Supporting strategies to improve air quality over harbour areas

Abstract

Despite their key contribution to economic development, harbours pose environmental threat, affecting air quality, local climate, and human health, due to the release of several pollutants. Poor local air quality episodes are particularly concerning when harbours are located near densely populated urban areas, threatening inhabitants’ health. This Thesis was focused on the assessment of the impact of harbour emissions on the air quality over harbours and their surrounding urban areas, with a final goal of producing guidelines to support decision-making in the harbour sector and air quality management, using Port of Leixões as a case-study. After reviewing the state-of-the-art in this research field, a high-resolution emission inventory was developed, based on the two most used methodologies within the scientific community. Data about ship and cargo handling equipment were compiled, allowing the quantification of emissions and identification of their main sources. The comparison of the two methodologies indicates that a new harmonized methodology is recommended, besides the need of continuous update of emission factors and activity data. Having the detailed emission inventory, the community-scale webtool C-PORT was applied for the first time in European harbours to simulate the impact of the maritime emissions on local air quality. The comparison of modelled and observed values validated its application for the case study of Port of Leixões. The highest PM10 concentrations were found near the South Container Terminal of Port of Leixões, while NOx concentrations above 100 µg/m3 were also found near the highway. Land-based emission sources exhibited the highest contribution (around 80 %) to the PM10 concentrations in the study area, while 50 % of NOx concentration was due to docked ships. Mitigation measures were investigated and assessed to improve air quality in harbours and their surroundings. In a case-study, pollutant dispersion was addressed, aiming to control fugitive petcoke emissions and their impact on Port of Aveiro’s neighbour communities. Optimal structure, size and position of a physical barrier were defined based on numerical and physical modelling, achieving a maximum reduction in petcoke dust reaching the nearby residential area of 74 – 88 % for the most frequent/critical wind directions. The studied barrier has been implemented in the field and monitoring campaigns are currently being carried out to assess its effectiveness.

Apesar do seu papel-chave no desenvolvimento económico, os portos marítimos constituem uma ameaça ambiental, com impactes na qualidade do ar, clima local, e saúde humana, devido à emissão de inúmeros poluentes. Episódios de má qualidade do ar a nível local são particularmente preocupantes no caso de portos localizados nas imediações de áreas urbanas densamente povoadas, pondo em risco a saúde dos habitantes locais. Esta Tese focou-se no impacte das emissões portuárias na qualidade do ar em portos e suas vizinhanças urbanas. O objetivo final foi a produção de recomendações de suporte à tomada de decisão no setor portuário e gestão da qualidade do ar, usando o Porto de Leixões como caso-de-estudo. Após uma revisão do estado-da-arte neste campo, foi desenvolvido um inventário de emissões de alta-resolução, aplicando as duas metodologias mais frequentemente usadas na comunidade científica. Foram compilados dados sobre navios e equipamentos portuários, permitindo a quantificação das emissões e identificação das suas fontes maioritárias. Deste procedimento resultaram recomendações sobre o desenvolvimento de uma nova metodologia harmonizada. Ficou ainda evidenciada a relevância da atualização dos fatores de emissão e dos dados disponíveis sobre as diferentes atividades portuárias. Dispondo deste inventário de emissões, o C-PORT, uma ferramenta web de escala comunitária, foi aplicado pela primeira vez em portos europeus, para simular o impacte das emissões marítimas na qualidade do ar local. A comparação dos valores modelados com medições de campo validou a aplicação desta ferramenta ao caso-de-estudo do Porto de Leixões. A concentração mais elevada de PM10 foi registada no Terminal de Contentores Sul, registando-se também elevada (> 100 µg/m3 ) concentração de NOx junto à autoestrada vizinha. A maior contribuição (cerca de 80 %) para a emissão global de PM10 na área de estudo adveio de fontes de emissão terrestres, enquanto os navios atracados contribuíram com cerca de 50 % das emissões de NOx. Esta Tese inclui a análise de medidas de mitigação capazes de melhorar a qualidade do ar em portos marítimos e sua vizinhança. O caso-de-estudo apresentado foca-se na dispersão de poluentes, com o intuito de controlar a emissão de partículas de petcoke do Porto de Aveiro, e o seu impacte nas comunidades vizinhas. Com esse objetivo, foi estudada, através de simulação física e numérica, a composição, dimensão e posicionamento de uma barreira física. A solução otimizada permitiu reduzir em 74 % – 88 % para as direções de vento mais frequentes/críticas nesta região, estando atualmente implementada no terreno.