Combustion properties of biomass residues rich in phosphorus

Tillgången på traditionella biobränslen är begränsad och därför behöver man ta fram nya, tidigare outnyttjade biobränslen för att möta de uppställda CO2 emissionsmålen av EU och det ständigt ökande energibehovet. Under de senare åren har intresset riktats mot termisk energiutvinning ur olika restfraktioner och avfall. Vid produktion av fordonsbränsle ur biomassa är den fasta restprodukten ofta den största procesströmmen i produktionsanläggningen. En riktig hantering av restprodukterna skulle göra produktionen mera lönsam och mer ekologiskt hållbar. Ett alternativ är att genom förbränning producera elektricitet och/eller värme eftersom dessa restprodukter anses som CO2-neutrala. Målsättningen med den här avhandlingen var att studera förbränningsegenskaperna hos några fasta restprodukter som uppstår vid framställning av förnybara fordonsbränslen. De fyra undersökta materialen är rapskaka, palmkärnskaka, torkad drank och stabiliserat rötslam. I studien används ett stort urval av undersökningsmetoder, från laboratorieskala till fullskalig förbränning, för att identifiera de huvudsakliga utmaningarna förknippade med förbränning av restprodukterna i pannor med fluidiserad bäddteknik. Med hjälp av detaljerad bränslekarakterisering kunde restprodukterna konstateras vara en värdefull källa för värme- och elproduktion. Den kemiska sammansättningen av restprodukterna varierar stort jämfört med mera traditionellt använda biobränslen. En gemensam faktor för alla de studerade restprodukterna är en hög fosforhalt. På grund av de låga fosforkoncentrationerna i de traditionella biobränslena har grundämnet hittills inte ansetts spela någon större roll i askkemin. Experimenten visade nu att fosfor inte mera kan försummas då man studerar kemin i förbränningsprocesser, då allt flera fosforrika bränslen tränger in på energimarknaden.

Utilisation of reactive lysine from meat and bone meals of different ash content by growing-finishing pigs

Selostus: Tuhkapitoisuuden vaikutus lihaluujauhon reaktiivisen lysiinin hyväksikäyttöön lihasioilla

Application of RNAi to silence tartrate-resistant acid phosphatase: unexpected effects on the monocyte-macrophage lineage

Tartraatti-resistentin happaman fosfataasin hiljentäminen RNAi menetelmällä: odottamaton vaikutus monosyytti-makrofagi linjan soluissa RNA interferenssi (RNAi) eli RNA:n hiljentyminen löydettiin ensimmäisenä kasveissa, ja 2000-luvulla RNAi menetelmä on otettu käyttöön myös nisäkässoluissa. RNAi on mekanismi, jossa lyhyet kaksi juosteiset RNA molekyylit eli siRNA:t sitoutuvat proteiinikompleksiin ja sitoutuvat komplementaarisesti proteiinia koodaavaan lähetti RNA:han katalysoiden lähetti RNA:n hajoamisen. Tällöin RNA:n koodaamaa proteiinia ei solussa tuoteta. Tässä työssä on RNA interferenssi menetelmän avuksi kehitetty uusi siRNA molekyylien suunnittelualgoritmi siRNA_profile, joka etsii lähetti RNA:sta geenin hiljentämiseen sopivia kohdealueita. Optimaalisesti suunnitellulla siRNA molekyylillä voi olla mahdollista saavuttaa pitkäaikainen geenin hiljeneminen ja spesifinen kohdeproteiinin määrän aleneminen solussa. Erilaiset kemialliset modifikaatiot, mm. 2´-Fluoro-modifikaatio, siRNA molekyylin riboosirenkaassa lisäsivät siRNA molekyylin stabiilisuutta veren plasmassa sekä siRNA molekyylin tehokkuutta. Nämä ovat tärkeitä siRNA molekyylien ominaisuuksia kun RNAi menetelmää sovelletaan lääketieteellisiin tarkoituksiin. Tartraatti-resistentti hapan fosfataasi (TRACP) on entsyymi, joka esiintyy luunsyöjäsoluissa eli osteoklasteissa, antigeenejä esittelevissä dendiriittisissä soluissa sekä eri kudosten makrofageissa, jotka ovat syöjäsoluja. TRACP entsyymin biologista tehtävää ei ole saatu selville, mutta oletetaan että TRACP entsyymin kyvyllä tuottaa reaktiivisia happiradikaaleja on tehtävä sekä luuta hajoittavissa osteoklasteissa sekä antigeenia esittelevissä dendriittisissä soluissa. Makrofageilla, jotka yliekpressoivat TRACP entsyymiä, on myös solunsisäinen reaktiivisten happiradikaalien tuotanto sekä bakteerin tappokyky lisääntynyt. TRACP-geenin hiljentämiseen tarkoitetut spesifiset DNA ja siRNA molekyylit aiheuttivat monosyytti-makrofagilinjan soluviljelymallissa TRACP entsyymin tuoton lisääntymistä odotusten vastaisesti. DNA ja RNA molekyylien vaikutusta TRACP entsyymin tuoton lisääntymiseen tutkittiin myös Tolllike reseptori 9 (TLR9) poistogeenisestä hiirestä eristetyissä monosyyttimakrofaagisoluissa. TRACP entsyymin tuoton lisääntyminen todettiin sekvenssistä ja TLR9:stä riippumattomaksi vasteeksi solun ulkopuolisia DNA ja RNA molekyylejä vastaan. Havainto TRACP entsyymin tuoton lisääntymisestä viittaa siihen, että TRACP entsyymillä on tehtävä solun immuunipuolustusjärjestelmässä.

Ion-exchange resins as stationary phase in reactive chromatography

Dynamic behavior of bothisothermal and non-isothermal single-column chromatographic reactors with an ion-exchange resin as the stationary phase was investigated. The reactor performance was interpreted by using results obtained when studying the effect of the resin properties on the equilibrium and kinetic phenomena occurring simultaneously in the reactor. Mathematical models were derived for each phenomenon and combined to simulate the chromatographic reactor. The phenomena studied includes phase equilibria in multicomponent liquid mixture¿ion-exchange resin systems, chemicalequilibrium in the presence of a resin catalyst, diffusion of liquids in gel-type and macroporous resins, and chemical reaction kinetics. Above all, attention was paid to the swelling behavior of the resins and how it affects the kinetic phenomena. Several poly(styrene-co-divinylbenzene) resins with different cross-link densities and internal porosities were used. Esterification of acetic acid with ethanol to produce ethyl acetate and water was used as a model reaction system. Choosing an ion-exchange resin with a low cross-link density is beneficial inthe case of the present reaction system: the amount of ethyl acetate as well the ethyl acetate to water mole ratio in the effluent stream increase with decreasing cross-link density. The enhanced performance of the reactor is mainly attributed to increasing reaction rate, which in turn originates from the phase equilibrium behavior of the system. Also mass transfer considerations favor the use ofresins with low cross-link density. The diffusion coefficients of liquids in the gel-type ion-exchange resins were found to fall rapidly when the extent of swelling became low. Glass transition of the polymer was not found to significantlyretard the diffusion in sulfonated PS¿DVB ion-exchange resins. It was also shown that non-isothermal operation of a chromatographic reactor could be used to significantly enhance the reactor performance. In the case of the exothermic modelreaction system and a near-adiabatic column, a positive thermal wave (higher temperature than in the initial state) was found to travel together with the reactive front. This further increased the conversion of the reactants. Diffusion-induced volume changes of the ion-exchange resins were studied in a flow-through cell. It was shown that describing the swelling and shrinking kinetics of the particles calls for a mass transfer model that explicitly includes the limited expansibility of the polymer network. A good description of the process was obtained by combining the generalized Maxwell-Stefan approach and an activity model that was derived from the thermodynamics of polymer solutions and gels. The swelling pressure in the resin phase was evaluated by using a non-Gaussian expression forthe polymer chain length distribution. Dimensional changes of the resin particles necessitate the use of non-standard mathematical tools for dynamic simulations. A transformed coordinate system, where the mass of the polymer was used as a spatial variable, was applied when simulating the chromatographic reactor columns as well as the swelling and shrinking kinetics of the resin particles. Shrinking of the particles in a column leads to formation of dead volume on top of the resin bed. In ordinary Eulerian coordinates, this results in a moving discontinuity that in turn causes numerical difficulties in the solution of the PDE system. The motion of the discontinuity was eliminated by spanning two calculation grids in the column that overlapped at the top of the resin bed. The reactive and non-reactive phase equilibrium data were correlated with a model derived from thethermodynamics of polymer solution and gels. The thermodynamic approach used inthis work is best suited at high degrees of swelling because the polymer matrixmay be in the glassy state when the extent of swelling is low.

Cardan Gear Mechanism versus Slider-Crank Mechanism in Pumps and Engines

In machine design we always want to save space, save energy and produce as much power as possible. We can often reduce accelerations, inertial loads and energy consumption by changing construction. In this study the old cardan gear mechanism (hypocycloid mechanism) has been compared with the conventional slider-crank mechanism in air pumps and four-stroke engines. Comprehensive Newtonian dynamics has been derived for the both mechanisms. First the slidercrank and the cardan gear machines have been studied as lossless systems. Then the friction losses have been added to the calculations. The calculation results show that the cardan gear machines can be more efficient than the slider-crank machines. The smooth running, low mass inertia, high pressures and small frictional power losses make the cardan gear machines clearly better than the slider-crank machines. The dynamic tooth loads of the original cardan gear construction do not rise very high when the tooth clearances are kept tight. On the other hand the half-size crank length causes high bearing forces in the cardan gear machines. The friction losses of the cardan gear machines are generally quite small. The mechanical efficiencies are much higher in the cardan gear machines than in the slider-crank machines in normal use. Crankshaft torques and power needs are smaller in the cardan gear air pumps than in the equal slider-crank air pumps. The mean crankshaft torque and the mean output power are higher in the cardan gear four-stroke engines than in the slider-crank four-stroke engines in normal use. The cardan gear mechanism is at its best, when we want to build a pump or an engine with a long connecting rod (≈ 5⋅crank length) and a thin piston (≈ 1.5⋅crank length) rotating at high angular velocity and intermittently high angular acceleration. The cardan gear machines can be designed also as slide constructions without gears. Suitable applications of the cardan gear machines are three-cylinder half-radial engines for motorcycles, sixcylinder radial engines for airplanes and six-cylinder double half-radial engines for sport cars. The applied equations of Newtonian dynamics, comparative calculations, calculation results (tables, curves and surface plots) and recommendations presented in this study hold novelty value and are unpublished before. They have been made and written by the author first time in this study.

Clean development mechanism and joint implementation in China and Russia as related to industrial energy projects

Being highly discussed the problem of climate change and global warming has been keeping importance for several of decades. As a response to the world’s need in solution for climate change disasters, the United Nations Framework Convention on Climate Change was adopted in 1992 and supplemented with the Kyoto protocol in 1997. This work is aimed to give better understanding of the Convention, Kyoto Protocol with its mechanisms and their function, related to energy projects in such case countries, as Russia and China, in order to assist evaluation of projects cost-effectiveness. It provides basic information about the Convention and the Protocol with their regulations, overview of present situation and future post-Kyoto forecasts, while the most attention is concentrated on the clean development mechanism and joint implementation step-by-step project cycles and specific regulations in given countries. The current study disclosed that CDM and JI project cycles are resulting in a complicated process. By the moment it requires step-by-step following of a number of methodologies, spending time and finance to particular project development. Uncertainties about post-Kyoto period bring additional risk to the projects and complicate any business decision concerning Kyoto Protocol.

Ympäristöteknologioiden verifioinnin mahdollisuudet pilaantuneiden maiden laadukkaan käsittelyn edistämisessä

EU on käynnistämässä ympäristöteknologioiden verifiointijärjestelmää, jonka avulla voidaan tarjota käyttäjille ja sijoittajille riippumatonta tietoa innovatiivisten teknologioiden toimivuudesta ja suorituskyvystä ja parantaa niiden markkina-asemaa. Verifioinnilla tarkoitetaan kolmannen osapuolen suorittamaa prosessia tai mekanismia, jonka avulla tuotteen toiminta ja suorituskyky voidaan todentaa. Kansallinen ympäristöteknologioiden verifiointijärjestelmä on käytössä mm. Yhdysvalloissa ja Kanadassa. Euroopassa järjestelmä otettaneen käyttöön vuonna 2011–2012. Suomessa tehdään nykyisin noin 300 pilaantuneen maan puhdistushanketta koskevaa lupa- ja ilmoituspäätöstä vuosittain. Noin 85 prosentissa kohteista käytetään kunnostusmenetelmänä massanvaihtoa. Massanvaihto tulee ainakin toistaiseksi säilymään yleisimpänä kunnostusmenetelmänä, mutta mm. in situ -menetelmien käytön arvioidaan lisääntyvän. Tämän diplomityön tavoitteena oli arvioida voidaanko verifiointia hyödyntää pilaantuneiden maiden laadukkaan käsittelyn edistämisessä ja voiko verifiointi nopeuttaa innovatiivisten kunnostusmenetelmien markkinoillepääsyä. Aihetta tarkasteltiin mm. kahden erityyppisen pilaantuneen maan ja pohjaveden kunnostusmenetelmän, reaktiivisten seinämien (in situ) ja bitumistabiloinnin (ex situ) kautta. Pilaantuneiden maiden kunnostusmenetelmien toimivuus riippuu monista eri tekijöistä, joista osaa ei voida hallita tai mallintaa luotettavasti. Verifiointi soveltuukin parhaiten laitteiden tai PIMA-menetelmiä yksinkertaisempien puhdistusmenetelmien suorituskyvyn todentamiseen. Verifiointi saattaa kuitenkin hyvin toimia PIMA-kunnostuksen kohdalla esimerkiksi tiedollisena ohjauskeinona. Reaktiivisten seinämien ja bitumistabiloinnin verifioinnin työvaiheet ovat hyvin samankaltaiset, suurimpana erona seinämien kohdalla tulee kuvata myös kohde johon seinämä on asennettu. Reaktiivisten seinämien toiminta on riippuvaista monista ympäristötekijöistä, toisin kuin erillisellä laitteistolla suoritettavan bitumistabiloinnin. Tulosten perusteella voidaan yleistää, että verifiointi soveltuu paremmin ex situ -, kuin in situ -kunnostusmenetelmille.

Maritime Safety in the Gulf of Finland. Review on Policy Instruments

Suomenlahden lisääntynyt meriliikenne on herättänyt huolta meriliikenteen turvallisuuden tasosta, ja erityisesti Venäjän öljyviennin kasvu on lisännyt öljyonnettomuuden todennäköisyyttä Suomenlahdella. Erilaiset kansainväliset, alueelliset ja kansalliset ohjauskeinot pyrkivät vähentämään merionnettomuuden riskiä ja meriliikenteen muita haittavaikutuksia. Tämä raportti käsittelee meriturvallisuuden yhteiskunnallisia ohjauskeinoja: ohjauskeinoja yleisellä tasolla, meriturvallisuuden keskeisimpiä säätelijöitä, meriturvallisuuden ohjauskeinoja ja meriturvallisuuspolitiikan tulevaisuuden näkymiä, ohjauskeinojen tehokkuutta ja nykyisen meriturvallisuuden ohjausjärjestelmän heikkouksia. Raportti on kirjallisuuskatsaus meriturvallisuuden yhteiskunnalliseen sääntelyn rakenteeseen ja tilaan erityisesti Suomenlahden meriliikenteen näkökulmasta. Raportti on osa tutkimusprojektia ”SAFGOF - Suomenlahden meriliikenteen kasvunäkymät 2007 - 2015 ja kasvun vaikutukset ympäristölle ja kuljetusketjujen toimintaan” ja sen työpakettia 6 ”Keskeisimmät riskit ja yhteiskunnalliset vaikutuskeinot”. Yhteiskunnalliset ohjauskeinot voidaan ryhmitellä hallinnollisiin, taloudellisiin ja tietoohjaukseen perustuviin ohjauskeinoihin. Meriturvallisuuden edistämisessä käytetään kaikkia näitä, mutta hallinnolliset ohjauskeinot ovat tärkeimmässä asemassa. Merenkulun kansainvälisen luonteen vuoksi meriturvallisuuden sääntely tapahtuu pääosin kansainvälisellä tasolla YK:n ja erityisesti Kansainvälisen merenkulkujärjestön (IMO) toimesta. Lisäksi myös Euroopan Unionilla on omaa meriturvallisuuteen liittyvää sääntelyä ja on myös olemassa muita alueellisia meriturvallisuuden edistämiseen liittyviä elimiä kuten HELCOM. Joitakin meriturvallisuuden osa-alueita säädellään myös kansallisella tasolla. Hallinnolliset meriturvallisuuden ohjauskeinot sisältävät aluksen rakenteisiin ja varustukseen, alusten kunnon valvontaan, merimiehiin ja merityön tekemiseen sekä navigointiin liittyviä ohjauskeinoja. Taloudellisiin ohjauskeinoihin kuuluvat esimerkiksi väylä- ja satamamaksut, merivakuutukset, P&I klubit, vastuullisuus- ja korvauskysymykset sekä taloudelliset kannustimet. Taloudellisten ohjauskeinojen käyttö meriturvallisuuden edistämiseen on melko vähäistä verrattuna hallinnollisten ohjauskeinojen käyttöön, mutta niitä voitaisiin varmasti käyttää enemmänkin. Ongelmana taloudellisten ohjauskeinojen käytössä on se, että ne kuuluvat pitkälti kansallisen sääntelyn piiriin, joten alueellisten tai kansainvälisten intressien edistäminen taloudellisilla ohjauskeinoilla voi olla hankalaa. Tieto-ohjaus perustuu toimijoiden vapaaehtoisuuteen ja yleisen tiedotuksen lisäksi tieto-ohjaukseen sisältyy esimerkiksi vapaaehtoinen koulutus, sertifiointi tai meriturvallisuuden edistämiseen tähtäävät palkinnot. Poliittisella tasolla meriliikenteen aiheuttamat turvallisuusriskit Suomenlahdella on otettu vakavasti ja paljon työtä tehdään eri tahoilla riskien minimoimiseksi. Uutta sääntelyä on odotettavissa etenkin liittyen meriliikenteen ympäristövaikutuksiin ja meriliikenteen ohjaukseen kuten meriliikenteen sähköisiin seurantajärjestelmiin. Myös inhimilliseen tekijän merkitykseen meriturvallisuuden kehittämisessä on kiinnitetty lisääntyvissä määrin huomiota, mutta inhimilliseen tekijän osalta tehokkaiden ohjauskeinojen kehittäminen näyttää olevan haasteellista. Yleisimmin lääkkeeksi esitetään koulutuksen kehittämistä. Kirjallisuudessa esitettyjen kriteereiden mukaan tehokkaiden ohjauskeinojen tulisi täyttää seuraavat vaatimukset: 1) tarkoituksenmukaisuus – ohjauskeinojen täytyy olla sopivia asetetun tavoitteen saavuttamiseen, 2) taloudellinen tehokkuus – ohjauskeinon hyödyt vs. kustannukset tulisi olla tasapainossa, 3) hyväksyttävyys – ohjauskeinon täytyy olla hyväksyttävä asianosaisten ja myös laajemman yhteiskunnan näkökulmasta katsottuna, 4) toimeenpano – ohjauskeinon toimeenpanon pitää olla mahdollista ja sen noudattamista täytyy pystyä valvomaan, 5) lateraaliset vaikutukset – hyvällä ohjauskeinolla on positiivisia seurannaisvaikutuksia muutoinkin kuin vain ohjauskeinon ensisijaisten tavoitteiden saavuttaminen, 6) kannustin ja uuden luominen – hyvä ohjauskeino kannustaa kokeilemaan uusia ratkaisuja ja kehittämään toimintaa. Meriturvallisuutta koskevaa sääntelyä on paljon ja yleisesti ottaen merionnettomuuksien lukumäärä on ollut laskeva viime vuosikymmenien aikana. Suuri osa sääntelystä on ollut tehokasta ja parantanut turvallisuuden tasoa maailman merillä. Silti merionnettomuuksia ja muita vaarallisia tapahtumia sattuu edelleen. Nykyistä sääntelyjärjestelmää voidaan kritisoida monen asian suhteen. Kansainvälisen sääntelyn aikaansaaminen ei ole helppoa: prosessi on yleensä hidas ja tuloksena voi olla kompromissien kompromissi. Kansainvälinen sääntely on yleensä reaktiivista eli ongelmakohtiin puututaan vasta kun jokin onnettomuus tapahtuu sen sijaan että se olisi proaktiivista ja pyrkisi puuttumaan ongelmakohtiin jo ennen kuin jotain tapahtuu. IMO:n työskentely perustuu kansallisvaltioiden osallistumiseen ja sääntelyn toimeenpano tapahtuu lippuvaltioiden toimesta. Kansallisvaltiot ajavat IMO:ssa pääasiallisesti omia intressejään ja sääntelyn toimeenpanossa on suuria eroja lippuvaltioiden välillä. IMO:n kyvyttömyys puuttua havaittuihin ongelmiin nopeasti ja ottaa sääntelyssä huomioon paikallisia olosuhteita on johtanut siihen, että esimerkiksi Euroopan Unioni on alkanut itse säädellä meriturvallisuutta ja että on olemassa sellaisia alueellisia erityisjärjestelyjä kuin PSSA (particularly sensitive sea area – erityisen herkkä merialue). Merenkulkualalla toimii monenlaisia yrityksiä: toisaalta yrityksiä, jotka pyrkivät toimimaan turvallisesti ja kehittämään turvallisuutta vielä korkeammalle tasolle, ja toisaalta yrityksiä, jotka toimivat niin halvalla kuin mahdollista, eivät välitä turvallisuusseikoista, ja joilla usein on monimutkaiset ja epämääräiset omistusolosuhteet ja joita vahingon sattuessa on vaikea saada vastuuseen. Ongelma on, että kansainvälisellä merenkulkualalla kaikkien yritysten on toimittava samoilla markkinoilla. Vastuuttomien yritysten toiminnan mahdollistavat laivaajat ja muut alan toimijat, jotka suostuvat tekemään yhteistyötä niiden kanssa. Välinpitämätön suhtautuminen turvallisuuteen johtuu osaksi myös merenkulun vanhoillisesta turvallisuuskulttuurista. Verrattaessa meriturvallisuuden sääntelyjärjestelmää kokonaisuutena tehokkaiden ohjauskeinoihin kriteereihin, voidaan todeta, että monien kriteerien osalta nykyistä järjestelmää voidaan pitää tehokkaana ja onnistuneena. Suurimmat ongelmat lienevät sääntelyn toimeenpanossa ja ohjauskeinojen kustannustehokkuudessa. Lippuvaltioiden toimeenpanoon perustuva järjestelmä ei toimi toivotulla tavalla, josta mukavuuslippujen olemassa olo on selvin merkki. Ohjauskeinojen, sekä yksittäisten ohjauskeinojen että vertailtaessa eri ohjauskeinoja keskenään, kustannustehokkuutta on usein vaikea arvioida, minkä seurauksena ohjauskeinojen kustannustehokkuudesta ei ole saatavissa luotettavaa tietoa ja tuloksena voi olla, että ohjauskeino on käytännössä pienen riskin eliminoimista korkealla kustannuksella. Kansainvälisen tason meriturvallisuus- (ja merenkulku-) politiikan menettelytavoiksi on ehdotettu myös muita vaihtoehtoja kuin nykyinen järjestelmä, esimerkiksi monitasoista tai polysentristä hallintojärjestelmää. Monitasoisella hallintojärjestelmällä tarkoitetaan järjestelmää, jossa keskushallinto on hajautettu sekä vertikaalisesti alueellisille tasoille että horisontaalisesti ei-valtiollisille toimijoille. Polysentrinen hallintojärjestelmä menee vielä askeleen pidemmälle. Polysentrinen hallintojärjestelmä on hallintotapa, jonka puitteissa kaikentyyppiset toimijat, sekä yksityiset että julkiset, voivat osallistua hallintoon, siis esimerkiksi hallitukset, edunvalvontajärjestöt, kaupalliset yritykset jne. Kansainvälinen lainsäädäntö määrittelee yleiset tasot, mutta konkreettiset toimenpiteet voidaan päättää paikallisella tasolla eri toimijoiden välisessä yhteistyössä. Tämän tyyppisissä hallintojärjestelmissä merenkulkualan todellinen, kansainvälinen mutta toisaalta paikallinen, toimintaympäristö tulisi otetuksi paremmin huomioon kuin järjestelmässä, joka perustuu kansallisvaltioiden keskenään yhteistyössä tekemään sääntelyyn. Tällainen muutos meriturvallisuuden hallinnassa vaatisi kuitenkin suurta periaatteellista suunnanmuutosta, jollaisen toteutumista ei voi pitää kovin todennäköisenä ainakaan lyhyellä tähtäimellä.

Photoinhibition of Photosystem II. Kinetics, Photoprotection and Mechanism

Photosystem II (PSII) is susceptible to light-induced damage defined as photoinhibition. In natural conditions, plants are capable of repairing the photoinhibited PSII by on-going degradation and re-synthesis of the D1 reaction centre protein of PSII. Photoinhibition is induced by both visible and ultraviolet light and photoinhibition occurs under all light intensities with the same efficiency per photon. In my thesis work, I studied the reaction kinetics and mechanism of photoinhibition of PSII, as well as photoprotection in leaves of higher plants. Action spectroscopy was used to identify photoreceptors of photoinhibition. I found that the action spectrum of photoinhibition in vivo shows resemblance to the absorption spectra of manganese model compounds of the oxygen evolving complex (OEC) suggesting a role for manganese as a photoreceptor of photoinhibition under UV and visible light. In order to study the protective effect of non-photochemical quenching, the action spectrum was measured from leaves of wild type Arabidopsis thaliana and two mutants impaired in nonphotochemical quenching of chlorophyll a excitations. The findings of action spectroscopy and simulations of chlorophyll-based photoinhibition mechanisms suggested that quenching of antenna excitations protects less efficiently than would be expected if antenna chlorophylls were the only photoreceptors of photoinhibition. The reaction kinetics of prolonged photoinhibition was studied in leaves of Cucurbita maxima and Capsicum annuum. The results indicated that photoinhibitory decrease in both the oxygen evolution activity and ratio of variable to maximum fluorescence follows firstorder kinetics in vivo. The persistence of first-order kinetics suggests that already photoinhibited reaction centres do not protect against photoinhibition and that the mechanism of photoinhibition does not have a reversible intermediate. When Cucurbita maxima leaves were photoinhibited with saturating single-turnover flashes and continuous light, the light response curve of photoinhibition was found to be essentially a straight line with both types of illumination, suggesting that similar photoinhibition mechanisms might function during illumination with continuous light and during illumination with short flashes.

Reactive dissolution of sedimentary rocks in flue gas desulfurization : modeling and experimental investigation

Svavel förekommer i kol och olja och oxideras vid förbränning till svaveldioxid (SO2). Årligen utsläpps stora mängder svaveldioxid som åstadkommer sura regn, minskning av stratosfäriskt ozon och sjukdomar. Av dessa orsaker är det nödvändigt att minska utsläppen av svaveldioxid. Den teknologi som rör planering av reaktorer och processer för rökgasavsvavling (FGD) har utvecklats kraftigt och idag använder man olika typer av lösningar. De vanligaste alternativen för FGD är våtskrubber- och semitorra skrubbersystem (Spray Dry Scrubbers, SDS) och injektionsprocesser för absorbenter. SDS-processer har studerats bland annat av Ahlbeck [4] och Klingspor [5] och injektionsprocesser av Alvfors [6]. Kalksten, som i huvusak består av kalciumkarbonat, används i rökgasavsvavling på grund av sin förmåga att binda svavel i form av sulfatsalter. Den vanligaste rökgasavsvavlingsmetoden är våtskrubbning, där det sedimentära stenmaterialets upplösningshastighet är en av de faktorer som påverkar resultatet mest. Utvärdering av kalkstensreaktivitet är därför speciellt viktig vid planering och drift av anläggningar för rökgasavsvavling. Målsättningen med detta arbete var att modellera upplösningen av olika typers kalksten för att få en kvantitativ utvärdering av kvaliteten på de analyserade proverna. Därtill testades även karbonatbiprodukter från stålindustrin för att utvärdera möjligheter att använda andra råmaterial. Det transienta förloppet har analyserats, varvid upplösningshastigheten modellerades bl.a. i avseende på tid och pH. Under arbetets gång har antalet empiriska korrelationer minskats till fördel för fysikaliska modeller av diffusiva och konvektiva masstransportfenomen. En målsättning var att skapa en effektiv och snabb metod för att testa olika absorbenter för rökgasavsvavling under transienta förlopp. I arbetet användes PSD-analys, gjordes pH-mätningar och andra utvärderingar av de fysikaliska parametrar som ingår i beräkningarna. On-line mätningar för de icke-stationära variablerna tid och pH ger möjlighet att eliminera osäkerheter. Vissa modeller kan vara komplicerade. En modell för upplösningshastigheten med mer detaljerad utvärdering av parametrar och färre approximationer är därför nödvändig då man vill utvärdera reaktionshastigheten för fasta partiklar i sur miljö. Arbetet utfördes under fyra år och fem peer review-artiklar ingår i avhandlingen.

China's 'Assertive’ South China Sea Policy And Rhetoric: Proactive, Reactive Or Myth?

In March 2010, Chinese State Councillor, Dai Bingguo, in a private meeting with US Deputy Secretary of State, James Steinberg, allegedly referred to the South China Sea (SCS) as one of the country’s ‘core interests’, a term normally only used to refer to regions like Taiwan, Tibet and Xinjiang upon whose sovereignty Beijing will make no compromises. This alleged wording by Mr Dai caused a strong global reaction, with many countries around the world expressing a fear that China, on the back of its rise to the status of the world's second largest economic power, was now about to implement a more assertive foreign policy more in keeping with its new status of global superpower. As the use of the term ‘core interest’ took place in a private meeting and appears to have been subsequently leaked, it is impossible to prove what was said or meant, yet in 2011, with China and the US continuing to eye each other with suspicion, the adverse repercussions of people trying to deduce what was meant are undeniable. By analysing the views of experts and the evolution or otherwise of Chinese rhetoric and policy towards the SCS, this thesis will show how the alleged use of a term in a private meeting can have consequences that far exceed what was originally intended. It will also show that it is highly unlikely that China’s maritime policy is becoming more assertive as, at China's present stage of social and economic development, it simply cannot afford the ill will and adverse consequences that would result from an act of international aggression. It will show how easy it seems to be for a country like the US to project a misleading image of another country’s intentions, which can in turn serve partially to mask its own intentions. Finally, it will show that the China’s stance on the SCS is starting to be seen by the world as a litmus test for the assertiveness of overall Chinese foreign policy.

Cyanobacteria from the Baltic Sea and Finnish lakes as an energy source and modulators of bioenergetic pathways

Cyanobacteria are a diverse group of oxygenic photosynthetic bacteria that inhabit in a wide range of environments. They are versatile and multifaceted organisms with great possibilities for different biotechnological applications. For example, cyanobacteria produce molecular hydrogen (H2), which is one of the most important alternatives for clean and sustainable energy. Apart from being beneficial, cyanobacteria also possess harmful characteristics and may become a source of threat to human health and other living organisms, as they are able to form surface blooms that are producing a variety of toxic or bioactive compounds. The University of Helsinki Culture Collection (UHCC) maintains around 1,000 cyanobacterial strains representing a large number of genera and species isolated from the Baltic Sea and Finnish lakes. The culture collection covers different life forms such as unicellular and filamentous, N2-fixing and non-N2-fixing strains, and planktonic and benthic cyanobacteria. In this thesis, the UHCC has been screened to identify potential strains for sustainable biohydrogen production and also for strains that produce compounds modifying the bioenergetic pathways of other cyanobacteria or terrestrial plants. Among the 400 cyanobacterial strains screened so far, ten were identified as high H2-producing strains. The enzyme systems involved in H2 metabolism of cyanobacteria were analyzed using the Southern hybridization approach. This revealed the presence of the enzyme nitrogenase in all strains tested, while none of them are likely to have contained alternative nitrogenases. All the strains tested, except for two Calothrix strains, XSPORK 36C and XSPORK 11A, were suggested to contain both uptake and bidirectional hydrogenases. Moreover, 55 methanol extracts of various cyanobacterial strains were screened to identify potent bioactive compounds affecting the photosynthetic apparatus of the model cyanobacterium, Synechocystis PCC 6803. The extract from Nostoc XPORK 14A was the only one that modified the photosynthetic machinery and dark respiration. The compound responsible for this effect was identified, purified, and named M22. M22 demonstrated a dual-action mechanism: production of reactive oxygen species (ROS) under illumination and an unknown mechanism that also prevailed in the dark. During summer, the Baltic Sea is occupied by toxic blooms of Nodularia spumigena (hereafter referred to as N. spumigena), which produces a hepatotoxin called nodularin. Long-term exposure of the terrestrial plant spinach to nodularin was studied. Such treatment resulted in inhibition of growth and chlorosis of the leaves. Moreover, the activity and amount of mitochondrial electron transfer complexes increased in the leaves exposed to nodularin-containing extract, indicating upregulation of respiratory reactions, whereas no marked changes were detected in the structure or function of the photosynthetic machinery. Nodularin-exposed plants suffered from oxidative stress, evidenced by oxidative modifications of various proteins. Plants initiated strategies to combat the stress by increasing the levels of alpha-tocopherol, mitochondrial alternative oxidase (AOX), and mitochondrial ascorbate peroxidase (mAPX).

Ankle-brachial index, high-sensitivity C-reactive protein and endothelial function in a cardiovascular risk population

Atherosclerotic vascular disease is the leading cause of death in the Western world. Its main three manifestations are coronary heart disease, cerebrovascular disease, and peripheral arterial disease. Asymptomatic peripheral arterial disease is usually diagnosed using the ankle brachial index, and values ≤ 0.90 are used to determine the diagnosis. The classical risk factors of peripheral arterial disease, such as smoking and diabetes, are well known and early interventions are mandatory to improve the prognosis. What is not well known is the role of inflammation as a risk factor. Yet, a novel approach to cardiovascular diseases is the measurement of endothelial function. In this thesis, we studied the ankle-brachial index, C-reactive protein and endothelial function in a cardiovascular risk population. A total of 2856 subjects were invited to the study and 2085 (73%) responded. From these subjects, a cohort of 1756 risk persons was screened. We excluded the subjects with previously known cardiovascular disease or diabetes, because they were already under systematic follow-up. Out of the study subjects, 983 (56%) were women and 773 (44%) men. The ankle brachial index and high-sensitivity C-reactive protein were measured from 1047 subjects. Endothelial function was assessed by measuring reactive hyperemia pulse amplitude tonometry from 66 subjects with borderline peripheral arterial disease. In this study, smoking was a crucial risk factor for peripheral arterial disease. Subclinical peripheral arterial disease seems to be more common in hypertensive patients even without comorbidities. The measurement of the ankle brachial index is an efficient method to identify patients at an increased cardiovascular risk. High-sensitivity C-reactive protein did not correlate with the ankle brachial index or peripheral arterial disease. Instead, it correlated with measures of obesity. In a cardiovascular risk population with borderline peripheral arterial disease, nearly every fourth subject had endothelial dysfunction. This might point out a subgroup of individuals in need of more intensive treatment for their risk factors.

Development of racemization catalysts for dynamic kinetic resolution

Preparation of optically active compounds is of high importance in modern medicinal chemistry. Despite recent advances in the field of asymmetric synthesis, resolution of racemates still remains the most utilized way for preparation of single enantiomers in industrial scale due to its cost-efficiency and simplicity. Enzymatic kinetic resolution (KR) of racemates is a classical method for separation of enantiomers. One of its drawbacks is the limitation of target enantiomer yield to 50%. Dynamic Kinetic Resolution (DKR) allows to reach yields up to 100% by in situ racemization of the less reactive enantiomer. In the first part of this thesis, a number of half-sandwich ruthenium complexes were prepared and evaluated as catalysts for racemization of optically active secondary alcohols. A leading catalyst, Bn5CpRu(CO)2Cl, was identified. The catalyst discovered was extensively characterized by its application for DKR of a broad range of secondary alcohols in a wide range of reaction loadings (1 mmol – 1 mol). Cost-efficient chromatography-free procedure for preparation of this catalyst was developed. Further, detailed kinetic and mechanistic studies of the racemization reactions were performed. Comparison of racemization rates in the presence of Bn5CpRu(CO)2Cl and Ph5CpRu(CO)2Cl catalysts reveals that the performance of the catalytic system can be adjusted by matching of the electronic properties of the catalysts and the substrates. Moreover, dependence of the rate-limiting step from the electronic properties of the reagents was observed. Important conclusions about reaction mechanism were made. Finally, an alternative approach to DKR of amines based on space separated vessels was addressed. This procedure allows the combination of thermolabile enzyme with racemization catalysts active only at high temperatures.