Centralized Identity Management for Web Applications

Internet-palvelujen määrä kasvaa jatkuvasti. Henkilöllä on yleensä yksi sähköinen identiteetti jokaisessa käyttämässään palvelussa. Autentikointitunnusten turvallinen säilytys käy yhä vaikeammaksi, kun niitä kertyy yhdet jokaisesta uudesta palvelurekisteröitymisestä. Tämä diplomityö tarkastelee ongelmaa ja ratkaisuja sekä palvelulähtöisestä että teknisestä näkökulmasta. Palvelulähtöisen identiteetinhallinnan liiketoimintakonsepti ja toteutustekniikat – kuten single sign-on (SSO) ja Security Assertion Markup Language (SAML) – käydään läpi karkeiden esimerkkien avulla sekä tutustuen Nokia Account -hankkeessa tuotetun ratkaisun konseptiin ja teknisiin yksityiskohtiin. Nokia Account -palvelun ensimmäisen version toteutusta analysoidaan lopuksi identiteetinhallintapalveluiden suunnitteluperiaatteita ja vaatimuksia vasten.

Methods to test gas tightness of packages

One of the primary goals for food packages is to protect food against harmful environment, especially oxygen and moisture. The gas transmission rate is the total gas transport through the package, both by permeation through the package material and by leakage through pinholes and cracks. The shelf life of a product can be extended, if the food is stored in a gas tight package. Thus there is a need to test gas tightness of packages. There are several tightness testing methods, and they can be broadly divided into destructive and nondestructive methods. One of the most sensitive methods to detect leaks is by using a non destructive tracer gas technique. Carbon dioxide, helium and hydrogen are the most commonly used tracer gases. Hydrogen is the lightest and the smallest of all gases, which allows it to escape rapidly from the leak areas. The low background concentration of H2 in air (0.5 ppm) enables sensitive leak detection. With a hydrogen leak detector it is also possible to locate leaks. That is not possible with many other tightness testing methods. The experimental work has been focused on investigating the factors which affect the measurement results with the H2leak detector. Also reasons for false results were searched to avoid them in upcoming measurements. From the results of these experiments, the appropriate measurement practice was created in order to have correct and repeatable results. The most important thing for good measurement results is to keep the probe of the detector tightly against the leak. Because of its high diffusion rate, the HZ concentration decreases quickly if holding the probe further away from the leak area and thus the measured H2 leaks would be incorrect and small leaks could be undetected. In the experimental part hydrogen, oxygen and water vapour transmissions through laser beam reference holes (diameters 1 100 μm) were also measured and compared. With the H2 leak detector it was possible to detect even a leakage through 1 μm (diameter) within a few seconds. Water vapour did not penetrate even the largest reference hole (100 μm), even at tropical conditions (38 °C, 90 % RH), whereas some O2 transmission occurred through the reference holes larger than 5 μm. Thus water vapour transmission does not have a significant effect on food deterioration, if the diameter of the leak is less than 100 μm, but small leaks (5 100 μm) are more harmful for the food products, which are sensitive to oxidation.

Sulfaattisellun valkaisuun käytettävien kemikaalien tuotanto ja valmistuksen energiankulutus

Eri valkaisukemikaalien valmistusmenetelmien välillä on joitakin selkeitä eroja. Erot vaikuttavat erityisesti kemikaalin hintaan ja valmistuksen sekä käytön mielekkyyteen. Kloorikemikaalit sekä otsoni ovat myrkyllisiä ja ympäristölle vaarallisia, mikä tulee ottaa huomioon valmistustapahtumassa ja aineen käytössä. Otsoni ja klooridioksidi on myös välttämätöntä valmistaa sellutehtaalla, koska tuotteet ovat pysymättömiä yhdisteitä. Ainoastaan happikaasua löytyy vapaana luonnosta. Sen valmistukseen riittää yksinkertainen tislaus- tai adsorptiolaitteisto, joilla happi saadaan erotetuksi ilmasta. Klooriyhdisteiden sekä otsonin valmistus vaatii elektrolyysin. Vetyperoksidin luokittelu sijoittuu kahden edellisen ryhmän väliin. Peroksidi voidaan myös valmistaa ilman elektrolyysiä, mutta vedyn valmistus voi tapahtua myös elektrolyyttisesti. Useimmiten vety saadaan kuitenkin maakaasusta tai öljyn reformoinnista. Kloorin valmistuksen yhteydessä syntyy myös natriumhydroksidia. Se on myös tärkeä kemikaali sellun valmistuksessa ja valkaisussa. Kun lasketaan kloorin valmistukseen kuluvaa sähkömäärää, on otettava huomion myös lipeän kaupallinen arvo. Siksi tietty osa kloorin valmistuskustannuksista ja energiasta on laskettava kuuluvaksi lipeälle. Elektrolyysikemikaalien valmistuksessa tarvittava sähköenergia on usein erittäin suuri. Varsinkin, jos tuotantomäärät ovat suuria. Hyötysuhdetta laskee korkea virrantiheys sekä ylijännite. Nämä ilmiöt kasvavat, kun tuotantomäärät ovat suuria ja elektrodimateriaalien määrä on niiden kalleuden takia rajallinen.

Öljynjalostamon vetyverkon PINCH-analyysi

Tässä diplomityössä on tarkasteltu Porvoon öljynjalostamon vetyverkkoa ja pohdittu keinoja, joilla vedyn käyttöä jalostamolla voitaisiin tehostaan sekä polttokaasuverkkoon menevän vedyn määrä pienentää. Tarkastelun lähtökohtana toimii vetytaseen pohjalta laadittu vetypinch-analyysi. Kirjallisuusosassa on esitelty jalostamon vetyverkkoon kuuluvat yksiköt sekä käsitelty lyhyesti niiden toimintaa. Lisäksi on käsitelty vetypinch-analyysin periaate, sekä kuinka todelliset prosessirajoitteet voidaan huomioida sitä toteutettaessa. Kirjallisuusosan lopussa on esitetty miten vetyverkon vaiheittainen optimointi etenee. Työn soveltavassa osassa laadittiin vetyverkon virtauskaavio, jolla saatiin luotua kattava käsitys jalostamon vedynjakelusta. Virtauskaaviosta tehtiin yksinkertaistettu versio, jonka perusteella laadittiin vetytase. Vetytaseen pohjalta suoritettiin vetypinch-analyysi, jonka mukaan jalostamolla tuotettiin tasehetkellä ylimäärin vetyä. Vedyn käytön tehostamiseksi jalostamolla tulee rikkivedyn talteenottoyksikkö 2:n polttokaasuvirta pyrkiä minimoimaan tai hyödyntämään. Lisäksi virtausmittareiden mitoituspisteiden molekyylimassat tulisi muuttaa vastaamaan paremmin nykyistä ajotilannetta, sekä seurata niitä jatkossa säännöllisesti. Myös vetypitoisuutta mittaavien online-analysaattoreiden kalibroinnista tulee huolehtia, ja ottaa riittävästi kenttänäytteitä vetyverkosta. On huomattava, että öljynjalostamon vedyn tuotannon minimointi ei ole aina automaattisesti taloudellisin ratkaisu. Joissain tapauksissa vedyn osapaineen nostaminen vetyä kuluttavan yksikön reaktorissa voi lisätä yksikön tuottavuutta niin paljon, että se kompensoi lisääntyneestä vedyn tuotannosta aiheutuvat kustannukset.

Kansalaisen sähköiset terveyspalvelut: Hyväksyntä, käytettävyys ja motivoituminen oman sairauden hallintaan

Tutkielman taustalla on terveydenhuollon nykyinen tarve sähköisten ratkaisujen hyödyntämiselle sekä siirtymiselle potilaskeskeisempään hoitoon, jossa korostetaan potilaan hoitoon osallistumista. Moti-voimalla potilasta osallistumaan hoitoonsa voidaan tätä auttaa hallitsemaan sairauttaan ja sitoutumaan hoitoon paremmin. Tämän myötä voidaan terveydenhuollossa saavuttaa taloudellisia hyötyjä muun muassa vapautuneiden resurssien muodossa hoitotulosten mahdollisesti parantuessa ja potilaan pärjä-tessä sairautensa kanssa paremmin omillaan. Pärjäin-pilotti -hankkeessa kehitetäänkin sähköisiä terve-yspalveluita sydänsairaille. Pilotti perustuu OmaHyvinvointi-hankkeessa luotuun Pärjäin-konseptiin, jonka keskeisiä ajatuksia ovat kansalaislähtöisyys ja oman elämän hallinta. Kehitettävien palveluiden avulla pyritään helpottamaan arjen haasteita ja mahdollistamaan parempi hoitoon osallistuminen. Tutkielmassa tutkitaan terveystietojärjestelmien hyväksyntää ja käytettävyyttä sekä motivoitumista oman sairauden hallintaan. Terveystietojärjestelmien hyväksyntää tarkasteltaessa keskitytään erityises-ti terveystietojärjestelmiin liittyviin hyväksyntätekijöihin. Motivoitumista taas tarkastellaan itsemää-räämisteorian ja motivoivan haastattelun näkökulmista, jotta voidaan ymmärtää kansalaisen motivoi-tumista hoitoon sitoutumiseen ja osallistumiseen. Käytettävyyttä taas tarkastellaan iäkkäiden käyttäjien näkökulmasta, sillä palveluiden kohderyhmän, sydänsairaiden, joukossa iäkkäiden määrä on suuri. Tutkielman tutkimusmetodologia on kvalitatiivinen. Empiirisenä aineistona käytetään seitsemän sy-dänsairaan haastattelun valmisaineistoa, joka keskittyy sydänsairaan arkeen ja siinä elämiseen. Aineis-toanalyysin tuloksena esitellään kohderyhmän erityispiirteitä ja -tarpeita liittyen sydänsairauteen ja arjessa elämiseen. Näitä ovat muun muassa lisääntynyt tiedontarve, lisääntyneet lääkkeet, ruokavalion muutokset, dokumenttien säilytys, laboratorioaikojen muistaminen ja -tulosten saaminen, vertaistuen tarve, tuen puute terveydenhuollon taholta, tietojen siirtyvyys sekä suhde lääkäriin ja hoitoon osallis-tuminen. Suuren osan näistä erityispiirteistä voidaan havaita liittyvän läheisesti potilaiden terveystieto-järjestelmien hyväksyntätekijöihin. Lisäksi kohderyhmän erityispiirteet ja -tarpeet kielivät tuen tar-peesta kaikilla itsemääräämisteorian määrittelemillä motivaatioon vaikuttavien tekijöiden osa-alueilla. Tutkielman johtopäätöksenä voidaan todeta, että huomioimalla sähköisten terveyspalveluiden kehityk-sessä kohderyhmän erityispiirteitä ja -tarpeita voidaan kehittää palveluominaisuuksia, jotka vastaavat sydänsairaiden tarpeisiin sekä takaavat paremman kohderyhmän hyväksyntätason. Kansalaisen moti-voitumista oman sairauden hallintaan taas voidaan parantaa kehittämällä kohderyhmän tarpeisiin vas-taavia palveluominaisuuksia, jotka tukevat itsemääräämisteorian määrittelemiä motivaatiotekijöitä. Lisäksi huomioimalla käytettävyyttä iäkkään kohderyhmän näkökulmasta, voidaan tällaisten palvelui-den käyttöön motivoitumiseen vaikuttaa positiivisesti.

Velvoitevarastoinnin kustannukset lääkeyhtiöille

Suomessa on käytössä laaja lakisääteinen lääkkeiden velvoitevarastointijärjestelmä, jonka tarkoituksena on turvata lääkkeiden saatavuus toimituskatkojen, vakavan kriisin tai muun vastaavan uhkakuvan varalta. Velvoitevarastoja ylläpitävät lääkeyhtiöiden lisäksi terveydenhuollon toimintayksiköt sekä Terveyden ja hyvinvoinnin laitos. Velvoitevarastoinnin järjestäminen on kuitenkin suurimmaksi osaksi lääketeollisuuden vastuulla. Lääkeyhtiöiden tulee varastoida normaalin liiketoiminnallisen varmuusvaraston lisäksi laissa määrättyjä lääkeaineita- ja valmisteita 3, 6 tai 10 kuukauden kysyntää vastaava määrä. Suuret varastot yhdistettynä velvoitevarastointijärjestelmän jäykkyyteen vaikeuttavat lääkeyhtiöiden varastonhallintaa ja aiheuttavat lisäkustannuksia. Viime vuosina lainsäädäntöä on pyritty kehittämään paremmin nykyaikaa vastaavaksi. Todellisuudessa velvoitevarastoihin sitoutuneen pääoman määrä on kuitenkin kasvanut, mikä on nostanut keskustelua velvoitevarastoinnin laajuudesta ja kustannustehokkuudesta. Tutkimuksen tarkoitus on määritellä velvoitevarastoinnin aiheuttamia kustannuksia toimialatasolla. Tutkimuksessa selvitetään minkä tyyppisiä kustannuksia velvoitevarastointi aiheuttaa lääkeyhtiöille ja kuinka suuria kustannukset ovat. Tutkimuksessa verrataan velvoitevarastoinnin aiheuttamia kustannuksia Huoltovarmuuskeskuksen lääkeyhtiöille maksamiin korvausmaksuihin sekä tarkastellaan velvoitemäärien muutosten vaikutusta kustannusten määrään. Tutkimusotteena käytetään konstruktiivista tutkimusta. Konstruktiivisessa tutkimuksessa kehitetään ratkaisu käytännön ongelmaan, minkä kautta myös luodaan teoreettista uutuusarvoa. Tutkimuksessa kehitettävä konstruktio pohjautuu toimiala-analyysiin, kirjallisuuskatsaukseen ja asiantuntijahaastatteluihin, joiden kautta määritellään velvoitevarastoinnin kustannuskomponentit ja kustannusmallin perusteet. Kehitetyn kustannusmallin avulla lasketaan Suomen Lääkedatan markkinatietoihin pohjautuva arvio velvoitevarastoinnin kustannuksista vuonna 2012. Kustannusanalyysin mukaan vuoden 2012 kokonaiskustannukset toimialatasolla ovat 13,9 milj. €, mikä on viisinkertainen määrä Huoltovarmuuskeskuksen korvauksiin verrattuna. Suurimmat velvoitevarastoinnin kustannuskomponentit ovat sitoutuneen pääoman kustannukset sekä säilytys- ja hävikkikustannukset. Tutkimuksessa esitetään, että velvoitemäärien pienilläkin muutoksilla voidaan saavuttaa merkittäviä kustannussäästöjä. Velvoitevarastoinnin kustannuksista ei ole aikaisemmin esitetty arviota, joten tutkimus tuottaa tärkeää lisäinformaatiota käynnissä olevaa velvoitevarastointijärjestelmän kehittämistyötä varten.

Blade and rod coating of low solid dispersions

Työn aiheena oli tehdä ohut barrierkalvo terä- tai sauvapäällystys menetelmällä. Erilaisissa elintarvikepakkauksissa käytetään hyviä barrier-ominaisuuksia omaavia ohuita päällysteitä. Elintarvikepakkauksen tehtävä on suojata pakattua tuotetta ympäristöltä, mahdollistaa helppo kuljetus ja säilytys sekä antaa tarvittavat tiedot tuotteesta tuotteen käsittelijöille ja loppukäyttäjille. Diplomityön teoriaosuudessa keskityttiin barrierpäällystykseen, eri päällystysmenetelmiin, niiden erityisvaatimuksiin ja ominaisuuksiin. Teoriaosuudessa käsiteltiin myös vaadittavia barrier-ominaisuuksia ja haasteita niiden saavuttamisessa. Kirjallisuuden perusteella haasteiksi nousivat helposti muodostuvat mikroreiät. Kokeellinen osa jakautui kahteen osakokonaisuuteen: laboratoriokokeisiin ja pilot-koeajoon. Laboratoriokokeita tehtiin ennen pilot-ajoa, jotta pilot-koeajoon voitiin valita parhaat päällystereseptit. Pilot-koeajonäytteiden päällystemäärät osoittautuivat liian pieniksi ja siksi laboratoriossa tehtiin jatkotutkimuksia riittävän päällystemäärän saavuttamiseksi. Tämän työnperusteella pohjakartongin ominaisuuksilla, erityisesti karheudella, on merkittävä vaikutus päällystyksen onnistumisessa ja yksinkertaisilla resepteillä ja päällystysmenetelmillä ei saada tarpeeksi laadukasta kalvoa.

Modelling of hydrogen stratification and gas mixing in containment using the APROS code

Hydrogen stratification and atmosphere mixing is a very important phenomenon in nuclear reactor containments when severe accidents are studied and simulated. Hydrogen generation, distribution and accumulation in certain parts of containment may pose a great risk to pressure increase induced by hydrogen combustion, and thus, challenge the integrity of NPP containment. The accurate prediction of hydrogen distribution is important with respect to the safety design of a NPP. Modelling methods typically used for containment analyses include both lumped parameter and field codes. The lumped parameter method is universally used in the containment codes, because its versatility, flexibility and simplicity. The lumped parameter method allows fast, full-scale simulations, where different containment geometries with relevant engineering safety features can be modelled. Lumped parameter gas stratification and mixing modelling methods are presented and discussed in this master’s thesis. Experimental research is widely used in containment analyses. The HM-2 experiment related to hydrogen stratification and mixing conducted at the THAI facility in Germany is calculated with the APROS lump parameter containment package and the APROS 6-equation thermal hydraulic model. The main purpose was to study, whether the convection term included in the momentum conservation equation of the 6-equation modelling gives some remarkable advantages compared to the simplified lumped parameter approach. Finally, a simple containment test case (high steam release to a narrow steam generator room inside a large dry containment) was calculated with both APROS models. In this case, the aim was to determine the extreme containment conditions, where the effect of convection term was supposed to be possibly high. Calculation results showed that both the APROS containment and the 6-equation model could model the hydrogen stratification in the THAI test well, if the vertical nodalisation was dense enough. However, in more complicated cases, the numerical diffusion may distort the results. Calculation of light gas stratification could be probably improved by applying the second order discretisation scheme for the modelling of gas flows. If the gas flows are relatively high, the convection term of the momentum equation is necessary to model the pressure differences between the adjacent nodes reasonably.

Extended hydrogen photoproduction by nitrogen-fixing cyanobacteria

Cyanobacteria are the only prokaryotic organisms performing oxygenic photosynthesis. They comprise a diverse and versatile group of organisms in aquatic and terrestrial environments. Increasing genomic and proteomic data launches wide possibilities for their employment in various biotechnical applications. For example, cyanobacteria can use solar energy to produce H2. There are three different enzymes that are directly involved in cyanobacterial H2 metabolism: nitrogenase (nif) which produces hydrogen as a byproduct in nitrogen fixation; bidirectional hydrogenase (hox) which functions both in uptake and in production of H2; and uptake hydrogenase (hup) which recycles the H2 produced by nitrogenase back for the utilization of the cell. Cyanobacterial strains from University of Helsinki Cyanobacteria Collection (UHCC), isolated from the Baltic Sea and Finnish lakes were screened for efficient H2 producers. Screening about 400 strains revealed several promising candidates producing similar amounts of H2 (during light) as the ΔhupL mutant of Anabaena PCC 7120, which is specifically engineered to produce higher amounts of H2 by the interruption of uptake hydrogenase. The optimal environmental conditions for H2 photoproduction were significantly different between various cyanobacterial strains. All suitable strains revealed during screening were N2-fixing, filamentous and heterocystous. The top ten H2 producers were characterized for the presence and activity of the enzymes involved in H2 metabolism. They all possess the genes encoding the conventional nitrogenase (nifHDK1). However, the high H2 photoproduction rates of these strains were shown not to be directly associated with the maximum capacities of highly active nitrogenase or bidirectional hydrogenase. Most of the good producers possessed a highly active uptake hydrogenase, which has been considered as an obstacle for efficient H2 production. Among the newly revealed best H2 producing strains, Calothrix 336/3 was chosen for further, detailed characterization. Comparative analysis of the structure of the nif and hup operons encoding the nitrogenase and uptake hydrogenase enzymes respectively showed minor differences between Calothrix 336/3 and other N2-fixing model cyanobacteria. Calothrix 336/3 is a filamentous, N2-fixing cyanobacterium with ellipsoidal, terminal heterocysts. A common feature of Calothrix 336/3 is that the cells readily adhere to substrates. To make use of this feature, and to additionally improve H2 photoproduction capacity of the Calothrix 336/3 strain, an immobilization technique was applied. The effects of immobilization within thin alginate films were evaluated by examining the photoproduction of H2 of immobilized Calothrix 336/3 in comparison to model strains, the Anabaena PCC 7120 and its ΔhupL mutant. In order to achieve optimal H2 photoproduction, cells were kept under nitrogen starved conditions (Ar atmosphere) to ensure the selective function of nitrogenase in reducing protons to H2. For extended H2 photoproduction, cells require CO2 for maintenance of photosynthetic activity and recovery cycles to fix N2. Application of regular H2 production and recovery cycles, Ar or air atmospheres respectively, resulted in prolongation of H2 photoproduction in both Calothrix 336/3 and the ΔhupL mutant of Anabaena PCC 7120. However, recovery cycles, consisting of air supplemented with CO2, induced a strong C/N unbalance in the ΔhupL mutant leading to a decrease in photosynthetic activity, although total H2 yield was still higher compared to the wild-type strain. My findings provide information about the diversity of cyanobacterial H2 capacities and mechanisms and provide knowledge of the possibilities of further enhancing cyanobacterial H2 production.

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.

Carbon sources for Power-to-Gas applications in the Finnish energy system

This thesis is done as a part of the NEOCARBON project. The aim of NEOCARBON project is to study a fully renewable energy system utilizing Power-to-Gas or Power-to-Liquid technology for energy storage. Power-to-Gas consists of two main operations: Hydrogen production via electrolysis and methane production via methanation. Methanation requires carbon dioxide and hydrogen as a raw material. This thesis studies the potential carbon dioxide sources within Finland. The different sources are ranked using the cost and energy penalty of the carbon capture, carbon biogenity and compatibility with Power-to-Gas. It can be concluded that in Finland there exists enough CO2 point sources to provide national PtG system with sufficient amounts of carbon. Pulp and paper industry is single largest producer of biogenic CO2 in Finland. It is possible to obtain single unit capable of grid balancing operations and energy transformations via Power-to-Gas and Gas-to-Power by coupling biogas plants with biomethanation and CHP units.

GaN- ja AlGaN-puolijohteiden pintaominaisuuksista ja niiden muokkauksesta

Yhdistepuolijohde galliumnitridi (GaN) on energiatehokkaiden valkoisten ledien päämateriaali. GaN on kestävä materiaali; sillä on muun muassa alhainen säteilyreagointi ja suuri jännitekestävyys, minkä vuoksi GaN soveltuu hyvin myös maanpuolustus- ja avaruussovelluksiin. Sen iso energia-aukko mahdollistaa materiaalin käytön suurteho- ja suurtaajuussovelluksissa, ja sen suuri lämpökapasiteetti ja lämmönjohtavuuskyky avaavat edelleen uusia mahdollisuuksia materiaalin käytölle muun muassa tehovahvistimissa mikroaaltotaajuudella. GaN:ä käytetään myös sinisten ja violettien ledien valmistuksessa. Kun yhdisteeseen lisätään alumiinia, saadaan alumiinigalliumnitridin (AlGaN) energia-aukkoa ja muita ominaisuuksia säädeltyä alumiinin määrää muuttamalla. AlGaN-pintojen ominaisuuksia on tutkittu suhteellisen vähän, vaikka niiden merkitys kasvaa jatkuvasti kehitettäessä nanoteknologian sovelluksia. AlGaN-pintojen tutkiminen on tärkeää, koska monissa sovelluksissa juuri pinnat ja rajapinnat ovat huomattavassa asemassa laitteiden toiminnan kannalta. Pinnoilla sijaitseva atomien epäjärjestys, kidevirheet ja epäpuhtausatomit sekä atomien kemiallinen sidosympäristö kiinnostavat tutkijoita. Myös erilaisten pintakäsittelyjen vaikutusten tunteminen edellä mainittuihin ominaisuuksiin on tärkeää hyvien pintojen valmistuksen saavuttamiseksi. Tämän pro gradu -tutkielman on tarkoitus tutustua III–V-puolijohteiden GaN:n ja AlGaN:n pintaominaisuuksiin ja niiden muokkaukseen materiaalifysiikan pintatieteen menetelmillä. Mg-piristeisille Al0,5Ga0,5N-näytteille tehdyt LEED- ja STM-mittaukset osoittavat, että AlGaN-pinnat tarjoavat hyvän lähtökohdan bulkille tyypillisten ominaisuuksien tutkimiseen. XPS- ja SR-PES-mittaukset osoittavat, että Mg-piristys vaikuttaa aktivoituvan noin 700 °C:n lämmityksessä, ja näytteet sisältävät aiemmissa tutkimuksissa havaitun vedyn lisäksi happea ja hiiltä, jotka vaikuttavat magnesiumin aktivoitumiseen ja siitä syntyvään aukkokonsentraatioon. LEED-, STM- ja resistiivisyysmittaukset tukevat tehtyjä XPS- ja SR-PES-mittauksia. Al0,5Ga0,5N-näytteen energia-aukossa sijaitsevien aktiivisten vastaanottajatilojen määritettiin sijaitsevan 200–600 meV valenssivyön maksimin yläpuolella riippuen jälkilämmityksen kestosta.

Liquid-phase alcohol promoted methanol synthesis from CO2 and H2

Methanol is an important and versatile compound with various uses as a fuel and a feedstock chemical. Methanol is also a potential chemical energy carrier. Due to the fluctuating nature of renewable energy sources such as wind or solar, storage of energy is required to balance the varying supply and demand. Excess electrical energy generated at peak periods can be stored by using the energy in the production of chemical compounds. The conventional industrial production of methanol is based on the gas-phase synthesis from synthesis gas generated from fossil sources, primarily natural gas. Methanol can also be produced by hydrogenation of CO2. The production of methanol from CO2 captured from emission sources or even directly from the atmosphere would allow sustainable production based on a nearly limitless carbon source, while helping to reduce the increasing CO2 concentration in the atmosphere. Hydrogen for synthesis can be produced by electrolysis of water utilizing renewable electricity. A new liquid-phase methanol synthesis process has been proposed. In this process, a conventional methanol synthesis catalyst is mixed in suspension with a liquid alcohol solvent. The alcohol acts as a catalytic solvent by enabling a new reaction route, potentially allowing the synthesis of methanol at lower temperatures and pressures compared to conventional processes. For this thesis, the alcohol promoted liquid phase methanol synthesis process was tested at laboratory scale. Batch and semibatch reaction experiments were performed in an autoclave reactor, using a conventional Cu/ZnO catalyst and ethanol and 2-butanol as the alcoholic solvents. Experiments were performed at the pressure range of 30-60 bar and at temperatures of 160-200 °C. The productivity of methanol was found to increase with increasing pressure and temperature. In the studied process conditions a maximum volumetric productivity of 1.9 g of methanol per liter of solvent per hour was obtained, while the maximum catalyst specific productivity was found to be 40.2 g of methanol per kg of catalyst per hour. The productivity values are low compared to both industrial synthesis and to gas-phase synthesis from CO2. However, the reaction temperatures and pressures employed were lower compared to gas-phase processes. While the productivity is not high enough for large-scale industrial operation, the milder reaction conditions and simple operation could prove useful for small-scale operations. Finally, a preliminary design for an alcohol promoted, liquid-phase methanol synthesis process was created using the data obtained from the experiments. The demonstration scale process was scaled to an electrolyzer unit producing 1 Nm3 of hydrogen per hour. This Master’s thesis is closely connected to LUT REFLEX-platform.