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Microorganismos del suelo y cinética de carbono en ecosistemas del monte Tláloc.

VIRGINIA MARTINEZ ROJAS (2015)

Tesis (Doctorado en Ciencias, especialista en Edafología).- Colegio de Postgraduados, 2015.

Los ecosistemas forestales juegan un papel importante en la fijación de carbono, a través de ellos se da el intercambio de dióxido de carbono (CO2) entre la atmósfera y la superficie terrestre. Parte del carbono fijado por las plantas entra al suelo y parte regresa a la atmósfera a través de la descomposición del material vegetal muerto. Varios factores bióticos y abióticos determinan la cantidad de carbono que entra al suelo. En el presente estudio se evaluaron algunos de esos factores que influyen en la caída de hojarasca, la descomposición y en los flujos de CO2 del suelo en el bosque de oyamel del monte Tláloc. Además se determinó con tecnologías metagenómicas de última generación la diversidad de las comunidades bacterianas del suelo en los ecosistemas de encino, oyamel, pino y pradera alpina. De la hojarasca caída durante el año, 67% correspondió a acículas y 23% a ramas. La descomposición, medida como pérdida de peso fue de 44% para acículas y de 32% para ramas a los 475 días; las constantes de descomposición (k) fueron de 0.439 año-1 para acículas y de 0.294 año-1 para ramas. Los flujos de CO2 asociadas a la respiración del suelo fueron mayores en época de lluvia. La tasa de mineralización bajo condiciones controladas de temperatura y humedad en los suelos de oyamel fue afectada por la calidad de la hojarasca; en suelos colectados a menor altitud la tasa de mineralización fue de 36 mg C kg-1 suelo día-1 y en suelos de mayor altitud fue de 21 mg C kg-1 suelo día-1. Los filos identificados en las muestras de suelo de los diferentes ecosistemas fueron: Actinobacteria, Acidobacteria, Protebacteria, Firmicutes y Tenericutes, los cuales cambiaron de acuerdo al tipo de ecosistema y al gradiente altitudinal; el filo más abundante fue Actinobacteria, en particular en bosque de encino y oyamel; Tenericutes se encontró solo en encino y pradera alpina. La diversidad alfa fue mayor en encino que en los otros ecosistemas. El suelo de bosque de encino albergó 14 géneros de bacterias, siendo el más abundante Arthrobacter con 7.5% del total de secuencias, le siguió Burkholderia con 3.5% del total. _______________ SOIL MICROORGANISMS AND CARBON KINETICS OF MOUNT TLALOC ECOSYSTEMS. ABSTRACT: Forest ecosystems play an important role in carbon sequestration, through them exchange of carbon dioxide (CO2) between the atmosphere and land surface occurs. Part of the carbon fixed by plants enters into the soil and other part returns to the atmosphere through litter decomposition. Various biotic and abiotic factors determine the amount of carbon entering the soil. In this study some factors that influence litter fall, decomposition and CO2 fluxes on soils of fir forest at mount Tlaloc were evaluated. It was also determined the diversity of soil bacterial communities in ecosystems of oak, fir, pine and alpine grass land using technologies of metagenomics. Litter fall during the year, was 67% needles and 23% branches. The decomposition, measured as weight loss was 44% for needles and 32% for branches at 475 days after the establishment of the experiment; decomposition constants (k) were 0.439 year-1 for needles and 0.294 year-1 for branches. The CO2 fluxes associated with soil respiration were higher in the rainy season. The mineralization rate under controlled conditions of temperature and moisture on fir soils was affected by the litter quality; mineralization rate was 36 mg C kg-1 day-1 in soil samples collected at lower altitude and 21 mg C kg-1 day-1 in soils at higher altitude. The phyla identified in soil samples from the different ecosystems were: Actinobacteria, Acidobacteria, Proteobacteria, Firmicutes and Tenericutes, which changed according to the type of ecosystem and the altitudinal gradient; phylum Actinobacteria was the most abundant, particularly in oak and fir forest; Tenericutes was found only in oak and alpine grassland. Alpha diversity was higher in oak than in the other ecosystems. The oak forest floor housed 14 genus of bacteria, the most abundant was Arthrobacter with 7.5% of sequences and Burkholderia with 3.5%.

Doctoral thesis

Hojarasca Tasa de descomposición Flujos de CO2 Mineralización de C. Diversidad bacteriana Litter Decomposition rate CO2 fluxes C mineralization Bacterial diversity Edafología Doctorado CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO CIENCIAS DEL SUELO (EDAFOLOGÍA) MICROBIOLOGÍA DE SUELOS

Effects of soil rewetting and thawing on soil gas fluxes: a review of current literature and suggestions for future research

Dong_Gill Kim (2012)

"The rewetting of dry soils and the thawing of frozen soils are short-term, transitional phenomena in terms of hydrology and the thermodynamics of soil systems. The impact of these short-term phenomena on larger scale ecosystem fluxes is increasingly recognized, and a growing number of studies show that these events affect fluxes of soil gases such as carbon dioxide (CO<sub>2</sub>), methane (CH<sub>4</sub>), nitrous oxide (N<sub>2</sub>O), ammonia (NH<sub>3</sub>) and nitric oxide (N<sub>O</sub>). Global climate models predict that future climatic change is likely to alter the frequency and intensity of drying-rewetting events and thawing of frozen soils. These future scenarios highlight the importance of understanding how rewetting and thawing will influence dynamics of these soil gases. This study summarizes findings using a new database containing 338 studies conducted from 1956 to 2011, and highlights open research questions. The database revealed conflicting results following rewetting and thawing in various terrestrial ecosystems and among soil gases, ranging from large increases in fluxes to non-significant changes. Studies reporting lower gas fluxes before rewetting tended to find higher post-rewetting fluxes for CO<sub>2</sub>, N<sub>2</sub>O and N<sub>O</sub>; in addition, increases in N<sub>2</sub>O flux following thawing were greater in warmer climate regions. We discuss possible mechanisms and controls that regulate flux responses, and recommend that a high temporal resolution of flux measurements is critical to capture rapid changes in gas fluxes after these soil perturbations. Finally, we propose that future studies should investigate the interactions between biological (i.e., microbial community and gas production) and physical (i.e., porosity, diffusivity, dissolution) changes in soil gas fluxes, apply techniques to capture rapid changes (i.e., automated measurements), and explore synergistic experimental and modelling approaches."

Article

Soil rewetting, Thawing gas fluxes, Hidrology, CO2, Soil gases, N2O BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA

Caracterización de fundentes para molde de colada continua de acero

ALEJANDRO CRUZ RAMIREZ MARISSA VARGAS RAMIREZ (2012)

Los fundentes para molde de colada continua de acero cumplen diferentes funciones clave para obtener planchones de acero de óptima calidad. En este trabajo, se caracterizaron cuatro fundentes comerciales mediante pruebas de laboratorio (Estudio petrográfico, difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido con microanálisis). La caracterización indica que los fundentes están constituidos por simple mezcla mecánica de minerales utilizando feldespatos y arcillas como materiales base, que contienen SiO2, Al2O3, Na2O y en menor proporción K2O, MgO, Fe2O3 y MnO; la caliza como fuente principal de CaO, fluorita (CaF2) como fluidificante y grafito como fuente de carbono. Esta información es útil para establecer criterios de diseño para obtener fundentes con materiales disponibles en el mercado nacional..

Fluxes for continuous casting mold of steel fulfill several key functions in order to produce slab steel of good quality. In this work, four commercial fluxes were characterized by laboratory tests (Petrographic study, X-ray diffraction and scanning electronic microscope with

microprobe). The characterization of the commercial fluxes reveals that they are produced by simple mechanical blend of minerals, using feldspars and clays as base materials, containing SiO2, Al2O3, Na2O and in less quantity K2O, MgO, Fe2O3 y MnO; limestone as the main source of CaO, fluorspar (CaF2) used to control the viscosity and graphite as carbon source. This information is useful to establish design parameters to obtain fluxes with raw materials available in the local market.

Article

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA TECNOLOGÍA METALÚRGICA Fundentes Colada continua Minerales Acero Planchón Pulvimetalurgia Fluxes Continuous casting Minerals Steel Slab Powder metallurgy

REFORMACIÓN DE ETANOL COMBINADA CON ABSORCIÓN DE CO2 PARA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO

BLANCA GLADIANA BELTRAN PIÑA MANUEL DAVID DELGADO VIGIL VIRGINIA HIDALINA COLLINS MARTINEZ (2009)

Se ha estudiado la reacción de reformación de etanol combinada con la carbonatación de un óxido

metálico para la producción de hidrogeno con captura de CO2 en un solo paso. Se utilizó una mezcla de un

catalizador compuesto de 10 %wt Ni/Al2O3 con un material absorbente de CO2, tal como: CaO*MgO

(dolomita calcinada) y Na2ZrO3 (zirconato de sodio). Los materiales sintetizados fueron caracterizados por

difracción de rayos X (XRD), microscopia electrónica de barrido (SEM), y área superficial (isoterma BET).

Se obtuvo un catalizador con fase activa bien dispersa y con área superficial de 170 m2/gr. La evaluación de la

reacción de reformación de etanol con vapor se realizó considerando un sistema transiente y en un reactor de

lecho fijo de acero inoxidable donde se introdujeron las mezclas del catalizador y de los absorbentes de CO2;

la reacción se llevó a cabo a una temperatura de 600°C, con una relación de alimentación de agua/alcohol de

6:1. La cuantificación de los gases producidos durante la reacción (H2, CO2, CO y CH4) se efectuó mediante

cromatografía de gases. Se observó un aumento en la selectividad a hidrógeno al agregar el absorbente en la

cama catalítica de 85% a 98% con dolomita y a 97% con zirconato de sodio. Así mismo se obtuvo una

disminución considerable en la selectividad hacia los subproductos tales como: CH4 y CO2. Se determinó la

cantidad de carbón depositado sobre la superficie de los materiales. Este incremento en la producción de

hidrógeno es atribuido al desplazamiento del equilibrio termodinámico de la reacción de reformación de

acuerdo con el principio de Le Chatelier.

Conference proceedings

CO2 BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA OTRAS ESPECIALIDADES QUÍMICAS OTRAS

Reactores capilares para fotosíntesis artificial

MARIA DE LOURDES HURTADO ALVA (2016)

La aplicación de reactores capilares para la transformación de dióxido de carbono a compuestos orgánicos con valor comercial a través de un proceso de reducción en medio acuoso, asistido por luz UV (λ=254 nm) y un catalizador fue el objeto central de estudio de esta investigación. El proceso, también conocido como fotosíntesis artificial se efectuó bajo el régimen hidrodinámico de Taylor en donde el efecto del catalizador (TiO2) se estudió en películas y en suspensión. Los recubrimientos de TiO2 se prepararon mediante el método sol-gel empleando distintas relaciones volumétricas de los precursores isopropoxido de titanio, isopropanol y ácido nítrico. El TiO2 se depositó sobre la superficie interna de capilares de cuarzo (DI=0.3 cm) y la caracterización de la película resultante se realizó a través de espectroscopia Raman, microscopia electrónica de barrido y espectroscopia UV-Vis de reflectancia difusa. Se encontró que la formación de películas más homogéneas y transparentes se obtiene con un mayor grado de dilución de los precursores. La fase cristalina anatasa fue identificada independientemente de las condiciones de síntesis. La actividad fotocatalítica de los recubrimientos se verificó en una reacción de oxidación (degradación de ácido 2-dihidroxibenzoico con O2) y en la reacción de reducción del CO2. En la reacción de oxidación, las variables de respuesta fueron la disminución en la concentración del ácido, el grado de mineralización y la concentración de los intermediarios de reacción. Se concluyó que el recubrimiento que ofrece el mejor desempeño fotocatalítico es aquel preparado con una relación volumétrica de precursores igual a 1:15:1 con dos ciclos de recubrimiento. Los subproductos de reacción identificados por HPLC fueron los ácidos 2,3 y 2,5-dihidroxibenzoicos encontrándose que su formación ocurre en ruta paralela y que son compuestos persistentes a su degradación. Estas condiciones de síntesis se emplearon para llevar a cabo la reducción de CO2. Con respecto a esta etapa, se condujo la reacción de reducción de CO2 con distintos agentes reductores y siendo catalizada por TiO2 bajo irradiación UV. Se verificó el efecto del agente reductor, la configuración del reactor y del catalizador. La reacción de foto-reducción se favoreció al ser efectuada en medio alcalino y catalizada por suspensiones de TiO2. Se identificaron cualitativamente como productos de reacción en la fase líquida al metanol, etanol y al formaldehído. Se modificó el sistema de reacción adicionando un paso de tratamiento fotoquímico del CO2 previo a incorporarse al reactor capilar para su transformación a compuestos orgánicos encontrando que esta modificación alteró considerablemente la selectividad del proceso. Adicionalmente el proceso fue catalizado por los siguientes materiales: TiO2:Ni, TiO2:F, TiO2:F:Pt y Cu2O depositado sobre grafeno. En todos los casos la producción de compuestos orgánicos fue superior a la alcanzada cuando el proceso fue catalizado únicamente por TiO2. De esta forma fue verificado el uso de reactores capilares en la reacción fotocatalítica de oxidación de ácido 2-DHBA y en el proceso de reducción de CO2.

PRODEP 103.5/13/5257

Doctoral thesis

co2 dioxide de carbono foto-catalisis foto-reducción tio2 dioxido de titanio metanol etanol procesos sutentables fuentes alternas de energia reactores multifasicos foto-reactores BIOLOGÍA Y QUÍMICA

MODELACIÓN Y SIMULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE ABSORBENTES NANOMÉTRICOS DE CO2 BASE SODIO PARA LA PRODUCCIÓN DE H2

LEONOR CORTES PALACIOS ALBERTO DIAZ DIAZ VIRGINIA HIDALINA COLLINS MARTINEZ (2007)

La reformación de gas natural es la ruta predominante para la producción de hidrógeno (H2) a gran escala.

Para optimizar este proceso se captura in situ el CO2 por medio de un absorbente sólido. Balasubramanian et

al. 1999 demostraron que con el CaO se puede producir H2 con una pureza de 95%, en un solo paso a través

del proceso de reformación de CH4, usando partículas de dolomita (base CaO) desde los 650 ºC. Más tarde,

López-Ortiz y Harrison (2001) reportaron los efectos de condiciones de regeneración en la desactivación de la

dolomita como una función de la temperatura y de la composición del gas de regeneración, así como su

desempeño en el proceso de producción de H2, mostrando actividad moderadamente baja en la mayoría de las

condiciones de regeneración. López-Ortiz et al. (2004) expusieron que también los cerámicos base sodio

(Na2ZrO3, Na2TiO3, Na3SbO4) son buenos sorbentes de CO2, incluso reportan que el Na2ZrO3 presenta

mejores características para la captura de CO2, comparadas con las del Li2ZrO3. Recientemente, Cabot

Superior MicroPowders y ChevronTexaco proponen producir el sorbente, mediante aspersión formando

polvos de tamaños desde escala milimétrica hasta nanométrica. La principal ventaja de sintetizar estos

materiales a través de la aspersión es que ésta promueve la formación de una microestructura y composición

que favorece principalmente a la cinética de carbonatación y descarbonatación así como al mecanismo

cinético de la producción de H2. Debido a la necesidad de conocer y controlar el crecimiento de

nanopartículas sorbentes de CO2, en un trabajo anterior se propuso un modelo (Cortes P. L. y Diaz D. A.

2006), inspirado en Lenggoro et al. (2000), que describe la influencia de la evaporación del solvente y la

temperatura de la gota. En el presente trabajo se estudia la evolución de la reacción química en la

composición de la partícula con un modelo cinético. Este modelo ayuda a optimizar los parámetros del

proceso de aspersión pirolítica para la producción de nanopartículas. El desarrollo de la simulación numérica

de este proceso y de la cinética de la reacción de formación del sorbente se ha llevado a cabo a partir de los

datos obtenidos por técnicas de análisis térmico (TGA y DSC).

Conference proceedings

CO2 CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS

Variabilidad genética en zacate buffel para producción de forraje, semilla y captura de co2

DIANA LÓPEZ MÁRQUEZ (2015)

"Los pastizales representan un componente importante del ciclo del Carbono y son utilizados como fuente de alimento para ganado; la cuantificación de su biomasa es una forma de conocer la productividad del ecosistema. El zacate buffel ocupa más de 50 millones de ha en el mundo, en esta investigación se estudiaron dos grupos Elite de híbridos F1 apomícticos de este zacate para caracterizar la conservación de la viabilidad del germoplasma, la producción de forraje y panículas así como la captura de CO2 y producción de oxígeno. Para ello se realizaron pruebas de germinación en el Grupo Elite I y un experimento de campo en Saltillo, Coahuila; y un experimento de campo con cada grupo en Zaragoza, Coahuila. Se realizaron cuatro cortes en el Grupo Elite I y tres en el Grupo Elite II, 16 variables fueron medidas y se realizaron los análisis de varianza así como un análisis de componentes principales al Grupo Elite I para formar grupos y posteriormente generar la ecuación alométrica. Se formaron siete grupos diferentes algunos por sus características estructurales y otros por su estimación de biomasa; se encontró diferencias estadísticas entre los genotipos para todas las variables evaluadas. En conclusión este estudio demuestra que algunos genotipos de buffel producen el doble de biomasa que Común, que hay un amplio rango de variación en la viabilidad de la semilla, que el CO2 es capturado en cantidades diferentes y que hay híbridos que pueden producir más oxigeno que una plantación de pino."

"Grasslands are an important component for global CO2 cycle besides of its utilization as feed for livestock; quantification of its biomass allows to realize the ecosystem´s productivity. Buffelgrass covets above 50 million ha in the world, the present investigation assessed two Elite groups of F1 apomictic buffelgrass hybrids to learn about seed viability of the germplasm, forage and panicles production as well as CO2 sequestration and oxygen production. Germination trials and a field experiment were conducted on Elite Group I in Saltillo, Coahuila; and two field experiments, one for each group, were done in Zaragoza, Coahuila. Plants in Group I were clipped four diffent times and three harvests were done on Group II, ANOVAS were done for a total of 16 variables, and a main component analysis was used on Elite Group I to identify clusters and generate an allometric equation. Seven different groups were detected, some because of structural traits and others by biomass production; significant differences were found among hybrids for all variables. A conclusion is that some buffelgrass hybrids biomass production is twice that of Common, significant genetic variability is available for seed viability conservation, CO2 is sequestration varies with hybrids and oxygen production of some hybrids higher as compared to a pine plantation."

Master thesis

Zacate buffel Biomasa, viabilidad CO2 CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

SECUESTRO DE CARBONO EN LA BIOMASA AEREA DE UN SISEMA AGROSILVOPASTORIL DE COCOS NUCIFERA, LEUCAENA LEUCOCEPHALA VAR. CUNNINGHAM Y PENNISETUM PURPUREAUM. CUBA CT-115

JORGE AGUIRRE ORTEGA JOSE MANUEL PALMA GARCIA (2013)

With the purpose of estimating carbon sequestration in aboveground biomass of an agroforestry systems consisting of coconut (Cocos nucifera), Leucaena leucocephala Var. Cunningham in high density, and Cuba grass CT-115 (Pennisetum purpureum), a study was carried out on a sandy a soil loam. A randomized block design with split plot arrangement was used with four treatments 0, 40, 60 and 80 000 trees leucaena ha-1 and three replications, an evaluation from inception to 340 days of age. The results showed statistical difference (P≤0.001) in carbon sequestration with 128.62a, 122.00b, 109.73c y 101.19d 6b C+ha-1 año-1 for sasp with 0, 40, 60 y 80 thousand plants of leucaena ha-1, respectively. The major contribution of carbon sequestration was made by coconut, which contributes to 60 to 80% of the sasp. The treatment that incorporated high-density tree legume planting achieved greater carbon sequestration.

Con el objetivo de estimar el secuestro de carbono en la biomasa aérea de un sistema agrosilvopastoril (sasp) compuesto por cocotero (Cocos nucifera), Leucaena leucocephala Var. Cunningham sembrada en alta densidad y Pennisetum purpureum Cuba CT-115, se llevó a cabo un estudio en un suelo con textura franco arcillo-arenosa. Se utilizó un diseño en bloques al azar con arreglo en parcelas divididas con cuatro tratamientos 0, 40, 60 y 80 mil árboles de leucaena ha-1 y tres repeticiones; la evaluación duró desde su establecimiento hasta 340 días de edad. Los resultados muestran diferencia estadística (P≤0.001) en el secuestro de carbono con 101.19d, 109.73c, 122.00b y 128.62a t C+ha-1año-1 para los sasp de 0, 40, 60 y 80 mil plantas de leucaena ha-1, respectivamente. El mayor aporte de secuestro de carbono lo realizó el cocotero que aportó del 60 al 80% del total del sasp y existió una relación inversa de secuestro de carbono de la gramínea al incrementar la densidad de la leguminosa. El tratamiento que incorpora la siembra en alta densidad de la leguminosa arbórea logró un mayor secuestro de carbono.

Article

Agroforestería cambio climático CO2 biomasa aérea Agroforestry climate change CO2 Biomass BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Tecnologías de captura y almacenamiento de dióxido de carbono

MANUEL RETA HERNANDEZ (2017)

During the last few decades, the carbon dioxide (CO2) emissions have increased in alarming way. A concerning problem is that CO2 is one of the greenhouse gases (GHG) that mostly contribute to global warming. One of many efforts to reduce emissions of this contaminant gas, is to increase the use of renewable energy but the transition will be slow. Before the transition is significant, large quantities of CO2 will continue appearing in the atmosphere. A possible alternative is to capture and store the CO2 in a safe way to prevent it from reaching the atmosphere. This paper presents the three used CO2 capture technologies in the world, which are: precombustión, oxicombustión and postcombustión; likewise, the costs associated with implementing these technologies in supercritical pulverized coal boilers (SCPC), integrated gasification combined cycle (IGCC) plants, and natural gas combined cycle (NGCC) plants, are presented. Also are mentioned the main considerations for the transport and storage of CO2 from capture plants.

Durante las últimas décadas, las emisiones de dióxido de carbono (CO2) se han ido incrementado de una manera alarmante. El problema es que el CO2 es uno de los gases de efecto invernadero (GEI) que más contribuye al calentamiento global. Uno de tantos esfuerzos que se están realizando por reducir las emisiones de este gas contaminante, es incrementar el uso de las energías renovables, pero la transición será muy lenta. Se seguirán emitiendo grandes cantidades antes de que dicha transición sea significativa. Es por eso que una alternativa viable es capturar y almacenar el CO2 de una manera segura para impedir que vuelva a liberarse a la atmósfera. En este trabajo se presentan las tres tecnologías de captura de CO2 usadas en el mundo, las cuales son: precombustión, oxicombustión y postcombustión; así mismo, se presentan los costos asociados en la implementación de estas tecnologías en plantas de calderas de carbón pulverizado (CCP), en plantas de ciclo combinado de gasificación integrada (CCGI) y en plantas de gas natural de ciclo combinado (GNCC). También se mencionan las consideraciones para el trasporte y almacenamiento del CO2 desde las plantas de captura.

Producción Científica de la Universidad Autónoma de Zacatecas UAZ

Article

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Captura dióxido de carbono precombustión oxicombustión postcombustión CCS CO2 precombustion oxycombustion postcombustion

Study for Wind Generation and CO2 Emission Reduction Applied to Street Lighting – Zacatecas, México

MANUEL RETA HERNANDEZ (2013)

The widespread concern in developed and developing countries to generate clean and sus‐

tainable energy, has led to search for alternative sources for non polluting power generation

such as wind power. Although electric power generating costs by harnessing the wind re‐

source are still higher than production with conventional plants, the difference is being re‐

duced, depending on the system capacity. Integrating wind power systems to distributed

generation scheme, the efficiency of transmission and distribution may increase.

Producción Científica de la Universidad Autónoma de Zacatecas UAZ

Book part

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Wind Generation CO2 Emission Reduction Street Lighting