SiC-Based MIS gas sensor for high water vapor environments

In this work we will prove that SiC-based MIS capacitors can work in environments with extremely high concentrations of water vapor and still be sensitive to hydrogen, CO and hydrocarbons, making these devices suitable for monitoring the exhaust gases of hydrogen or hydrocarbons based fuel cells. Under the harshest conditions (45% of water vapor by volume ratio to nitrogen), Pt/TaOx/SiO2/SiC MIS capacitors are able to detect the presence of 1 ppm of hydrogen, 2 ppm of CO, 100 ppm of ethane or 20 ppm of ethene, concentrations that are far below the legal permissible exposure limits.

Catalytic gates for gas sensors based on SiC technology

En este trabajo se presenta un estudio químico y estructural de las capas metálicas de Pt y TaSix utilizadas como puerta catalítica en sensores de gas de alta temperatura basados en dispositivos MOS de SiC. Para ello se han depositado capas de diferentes espesores sobre substratos de Si. Los resultados muestran que con la reducción del espesor de Pt y con un recocido se consigue aumentar la rugosidad de las capas de puerta, lo que debería aumentar la sensibilidad y la velocidad de respuesta de los dispositivos que las incorporasen. Otro efecto del recocido es la transformación química del material de la puerta que, para capas delgadas de Pt con TaSix, produce la transformación total Pt en Pt2Ta, lo que podría afectar a las características catalíticas de la puerta. Los primeros resultados eléctricos indican que, a pesar de que las capas de Pt empleadas son gruesas y compactas, los diodos MOS túnel de SiC son sensibles a los gases CO y NO2, aunque presentan una velocidad de respuesta bastante lenta.

Gas collisions and pressure quenching of the photoluminescence of silicon nanopowder grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition

The quenching of the photoluminescence of Si nanopowder grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition due to pressure was measured for various gases ( H2, O2, N2, He, Ne, Ar, and Kr) and at different temperatures. The characteristic pressure, P0, of the general dependence I(P)=I0exp(-P/P0) is gas and temperature dependent. However, when the number of gas collisions is taken as the variable instead of pressure, then the quenching is the same within a gas family (mono- or diatomic) and it is temperature independent. So it is concluded that the effect depends on the number of gas collisions irrespective of the nature of the gas or its temperature

Contractive metrics for a Boltzmann equation for granular gases: diffusive equilibriaThe Patterson-Sullivan embedding and minimal volume entropy for outer space

We quantify the long-time behavior of a system of (partially) inelastic particles in a stochastic thermostat by means of the contractivity of a suitable metric in the set of probability measures. Existence, uniqueness, boundedness of moments and regularity of a steady state are derived from this basic property. The solutions of the kinetic model are proved to converge exponentially as t→ ∞ to this diffusive equilibrium in this distance metrizing the weak convergence of measures. Then, we prove a uniform bound in time on Sobolev norms of the solution, provided the initial data has a finite norm in the corresponding Sobolev space. These results are then combined, using interpolation inequalities, to obtain exponential convergence to the diffusive equilibrium in the strong L¹-norm, as well as various Sobolev norms.

Corporate governance in banking: the role of board of directors

We test hypotheses on the dual role of boards of directors for a sample of large international commercial banks. We find an inverted U shaped relation between bank performance and board size that justifies a large board and imposes an efficient limit to the board’s size; a positive relation between the proportion of non-executive directors and performance; and a proactive role in board meetings. Our results show that bank boards’ composition and functioning are related to directors’ incentives to monitor and advise management. All these relations hold after we control for bank business, institutional differences, size, market power in the banking industry, bank ownership and investors’ legal protection.

Trade of permits for greenhouse gas emissions; bilateral trade need not be the answer

The Kyoto Protocol sets national quotas on CO2 emissions and allows international trade of these quotas. We argue that this trade is characterized by asymmetric, identity-dependent externalities, and show that bilateral trade may not be sufficient for an efficient allocation of emissions. We derive conditions under which bilateral trade does improve the allocation of permits. The conditions are strong. In this sense, we argue that, for emissions permits, market design matters.

Developing discontinuous Galerkin methods for the resolution of the incompressible Navier-Stokes equations

Informe de investigación elaborado a partir de una estancia en el Laboratorio de Diseño Computacional en Aeroespacial en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), Estados Unidos, entre noviembre de 2006 y agosto de 2007. La aerodinámica es una rama de la dinámica de fluidos referida al estudio de los movimientos de los líquidos o gases, cuya meta principal es predecir las fuerzas aerodinámicas en un avión o cualquier tipo de vehículo, incluyendo los automóviles. Las ecuaciones de Navier-Stokes representan un estado dinámico del equilibrio de las fuerzas que actúan en cualquier región dada del fluido. Son uno de los sistemas de ecuaciones más útiles porque describen la física de una gran cantidad de fenómenos como corrientes del océano, flujos alrededor de una superficie de sustentación, etc. En el contexto de una tesis doctoral, se está estudiando un flujo viscoso e incompresible, solucionando las ecuaciones de Navier- Stokes incompresibles de una manera eficiente. Durante la estancia en el MIT, se ha utilizado un método de Galerkin discontinuo para solucionar las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles usando, o bien un parámetro de penalti para asegurar la continuidad de los flujos entre elementos, o bien un método de Galerkin discontinuo compacto. Ambos métodos han dado buenos resultados y varios ejemplos numéricos se han simulado para validar el buen comportamiento de los métodos desarrollados. También se han estudiado elementos particulares, los elementos de Raviart y Thomas, que se podrían utilizar en una formulación mixta para obtener un algoritmo eficiente para solucionar problemas numéricos complejos.

Estudi de la reductibilitat de catalitzadors basats en cobalt i el seu comportament en la reacció de desplaçament de gas d'aigua de CO

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la universitat d'Udine, Itàlia, entre setembre i desembre del 2006.S'han caracteritzat mitjançant la reducció a temperatura programada i tests catalítics catalitzadors en pols basats en cobalt i supostats en òxid de zinc i monòlits ceràmics funcionaliltzats també amb cobalt i òxid de zinc. L'addició de promotors (manganès, crom i ferro ) als catalitzadors en pols, preparats per impregnació i precipitació, no afecta significativament ni la temperatura a la qual té lloc la reducció ni al percentatge global de reducció. En els cicles de reducció-oxidació sí que s'observen diferències entre el primer perfil de reducció i els següents, especialment en el cas de la mostra que té ferro com a promotor, on les diferències s'accentuen en cicles successius (fins al quart). S'ha evaluat l'activitat d'aquests catalitzadors en la reacció de desplaçament de gas d'aigua, obtenint uns resultats satisfactoris. Finalment s'han realitzat reduccions a temperatura programada i tests catalítics en la reacció de desplaçament de gas d'aigua amb monòlits funcionalitzats amb cobalt i òxid de zinc (en cap d'ells s'ha introduït promotors). El nivell de conversió assolit és menor que en el cas de catalitzadors en pols, fet que s'associa a la geometria d'aquests sistemes catalítics, però la relació CH4/CO2 és més favorable que en els catalitzadors en pols, el que els converteix en sistemes molt selectius.

Determinantes del crecimiento de las emisiones de gases de efecto invernadero en España (1990-2007)

La evolución de los gases de efecto invernadero en España se está distanciando notablemente del objetivo marcado por el Protocolo de Kyoto. En el presente trabajo se analizan los diferentes factores que han contribuido al importante aumento experimentado en las emisiones de gases de efecto invernadero provenientes del consumo de energía en España en el período 1990-2007. La metodología de descomposición factorial utilizada permite hacer una distribución exacta (sin residuos) de la variación de emisiones en diferentes efectos (efecto carbonización, efecto transformación, efecto intensidad y efecto escala). Los resultados muestran claramente que el efecto escala -la variación en el nivel de producción- ha sido determinante en explicar el aumento de emisiones, mientras que la contribución de los otros efectos, que deberían ser los que cambiaran la tendencia de crecimiento de emisiones, no ha permitido moderar su aumento. Una contribución especialmente negativa es la atribuible al efecto intensidad, que refleja la variación en la intensidad energética final del PIB, ya que incluso habría contribuido a aumentar las emisiones. En sentido opuesto, el efecto transformación, el impacto atribuible a la transformación energética, habría contribuido a moderar el aumento de las emisiones totales. El trabajo discute las implicaciones de los resultados obtenidos.

Análisis multi-región input-output (MRIO) de emisiones de gases efecto invernadero (GEI) incorporado en el comercio. Un modelo birregional aplicado a Cataluña y el resto de España

El siguiente trabajo realiza un análisis regional y sectorial para el estudio de la emisiones de gases efecto invernadero (GEI) incorporadas en el comercio entre las regiones de Cataluña y el resto de España para el año 2001, estimando así el Balance Neto en GEI incorporado. El objetivo es el desarrollo de un metodología que nos permita realizar esta estimación de forma rigurosa, con la intención de efectuar un análisis comparativo de ambas estructuras productivas territoriales, en cuanto a la intensidad de emisión y el impacto de la demanda final de las regiones consideradas. Para este propósito se utiliza el marco metodológico del análisis input-output, en particular se aplica dos tipologías de modelos: el modelo básico o single-región y el multi-región, lo que nos permite la comparabilidad entre ambos, demostrando como el modelo MRIO (multi-región input-output) es el método más apropiado para dicho propósito, permitiendo, entre otras ventajas, analizar los vínculos interregionales e intersectoriales de las regiones consideradas. La incorporación de la técnica de la integración vertical o subsistemas, nos permite un enfoque alternativo para el Balance Neto resultante, no tenemos constancia de que este enfoque haya sido utilizado con anterioridad en los análisis MRIO aplicados al estudio de los impactos medioambientales incorporados en el comercio. Tampoco la tenemos sobre la aplicación de los MRIO de forma general para estos impactos a nivel interregional de la economía española. El principal resultado obtenido nos indica que aún teniendo Cataluña un importante superávit comercial con el resto de España, hemos comprobado la existencia de un importante déficit para la primera en cuanto a la polución incorporada en este comercio.

Sistemes lidar (radar laser) d'ona contínua i baixa potència per a la detecció i mesura de concentració de gasos amb resolució espacial

The present project has performed the study and development of a new technique for the detection of gases with range resolution. This technique called FMCW-lidar is a technique that evolves from the FMCW-radar technique to be applied to lidar systems. Moreover, it takes advantage of the appearance of spectral absorption lines because of the interaction between light and gases to tune the light wavelength of a laser emitter with one of this spectral lines and then detects the backscattered light and analyzes it in order to obtain gas concentration measurements. The first part of the project consisted in the analysis of the WMS technique which is a technique for the in-situ measurement of gases. A complete theoretical analysis has been performed and some experiments have been carried out in order to test the technique and to validate its application to an FMCW-modulated system for the detection of gases. The second part of the project consisted in the analysis of the lidar FMCW technique for solid target detection and its extension to continuous media. The classical form of this technique has been analyzed for a distributed medium and a filtering effect has been found which prevents the accurate acquisition of the medium response. A modification of the technique has been proposed and a validation via simulations and some experiments has been carried on. After performing these tests, a novel system is proposed to be developed and tested in order to perform the indicated gas detection with range resolution.

Desarrollo de nuevos materiales sólidos para la captura de CO2 a alta temperatura

El efecto invernadero provocado por la emisión masiva de CO2 derivado de la combustión de derivados fósiles, entre otros, está provocando serios problemas ambientales que afectan a ecosistemas de todo el planeta. Para reducir las emisiones se emplea la ciencia para diseñar nuevos métodos para capturar CO2 proveniente de la industria, transporte, energía, etc., y así causar el mínimo impacto ambiental posible hasta que dispongamos de la tecnología suficiente para abastecer la demanda energética por fuentes renovables. Entre las distintas tecnologías existentes, el trabajo pretende desarrollar un material sintético basado en calcio para captura Post-Combustión de CO2 en condiciones de presión atmosférica y alta temperatura (750 ºC) para la principal aplicación en centrales termoeléctricas. El material ha sido sintetizado por duplicado aplicando una caracterización de área superficial BET, microestructura con MEB, detección de fases con XRD y finalmente un estudio de la captura de CO2 con microbalanza de suspensión magnética. También es objetivo del trabajo estudiar el comportamiento de captura del material cuando existe la presencia de agua y/o SO2 éste normalmente presente en los gases de salida procedentes de la combustión de combustibles fósiles, tal como carbón, petróleo o gas natural. De nuevo las técnicas mencionadas han sido utilizadas para el estudio del comportamiento de captura. El material, tiene una captura de CO2 superior a otros materiales utilizados con el mismo fin. Se comporta mejor en presencia de agua y se anula la capacidad de captura por la formación de CaSO4, si en el flujo de gases está presente SO2 en una concentración mínima del 0,95%. Finalmente se realiza una breve mención sobre el posible impacto ambiental de la implantación del material así como un pequeño análisis de costes asociados a la utilización del mismo en comparación con otro material utilizado actualmente.

Estudi de les càrregues ambientals del compostatge casolà. Simulació d'un sistema de compostatge domèstic i determinació d'emissions de gasos contaminants

Aquest treball s’enfoca cap l’anàlisi de les emissions de gasos amb un potencial impacte negatiu sobre l’entorn que es poden emetre a l’atmosfera durant el compostatge casolà com són el metà i l’òxid nitrós pel seu paper de gasos d’efecte hivernacle i l’amoníac, però sense oblidar el seguiment dels paràmetres del procés en si i la determinació de la qualitat del compost produït. Durant poc més de 6 mesos s’ha simulat un sistema de compostatge casolà tal i com podria donar‐se en un domicili particular i s’ha confirmat la seva eficàcia en la reducció en pes del residu tractat així com l’obtenció d’un producte final altament estable i d’una qualitat més que acceptable. Pel que fa a les emissions de gasos, les quantitats determinades no són menyspreables. L’experiment s’ha realitzat per triplicat. Les emissions són molt erràtiques i no s’han trobat patrons clars en la seva evolució durant el procés de compostatge més enllà d’una certa correlació entre les emissions d’amoníac i la diferència de temperatures entre l’ambient i l’interior dels compostadors. Cal destacat un elevat grau de biaix en la determinació d’emissions gasoses a petita escala, com és el cas del compostatge casolà. Finalment constatar que la generació de lixiviats en el compostatge domèstic pot ser important donat el contingut en aigua de la matèria orgànica tractada a nivell casolà i el limitat accés a material estructurant sec que es té per a compensar‐les.

The nature of the Cr-C bond: direct estimation of aromaticity in Fischer carbenes

Report for the scientific sojourn at the the Philipps-Universität Marburg, Germany, from september to december 2007. For the first, we employed the Energy-Decomposition Analysis (EDA) to investigate aromaticity on Fischer carbenes as it is related through all the reaction mechanisms studied in my PhD thesis. This powerful tool, compared with other well-known aromaticity indices in the literature like NICS, is useful not only for quantitative results but also to measure the degree of conjugation or hyperconjugation in molecules. Our results showed for the annelated benzenoid systems studied here, that electron density is more concentrated on the outer rings than in the central one. The strain-induced bond localization plays a major role as a driven force to keep the more substituted ring as the less aromatic. The discussion presented in this work was contrasted at different levels of theory to calibrate the method and ensure the consistency of our results. We think these conclusions can also be extended to arene chemistry for explaining aromaticity and regioselectivity reactions found in those systems.In the second work, we have employed the Turbomole program package and density-functionals of the best performance in the state of art, to explore reaction mechanisms in the noble gas chemistry. Particularly, we were interested in compounds of the form H--Ng--Ng--F (where Ng (Noble Gas) = Ar, Kr and Xe) and we investigated the relative stability of these species. Our quantum chemical calculations predict that the dixenon compound HXeXeF has an activation barrier for decomposition of 11 kcal/mol which should be large enough to identify the molecule in a low-temperature matrix. The other noble gases present lower activation barriers and therefore are more labile and difficult to be observable systems experimentally.

Manual del aplicador de CO2 en cultivos hortícolas

Este manual se ha solicitado como parte del encargo que Iberdrola realizó al IRTA dentro del proyecto SOST-CO2, financiado por el programa CENIT (Consorcios Estratégicos Nacionales en Investigación Técnica), que forma parte del Programa Ingenio 2010, un proyecto del Gobierno español para incrementar la inversión en I+D, tanto pública como privada, con el objetivo de alcanzar en 2010 el 2% del PIB. El proyecto SOST-CO2 tiene como objetivo abordar el ciclo de vida completo del CO2, desde su captura en las fuentes de emisión pasando por su transporte, su almacenamiento y su valorización a gran escala. Se pretende enlazar la captura del CO2 con su posterior revalorización, buscando así una alternativa sostenible al mero confinamiento geológico de las emisiones. En el contexto del proyecto SOST-CO2, Iberdrola se planteó la utilización directa en horticultura intensiva de gases de combustión procedentes de sus plantas de ciclo combinado que utilizan gas natural como combustible, dado su contenido enriquecido en CO2, y encargó al IRTA su estudio. El objetivo general era, a parte de una importante fijación de carbono por parte de los cultivos, un elevado nivel de sostenibilidad ambiental por reducción de los inputs energéticos empleados en la climatización de los invernaderos y en la depuración de los gases. El trabajo se desarrolló a lo largo de cuatro años (2008-2011) en diversos escenarios experimentales. De las diferentes facetas que abarcó este trabajo, se presentan aquí las más directamente relacionadas con el principal resultado del estudio, es decir, la adecuación de los gases de combustión mencionados para obtener una mejora en la producción y rendimiento por su aplicación en horticultura intensiva.