Selective catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia in forced unsteady state reactors - Case based reasoning and mathematical model simulation reasoning

The application of forced unsteady-state reactors in case of selective catalytic reduction of nitrogen oxides (NOx) with ammonia (NH3) is sustained by the fact that favorable temperature and composition distributions which cannot be achieved in any steady-state regime can be obtained by means of unsteady-state operations. In a normal way of operation the low exothermicity of the selective catalytic reduction (SCR) reaction (usually carried out in the range of 280-350°C) is not enough to maintain by itself the chemical reaction. A normal mode of operation usually requires supply of supplementary heat increasing in this way the overall process operation cost. Through forced unsteady-state operation, the main advantage that can be obtained when exothermic reactions take place is the possibility of trapping, beside the ammonia, the moving heat wave inside the catalytic bed. The unsteady state-operation enables the exploitation of the thermal storage capacity of the catalyticbed. The catalytic bed acts as a regenerative heat exchanger allowing auto-thermal behaviour when the adiabatic temperature rise is low. Finding the optimum reactor configuration, employing the most suitable operation model and identifying the reactor behavior are highly important steps in order to configure a proper device for industrial applications. The Reverse Flow Reactor (RFR) - a forced unsteady state reactor - corresponds to the above mentioned characteristics and may be employed as an efficient device for the treatment of dilute pollutant mixtures. As a main disadvantage, beside its advantages, the RFR presents the 'wash out' phenomena. This phenomenon represents emissions of unconverted reactants at every switch of the flow direction. As a consequence our attention was focused on finding an alternative reactor configuration for RFR which is not affected by the incontrollable emissions of unconverted reactants. In this respect the Reactor Network (RN) was investigated. Its configuration consists of several reactors connected in a closed sequence, simulating a moving bed by changing the reactants feeding position. In the RN the flow direction is maintained in the same way ensuring uniformcatalyst exploitation and in the same time the 'wash out' phenomena is annulated. The simulated moving bed (SMB) can operate in transient mode giving practically constant exit concentration and high conversion levels. The main advantage of the reactor network operation is emphasizedby the possibility to obtain auto-thermal behavior with nearly uniformcatalyst utilization. However, the reactor network presents only a small range of switching times which allow to reach and to maintain an ignited state. Even so a proper study of the complex behavior of the RN may give the necessary information to overcome all the difficulties that can appear in the RN operation. The unsteady-state reactors complexity arises from the fact that these reactor types are characterized by short contact times and complex interaction between heat and mass transportphenomena. Such complex interactions can give rise to a remarkable complex dynamic behavior characterized by a set of spatial-temporal patterns, chaotic changes in concentration and traveling waves of heat or chemical reactivity. The main efforts of the current research studies concern the improvement of contact modalities between reactants, the possibility of thermal wave storage inside the reactor and the improvement of the kinetic activity of the catalyst used. Paying attention to the above mentioned aspects is important when higher activity even at low feeding temperatures and low emissions of unconverted reactants are the main operation concerns. Also, the prediction of the reactor pseudo or steady-state performance (regarding the conversion, selectivity and thermal behavior) and the dynamicreactor response during exploitation are important aspects in finding the optimal control strategy for the forced unsteady state catalytic tubular reactors. The design of an adapted reactor requires knowledge about the influence of its operating conditions on the overall process performance and a precise evaluation of the operating parameters rage for which a sustained dynamic behavior is obtained. An apriori estimation of the system parameters result in diminution of the computational efforts. Usually the convergence of unsteady state reactor systems requires integration over hundreds of cycles depending on the initial guess of the parameter values. The investigation of various operation models and thermal transfer strategies give reliable means to obtain recuperative and regenerative devices which are capable to maintain an auto-thermal behavior in case of low exothermic reactions. In the present research work a gradual analysis of the SCR of NOx with ammonia process in forced unsteady-state reactors was realized. The investigation covers the presentationof the general problematic related to the effect of noxious emissions in the environment, the analysis of the suitable catalysts types for the process, the mathematical analysis approach for modeling and finding the system solutions and the experimental investigation of the device found to be more suitable for the present process. In order to gain information about the forced unsteady state reactor design, operation, important system parameters and their values, mathematical description, mathematicalmethod for solving systems of partial differential equations and other specific aspects, in a fast and easy way, and a case based reasoning (CBR) approach has been used. This approach, using the experience of past similarproblems and their adapted solutions, may provide a method for gaining informations and solutions for new problems related to the forced unsteady state reactors technology. As a consequence a CBR system was implemented and a corresponding tool was developed. Further on, grooving up the hypothesis of isothermal operation, the investigation by means of numerical simulation of the feasibility of the SCR of NOx with ammonia in the RFRand in the RN with variable feeding position was realized. The hypothesis of non-isothermal operation was taken into account because in our opinion ifa commercial catalyst is considered, is not possible to modify the chemical activity and its adsorptive capacity to improve the operation butis possible to change the operation regime. In order to identify the most suitable device for the unsteady state reduction of NOx with ammonia, considering the perspective of recuperative and regenerative devices, a comparative analysis of the above mentioned two devices performance was realized. The assumption of isothermal conditions in the beginningof the forced unsteadystate investigation allowed the simplification of the analysis enabling to focus on the impact of the conditions and mode of operation on the dynamic features caused by the trapping of one reactant in the reactor, without considering the impact of thermal effect on overall reactor performance. The non-isothermal system approach has been investigated in order to point out the important influence of the thermal effect on overall reactor performance, studying the possibility of RFR and RN utilization as recuperative and regenerative devices and the possibility of achieving a sustained auto-thermal behavior in case of lowexothermic reaction of SCR of NOx with ammonia and low temperature gasfeeding. Beside the influence of the thermal effect, the influence of the principal operating parameters, as switching time, inlet flow rate and initial catalyst temperature have been stressed. This analysis is important not only because it allows a comparison between the two devices and optimisation of the operation, but also the switching time is the main operating parameter. An appropriate choice of this parameter enables the fulfilment of the process constraints. The level of the conversions achieved, the more uniform temperature profiles, the uniformity ofcatalyst exploitation and the much simpler mode of operation imposed the RN as a much more suitable device for SCR of NOx with ammonia, in usual operation and also in the perspective of control strategy implementation. Theoretical simplified models have also been proposed in order to describe the forced unsteady state reactors performance and to estimate their internal temperature and concentration profiles. The general idea was to extend the study of catalytic reactor dynamics taking into account the perspectives that haven't been analyzed yet. The experimental investigation ofRN revealed a good agreement between the data obtained by model simulation and the ones obtained experimentally.

Elinkaariarviointi ympäristömyötäisen tuotesuunnittelun tavoitteiden asettamisen tukena

Diplomityössä tutkittiin elinkaariarvioinnin ja sillä saatavien tulosten käyttöä ympäristömyötäisen tuotesuunnittelun tukena. Työn alussa kuvaillaan niitä asioita, jotka yhdistävät yrityksen ympäristöasioihin. Työn aikana suoritettiin kahden yritysten tuotteille elinkaariarvioinnit. Näistä tutkimuksista saatuja käytännön kokemuksia on käytetty diplomityössä. Pääpainopiste käytännön kokemuksissa oli itse elinkaariarvioinnin tekemisessä esille tulleissa seikoissa sekä tulosten tulkinnassa ympäristömyötäisen tuotesuunnittelun tavoitteiden asettamisen näkökulmasta. Ympäristömyötäisen tuotesuunnittelun tavoitteet ovat: materiaali- ja energiakulutuksen vähentäminen, kierrätettävyyden parantaminen, tuotteen käyttöiän pidentäminen ja ympäristölle haitallisten raaka-aineiden välttäminen. Jokaisella ympäristömyötäisen tuotesuunnittelun tavoitteella on oma erityispiirteensä, joka on huomioitava elinkaariarviointia käytettäessä. Työn aikana havaittiin, että erityinen huomio on kiinnitettävä lähtötietojen keruuvaiheeseen. Vielä nykyään on vaikea saada, etenkin alihankkijoilta, kaikkia tarvittavia inventaariotietoja. Tähän elinkaariarvioinnin suorittamisen kannalta ratkaisevaan vaiheeseen, on kaikkien osapuolten kiinnitettävä tulevaisuudessa huomiota. Myös tulosten tulkintaan kiinnitettiin huomioita. Merkittävien tekijöiden ja niihin vaikutusmahdollisuuksien havaitseminen on tärkeä osa tavoitteiden asettamista. Hyvin perusteltujen tavoitteiden asettamisen edellytys on kattavat ja luotettavat elinkaariarvioinnin tulokset. Nämä taas edellyttävät riittävän laajoja, laadukkaita ja yhdenmukaisia lähtötietoja, joita vielä nykyään on harvoin saatavilla.

Kationinvaihtohartsien hapetuskestävyys

Hyvin puhdasta vettä vaativissa sovelluksissa käytettävät kationinvaihtohartsit eivät saisi vuotaa puhdistettavaan veteen mitään vieraita aineita. Todellisuudessa hartsit kuitenkin vuotavat hyvin pieniä määriä erilaisia yhdisteitä käytön aikana. Aineet, joita kationinvaihtohartsi päästää veteen, ovat osaksi hartsin polymerointireaktion aikana sen rungon sisään jääneitä yhdisteitä. Nämä voidaan suurimmaksi osaksi poistaa pesemällä hartsia. Osittain niitä syntyy myös hartsin polystyreenidivinyylibentseenirungon (PS-DVB) hapettuessa. Hapettumisen seurauksena syntyneet yhdisteet ovat pääosin orgaanisia sulfonaatteja. Tämä työ koskee ydinvoimalaitoksissa käytettäviä pulverihartseja, joita käytetään primääripiirissä kiertävän lauhdeveden puhdistukseen ja jotka joutuvat siellä alttiiksi hapettumiselle. Yleensä hapettuminen on hidasta ja se johtuu veteen liuenneesta hapesta. Hapettuminen nopeutuu huomattavasti, jos vedessä on läsnä hapettimia tai siirtymämetalli-ioneja. Tällaisia hapettimia ovat esimerkiksi vetyperoksidi, otsoni, vapaa kloori, typpihappo ja kromi. Vetyperoksidin vaikutuksesta hartsin runkoon muodostuu hydroperoksidiryhmä, jonka hajoamisesta alkaa reaktioiden sarja, joka lopulta johtaa hartsin polymeerirungon katkeamiseen. Siirtymämetalli-ionit katalysoivat peroksidien hajoamista. Tavallisimpia hapetusta katalysoivia metalli-ioneja ovat rauta ja kupari, joiden katalyyttinen aktiivisuus on suuri. Tässä työssä pyrittiin selvittämään, onko mahdollista valmistaa hartseja, jotka kestävät hapettumista paremmin kuin nykyisin käytössä olevat hartsit. Sen tutkimiseksi tehtiin kiihdytettyjä hapetuskokeita käyttäen hapettimena vetyperoksidia ilman siirtymämetalli-ioni katalyyttejä. Hapetuskokeet tehtiin kaupallisesti saatavilla hartseilla ja uusilla työtä varten syntetisoiduilla koehartseilla. Hapetuskokeiden etenemistä seurattiin mittaamalla veteen liuenneiden orgaanisten aineiden kokonaismäärää (TOC-analyysi) ja liuoksessa esiintyvien orgaanisten sulfonaattien määrää johtokykymittauksin. Saadut tulokset antoivat viitteitä siitä, että hartsin synteesiolosuhteilla voi olla suurempi vaikutus sen hapetuskestävyyteen kuin synteesissä käytetyillä raaka-aineilla.

Energiansäästömahdollisuudet energiayhtiön toiminnassa

Työn tarkoituksena oli etsiä energian säästökohteita Etelä-Savon Energia Oy:n voimalaitos-, kaukolämpö- sekä sähkön siirto- ja jakelualalta. Työ liittyi Etelä-Savon Energia Oy:n sopimaan valtakunnalliseen energiansäästösopimukseen, jossa yhtiö sitoutui analysoimaan energian käyttönsä ja tekemään energia-analyysin pohjalta energiansäästösuunnitelman. Tässä työssä analysoitiin nykyinen energian käyttö ja etsittiin säästökohteita. Löydetyille säästökohteille määritettiin säästön sekä tarvittavan investoinnin suuruus ja suora takaisinmaksuaika investoinnille. Voimalaitoksen osalta ei löydetty suuria säästökohteita, mutta muutamia pienempiä lähinnä lämmityksiin liittyviä kohteita havaittiin. Kaukolämmön osalta säästökohteita löytyi lähinnä lämpökeskusten seisonta-aikaisista lämmityksistä, mutta kaukolämpöverkon osalta ei kannattavia säästökohteita löydetty. Sähkön siirron ja jakelun osalta loistehon kompensoinnin lisääminen vähentäisi häviöitä verkossa ja vähentäisi kompensoinnin tarvetta voimalaitoksen generaattorilla. Isoja säästökohteita ei löydetty, koska yhtiö on vuosien varrella tehostanut toimintaansa ja pienentänyt aktiivisesti energiahäviöitä.

Phylogeography and population genetics of north European Atlantic salmon (Salmo salar L.)

Although abundant in the number of individuals, the Atlantic salmon may be considered as a threatened species in many areas of its native distribution range. Human activities such as building of power plant dams, offshore overfishing, pollution, clearing of riverbeds for timber floating and badly designed stocking regimes have diminished the distribution of Atlantic salmon. As a result of this, many of the historical populations both in Europe and northern America have gone extinct or are severely depressed. In fact, only 1% of Atlantic salmon existing today are of natural origin, the rest being farmed salmon. All of this has lead to a vast amount of research and many restoration programmes aiming to bring Atlantic salmon back to rivers from where it has vanished. However, many of the restoration programmes conducted thus far have been unsuccessful due to inadequate scientific research or lack of its implementation, highlighting the fact that more research is needed to fully understand the biology of this complex species. The White and Barents Seas in northwest Russia are among the last regions in Europe where Atlantic salmon populations are still stable, thus forming an important source of biodiversity for the entire European region. Salmon stocks from this area are also of immense economic and social importance for the local people in the form of fishing tourism. The main aim of this thesis was to elucidate the post-glacial history and population genetic structure of north European and particularly northwest Russian Atlantic salmon, both of which are aspects of great importance for the management and conservation of the species. Throughout the whole thesis, these populations were studied by utilizing microsatellites as the main molecular tool. One of the most important discoveries of the thesis was the division of Atlantic salmon from the White and Barents Seas into four separate clusters, which has not been observed in previous studies employing nuclear markers although is supported by mtDNA studies. Populations from the western Barents Sea clustered together with the northeast Atlantic populations into a clearly distinguishable group while populations from the White Sea and eastern Barents Sea were separated into three additional groups. This has important conservation implications as this thesis clearly indicates that conservation of populations from all of the observed clusters is warranted in order to conserve as much of the genetic diversity as possible in this area. The thesis also demonstrates how differences in population life histories within a species, migratory behaviour in this case, and in their phylogeographic origin affect the genetic characteristics of populations, namely diversity and divergence levels. The anadromous populations from the Atlantic Ocean, White Sea and Barents Sea possessed higher levels of genetic diversity than the anadromous populations form the Baltic Sea basin. Among the non-anadromous populations the result was the opposite: the Baltic freshwater populations were more variable. This emphasises the importance of taking the life history of a population into consideration when developing conservation strategies: due to the limited possibilities for new genetic diversity to be generated via gene flow, it is expected that freshwater Atlantic salmon populations would be more vulnerable to extinction following a population crash and thus deserve a high conservation status. In the last chapter of this thesis immune relevant marker loci were developed and screened for signatures of natural selection along with loci linked to genes with other functions or no function at all. Also, a novel landscape genomics method, which combines environmental information with molecular data, was employed to investigate whether immune relevant markers displayed significant correlations to various environmental variables more frequently than other loci. Indications of stronger selection pressure among immune-relevant loci compared to non-immune relevant EST-linked loci was found but further studies are needed to evaluate whether it is a common phenomenon in Atlantic salmon.

Time-varying Risk Premiums and Conditional Market Risk: Empirical Evidence from European Stock Markets

This study investigates the relationship between the time-varying risk premiums and conditional market risk in the stock markets of the ten member countries of Economy and Monetary Union. Second, it examines whether the conditional second moments change over time and are there asymmetric effects in the conditional covariance matrix. Third, it analyzes the possible effects of the chosen testing framework. Empirical analysis is conducted using asymmetric univariate and multivariate GARCH-in-mean models and assuming three different degrees of market integration. For a daily sample period from 1999 to 2007, the study shows that the time-varying market risk alone is not enough to explain the dynamics of risk premiums and indications are found that the market risk is detected only when its price is allowed to change over time. Also asymmetric effects in the conditional covariance matrix, which is found to be time-varying, are clearly present and should be recognized in empirical asset pricing analyses.

Essays on pricing of risk and international linkage of Russian stock market

Last two decades have seen a rapid change in the global economic and financial situation; the economic conditions in many small and large underdeveloped countries started to improve and they became recognized as emerging markets. This led to growth in the amounts of global investments in these countries, partly spurred by expectations of higher returns, favorable risk-return opportunities, and better diversification alternatives to global investors. This process, however, has not been without problems and it has emphasized the need for more information on these markets. In particular, the liberalization of financial markets around the world, globalization of trade and companies, recent formation of economic and regional blocks, and the rapid development of underdeveloped countries during the last two decades have brought a major challenge to the financial world and researchers alike. This doctoral dissertation studies one of the largest emerging markets, namely Russia. The motivation why the Russian equity market is worth investigating includes, among other factors, its sheer size, rapid and robust economic growth since the turn of the millennium, future prospect for international investors, and a number of important major financial reforms implemented since the early 1990s. Another interesting feature of the Russian economy, which gives motivation to study Russian market, is Russia’s 1998 financial crisis, considered as one of the worst crisis in recent times, affecting both developed and developing economies. Therefore, special attention has been paid to Russia’s 1998 financial crisis throughout this dissertation. This thesis covers the period from the birth of the modern Russian financial markets to the present day, Special attention is given to the international linkage and the 1998 financial crisis. This study first identifies the risks associated with Russian market and then deals with their pricing issues. Finally some insights about portfolio construction within Russian market are presented. The first research paper of this dissertation considers the linkage of the Russian equity market to the world equity market by examining the international transmission of the Russia’s 1998 financial crisis utilizing the GARCH-BEKK model proposed by Engle and Kroner. Empirical results shows evidence of direct linkage between the Russian equity market and the world market both in regards of returns and volatility. However, the weakness of the linkage suggests that the Russian equity market was only partially integrated into the world market, even though the contagion can be clearly seen during the time of the crisis period. The second and the third paper, co-authored with Mika Vaihekoski, investigate whether global, local and currency risks are priced in the Russian stock market from a US investors’ point of view. Furthermore, the dynamics of these sources of risk are studied, i.e., whether the prices of the global and local risk factors are constant or time-varying over time. We utilize the multivariate GARCH-M framework of De Santis and Gérard (1998). Similar to them we find price of global market risk to be time-varying. Currency risk also found to be priced and highly time varying in the Russian market. Moreover, our results suggest that the Russian market is partially segmented and local risk is also priced in the market. The model also implies that the biggest impact on the US market risk premium is coming from the world risk component whereas the Russian risk premium is on average caused mostly by the local and currency components. The purpose of the fourth paper is to look at the relationship between the stock and the bond market of Russia. The objective is to examine whether the correlations between two classes of assets are time varying by using multivariate conditional volatility models. The Constant Conditional Correlation model by Bollerslev (1990), the Dynamic Conditional Correlation model by Engle (2002), and an asymmetric version of the Dynamic Conditional Correlation model by Cappiello et al. (2006) are used in the analysis. The empirical results do not support the assumption of constant conditional correlation and there was clear evidence of time varying correlations between the Russian stocks and bond market and both asset markets exhibit positive asymmetries. The implications of the results in this dissertation are useful for both companies and international investors who are interested in investing in Russia. Our results give useful insights to those involved in minimising or managing financial risk exposures, such as, portfolio managers, international investors, risk analysts and financial researchers. When portfolio managers aim to optimize the risk-return relationship, the results indicate that at least in the case of Russia, one should account for the local market as well as currency risk when calculating the key inputs for the optimization. In addition, the pricing of exchange rate risk implies that exchange rate exposure is partly non-diversifiable and investors are compensated for bearing the risk. Likewise, international transmission of stock market volatility can profoundly influence corporate capital budgeting decisions, investors’ investment decisions, and other business cycle variables. Finally, the weak integration of the Russian market and low correlations between Russian stock and bond market offers good opportunities to the international investors to diversify their portfolios.

Segmental Durations of Speech

This dissertation considers the segmental durations of speech from the viewpoint of speech technology, especially speech synthesis. The idea is that better models of segmental durations lead to higher naturalness and better intelligibility. These features are the key factors for better usability and generality of synthesized speech technology. Even though the studies are based on a Finnish corpus the approaches apply to all other languages as well. This is possibly due to the fact that most of the studies included in this dissertation are about universal effects taking place on utterance boundaries. Also the methods invented and used here are suitable for any other study of another language. This study is based on two corpora of news reading speech and sentences read aloud. The other corpus is read aloud by a 39-year-old male, whilst the other consists of several speakers in various situations. The use of two corpora is twofold: it involves a comparison of the corpora and a broader view on the matters of interest. The dissertation begins with an overview to the phonemes and the quantity system in the Finnish language. Especially, we are covering the intrinsic durations of phonemes and phoneme categories, as well as the difference of duration between short and long phonemes. The phoneme categories are presented to facilitate the problem of variability of speech segments. In this dissertation we cover the boundary-adjacent effects on segmental durations. In initial positions of utterances we find that there seems to be initial shortening in Finnish, but the result depends on the level of detail and on the individual phoneme. On the phoneme level we find that the shortening or lengthening only affects the very first ones at the beginning of an utterance. However, on average, the effect seems to shorten the whole first word on the word level. We establish the effect of final lengthening in Finnish. The effect in Finnish has been an open question for a long time, whilst Finnish has been the last missing piece for it to be a universal phenomenon. Final lengthening is studied from various angles and it is also shown that it is not a mere effect of prominence or an effect of speech corpus with high inter- and intra-speaker variation. The effect of final lengthening seems to extend from the final to the penultimate word. On a phoneme level it reaches a much wider area than the initial effect. We also present a normalization method suitable for corpus studies on segmental durations. The method uses an utterance-level normalization approach to capture the pattern of segmental durations within each utterance. This prevents the impact of various problematic variations within the corpora. The normalization is used in a study on final lengthening to show that the results on the effect are not caused by variation in the material. The dissertation shows an implementation and prowess of speech synthesis on a mobile platform. We find that the rule-based method of speech synthesis is a real-time software solution, but the signal generation process slows down the system beyond real time. Future aspects of speech synthesis on limited platforms are discussed. The dissertation considers ethical issues on the development of speech technology. The main focus is on the development of speech synthesis with high naturalness, but the problems and solutions are applicable to any other speech technology approaches.

Towards increased productivity and quality in software development using agile, lean and collaborative approaches

Dagens programvaruindustri står inför alltmer komplicerade utmaningar i en värld där programvara är nästan allstädes närvarande i våra dagliga liv. Konsumenten vill ha produkter som är pålitliga, innovativa och rika i funktionalitet, men samtidigt också förmånliga. Utmaningen för oss inom IT-industrin är att skapa mer komplexa, innovativa lösningar till en lägre kostnad. Detta är en av orsakerna till att processförbättring som forskningsområde inte har minskat i betydelse. IT-proffs ställer sig frågan: “Hur håller vi våra löften till våra kunder, samtidigt som vi minimerar vår risk och ökar vår kvalitet och produktivitet?” Inom processförbättringsområdet finns det olika tillvägagångssätt. Traditionella processförbättringsmetoder för programvara som CMMI och SPICE fokuserar på kvalitets- och riskaspekten hos förbättringsprocessen. Mer lättviktiga metoder som t.ex. lättrörliga metoder (agile methods) och Lean-metoder fokuserar på att hålla löften och förbättra produktiviteten genom att minimera slöseri inom utvecklingsprocessen. Forskningen som presenteras i denna avhandling utfördes med ett specifikt mål framför ögonen: att förbättra kostnadseffektiviteten i arbetsmetoderna utan att kompromissa med kvaliteten. Den utmaningen attackerades från tre olika vinklar. För det första förbättras arbetsmetoderna genom att man introducerar lättrörliga metoder. För det andra bibehålls kvaliteten genom att man använder mätmetoder på produktnivå. För det tredje förbättras kunskapsspridningen inom stora företag genom metoder som sätter samarbete i centrum. Rörelsen bakom lättrörliga arbetsmetoder växte fram under 90-talet som en reaktion på de orealistiska krav som den tidigare förhärskande vattenfallsmetoden ställde på IT-branschen. Programutveckling är en kreativ process och skiljer sig från annan industri i det att den största delen av det dagliga arbetet går ut på att skapa något nytt som inte har funnits tidigare. Varje programutvecklare måste vara expert på sitt område och använder en stor del av sin arbetsdag till att skapa lösningar på problem som hon aldrig tidigare har löst. Trots att detta har varit ett välkänt faktum redan i många decennier, styrs ändå många programvaruprojekt som om de vore produktionslinjer i fabriker. Ett av målen för rörelsen bakom lättrörliga metoder är att lyfta fram just denna diskrepans mellan programutvecklingens innersta natur och sättet på vilket programvaruprojekt styrs. Lättrörliga arbetsmetoder har visat sig fungera väl i de sammanhang de skapades för, dvs. små, samlokaliserade team som jobbar i nära samarbete med en engagerad kund. I andra sammanhang, och speciellt i stora, geografiskt utspridda företag, är det mera utmanande att införa lättrörliga metoder. Vi har nalkats utmaningen genom att införa lättrörliga metoder med hjälp av pilotprojekt. Detta har två klara fördelar. För det första kan man inkrementellt samla kunskap om metoderna och deras samverkan med sammanhanget i fråga. På så sätt kan man lättare utveckla och anpassa metoderna till de specifika krav som sammanhanget ställer. För det andra kan man lättare överbrygga motstånd mot förändring genom att introducera kulturella förändringar varsamt och genom att målgruppen får direkt förstahandskontakt med de nya metoderna. Relevanta mätmetoder för produkter kan hjälpa programvaruutvecklingsteam att förbättra sina arbetsmetoder. När det gäller team som jobbar med lättrörliga och Lean-metoder kan en bra uppsättning mätmetoder vara avgörande för beslutsfattandet när man prioriterar listan över uppgifter som ska göras. Vårt fokus har legat på att stöda lättrörliga och Lean-team med interna produktmätmetoder för beslutsstöd gällande så kallad omfaktorering, dvs. kontinuerlig kvalitetsförbättring av programmets kod och design. Det kan vara svårt att ta ett beslut att omfaktorera, speciellt för lättrörliga och Lean-team, eftersom de förväntas kunna rättfärdiga sina prioriteter i termer av affärsvärde. Vi föreslår ett sätt att mäta designkvaliteten hos system som har utvecklats med hjälp av det så kallade modelldrivna paradigmet. Vi konstruerar även ett sätt att integrera denna mätmetod i lättrörliga och Lean-arbetsmetoder. En viktig del av alla processförbättringsinitiativ är att sprida kunskap om den nya programvaruprocessen. Detta gäller oavsett hurdan process man försöker introducera – vare sig processen är plandriven eller lättrörlig. Vi föreslår att metoder som baserar sig på samarbete när processen skapas och vidareutvecklas är ett bra sätt att stöda kunskapsspridning på. Vi ger en översikt över författarverktyg för processer på marknaden med det förslaget i åtanke.

Hallinnollinen sanktiointi

Tausta Suomessa lainsäätäjä reagoi helposti yhteiskunnalliseen häiriötekijään rikosoikeuden keinoin. Tästä on osoituksena se, että syksyllä 2010 varsinaisen rikoslain lisäksi rikoksesta oli säädetty 256 eri laissa. Suomalainen, lähtökohdiltaan maltillinen kontrolli- ja kriminaalipolitiikka on 1970-luvulla linjatun vastaisesti johtanut 2000-luvulle tultaessa rikosoikeudellisen kontrollin lisääntymiseen ja jopa kiristymiseen. Raja rikosten ja rikkomusten välillä on liudentunut ja paikoitellen kadonnut ja erityisesti turvallisuudesta on kehittynyt – käsitteeseen liittyvistä oikeudellisista jännitteistä huolimatta – keskeinen rikosoikeudellisen sääntelyn oikeutusperuste. Rikosoikeuden käyttäminen vähäisten rikosten kontrollointiin on aiheuttanut Suomeen viivästymisen ongelman. Yleisessä tiedossa on se, että Euroopan ihmisoikeustuomioistuin on antanut 2000-luvulla Suomelle kymmeniä tuomioita siksi, että rikosjuttuja on käsitelty viranomaisissa ja tuomioistuimissa liian kauan. Vähemmän on sen sijaan keskusteltu siitä, että myös vähäiset rikokset viivästyvät rikosoikeuden alan laajetessa ja viranomaisten voimavarojen ehtyessä. Suomessa ongelmaa on pyritty hoitamaan rikosoikeudellista toimivaltaa hallintoviranomaisille delegoimalla tilanteen ollessa nyt se, että uuden sakkomenettelylain voimaan tullessa noin 90 % rikosoikeudellisesta kompetenssista on poliisilla ja muilla hallintoviranomaisilla. Se taasen on ongelmallista perustuslain 3 §:ssä säädetyn vallanjakoperiaatteen kannalta. Välttämätöntä on korostaa myös sitä, että pääosin rikosoikeudelliseen kontrolliin perustuva systeemi aiheuttaa rikosoikeuden inflaatiota: rikosoikeuden arvostuksen vähenemisestä aiheutuvia ei-mittavissa olevia kuluja. Rikosoikeuden laajenemista vastaan esitetään kuitenkin harvoin kritiikkiä. Rikosoikeustieteen piirissäkään sille ei ole esitetty vakavasti otettavaa vaihtoehtoa. Esimerkiksi hallinnollisia sanktioita ei ole Suomessa – ei tosin muissa Pohjoismaissakaan – koettu rikosoikeuden vaihtoehtona, vaan usein rikosoikeutta täydentävänä järjestelmänä. Hallinnollisten sanktioiden käyttäminen rikosoikeuden ohessa ei ole ollut yksiselitteistä ja jäsenneltyä, yleisiin oppeihin perustuvaa. Kontrollin erityisille alueille, esimerkiksi sotilaskontrolliin, on lisäksi kehittynyt rikos- ja hallinto-oikeuden sekajärjestelmiä. Tutkimuskysymykset Käsillä olevassa artikkelimuotoisessa väitöskirjatutkimuksessa pyritään hahmottelemaan rikos- ja hallinto-oikeudellisten rangaistusjärjestelmien välisiä eroavaisuuksia Suomessa. Tutkimuksen keskeisin tehtävä on sen pohtiminen, millä tavalla 2010-luvulle tultaessa olisi tutkimuksen empiiriset ja teoreettiset lähtökohdat huomioon ottaen järkevää ja tarkoituksenmukaista rangaista. Tällä perusteella kehitetään yksikertaista hallintosanktiointiteoreettista mallia, että sitä hyväksikäyttäen lainvalmisteluprosessin sanktiointitilanteessa, sanktiosta päätettäessä, olisi mahdollista asettaa oikeusturvan vähimmäistakeet täyttävällä tavalla oikeus- ja muilta vaikutuksiltaan rationaalinen seuraamus sekä säätää sen määräämiseksi yhteiskunnallisilta vaikutuksiltaan tehokas ja riittävän oikeusturvallinen menettely. Tutkimustehtävä on tiivistetysti 1) hallinnollisten sanktioiden ja rikosoikeudellisten rangaistusten ja niiden alan määrittäminen, 2) hallinnollisten sanktioiden sääntelymallien valintaperusteluiden selvittäminen, 3) hallintosanktioteoreettisen mallin kehittäminen lainvalmisteluprosessia varten sekä 4) de lege ferenda -suositusten tekeminen rangaistavuuden hyväksyttävyyden ja joutuisuuden parantamiseksi. Menetelmä ja aineistot Tutkimus kytkeytyy teoreettisen rikosoikeustieteen, hallinto-oikeustieteen ja prosessioikeustieteen alalle ja se on luonteeltaan ongelmakeskeinen. Tieteenalojen väliset painotukset ja niiden vaikutus vaihtelevat tutkimuksessa. Vaikka tutkimus on monella tavalla luonteeltaan teoreettinen, siinä rakennetaan nimenomaan lainsäädäntötyötä ja lainvalmistelua tukevaa tutkimusta ja teoriaa. Tältä osin näkökulma liittyy kriminalisointiteoreettisessa tutkimuksessa hahmotettuun lainsäätäjän oikeuslähdeoppia koskevaan uuteen näkökulmaan, jolla on yhteyksiä lainsäädäntötutkimukseen ja oikeusteoriassa hahmotettuun legisprudence-tutkimusuuntaukseen, näkökulman suuntautuessa lainsäädäntötasolle. Tutkimuksen lähteistä suurin osa on oikeustieteellistä kirjallisuutta, jonka pääosa muotoutuu suomalaisesta oikeustieteellisestä kirjallisuudesta. Myös pohjoismaalaista, saksalaista ja hieman myös anglosaksista kirjallisuutta on käytetty. Kansainvälisten kirjallisuuslähteiden merkitys ei ole ollut merkittävä, koska kattava eurooppalainen näkemys aihepiiristä on pyritty saamaan Euroopan ihmisoikeustuomioistuimen ratkaisukäytäntöä hyödyntäen. Tutkimuksen lähteinä on käytetty laajasti myös kansallista lainvalmisteluaineistoa, erityisesti hallituksen esityksiä ja perustuslakivaliokunnan lausuntokäytäntöä. Johtopäätökset Kriminaali- ja/tai kontrollipolitiikassa on juuri nyt tärkeää pohtia, millä tavalla 2010-luvulle tultaessa on järkevää ja tarkoituksenmukaista rangaista. Tähän voisi olla mahdollista vastata tutkimuksessa kehitettävällä hallintosanktiointiteoreettisella mallilla. Mallin kehittäminen on edellyttänyt yhteiskunnallisten sanktiokäytäntöjen oikeusvaltioopillista tarkastelua, jolloin sanktioiden yhteiskunnalliseen merkitykseen pureutuminen kuvailee myös sitä, millainen modernin oikeusvaltion tila tällä hetkellä on. Perinteisten oikeusvaltioiden paradigmojen käyttäminen ei välttämättä edistä relevantin oikeusvaltiollisen sanktiointiteoreettisen mallin kehittämistä. Voi olla niinkin, että klassinen oikeusvaltio-oppi ja oletetunlaiset rikosoikeuden erityiset elementit eivät enää vastaa yhteiskuntatodellisuutta. Näin rankaisemisen yleiset opit voivat nousta kehittämisen kohteeksi oikeusvaltiollisuuden elementtien toteuttamiseksi valtavasta kasvaneessa hallintoyhteiskunnassa – hallinto-johtoisessa yhteiskunnallisessa todellisuudessa. Suomen rikoslaki sisältää laajassa merkityksessä sadoittain erilaatuisia kriminalisointeja, joiden merkitys on usein hallinnon toimintaa subventoiva, symbolinen tai jonkin toisen kriminalisoinnin vaikutusta tehostamaan pyrkivä. Tällainen rikoslaki on tehtävänsä, vaikuttavuutensa ja hyväksyttävyytensä kannalta ongelmallinen. Suomalainen hallinnollisten sanktioiden järjestelmä ei sekään ole järkevä ja tarkoituksenmukainen, yleisiin oppeihin perustuva systeemi. Myös yleiseurooppalainen kehitys näyttäisi viittaavan siihen, että Suomessa on tarve kehittää sekä rikosoikeutta että sille vaihtoehtoista hallintosanktioiden järjestelmää, sanktio-oikeutta. Tämä edellyttää lainsäädäntöuudistuksia.

Optimal trading of wind power in the short term market

The energy reform, which is happening all over the world, is caused by the common concern of the future of the humankind in our shared planet. In order to keep the effects of the global warming inside of a certain limit, the use of fossil fuels must be reduced. The marginal costs of the renewable sources, RES are quite high, since they are new technology. In order to induce the implementation of RES to the power grid and lower the marginal costs, subsidies were developed in order to make the use of RES more profitable. From the RES perspective the current market is developed to favor conventional generation, which mainly uses fossil fuels. Intermittent generation, like wind power, is penalized in the electricity market since it is intermittent and thus diffi-cult to control. Therefore, the need of regulation and thus the regulation costs to the producer differ, depending on what kind of generation market participant owns. In this thesis it is studied if there is a way for market participant, who has wind power to use the special characteristics of electricity market Nord Pool and thus reach the gap between conventional generation and the intermittent generation only by placing bids to the market. Thus, an optimal bid is introduced, which purpose is to minimize the regulation costs and thus lower the marginal costs of wind power. In order to make real life simulations in Nord Pool, a wind power forecast model was created. The simulations were done in years 2009 and 2010 by using a real wind power data provided by Hyötytuuli, market data from Nord Pool and wind forecast data provided by Finnish Meteorological Institute. The optimal bid needs probability intervals and therefore the methodology to create probability distributions is introduced in this thesis. In the end of the thesis it is shown that the optimal bidding improves the position of wind power producer in the electricity market.

Development of a measuring-control system for energy monitoring in low power

In this thesis a control system for an intelligent low voltage energy grid is presented, focusing on the control system created by using a multi-agent approach which makes it versatile and easy to expand according to the future needs. The control system is capable of forecasting the future energy consumption and decisions making on its own without human interaction when countering problems. The control system is a part of the St. Petersburg State Polytechnic University’s smart grid project that aims to create a smart grid for the university’s own use. The concept of the smart grid is interesting also for the consumers as it brings new possibilities to control own energy consumption and to save money. Smart grids makes it possible to monitor the energy consumption in real-time and to change own habits to save money. The intelligent grid also brings possibilities to integrate the renewable energy sources to the global or the local energy production much better than the current systems. Consumers can also sell their extra power to the global grid if they want.

Fotokatalyyttinen kalvonpesu

Fotokatalyysillä tarkoitetaan spontaania kemiallista reaktiota, joka tapahtuu fotokatalyytin absorboidessa valoa. Reaktio voi tapahtua joko katalyytin pinnalla tai sen läheisyydessä, mutta fotokatalyytti pysyy reaktiossa muuttumattomana. Ominaisuuksiltaan paras ja eniten tutkittu fotokatalyyttinen materiaali on titaanidioksidi, jolla on säteilytettynä kyky hajottaa orgaanisia molekyylejä hiilidioksidiksi ja vedeksi. Fotokatalyysin käyttömahdollisuuksia tutkitaan membraanikalvojen puhdistamisessa kalvojen käyttöiän ja erotustehokkuuden parantamiseksi. Nykyisin kalvojen puhdistamiseen käytetään useimmiten kemiallista pesua, jonka tuloksena on usein haitallisia yhdisteitä sisältävä liuos. Fotokatalyyttinen puhdistus voisi olla ratkaisu ongelmaan, sillä sen avulla voitaisiin puhdistamisessa käytettävien kemikaalien ja siinä muodostuvien jätteiden määrää vähentää. Tämän työn kokeellisessa osassa tutkittiin polyvinyylideenifluoridikalvon (PVDF) kestävyyttä ja puhdistumista fotokatalyyttisissä reaktioissa. PVDF:n on todettu olevan erinomainen kalvomateriaali, koska se on termisesti stabiili ja se kestää hyvin kemikaaleja, kuten orgaanisia liuottimia, happoja ja emäksiä. Työssä todettiin PVDF-kalvon puhdistuvan UV/TiO2-käsittelyn avulla. Kalvo puhdistui parhaiten, kun käytettiin 0,425 m- % TiO2-liuosta. Puhdistumista havainnoitiin sekä puhtaan veden vuon mittauksilla että värjäämällä käsiteltyjä kalvoja ja mittaamalla niiden värinintensiteetti.

A Farewell to Flat Biology. Three-dimensional Cell Culture Models in Cancer Drug Target Identification and Validation

Cells of epithelial origin, e.g. from breast and prostate cancers, effectively differentiate into complex multicellular structures when cultured in three-dimensions (3D) instead of conventional two-dimensional (2D) adherent surfaces. The spectrum of different organotypic morphologies is highly dependent on the culture environment that can be either non-adherent or scaffold-based. When embedded in physiological extracellular matrices (ECMs), such as laminin-rich basement membrane extracts, normal epithelial cells differentiate into acinar spheroids reminiscent of glandular ductal structures. Transformed cancer cells, in contrast, typically fail to undergo acinar morphogenic patterns, forming poorly differentiated or invasive multicellular structures. The 3D cancer spheroids are widely accepted to better recapitulate various tumorigenic processes and drug responses. So far, however, 3D models have been employed predominantly in the Academia, whereas the pharmaceutical industry has yet to adopt a more widely and routine use. This is mainly due to poor characterisation of cell models, lack of standardised workflows and high throughput cell culture platforms, and the availability of proper readout and quantification tools. In this thesis, a complete workflow has been established entailing well-characterised 3D cell culture models for prostate cancer, a standardised 3D cell culture routine based on high-throughput-ready platform, automated image acquisition with concomitant morphometric image analysis, and data visualisation, in order to enable large-scale high-content screens. Our integrated suite of software and statistical analysis tools were optimised and validated using a comprehensive panel of prostate cancer cell lines and 3D models. The tools quantify multiple key cancer-relevant morphological features, ranging from cancer cell invasion through multicellular differentiation to growth, and detect dynamic changes both in morphology and function, such as cell death and apoptosis, in response to experimental perturbations including RNA interference and small molecule inhibitors. Our panel of cell lines included many non-transformed and most currently available classic prostate cancer cell lines, which were characterised for their morphogenetic properties in 3D laminin-rich ECM. The phenotypes and gene expression profiles were evaluated concerning their relevance for pre-clinical drug discovery, disease modelling and basic research. In addition, a spontaneous model for invasive transformation was discovered, displaying a highdegree of epithelial plasticity. This plasticity is mediated by an abundant bioactive serum lipid, lysophosphatidic acid (LPA), and its receptor LPAR1. The invasive transformation was caused by abrupt cytoskeletal rearrangement through impaired G protein alpha 12/13 and RhoA/ROCK, and mediated by upregulated adenylyl cyclase/cyclic AMP (cAMP)/protein kinase A, and Rac/ PAK pathways. The spontaneous invasion model tangibly exemplifies the biological relevance of organotypic cell culture models. Overall, this thesis work underlines the power of novel morphometric screening tools in drug discovery.

E-PORT. Improving efficiency of Finnish port community by intelligent systems Final report of the Mobile Port project

The management of port-related supply chains is challenging due to the complex and heterogeneous operations of the ports with several actors and processes. That is why the importance of information sharing is emphasised in the ports. However, the information exchange between different port-related actors is often cumbersome and it still involves a lot of manual work and paper. Major ports and port-related actors usually have advanced information systems in daily use but these systems are seldom interoperable with each other, which prevents economies of scale to be reached. Smaller ports and companies might not be equipped with electronic data transmission at all. This is the final report of the Mobile port (MOPO) project, which has sought ways to improve the management and control of port-related sea and inland traffic with the aid of ICT technologies. The project has studied port community systems (PCS) used worldwide, evaluated the suitability of a PCS for the Finnish port operating environment and created a pilot solution of a Finnish PCS in the port of HaminaKotka. Further, the dry port concept and its influences on the transportation system have been explored. The Mobile Port project comprised of several literature reviews, interviews of over 50 port-related logistics and/or ICT professionals, two different kinds of simulation models as well as designing and implementing of the pilot solution of the Finnish PCS. The results of these multiple studies are summarised in this report. Furthermore, recommendations for future actions and the topics for further studies are addressed in the report. The study revealed that the information sharing in a typical Finnish port-related supply chain contains several bottlenecks that cause delays in shipments and waste resources. The study showed that many of these bottlenecks could be solved by building a port community system for the Finnish port community. Almost 30 different kinds of potential services or service entities of a Finnish PCS were found out during the study. The basic requirements, structure, interfaces and operation model of the Finnish PCS were also defined in the study. On the basis of the results of the study, a pilot solution of the Finnish PCS was implemented in the port of HaminaKotka. The pilot solution includes a Portconnect portal for the Finnish port community system (available at https://www.portconnect.fi) and two pilot applications, which are a service for handling the information flows concerning the movements of railway wagons and a service for handling the information flows between Finnish ports and Finland-Russian border. The study also showed that port community systems can be used to improve the environmental aspects of logistics in two different ways: 1) PCSs can bring direct environmental benefits and 2) PCSs can be used as an environmental tool in a port community. On the basis of the study, the development of the Finnish port community system should be continued by surveying other potential applications for the Finnish PCS. It is also important to study if there is need and resources to extend the Finnish PCS to operate in several ports or even on a national level. In the long run, it could be reasonable to clarify whether there would be possibilities to connect the Finnish PCS as a part of Baltic Sea wide, European-wide or even worldwide maritime and port-related network in order to get the best benefit from the system