Valutazione di impatto ambientale mediante analisi LCA per la progettazione sostenibile di un concentratore solare

L'oggetto della seguente tesi riguarda la valutazione di impatto ambientale del ciclo di vita di un concentratore solare, mediante l'applicazione della metodologia LCA – Life Cycle Assessment. Il lavoro di tesi presenta una breve introduzione su tematiche ambientali e sociali, quali lo Sviluppo sostenibile e le energie rinnovabili, che conducono verso l'importanza della misurazione del così detto impatto ambientale, e soprattutto dell'aspetto fondamentale di una valutazione di questo tipo, vale a dire l'analisi dell'intero ciclo di vita legato ad un prodotto. Nella tesi viene presentata inizialmente la metodologia utilizzata per la valutazione, la Life Cycle Assessment, descrivendone le caratteristiche, le potenzialità, la normalizzazione in base a regolamenti internazionali ed analizzando una ad una le 4 fasi principali che la caratterizzano: Definizione dell'obiettivo e del campo di applicazione, Analisi di inventario, Valutazione degli impatti e Interpretazione dei risultati. Il secondo capitolo presenta una descrizione dettagliata dello strumento applicativo utilizzato per l'analisi, il SimaPro nella versione 7.1, descrivendone le caratteristiche principali, l'interfaccia utente, le modalità di inserimento dei dati, le varie rappresentazioni possibili dei risultati ottenuti. Sono descritti inoltre i principali database di cui è fornito il software, che contengono una moltitudine di dati necessari per l'analisi di inventario, ed i così detti metodi utilizzati per la valutazione, che vengono adoperati per “focalizzare” la valutazione su determinate categorie di impatto ambientale. Il terzo capitolo fornisce una descrizione dell'impianto oggetto della valutazione, il CHEAPSE, un concentratore solare ad inseguimento per la produzione di energia elettrica e termica. La descrizione viene focalizzata sui componenti valutati per questa analisi, che sono la Base e la struttura di sostegno, il Pannello parabolico in materiale plastico per convogliare i raggi solari ed il Fuoco composto da celle fotovoltaiche. Dopo aver analizzato i materiali ed i processi di lavorazione necessari, vengono descritte le caratteristiche tecniche, le possibili applicazioni ed i vantaggi del sistema. Il quarto ed ultimo capitolo riguarda la descrizione dell'analisi LCA applicata al concentratore solare. In base alle varie fasi dell'analisi, vengono descritti i vari passaggi effettuati, dalla valutazione e studio del progetto al reperimento ed inserimento dei dati, passando per la costruzione del modello rappresentativo all'interno del software. Vengono presentati i risultati ottenuti, sia quelli relativi alla valutazione di impatto ambientale dell'assemblaggio del concentratore e del suo intero ciclo di vita, considerando anche lo scenario di fine vita, sia i risultati relativi ad analisi comparative per valutare, dal punto di vista ambientale, modifiche progettuali e processuali. Per esempio, sono state comparate due modalità di assemblaggio, tramite saldatura e tramite bulloni, con una preferenza dal punto di vista ambientale per la seconda ipotesi, ed è stato confrontato l'impatto relativo all'utilizzo di celle in silicio policristallino e celle in silicio monocristallino, la cui conclusione è stata che l'impatto delle celle in silicio policristallino risulta essere minore. Queste analisi comparative sono state possibili grazie alle caratteristiche di adattabilità del modello realizzato in SimaPro, ottenute sfruttando le potenzialità del software, come l'utilizzo di dati “parametrizzati”, che ha permesso la creazione di un modello intuitivo e flessibile che può essere facilmente adoperato, per ottenere valutazioni su scenari differenti, anche da analisti “alle prime armi”.

Applicazione della LCA alla valorizzazione delle risorse primarie e secondarie. Caso studio: analisi del ciclo di vita della gestione integrata dei rifiuti urbani

Il progetto prevede l’applicazione dell’analisi del ciclo di vita al sistema integrato di raccolta, riciclaggio e smaltimento dei rifiuti urbani e assimilati. La struttura di una LCA (Life Cycle Assessment) è determinata dalla serie di norme UNI EN ISO 14040 e si può considerare come “un procedimento oggettivo di valutazione dei carichi energetici e ambientali relativi a un processo o un’attività, effettuato attraverso l’identificazione dell’energia e dei materiali usati e dei rifiuti rilasciati nell’ambiente. La valutazione include l’intero ciclo di vita del processo o attività, comprendendo l’estrazione e il trattamento delle materie prime, la fabbricazione, il trasporto, la distribuzione, l’uso, il riuso, il riciclo e lo smaltimento finale”. Questa definizione si riassume nella frase “ from cradle to grave” (dalla culla alla tomba). Lo scopo dello studio è l’applicazione di una LCA alla gestione complessiva dei rifiuti valutata in tre territori diversi individuati presso tre gestori italiani. Due di questi si contraddistinguono per modelli di raccolta con elevati livelli di raccolta differenziata e con preminenza del sistema di raccolta domiciliarizzato, mentre sul territorio del terzo gestore prevale il sistema di raccolta con contenitori stradali e con livelli di raccolta differenziata buoni, ma significativamente inferiori rispetto ai Gestori prima descritti. Nella fase iniziale sono stati individuati sul territorio dei tre Gestori uno o più Comuni con caratteristiche abbastanza simili come urbanizzazione, contesto sociale, numero di utenze domestiche e non domestiche. Nella scelta dei Comuni sono state privilegiate le realtà che hanno maturato il passaggio dal modello di raccolta a contenitori stradali a quello a raccolta porta a porta. Attuata l’identificazione delle aree da sottoporre a studio, è stato realizzato, per ognuna di queste aree, uno studio LCA dell’intero sistema di gestione dei rifiuti, dalla raccolta allo smaltimento e riciclaggio dei rifiuti urbani e assimilati. Lo studio ha posto anche minuziosa attenzione al passaggio dal sistema di raccolta a contenitori al sistema di raccolta porta a porta, evidenziando il confronto fra le due realtà, nelle fasi pre e post passaggio, in particolare sono stati realizzati tre LCA di confronto attraverso i quali è stato possibile individuare il sistema di gestione con minori impatti ambientali.

Valutazione del Fattore di Effetto nella metodologia LCA: test sperimentali di tossicità indotti da nanoparticelle di Diossido di Titanio sull’alga Pseudokirchneriella Subcapitata

La nanotecnologia è una scienza innovativa che sviluppa e utilizza materiali di dimensioni nanometriche (< 100 nm). Lo sviluppo e il mercato delle nanoparticelle in merito alle loro interessanti proprietà chimico‐fisiche, é accompagnato da una scarsa conoscenza relativa al destino finale e agli effetti che questi nano materiali provocano nell’ ambiente [Handy et al., 2008]. La metodologia LCA (Life Cycle Assessment – Valutazione del Ciclo di Vita) è riconosciuta come lo strumento ideale per valutare e gestire gli impatti ambientali indotti dalle ENPs, nonostante non sia ancora possibile definire, in maniera precisa, un Fattore di Caratterizzazione CF per questa categoria di sostanze. Il lavoro di questa tesi ha l’obbiettivo di stimare il Fattore di Effetto EF per nanoparticelle di Diossido di Titanio (n‐TiO2) e quindi contribuire al calcolo del CF; seguendo il modello di caratterizzazione USEtox, l’EF viene calcolato sulla base dei valori di EC50 o LC50 relativi agli organismi appartenenti ai tre livelli trofici di un ecosistema acquatico (alghe, crostacei, pesci) e assume valore pari a 49,11 PAF m3/Kg. I valori tossicologici utilizzati per il calcolo del Fattore di Effetto derivano sia da un’accurata ricerca bibliografica sia dai risultati ottenuti dai saggi d’inibizione condotti con n‐TiO2 sulla specie algale Pseudokirchneriella Subcapitata. La lettura dei saggi è stata svolta applicando tre differenti metodi quali la conta cellulare al microscopio ottico (media geometrica EC50: 2,09 mg/L, (I.C.95% 1,45‐ 2,99)), l’assorbanza allo spettrofotometro (strumento non adatto alla lettura di test condotti con ENPs) e l’intensità di fluorescenza allo spettrofluorimetro (media geometrica EC50: 3,67 mg/L (I.C.95% 2,16‐6,24)), in modo tale da confrontare i risultati e valutare quale sia lo strumento più consono allo studio di saggi condotti con n‐TiO2. Nonostante la grande variabilità dei valori tossicologici e la scarsa conoscenza sui meccanismi di tossicità delle ENPs sulle specie algali, il lavoro sperimentale e la ricerca bibliografica condotta, hanno permesso di individuare alcune proprietà chimico‐fisiche delle nanoparticelle di Diossido di Titanio che sembrano essere rilevanti per la loro tossicità come la fase cristallina, le dimensioni e la foto attivazione [Vevers et al., 2008; Reeves et al., 2007]. Il lavoro sperimentale ha inoltre permesso di ampliare l’insieme di valori di EC50 finora disponibile in letteratura e di affiancare un progetto di ricerca dottorale utilizzando il Fattore di Effetto per n‐ TiO2 nel calcolo del Fattore di Caratterizzazione.

Aspetti di sostenibilità in agricoltura a diverse scale spaziali e temporali. Valutazioni ambientali, economiche ed energetiche.

La Tesi analizza le relazioni tra i processi di sviluppo agricolo e l’uso delle risorse naturali, in particolare di quelle energetiche, a livello internazionale (paesi in via di sviluppo e sviluppati), nazionale (Italia), regionale (Emilia Romagna) e aziendale, con lo scopo di valutare l’eco-efficienza dei processi di sviluppo agricolo, la sua evoluzione nel tempo e le principali dinamiche in relazione anche ai problemi di dipendenza dalle risorse fossili, della sicurezza alimentare, della sostituzione tra superfici agricole dedicate all’alimentazione umana ed animale. Per i due casi studio a livello macroeconomico è stata adottata la metodologia denominata “SUMMA” SUstainability Multi-method, multi-scale Assessment (Ulgiati et al., 2006), che integra una serie di categorie d’impatto dell’analisi del ciclo di vita, LCA, valutazioni costi-benefici e la prospettiva di analisi globale della contabilità emergetica. L’analisi su larga scala è stata ulteriormente arricchita da un caso studio sulla scala locale, di una fattoria produttrice di latte e di energia elettrica rinnovabile (fotovoltaico e biogas). Lo studio condotto mediante LCA e valutazione contingente ha valutato gli effetti ambientali, economici e sociali di scenari di riduzione della dipendenza dalle fonti fossili. I casi studio a livello macroeconomico dimostrano che, nonostante le politiche di supporto all’aumento di efficienza e a forme di produzione “verdi”, l’agricoltura a livello globale continua ad evolvere con un aumento della sua dipendenza dalle fonti energetiche fossili. I primi effetti delle politiche agricole comunitarie verso una maggiore sostenibilità sembrano tuttavia intravedersi per i Paesi Europei. Nel complesso la energy footprint si mantiene alta poiché la meccanizzazione continua dei processi agricoli deve necessariamente attingere da fonti energetiche sostitutive al lavoro umano. Le terre agricole diminuiscono nei paesi europei analizzati e in Italia aumentando i rischi d’insicurezza alimentare giacché la popolazione nazionale sta invece aumentando.

Il risparmio delle risorse alla scala abitativa e di insediamento. Tecnologie non convenzionali e valutazione ambientale attraverso metodologia LCA.

Nel corso del mio lavoro di ricerca mi sono occupata di identificare strategie che permettano il risparmio delle risorse a livello edilizio e di approfondire un metodo per la valutazione ambientale di tali strategie. La convinzione di fondo è che bisogna uscire da una visione antropocentrica in cui tutto ciò che ci circonda è merce e materiale a disposizione dell’uomo, per entrare in una nuova era di equilibrio tra le risorse della terra e le attività che l’uomo esercita sul pianeta. Ho quindi affrontato il tema dell’edilizia responsabile approfondendo l’ambito delle costruzioni in balle di paglia e terra. Sono convinta che l’edilizia industriale abbia un futuro molto breve davanti a sé e lascerà inevitabilmente spazio a tecniche non convenzionali che coinvolgono materiali di semplice reperimento e posa in opera. Sono altresì convinta che il solo utilizzo di materiali naturali non sia garanzia di danni ridotti sull’ecosistema. Allo stesso tempo ritengo che una mera certificazione energetica non sia sinonimo di sostenibilità. Per questo motivo ho valutato le tecnologie non convenzionali con approccio LCA (Life Cycle Assessment), approfondendo gli impatti legati alla produzione, ai trasporti degli stessi, alla tipologia di messa in opera, e ai loro possibili scenari di fine vita. Inoltre ho approfondito il metodo di calcolo dei danni IMPACT, identificando una carenza nel sistema, che non prevede una categoria di danno legata alle modifiche delle condizioni idrogeologiche del terreno. La ricerca si è svolta attraverso attività pratiche e sperimentali in cantieri di edilizia non convenzionale e attività di ricerca e studio sull’LCA presso l’Enea di Bologna (Ing. Paolo Neri).

Social housing: interventions of densification in urban regeneration (1995-2010). Critical analysis of strategies adopted in Milan, London, São Paulo

The prospect of the continuous multiplication of life styles, the obsolescence of the traditional typological diagrams, the usability of spaces on different territorial scales, imposes on contemporary architecture the search for new models of living. Limited densities in urban development have produced the erosion of territory, the increase of the harmful emissions and energy consumption. High density housing cannot refuse the social emergency to ensure high quality and low cost dwellings, to a new people target: students, temporary workers, key workers, foreign, young couples without children, large families and, in general, people who carry out public services. Social housing strategies have become particularly relevant in regenerating high density urban outskirts. The choice of this research topic derives from the desire to deal with the recent accommodation emergency, according to different perspectives, with a view to give a contribution to the current literature, by proposing some tools for a correct design of the social housing, by ensuring good quality, cost-effective, and eco-sustainable solutions, from the concept phase, through management and maintenance, until the end of the building life cycle. The purpose of the thesis is defining a framework of guidelines that become effective instruments to be used in designing the social housing. They should also integrate the existing regulations and are mainly thought for those who work in this sector. They would aim at supporting students who have to cope with this particular residential theme, and also the users themselves. The scientific evidence of either the recent specialized literature or the solutions adopted in some case studies within the selected metropolitan areas of Milan, London and São Paulo, it is possible to identify the principles of this new design approach, in which the connection between typology, morphology and technology pursues the goal of a high living standard.

Applicazione della metodologia LCA ai cereali: Il caso della cooperativa agricola Capa Cologna

L’agricoltura e la trasformazione dei prodotti agro-alimentari hanno un forte impatto sull’ambiente. Su questo aspetto converge l’attenzione sia delle politiche nazionali ed internazionali sia del singolo consumatore. E’ quindi sempre più necessario valutare questo impatto lungo tutta la filiera dei prodotti agro-alimentari per capire dove e come intervenire per aumentarne le prestazioni ambientali. La presente tesi, svolta in collaborazione con la società di ingegneria ambientale E&NGI srl, si propone quindi di analizzare, attraverso la metodologia di Life Cycle Assessment, gli impatti del ciclo di vita di grano e mais, prodotti, trasportati e trattati dalla cooperativa agricola Capa Cologna, in provincia di Ferrara. I cereali sono stati seguiti dalla produzione fino ai cancelli dell’azienda e i dati relativi a tutti i flussi uscenti ed entranti dal processo produttivo sono stati raccolti in campo o ottenuti dall’applicazione di modelli previsionali o, quando necessario, ricavati da banche dati esistenti. Questi flussi hanno costituito un inventario implementato nel software Gabi 6. Successivamente i flussi sono stati convertiti in impatti potenziali utilizzando due metodi (CML 2001 e USEtox) e selezionando sette categorie d’impatto potenziale: esaurimento delle risorse abiotiche, acidificazione, eutrofizzazione, effetto serra, assottigliamento della fascia di ozono stratosferico, smog fotochimico ed ecotossicità acquatica. Dall’analisi è emerso che per entrambi i cereali la fase del ciclo di vita maggiormente impattante è quella di coltivazione. Ciò è dovuto, soprattutto, alla produzione dei fertilizzanti chimici, dei fitofarmaci e alle loro emissioni in ambiente. Sui metodi per la stima di queste emissioni è stata svolta un’analisi di sensitività. Infine, non essendo ipotizzabile intervenire nella fase agricola, in quanto la cooperativa deve seguire un rigido disciplinare, si sono proposte azioni di miglioramento sull’impianto di Capa Cologna. In particolare, si è proposto uno scenario alternativo in cui l’impianto è alimentato ad energia solare fotovoltaica.

Design of an indirectly fired gas turbine integrated with an organic rankine cycle unit for combined heat and power production

In the last years, the European countries have paid increasing attention to renewable sources and greenhouse emissions. The Council of the European Union and the European Parliament have established ambitious targets for the next years. In this scenario, biomass plays a prominent role since its life cycle produces a zero net carbon dioxide emission. Additionally, biomass can ensure plant operation continuity thanks to its availability and storage ability. Several conventional systems running on biomass are available at the moment. Most of them are performant either in the large-scale or in the small power range. The absence of an efficient system on the small-middle scale inspired this thesis project. The object is an innovative plant based on a wet indirectly fired gas turbine (WIFGT) integrated with an organic Rankine cycle (ORC) unit for combined heat and power production. The WIFGT is a performant system in the small-middle power range; the ORC cycle is capable of giving value to low-temperature heat sources. Their integration is investigated in this thesis with the aim of carrying out a preliminary design of the components. The targeted plant output is around 200 kW in order not to need a wide cultivation area and to avoid biomass shipping. Existing in-house simulation tools are used: They are adapted to this purpose. Firstly the WIFGT + ORC model is built; Zero-dimensional models of heat exchangers, compressor, turbines, furnace, dryer and pump are used. Different fluids are selected but toluene and benzene turn out to be the most suitable. In the indirectly fired gas turbine a pressure ratio around 4 leads to the highest efficiency. From the thermodynamic analysis the system shows an electric efficiency of 38%, outdoing other conventional plants in the same power range. The combined plant is designed to recover thermal energy: Water is used as coolant in the condenser. It is heated from 60°C up to 90°C, ensuring the possibility of space heating. Mono-dimensional models are used to design the heat exchange equipment. Different types of heat exchangers are chosen depending on the working temperature. A finned-plate heat exchanger is selected for the WIFGT heat transfer equipment due to the high temperature, oxidizing and corrosive environment. A once-through boiler with finned tubes is chosen to vaporize the organic fluid in the ORC. A plate heat exchanger is chosen for the condenser and recuperator. A quasi-monodimensional model for single-stage axial turbine is implemented to design both the WIFGT and the ORC turbine. The system simulation after the components design shows an electric efficiency around 34% with a decrease by 10% compared to the zero-dimensional analysis. The work exhibits the system potentiality compared to the existing plants from both technical and economic point of view.

Proposal on How To Conduct a Biopharmaceutical Process Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) as a Risk Assessment Tool

With the publication of the quality guideline ICH Q9 "Quality Risk Management" by the International Conference on Harmonization, risk management has already become a standard requirement during the life cycle of a pharmaceutical product. Failure mode and effect analysis (FMEA) is a powerful risk analysis tool that has been used for decades in mechanical and electrical industries. However, the adaptation of the FMEA methodology to biopharmaceutical processes brings about some difficulties. The proposal presented here is intended to serve as a brief but nevertheless comprehensive and detailed guideline on how to conduct a biopharmaceutical process FMEA. It includes a detailed 1-to-10-scale FMEA rating table for occurrence, severity, and detectability of failures that has been especially designed for typical biopharmaceutical processes. The application for such a biopharmaceutical process FMEA is widespread. It can be useful whenever a biopharmaceutical manufacturing process is developed or scaled-up, or when it is transferred to a different manufacturing site. It may also be conducted during substantial optimization of an existing process or the development of a second-generation process. According to their resulting risk ratings, process parameters can be ranked for importance and important variables for process development, characterization, or validation can be identified. LAY ABSTRACT: Health authorities around the world ask pharmaceutical companies to manage risk during development and manufacturing of pharmaceuticals. The so-called failure mode and effect analysis (FMEA) is an established risk analysis tool that has been used for decades in mechanical and electrical industries. However, the adaptation of the FMEA methodology to pharmaceutical processes that use modern biotechnology (biopharmaceutical processes) brings about some difficulties, because those biopharmaceutical processes differ from processes in mechanical and electrical industries. The proposal presented here explains how a biopharmaceutical process FMEA can be conducted. It includes a detailed 1-to-10-scale FMEA rating table for occurrence, severity, and detectability of failures that has been especially designed for typical biopharmaceutical processes. With the help of this guideline, different details of the manufacturing process can be ranked according to their potential risks, and this can help pharmaceutical companies to identify aspects with high potential risks and to react accordingly to improve the safety of medicines.

The macromolecular complex of ICP and falcipain-2 from Plasmodium: preparation, crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis

The malaria parasite Plasmodium depends on the tight control of cysteine-protease activity throughout its life cycle. Recently, the characterization of a new class of potent inhibitors of cysteine proteases (ICPs) secreted by Plasmodium has been reported. Here, the recombinant production, purification and crystallization of the inhibitory C-terminal domain of ICP from P. berghei in complex with the P. falciparum haemoglobinase falcipain-2 is described. The 1:1 complex was crystallized in space group P4(3), with unit-cell parameters a = b = 71.15, c = 120.09 A. A complete diffraction data set was collected to a resolution of 2.6 A.

EVALUATING INFRASTRUCTURE PERFORMANCE TO ASSIST FACILITY MANAGEMENT TOWARD SUSTAINABLE SYSTEMS

Civil infrastructure provides essential services for the development of both society and economy. It is very important to manage systems efficiently to ensure sound performance. However, there are challenges in information extraction from available data, which also necessitates the establishment of methodologies and frameworks to assist stakeholders in the decision making process. This research proposes methodologies to evaluate systems performance by maximizing the use of available information, in an effort to build and maintain sustainable systems. Under the guidance of problem formulation from a holistic view proposed by Mukherjee and Muga, this research specifically investigates problem solving methods that measure and analyze metrics to support decision making. Failures are inevitable in system management. A methodology is developed to describe arrival pattern of failures in order to assist engineers in failure rescues and budget prioritization especially when funding is limited. It reveals that blockage arrivals are not totally random. Smaller meaningful subsets show good random behavior. Additional overtime failure rate is analyzed by applying existing reliability models and non-parametric approaches. A scheme is further proposed to depict rates over the lifetime of a given facility system. Further analysis of sub-data sets is also performed with the discussion of context reduction. Infrastructure condition is another important indicator of systems performance. The challenges in predicting facility condition are the transition probability estimates and model sensitivity analysis. Methods are proposed to estimate transition probabilities by investigating long term behavior of the model and the relationship between transition rates and probabilities. To integrate heterogeneities, model sensitivity is performed for the application of non-homogeneous Markov chains model. Scenarios are investigated by assuming transition probabilities follow a Weibull regressed function and fall within an interval estimate. For each scenario, multiple cases are simulated using a Monte Carlo simulation. Results show that variations on the outputs are sensitive to the probability regression. While for the interval estimate, outputs have similar variations to the inputs. Life cycle cost analysis and life cycle assessment of a sewer system are performed comparing three different pipe types, which are reinforced concrete pipe (RCP) and non-reinforced concrete pipe (NRCP), and vitrified clay pipe (VCP). Life cycle cost analysis is performed for material extraction, construction and rehabilitation phases. In the rehabilitation phase, Markov chains model is applied in the support of rehabilitation strategy. In the life cycle assessment, the Economic Input-Output Life Cycle Assessment (EIO-LCA) tools are used in estimating environmental emissions for all three phases. Emissions are then compared quantitatively among alternatives to support decision making.

Proteomic analysis of the Theileria annulata schizont

The apicomplexan parasite, Theileria annulata, is the causative agent of tropical theileriosis, a devastating lymphoproliferative disease of cattle. The schizont stage transforms bovine leukocytes and provides an intriguing model to study host/pathogen interactions. The genome of T. annulata has been sequenced and transcriptomic data are rapidly accumulating. In contrast, little is known about the proteome of the schizont, the pathogenic, transforming life cycle stage of the parasite. Using one-dimensional (1-D) gel LC-MS/MS, a proteomic analysis of purified T. annulata schizonts was carried out. In whole parasite lysates, 645 proteins were identified. Proteins with transmembrane domains (TMDs) were under-represented and no proteins with more than four TMDs could be detected. To tackle this problem, Triton X-114 treatment was applied, which facilitates the extraction of membrane proteins, followed by 1-D gel LC-MS/MS. This resulted in the identification of an additional 153 proteins. Half of those had one or more TMD and 30 proteins with more than four TMDs were identified. This demonstrates that Triton X-114 treatment can provide a valuable additional tool for the identification of new membrane proteins in proteomic studies. With two exceptions, all proteins involved in glycolysis and the citric acid cycle were identified. For at least 29% of identified proteins, the corresponding transcripts were not present in the existing expressed sequence tag databases. The proteomics data were integrated into the publicly accessible database resource at EuPathDB (www.eupathdb.org) so that mass spectrometry-based protein expression evidence for T. annulata can be queried alongside transcriptional and other genomics data available for these parasites.

Performance analysis of a miniature turbine generator for intracorporeal energy harvesting

Replacement intervals of implantable medical devices are commonly dictated by battery life. Therefore, intracorporeal energy harvesting has the potential to reduce the number of surgical interventions by extending the life cycle of active devices. Given the accumulated experience with intravascular devices such as stents, heart valves, and cardiac assist devices, the idea to harvest a small fraction of the hydraulic energy available in the cardiovascular circulation is revisited. The aim of this article is to explore the technical feasibility of harvesting 1 mW electric power using a miniature hydrodynamic turbine powered by about 1% of the cardiac output flow in a peripheral artery. To this end, numerical modelling of the fluid mechanics and experimental verification of the overall performance of a 1:1 scale friction turbine are performed in vitro. The numerical flow model is validated for a range of turbine configurations and flow conditions (up to 250 mL/min) in terms of hydromechanic efficiency; up to 15% could be achieved with the nonoptimized configurations of the study. Although this article does not entail the clinical feasibility of intravascular turbines in terms of hemocompatibility and impact on the circulatory system, the numerical model does provide first estimates of the mechanical shear forces relevant to blood trauma and platelet activation. It is concluded that the time-integrated shear stress exposure is significantly lower than in cardiac assist devices due to lower flow velocities and predominantly laminar flow.

Reversal of gender differences in Educational Attainment – historical analysis of the West German Case

Background information: During the late 1970s and the early 1980s, West Germany witnessed a reversal of gender differences in educational attainment, as females began to outperform males. Purpose: The main objective was to analyse which processes were behind the reversal of gender differences in educational attainment after 1945. The theoretical reflections and empirical evidence presented for the US context by DiPrete and Buchmann (Gender-specific trends in the value of education and the emerging gender gap in college completion, Demography 43: 1–24, 2006) and Buchmann, DiPrete, and McDaniel (Gender inequalities in education, Annual Review of Sociology 34: 319–37, 2008) are considered and applied to the West German context. It is suggested that the reversal of gender differences is a consequence of the change in female educational decisions, which are mainly related to labour market opportunities and not, as sometimes assumed, a consequence of a ‘boy’s crisis’. Sample: Several databases, such as the German General Social Survey, the German Socio-economic Panel and the German Life History Study, are employed for the longitudinal analysis of the educational and occupational careers of birth cohorts born in the twentieth century. Design and methods: Changing patterns of eligibility for university studies are analysed for successive birth cohorts and gender. Binary logistic regressions are employed for the statistical modelling of the individuals’ achievement, educational decision and likelihood for social mobility – reporting average marginal effects (AME). Results: The empirical results suggest that women’s better school achievement being constant across cohorts does not contribute to the explanation of the reversal of gender differences in higher education attainment, but the increase of benefits for higher education explains the changing educational decisions of women regarding their transition to higher education. Conclusions: The outperformance of females compared with males in higher education might have been initialised by several social changes, including the expansion of public employment, the growing demand for highly qualified female workers in welfare and service areas, the increasing returns of women’s increased education and training, and the improved opportunities for combining family and work outside the home. The historical data show that, in terms of (married) women’s increased labour market opportunities and female life-cycle labour force participation, the raising rates of women’s enrolment in higher education were – among other reasons – partly explained by their rising access to service class positions across birth cohorts, and the rise of their educational returns in terms of wages and long-term employment.

Dynamic analysis using finite elements to calculate the critical wear section of the contact wire in suburban railway overhead conductor rails

The purpose of this study is to determine the critical wear levels of the contact wire of the catenary on metropolitan lines. The study has focussed on the zones of contact wire where localised wear is produced, normally associated with the appearance of electric arcs. To this end, a finite element model has been developed to study the dynamics of pantograph-catenary interaction. The model includes a zone of localised wear and a singularity in the contact wire in order to simulate the worst case scenario from the point of view of stresses. In order to consider the different stages in the wire wear process, different depths and widths of the localised wear zone were defined. The results of the dynamic simulations performed for each stage of wear let the area of the minimum resistant section of the contact wire be determined for which stresses are greater than the allowable stress. The maximum tensile stress reached in the contact wire shows a clear sensitivity to the size of the local wear zone, defined by its width and depth. In this way, if the wear measurements taken with an overhead line recording vehicle are analysed, it will be possible to calculate the potential breakage risk of the wire. A strong dependence of the tensile forces of the contact wire has also been observed. These results will allow priorities to be set for replacing the most critical sections of wire, thereby making maintenance much more efficient. The results obtained show that the wire replacement criteria currently borne in mind have turned out to be appropriate, although in some wear scenarios these criteria could be adjusted even more, and so prolong the life cycle of the contact wire.