltina – DF) e no Laboratório de Nutrição Animal da Fazenda Água Limpa - UnB, no período setembro de 2007 a maio de 2010. Foi determinada a composição químico-bromatológica dos genótipos pelo método Kjeldhal (AOAC, 1995), pelo método sequencial (Van Soest et al., 1991), pelo processo Soxhlet e cinzas segundo AOAC (1995). Os carboidratos não fibrosos foram determinados pela fórmula 100 - (%PB + %FDN + %EE + cinzas). O potencial de emissão de metano dos genótipos foi determinado nos tempos 8, 12 e 24 horas após a inoculação in vitro, por meio da Técnica semiautomática de produção de gases associada à cromatografia gasosa. O delineamento experimental utilizado nos experimentos de campo e nas análises de laboratório foi o de blocos ao acaso em esquema de parcelas subdivididas, com quatro repetições. Para a comparação das médias utilizou-se o teste de Tukey, a 5% de probabilidade, e a análise dos dados foi realizada por meio do software SAS (2000). A produção de matéria seca total teve média geral de 1484,17 Kg/ha, enquanto a produção de matéria seca das lâminas foliares teve média geral de 1435,32 Kg/ha, e a altura variou entre 53,00 e 59,33 para os quatro genótipos. O teor de matéria seca médio geral foi de 24,88%, e os de fibra em detergente neutro (FDN), carboidratos não fibrosos (CNF) e nitrogênio preso à FDN (N-FDN) foram 67,85, 11,34 e 52,58%, respectivamente. Foram encontradas diferenças significativas (P<0,05) entre os cultivares analisados para a produção cumulativa de gases (PCG), degradabilidade da matéria orgânica (DMO), volume de metano produzido (VCH4) e volume de metano produzido por grama de matéria orgânica degradada (CH4GMOD), sendo esta última característica negativamente correlacionada com o teor de carboidratos não fibrosos (-0,9063) e positivamente correlacionada com o percentual de nitrogênio ligado à FDN nas forrageiras (0,9925). Concluiu-se que o genótipo PM34 apresentou o maior potencial de emissão de metano após 24 horas de fermentação, com maior CH4GMOD (32,37 mL/g) (P<0,05) associado a uma baixa DMO (35,92%). _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Four genotypes of Panicum sp. were evaluated, namely two accessions called PM34 and PM46, as well as two commercial cultivars, Panicum maximum cv. Massai and Panicum maximum cv. Mombaça. The purpose of the evaluation was to evaluate agronomical and nutritional features, and to assess methane emission potential ensuing from the respective chemical composition characteristics of each genotype. The experiments were conducted both at an EMBRAPA (Brazilian Agricultural Research Corporation) unit called Cerrados, which is located in Planaltina town, Federal District (DF) and at the Animal Nutrition Laboratory on the Fazenda Água Limpa (an experimental farm owned by the Federal University of Brasília – UnB), within the period from September 2007 to May 2010. The chemical and bromatological composition of the cultivars was determined by applying the Kjeldhal method (AOAC, 1995), the sequencial method (Van Soest et al., 1991), and the Soxhlet process and soothes pursuant to AOAC (1995). Non-fiber carbohydrate rate was discovered by the following formulation: 100 - (%PB + %NDF + %EE + soothes). Besides, the genotypes’ methane emission potential was assessed by applying the semi-automated in vitro gas production technique combined with the gas chromatography method concerning methane gas production at 8, 12 and 24 hour post-inoculation. The split plot and split block experiment design with four repetitions was the experimental approach employed in practical field tests and laboratory analyses. Tukey’s test at 5% probability level was applied to compare the means obtained and the data analysis was performed by using the SAS software (2000 version). The total dry matter production general mean was 1484.17 Kg/ha, whereas the leaf blades’ total dry matter production general mean was 1435.32 Kg/ha. The four genotypes’ height ranged between 53.00 and 59.33. The dry matter general rate was 24.88%, and the neutral detergent fiber (NDF), non-fiber carbohydrate and NDF-nitrogen rates were respectively 67.85%, 11.34%, and 52.58%. Significant differences (P<0,05) were found among the analyzed cultivars in respect to cumulative gas production (CGP), dry matter digestibility (DMD), amount of methane gas produced (ACH4), as well as the amount of methane gas produced by each gram of dry matter digested (CH4GDMD). The latter is negatively related to the level of non-fiber carbohydrates (-0.9063) and positively related to the percentage of nitrogen linked to the neutral detergent fiber (NDF) in forage grasses (0.9925). In conclusion, a higher methane emission potential was observed for the genotype PM34 after 24 hour fermentation, which presented a higher CH4GDMD rate (32.37 mL/g) combined with a lower DMD rate (35.92%) (P<0.05).

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000412503-Texto+Completo-0.pdf: 4373576 bytes, checksum: 22ddb62c7d2930b54f20b7ab9486a6c9 (MD5) Previous issue date: 2009 / The world has always been worried about the environment. The greenhouse effect is most popular issue today. Carbon dioxide is one of the gases produced by mankind which has been on the spot lately, due to the fact that it is direct related to the greenhouse effect. A lot of work has been done trying to minimize the emissions of this gas, namely, biofuel, geological storage, oceanic storage, mineral carbonation and alkaline waste carbonation. The aim of this project is to develop a method of CO2capture and storage using a low price alkaline waste, steel slag. This waste has a high concentration of magnesium and calcium oxides, which are good for long term storage of this greenhouse gas. The method includes leaching the main components from the slag for a subsequent carbonation flowing CO2 throw the solution. The overall yield of the process – extraction and carbonation – proved to be significant (83%). The purity of the calcium carbonates obtained of 97%, showing that is really possible to have commercial products from the indirect steel slag carbonation. / Atualmente, a preocupação com o meio ambiente está em todas as atividades humanas, porém, nos últimos anos, as questões associadas às mudanças climáticas e ao efeito estufa tem se tornado objeto principal de estudo e discussões científicas e governamentais. O dióxido de carbono (CO2), que é um dos gases de efeito estufa, tem gerado grande preocupação devido ao fato de estar diretamente relacionado ao aquecimento global. Muita pesquisa tem sido feita com o intuito de reduzir as emissões atmosféricas desse gás, dentre elas pode-se citar o uso de biocombustíveis, o armazenamento geológico, o armazenamento oceânico, a carbonatação mineral e a carbonatação de resíduos alcalinos. O objetivo deste projeto foi o de desenvolver um método de captura e armazenamento de CO2 utilizando um resíduo de pouco valor agregado, a saber, a escória de aciaria elétrica. Este resíduo possui um alto teor de óxidos de cálcio e magnésio, compostos essenciais para o armazenamento em longo prazo desse gás de efeito estufa. O método consiste na lixiviação dos componentes principais e posterior carbonatação através da passagem do fluxo de CO2 pela solução. O rendimento global do processo – entre extração e carbonatação – para a obtenção de carbonato de cálcio mostrou ser bem significativo (até 83%). A pureza dos carbonatos de cálcio obtidos foi de 97%, mostrando que é possível que se obtenha produtos comerciais a partir da carbonatação indireta da escória.