Sustainability - a challenge to animal production and breeding

Selostus: Kestävän kehityksen vaatimukset kotieläintuotannossa ja -jalostuksessa

Sustainable animal production : "suosittelen tuotantoeläinten parissa toimiville"

Kirjallisuusarvostelu

Review of water electrolysis technologies and design of renewable hydrogen production systems

An electric system based on renewable energy faces challenges concerning the storage and utilization of energy due to the intermittent and seasonal nature of renewable energy sources. Wind and solar photovoltaic power productions are variable and difficult to predict, and thus electricity storage will be needed in the case of basic power production. Hydrogen’s energetic potential lies in its ability and versatility to store chemical energy, to serve as an energy carrier and as feedstock for various industries. Hydrogen is also used e.g. in the production of biofuels. The amount of energy produced during hydrogen combustion is higher than any other fuel’s on a mass basis with a higher-heating-value of 39.4 kWh/kg. However, even though hydrogen is the most abundant element in the universe, on Earth most hydrogen exists in molecular forms such as water. Therefore, hydrogen must be produced and there are various methods to do so. Today, the majority hydrogen comes from fossil fuels, mainly from steam methane reforming, and only about 4 % of global hydrogen comes from water electrolysis. Combination of electrolytic production of hydrogen from water and supply of renewable energy is attracting more interest due to the sustainability and the increased flexibility of the resulting energy system. The preferred option for intermittent hydrogen storage is pressurization in tanks since at ambient conditions the volumetric energy density of hydrogen is low, and pressurized tanks are efficient and affordable when the cycling rate is high. Pressurized hydrogen enables energy storage in larger capacities compared to battery technologies and additionally the energy can be stored for longer periods of time, on a time scale of months. In this thesis, the thermodynamics and electrochemistry associated with water electrolysis are described. The main water electrolysis technologies are presented with state-of-the-art specifications. Finally, a Power-to-Hydrogen infrastructure design for Lappeenranta University of Technology is presented. Laboratory setup for water electrolysis is specified and factors affecting its commissioning in Finland are presented.

Biogas production in regional integrated biodegradable waste treatment – Possibilities for improving energy performance and reducing GHG emissions

The greatest threat that the biodegradable waste causes on the environment is the methane produced in landfills by the decomposition of this waste. The Landfill Directive (1999/31/EC) aims to reduce the landfilling of biodegradable waste. In Finland, 31% of biodegradable municipal waste ended up into landfills in 2012. The pressure of reducing disposing into landfills is greatly increased by the forthcoming landfill ban on biodegradable waste in Finland. There is a need to discuss the need for increasing the utilization of biodegradable waste in regional renewable energy production to utilize the waste in a way that allows the best possibilities to reduce GHG emissions. The objectives of the thesis are: (1) to find important factors affecting renewable energy recovery possibilities from biodegradable waste, (2) to determine the main factors affecting the GHG balance of biogas production system and how to improve it and (3) to find ways to define energy performance of biogas production systems and what affects it. According to the thesis, the most important factors affecting the regional renewable energy possibilities from biodegradable waste are: the amount of available feedstock, properties of feedstock, selected utilization technologies, demand of energy and material products and the economic situation of utilizing the feedstocks. The biogas production by anaerobic digestion was seen as the main technology for utilizing biodegradable waste in agriculturally dense areas. The main reason for this is that manure was seen as the main feedstock, and it can be best utilized with anaerobic digestion, which can produce renewable energy while maintaining the spreading of nutrients on arable land. Biogas plants should be located close to the heat demand that would be enough to receive the produced heat also in the summer months and located close to the agricultural area where the digestate could be utilized. Another option for biogas use is to upgrade it to biomethane, which would require a location close to the natural gas grid. The most attractive masses for biogas production are municipal and industrial biodegradable waste because of gate fees the plant receives from them can provide over 80% of the income. On the other hand, directing gate fee masses for small-scale biogas plants could make dispersed biogas production more economical. In addition, the combustion of dry agricultural waste such as straw would provide a greater energy amount than utilizing them by anaerobic digestion. The complete energy performance assessment of biogas production system requires the use of more than one system boundary. These can then be used in calculating output–input ratios of biogas production, biogas plant, biogas utilization and biogas production system, which can be used to analyze different parts of the biogas production chain. At the moment, it is difficult to compare different biogas plants since there is a wide variation of definitions for energy performance of biogas production. A more consistent way of analyzing energy performance would allow comparing biogas plants with each other and other recovery systems and finding possible locations for further improvement. Both from the GHG emission balance and energy performance point of view, the energy consumption at the biogas plant was the most significant factor. Renewable energy use to fulfil the parasitic energy demand at the plant would be the most efficient way to reduce the GHG emissions at the plant. The GHG emission reductions could be increased by upgrading biogas to biomethane and displacing natural gas or petrol use in cars when compared to biogas CHP production. The emission reductions from displacing mineral fertilizers with digestate were seen less significant, and the greater N2O emissions from spreading digestate might surpass the emission reductions from displacing mineral fertilizers.

Beta-agonistien käyttö lihantuotannossa

Summary: The use of beta-agonists in animal production

Yhteisö-tv palvelukonseptina, case: Finnish Satellite Television Oy

Menestyäkseen nykymaailmassa ihmiset ovat turvautuneet toisiinsa muodostaen samallaerilaisia yhteisöjä ja verkostoja. Näille yhteisöille on tunnusomaista, että niissä vaikuttavien jäsenien ajatustavat yhtyvät keskenään. Yhteisöissä syntyy uusia ideoita ja keksintöjä. Niiden välittäminen maailmalle on usein kuitenkin ongelmallista. Digitaalisuus, Internet ja monet muut uudet teknologiat tuovat yhden ratkaisun ongelmaan. Eräs uuden teknologian mahdollistama kanava on yhteisötelevisio, jonka kautta yhteisön viestintää voidaan tehokkaasti välittää. Yhteisöilläei kuitenkaan ole teknistä taitoa toteuttaa tällaista palvelua. Yhteisöille, kuten pk-yrityksille, kouluille, seuroille, yhdistyksille ja jopa yksittäisille ihmisille, tuleekin pystyä tarjoamaan valmis konsepti, joka on helposti heidän käytettävissään. Tämä diplomityö toimii teknisenä pohjana Finnish Satellite Television Oy:n yhteisö-tv -palvelukonseptille, joka tullaan ottamaan laajamittaiseen käyttöön vuoden 2007 aikana. Työssä käydään läpi yhteisön ja yhteisöllisyyden tunnusmerkit ja peruspiirteet, luodaan katsaus yhteisötelevision alkutaipaleisiin, nykytilaan ja sen eri ratkaisuihin. Lisäksi tutustutaan yhteisö-tv:n kansainvälisiin ja kotimaisiin kokeiluihin ja pilottiprojekteihin. Työn teknisessä osassa tutkitaan yhteisötelevision mahdollistaviin teknologioihin, siirtoteihin sekä digitaalisiin tuotantojärjestelmiin. Lopuksi työssä kootaan yhteen käytettävyydeltään, liikutettavuudeltaan ja kustannustehokkuudeltaan sopivimmat tekniset toteutusvaihtoehdot konseptin käyttöönottoa varten.

Voimalaitoksen tuotannon optimointijärjestelmän suunnittelu

Tässä diplomityössä on suunniteltu ja toteutettu tuotannon optimointijärjestelmä Kotkan Energia Oy:n tuotantolaitoksille sekä osto- ja myyntisopimuksille. Työssä on kerätty ja laskettu Kotkan Energian tuotantolaitosten teknisiä ja suunnittelutietoja, sekä esitelty eri laitteiden ja tuotantolaitosten toimintaa. Lisäksi on käyty läpi kaukolämmön ja prosessihöyryn kulutusta, kulutuksien ennustamista ja tuotantojärjestelmiä, sekä sähkökauppaa ja laitoksilla käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia ja hintoja. Voimalaitoksen laitteille on laskettu hyötysuhteet ja tuotteiden hinnat erilaisilla kuormilla. Laskelmien avulla on tehty polynomisovitteet laitteiden hyötysuhteille. Polynomisovitteet ja muu laitosten toiminnasta kerätty ja laskettu tieto on siirretty Kotkan Energian tietohallintopäällikön kanssa yhteistyössä kehitettyyn tietokonepohjaiseen optimointiohjelmaan. Myös optimoinnin teoriaa ja menetelmiä on käyty lyhyesti läpi. Optimointiohjelman avulla pystytään nyt laskemaan erilaisten kaukolämmön, prosessihöyryn ja sähkön hintojen ja kulutusten mukaisia optimaalisia ajotapoja Hovinsaaren voimalaitoksen tuotannolle ja hankintasopimuksille. Optimointiohjelmalla pyritään maksimoimaan energiantuotannon kokonaistuottoa tai minimoimaan tuotantokustannuksia annettujen ja ennustettujen alkuarvojen mukaisesti. Ohjelman antamia tuloksia voidaan käyttää apuna esimerkiksi tuotannon suunnittelussa ja budjetoinnissa. Laskelmat ja ohjelman kehittäminen ovat onnistuneet hyvin ja ohjelman käyttämisestä ja testaamisesta saadut tulokset vaikuttavat oikeanlaisilta ja luotettavilta. Optimointiohjelma on nyt käytössä ja jatkokehittely jatkuu myös diplomityön valmistumisen jälkeen.

Verkottuva liiketoiminta, arvoverkosto, partneroituminen, prosessi-integraatio

Tutkielmassa tarkasteltiin muodostuvan RosettaNet-palvelun toteuttamiseen tarvittavia osaamisia ja valittiin osaamisien perusteella parhaat mahdolliset partnerit. Aluksi selvitettiin verkottuvan liiketoiminnan periaatteita sekä verkostoitumisen vaikutusta yritysten nykyiseen toimintaympäristöön. Verkostoista siirryttiin arvoverkostoihin sekä niiden sisälle muodostuvien arvontuotantojärjestelmien toimintaan, joiden pohjalta luotiin RosettaNet-palvelun ympärille muodostuva arvoverkosto ja havaittiin sen sisältävän useita erillisiä arvontuotantojärjestelmiä. Arvontuotantojärjestelmien ja empiirisen kokemuksen pohjalta hahmotettiin palveluun tarvittavat osaamiset, joita olivat teknologia-alustaosaaminen, myynti ja konsultointiosaaminen, ratkaisusuunnitteluja integraatio-osaaminen. Näiden osaamisten perusteella kartoitettiin kaikki mahdolliset partnerit, joiden kanssa tuleva palvelu voitaisiin toteuttaa. Tällöin pääkriteereinä olivat partnerin osaaminen ja sopivuus palveluntarjoajan nykyiseen toimintaympäristöön. Alustavien tutkimuskierrosten jälkeen jäljelle jääneille partneriehdokkaille suoritettiin teemahaastattelut ja yritysten taustojen selvitys. Näiden tutkimusten perusteella yritysten osaamiset ja soveltuvuudet arvioitiin ja tehtiin ehdotus siitä, kuinka Palveluntarjoajan tulisi partneroitua RosettaNet-palvelun osalta. Tutkielmassa muodostettu arvoverkosto ja sen perusteella tehty partnerikartoitus on tehty Palveluntarjoajan tarpeiden pohjalta, eikä se sellaisenaan sovellu käytettäväksi yleisenä toimintamallina johtuen jokaiselle yritykselle ominaisesta toimintaympäristöstä ja tarpeista.

Runkoverstaan tuotannon läpimenoajan sekä valmistusystävällisyyden kehittäminen

Diplomityö tehtiin kansainväliseen maanalaisia kaivoskoneita toimittavaan yritykseen. Diplomityön tavoitteena oli kartoittaa runkojen läpimenoaikaa robottihitsauksen ja koneistuksen osalta Normet Oy:n hitsaamon tuotannossa. Diplomityön teoriaosassa on esitelty tuotantojärjestelmiä, tuotantotekniikan kehittämisen osa-alueita, valmistusystävällisyyttä, tuotannonohjausta sekä tuotannon mittareita tuottavuuden kehittämisen näkökulmasta. Diplomityön kokeellisessa osassa tehtiin nykyisten tuotantoprosessien tarkat aikaseurannat. Ensisijaisesti koneistuksen kehittämisellä tavoiteltiin asetus- ja sivuaikojen minimointia sekä tuottavampaa lastuamista. Näin ollen uusien työkalujen sekä koneistusinnovaatioiden löytäminen oli avainasemassa kehitystyössä. Robotisoinnin kehittämisessä tärkeintä on tehokkaampien hitsausprosessien hyödyntäminen, laatutekijöiden analysointi sekä robottiystävällisten konstruktioiden käyttöönotto. Case-esimerkissä näitä menetelmiä pyritään esittämään Normetin volyymituote NT100-rungossa.

Hitsaustoiminnan käynnistäminen pk-alihankintakonepajassa

Tämä diplomityö on tehty HT Laser Oy:n Vieremän tehtaan hitsaustoiminnan käynnistämisen yhteydessä. Diplomityön tavoitteena oli hitsaustoiminnan käynnistämisen kustannusten minimointi ja hitsattavien tuotteiden myynti- ja valmistusprosessin luominen. Työn teoriaosassa on esitelty hitsauslaitteistolle asetettavia vaatimuksia, hitsauskustannuksiin vaikuttavia tekijöitä, tuotantojärjestelmiä, tuotannon ohjausmenetelmiä, laadunhallintaa, henkilöstöasioita, osavalmistusta, hitsauksen hinnoittelua ja tilauskäsittelyä. Ensisijaisesti työssä on tavoiteltu sujuvan ja tuloksellisen tilaus/tarjouskäsittelyprosessin luomista. Tämä on nähty edellytyksenä ongelmattomalle tuotannolle ja hyvälle toimitusvarmuudelle. Työssä on luotu malli tarjousvaiheessa läpikäytävälle esikatselmukselle, jota on esitelty kahden case -esimerkin avulla. Case -esimerkeissä on käsitelty myös tuotteiden valmistukseen ja hinnoitteluun liittyviä asioita ja ongelmia sekä näiden ratkaisuja.

Lämmöntuotanto älykkäässä energiaverkossa

Energiaverkon edistäminen tulee olemaan tulevaisuudessa suuressa roolissa niin Suomessa kuin maailmalla. Tällöin yhtenä vaihtoehtona on älykkyyden tuominen koko energiajärjestelmään niin sähkön kuin lämmönkin osalta. Tällöin voidaan vähentää kulutushuippujen aikaista energian käyttöä ja saada koko verkoston energiankulutus profiili tasaiseksi. Tässä työssä tarkastellaan spot-sähkön hyödyntämismahdollisuuksia lämmöntuotannossa. Työssä kehitetyn mallinnustyökalun avulla tutkittiin erilaisia ajotapoja ja erilaisten järjestelmien kokonaiskustannuksia. Työssä esitellään esimerkkilaskennan avulla spot-sähkön käytöstä syntyviä kustannuksia ja keinoja vaikuttaa niihin eri järjestelmä muutoksin. Malli mahdollistaa erilaisten järjestelmien ja niiden ajotapojen tutkimista. Mallilla voidaan myös tutkia erilaisten alueiden kulutuskäyttäytymistä ja hyödyntää sitä kustannuslaskelmiin. Voidaan todeta, että työssä muodostunut malli on toimiva ja sitä voidaan hyödyntää alueellisten lämmöntuotantojärjestelmien ajotapojen optimointiin.

Asuinkerrostalon lämmöntuottojärjestelmän optimointi elinkaarikustannusten perusteella hyödynnettäessä lämpöpumpulla useita lämmönlähteitä

The basis of this thesis was to optimize heat pump that uses multiple heat sources to get competitive heating system for residential building when life cycle costs are considered. The objectives were to compile necessary information to calculate life cycle costs for heating system of residential building and start to compose of designing program for heat pump based heating systems. Examinations were made for the purchase energy need of residential building. Features of heat pump, considered refrigerant and potential heat sources were examined to find out heat production potential of heat pumps. Necessary information for life cycle cost calculation was also examined. Collected data was used in two case analyses to design selected heat production systems and calculate their life cycle costs. On the basis of case analyses heat pump based hybrid heat production systems are very competitive on life cycle cost comparison against district heating when residential building uses a lot of energy. New buildings use considerably less energy and achieved energy cost savings with heat pump systems may not be enough to cover the relatively high investment cost in reasonable time period compared to district heating system. The calculation method was found to require further development to at least include the cooling energy need of the building. Cooling demand will continue to grow in the future, which improves the heat pump based heat production systems competitiveness compared to other systems.