Jätteen kaasutus ja energiakäyttö

Kiinteiden polttoaineiden muuntaminen kaasumaiseen muotoon eli kaasuttaminen herätti jo vuosia sitten tutkijoiden kiinnostusta. Suomessa yleinen mielenkiinto on viimeaikoina keskittynyt edullisempien polttoaineiden kaasuttamiseen ja saatavan tuotekaasun polttamiseen. Lahti Energian uudessa Kymijärvi 2 voimalaitoksessa kaasutetaan puuta ja kierrätyspolttoainetta (REF). Saatava tuotekaasu jäähdytetään ja suodatetaan, jotta epäpuhtaudet saadaan pois tuotekaasusta. Puhdistettu tuotekaasu poltetaan kaasukattilassa korkeilla höyrynarvoilla. Tuotekaasun jäähdyttämistä ei ole paljoa tehty eikä siitä ole juurikaan tieteellistä tutkimusta eikä kokemusta. Tuotekaasun jäähtyessä partikkelit tarttuvat lämpöpinnoille aiheuttaen kerrostumia. Kerrostumat heikentävät lämmönsiirtoa olennaisesti. Tämän työn tarkoitus on tutkia kaasutusprosessia, tuotekaasun jäähdyttimen likaantumista sekä antaa lisätietoja likaantumiseen vaikuttavista tekijöistä.

Phenomena and mechanisms in purification of animal fat

Työn tarkoitus oli tutkia eläinrasvan puhdistusta biodieselin valmistusta varten. Eläinrasvaa syntyy elintarviketeollisuuden sivutuotteena ja sitä saadaan myös myymättä jääneistä elintarvikkeista. Rasva sisältää epäpuhtauksia, jotka on poistettava ennen biodieselprosessia. Tässä työssä tutkittavat epäpuhtaudet ovat typpi, fosfori, rauta, natrium, kalsium ja magnesium. Puhdistusmenetelminä käytettiin saostamista sitruunahapolla sekä adsorbointia kahdella eri adsorbentilla. Tavoitteena oli selvittää riittävä määrä happoa ja adsorbenttia sekä tutkia puhdistuksen mekanismia. Lisäksi tarkasteltiin lämpötilan vaikutusta adsorption aikana.

Kylmälaitekoneikon runkorakenteen kehittäminen

Kylmälaitekoneikot ovat kylmäkomponentteja sisältäviä rakenteita, joiden avulla toteutetaan suurten tilojen, kuten elintarvikemyymälöiden sisäilman jäähdytys. Lisäksi koneikkojen avulla jäähdytetään matalampiin lämpötiloihin pienempiä kylmähuoneita. Osa koneikoista ottaa talteen kylmäprosessissa syntyvän lämmön, jota hyödynnetään tilojen lämmityksessä. Tämän diplomityön tavoitteena oli suunnitella ja mitoittaa kahdeksalle eri kylmälaitekoneikolle entistä kustannustehokkaammat runkorakenteet, jotka ovat niin kestäviä, että koneikkoja on mahdollista pinota tilan säästämiseksi kolme päällekkäin. Lisäksi runkorakenteilta vaadittiin helppoa kuljetettavuutta, hyviä kiinnitysominaisuuksia ja korroosionkestävyyttä. Aluksi työssä selvitettiin runkorakenteisiin kohdistuvat vaatimukset, jonka jälkeen materiaalin valinta tehtiin materiaaliin kohdistuvien vaatimusten perusteella. Rakenteiden palkit mitoitettiin tarvittavan taivutusvastuksen ja kiepahduksen mukaan. Pilarit puolestaan mitoitettiin nurjahduksen ja kaksiaksiaalisen taivutustilan perusteella. Tämän jälkeen mitoitettiin eri sauvojen väliset hitsi- ja ruuviliitokset siten, että rakenne hajoaa ylikuormitustilanteessa mahdollisimman turvallisesti. Työssä tehdyt laskelmat varmennettiin elementtimenetelmän avulla ja lopullisille rakenteille tehtiin elementtimenetelmällä vielä ominaistaajuusanalyysejä. Lopuksi työssä suunniteltiin runkorakenteille sopiva korroosionsuojaus.

Emission, kinetic and magnetic phenomena in rare-earth and transition metal doped ZnSe single crystals

In this work emission, optical, electrical and magnetic properties of the d- and f- elements doped zinc selenide crystals were investigated within a wide temperature range. Doping was performed in various technological processes: during the growth by chemical vapor transport method; by thermal diffusion from the Bi or Zn melt. Concentration of the doping impurity in the crystals was controlled by amount of the dopant in the source material or by its concentration in the doping media. Special interest in the work was paid to the influence of the different concentrations of Cr and Yb impurities on ZnSe crystals’ properties, correlations between observed effects and similarities with the Ni, Mn and Gd dopants are analysed. Possibility of formation of the excitons bound to the doping d-ions was shown. In contrast to this, it was observed that f-elements do not bound excitons, but prevent formation of excitons bound to some uncontrolled impurities. A mechanism of Cr doping impurity interaction with background impurities and zinc selenide structural defects was proposed based on experimental data. An assumption about resonant energy transfer between double charged chromium ions and complexes based on crystals’ vacancy defects was made. A correlation between emission and magnetic properties of the d- ions doped samples was established. Based on this correlation a mechanism explaining the concentration quench of the emission was proposed. It was found that f-ions bind electrically active shallow and deep donor and acceptor states of background impurity to electrically neutral complexes. This may be observed as “purification” of ZnSe crystals by doping with the rare-earth elements, resulting i tendency of the properties of f-ion doped crystals to the properties of intrinsic crystals, but with smaller concentration of uncontrolled native and impurity defects. A possible interpretation of this effect was proposed. It was shown that selenium substituting impurities decrease efficiency of the Yb doping. Based on this experimental results an attempt to determine ytterbium ion surroundings in the crystal lattice was made. It was shown that co-doping of zinc selenide crystals with the d- and f- ions leads to the combination of the impurities influence on the material’s properties. On the basis of obtained data an interaction mechanism of the d- and f-elements co-dopants was proposed. Guided by the model of the ytterbium ion incorporation in the selenide sublattice of the ZnSe crystals, an assumption about stabilization of single charged chromium ions in the zinc sublattice crystal nodes, by means of formation of the local charge compensating clusters, was made.

Novel Cellular Luminescence Probes for Immunological and Toxicological Assessments

Escherichia coli K-12 (pEGFPluxABCDEAmp) (E. coli-lux), constitutively emitting bioluminescence (BL), was constructed and its BL emitting properties tested in different growth and killing conditions. The BL emission directly correlated with the number of viable E. coli-lux cells, and when subjected to the antimicrobial agent, the diminishment of the BL signal was linked directly to the number of killed bacterial cells. The method provided a very convenient application, especially when compared to conventional plate counting assays. This novel real-time based method was utilized in both immunological and toxicological assessments. The parameters such as the activation phase, the lytic phase and the capacity of the killing of the serum complement system were specified not only in humans but also in other species. E. coli-lux was also successfully used to study the antimicrobial activities of insect haemolymph. The mechanisms of neutrophil activity, like that of a myeloperoxidase (MPO)-H2O2-halide system, were studied using the E. coli-lux approach. The fundamental role of MPO was challenged, since during the actual killing in described circumstances in phagolysosome the MPO system was inactivated and chlorination halted. The toxicological test system, assessing indoor air total toxicity, particularly suitable for suspected mold damages, was designed based on the E. coli-lux method. Susceptibility to the vast number of various toxins, both pure chemicals and dust samples from the buildings and extracts from molds, were investigated. The E. coli-lux application was found to possess high sensitivity and specificity attributes. Alongside the analysis system, the sampling kit for indoor dust was engineered based on the swipe stick and the container. The combination of practical specimen collector and convenient analysis system provided accurate toxic data from the dust sample within hours. Neutrophils are good indicators of the pathophysiological state of the individual, and they can be utilized as a toxicological probe due to their ability to emit chemiluminescence (CL). Neutrophils can either be used as probe cells, directly exposed to the agent studied, or they can act as indicators of the whole biological system exposed to the agent. Human neutrophils were exposed to the same toxins as tested with the E. coli-lux system and measured as luminol amplified CL emission. The influence of the toxins on the individuals was investigated by exposing rats with moniliniformin, the mycotoxin commonly present in Finnish grains. The activity of the rat neutrophils was found to decrease significantly during the 28 days of exposure.

Alueelliseen energiantuotantoon liitetyt alueellisen kestävyyden kriteerit ja indikaattorit

Työn tavoitteena oli selvittää alueellisen kestävyyden tarkastelussa käytetyt ympäristölliset, taloudelliset ja sosiaaliset kriteerit sekä niiden yleisyys alueellisen energiantuotannon yhtey-dessä. Tutkimusmenetelmänä oli kirjallisuuskatsaus. Tutkimusaineiston perusteella havait-tiin, että alueellista kestävyyttä tarkasteltiin pääosin erilaisten indikaattorien kautta. Tutki-musaineistossa esiintyneet indikaattorit liitettiin kestävyyskriteereihin käyttämällä apuna kahta ulkopuolista lähdettä. Tutkimusaineistossa esiintyneitä ympäristön kestävyyskriteerejä olivat ilmastonmuutos, pai-kallinen ilmanlaatu, sisäilman laatu, vaikutus ekosysteemiin ja resurssitehokkuus. Taloudel-lisen kestävyyden kriteerejä olivat vaikutus alueen talouteen, vaikutus energiayritykseen, työllistäminen sekä vaikutus asiakkaisiin. Sosiaalisen kestävyyden kriteerejä olivat ympäris-tön viihtyvyys, energiansaannin varmuus, sopeutumiskyky ja vastaanotto, demografiset teki-jät sekä työolosuhteet. Tutkimuksen perusteella selvisi, että yleisimmin alueellisen energiantuotannon alueellisen kestävyyden tarkastelussa käytettään ympäristön kestävyyskriteerejä sekä taloudellisen kes-tävyyden kriteerejä. Työn perusteella ei voida sanoa, mitkä kestävyyskriteerit ovat tärkeim-mät alueellisen energiantuotannon ja jatkotutkimusta tulisi tehdä, jotta voitaisiin selvittää tär-keimmät alueellisen kestävyyden kriteerit alueellisen energiantuotannon yhteydessä.

Mäntyöljyn tislauksen esikäsittely

Raakamäntyöljy on selluteollisuuden sivutuote. Suopa erotetaan mustalipeästä ja palstoitetaan tuottaen siten raakamäntyöljyä. Raakamäntyöljy tislataan tavanomaisesti viiteen pääjakeeseen: rasvahapot, hartsihapot, mäntyöljytisle, esiöljy ja mäntyöljypiki. Näiden jakeiden lisäksi raakamäntyöljyssä on erityisesti mustalipeästä siihen erottuneita epäpuhtauksia, jotka haittaavat raakamäntyöljyn prosessointia. Epäpuhtauksia ovat orgaaniset ja epäorgaaniset yhdisteet, kuten metallit, suolat ja ligniini. Nämä epäpuhtaudet aiheuttavat haitallisia reaktioita prosessissa huonontaen siten lopputuotejakeiden laatua. Tämän lisäksi epäpuhtaudet aiheuttavat saostumia prosessilaitteissa alentaen siten prosessointitehokkuutta. Raakamäntyöljyn esikäsittelyllä tehostetaan tislauksen toimintaa. Työssä esitetään esikäsittelymenetelmistä mm. degumming-menetelmä, laimea happopesu, hiilidioksidikäsittely, valkaisu ja lämpökäsittely. Menetelmien pohjalta valitaan tätä työtä varten yksi menetelmä, jonka pohjalta suunnitellaan kokeellisessa osassa suoritettavat kokeet. Kokeellinen osuus koostuu esikokeista, varsinaisista kokeista ja lisäkokeista. Menetelmän tarkoituksena on saavuttaa epäpuhtauksille 90–95 % reduktioaste. Kokeiden onnistumista tutkitaan analysoimalla alkuperäinen raakamäntyöljy, sekä jokaisen kokeen jälkeen erotetut faasit. Työssä saavutettiin hyvä erotustehokkuus. Alkuperäisen tavoitteen mukaista reduktioastetta ei pystytty määrittämään eri analyysimenetelmien ja niiden analyysituloksissa ilmenneiden eroavaisuuksien vuoksi, mutta lisäkokeiden ansiosta pystyttiin vahvistamaan kyseisen koejärjestelmän optimaalinen poistoaste. Lisäksi työssä havaittiin että esikäsittelytulos on hyvin riippuvainen käsiteltävän raaka-aineen koostumuksesta.

Sisäilmaongelmien hallinta Terve talo -rakentamisella

Kandidaatintyön tarkoituksena oli perehtyä Tekesin Terve talo -konseptiin ja tutustua sisäilmaongelmiin. Työn tavoitteina oli kartoittaa sisäilmaongelmien lähteitä ja tutustua Terve talo -rakentamiseen ja tunnistaa ongelmakohtia, jotka johtavat usein kosteus- ja homeongelmiin sekä sisäilmaongelmiin. Näitä haasteita ja ongelmakohtia vertailtiin Terve talo -kriteereihin ja pohdittiin, miten rakentamisen laatua ja ylläpitoa voidaan parantaa, että tulevaisuudessa vältyttäisiin sisäilmaongelmilta. Työ oli kirjallisuustyö, joka perustui kirjallisiin lähteisiin. Työssä käsiteltiin vain uudisrakentamista toimitilarakentamisen Terve talo -kriteereiden avulla. Terve talo -rakentaminen on laadukkaampaa kuin määräykset sanovat. Konseptin mukaan rakennettaessa rakennetaan kosteusteknisesti toimivaa ja terveellistä rakennusta, jossa on hyvä sisäilma. Terve talo -rakennus rakennetaan Terve talo -kriteerien avulla, joita seurataan koko rakennushankkeen ajan. Sisäilmaongelmia aiheuttavat monet eri asiat, kuten hiukkasmaiset ja kaasumaiset epäpuhtaudet. Suuria ongelmia aiheuttavat myös kosteus- ja homeongelmista johtuvat kosteusvauriomikrobit. Epäpuhtaudet aiheuttavat ihmisille terveydellisiä haittoja, kuten silmien ja hengitysteiden ärsyyntymistä. Kosteus- ja homeongelmat voivat johtua monesta syystä. Ongelmia voi aiheuttaa mm. riittämätön suunnittelu, riittämätön kosteudenhallinta työmaalla tai käytön aikaiset virheet. Työn tuloksena voidaan todeta, että kriteereiden avulla voidaan vähentää ja mahdollisesti kokonaan välttyä sisäilmaongelmilta. Rakentaminen vaatii kuitenkin monen asian huomiointia optimointia. Rakennuksen ylläpidon ja huollon tulee myös olla laadukasta ja ennakoivaa.