Rheological behavior of Chlorella sp. e Scenedesmus sp. cultures in different biomass concentrations

Studies involving the use of microalgae are increasingly intensifying for the potential they present to produce biofuels, because they are a renewable energy source that does not compete directly with food production, and because they enable the obtaining of a fuel with less environmental impact when compared to fossil fuel. In this context, the use of microalgae is directly associated to its capacity to be produced on a large scale and to be extracted from the culture medium. Rheological studies are important for obtaining the information needed in the elaboration of projects and equipment that will be used in various operations existing in systems of production and extraction of algal biomass. In the evaluation of different levels of dry biomass concentration, studies have been conducted of the rheological behavior of cultures of Chlorella sp. BR001 and Scenedesmus sp. BR003. The Power Law model adjusted well to the data of shear stress as a function of strain rate. In all concentrations the cultures showed non-Newtonian behavior. It was observed to Scenedesmus sp. BR003 little effect of biomass concentration on the apparent viscosity and shear stress.

Computer tools applied to analysis of solar water heaters

The simulation programs are important tools to analyze the different energetic alternatives, including the use of renewable energy. The objective of this study was to analyze comparatively the different computer tools available for modeling of solar water heaters. Among the main simulation software of solar thermal systems, there are: RETScreen International, EnergyPlus, TRNSYS, SolDesigner, SolarPro, e T*SOL. Among the tools mentioned, only EnergyPlus and RETScreen International are free, but they allow obtaining interesting results when applied together. The first one has a detailed module of energy analysis of solar water heaters, while the second one provides an detailed economic feasibility study and an assessment of emissions of greenhouse gases. RETScreen International and EnergyPlus programs are aimed at a diverse audience, including designers, researchers and energy planners.

Potential of biogas production from swine manure supplemented with glycerine waste

In this study, was studied the biogas generation from swine manure, using residual glycerine supplementation. The biogas production by digestion occurred in the anaerobic batch system under mesophilic conditions (35°C), with a hydraulic retention time of 48 days. The experiment was performed with 48 samples divided into four groups, from these, one was kept as a control (without glycerin) and the other three groups were respectively supplemented with residual glycerine in the percentage of 3%, 6% and 9% of the total volume of the samples. The volume of biogas was controlled by an automated system for reading in laboratory scale and the quality of the biogas (CH4) measured from a specific sensor. The results showed that the residual glycerine has high potential for biogas production, with increases of 124.95%, 156.98% and 197.83% in the groups 3%, 6% and 9%, respectively, relative to the sample control. However, very high organic loads can compromise the process of digestion affecting the quality of the biogas generated in relation to methane.

Energetic sustainability of three arabica coffee growing systems used by family farming units in Espírito Santo state

Three growing systems of Arabica coffee were evaluated under the energy perspective, in the state of Espírito Santo in Brazil. The systems are conventional cultivation (CC), cultivation with good agricultural practices (CGP) and organic farming (OF). It was made a comparison of the energy flows within these three systems to show sustainable levels of each one based on production average data of several family-farming units. Therefore, we analyzed crop yield, total energy efficiency reverse (TEER), energy efficiency of ripe coffee (EERC) and non-renewable energy efficiency (NREE). OF system had values for TEER, EERC and NREE of 3.3 4.7 and 7.9 respectively. Yet CC showed values of 1.8, 1.9 and 1.6 for TEER, EERC and NREE respectively. Furthermore, CGP presented values for TEER, EERC and NREE of 0.7, 1.3 and 1.4 respectively. The highest yield was observed in CGP, reaching an amount of 1794 kg ha-1(17,455 MJ); however, this system expends more energy than it converts. Thus, over those points, OF is the most sustainable system.

Hydrogen production from cassava processing wastewater in an anaerobic fixed bed reactor with bamboo as a support material

Attempting to associate waste treatment to the production of clean and renewable energy, this research sought to evaluate the biological production of hydrogen using wastewater from the cassava starch treatment industry, generated during the processes of extraction and purification of starch. This experiment was carried out in a continuous anaerobic reactor with a working volume of 3L, with bamboo stems as the support medium. The system was operated at a temperature of 36°C, an initial pH of 6.0 and under variations of organic load. The highest rate of hydrogen production, of 1.1 L.d-1.L-1, was obtained with application of an organic loading rate of 35 g.L-1.d-1, in terms of total sugar content and hydraulic retention time of 3h, with a prevalence of butyric and acetic acids as final products of the fermentation process. Low C/N ratios contributed to the excessive growth of the biomass, causing a reduction of up to 35% in hydrogen production, low percentages of H2 and high concentrations of CO2in the biogas.

EU:n ilmasto- ja energiastrategia ja sen vaikutus Suomeen

Tärkeänä osana Euroopan unionin pyrkimystä yhtenäisen ja kilpailukykyisen Euroopan rakentamisessa on EU:n ilmasto- ja energiastrategia. Ilmastonmuutoksen torjumisen ja resurssien käytön tehostamisen kannalta on olennaisen tärkeää, että koko EU:n alueella on olemassa yhtenäinen strategia. Tämä strategia on esitetty ja hyväksytty Kioton pöy-täkirjassa vuonna 1997 ja se sitoo myös Suomea. Tässä raportissa on tarkasteltu aluksi EU:n ilmasto- ja energiastrategiaa hyväksyttyjen päätöslauselmien ja direktiivien pohjalta. Erityisesti tarkastelun kohteena ovat vaikutuk-set uusiutuviin energialähteisiin ja energiamarkkinoihin. Suomen vientiteollisuus on painottunut hyvin energiaintensiivisille aloille, ennen kaikkea metsä- ja metalliteollisuu-teen. Tässä raportissa on erityisesti tarkasteltu edellä mainittujen strategioiden vaikutuk-sia Suomen energiantuotantoon.

Uusiutuvien energialähteiden käytön edistäminen

Uusiutuvia energialähteitä käyttämällä pyritään korvaamaan kasvihuoneilmiötä kiihdyttävien fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on esitellä tärkeimmät ohjauskeinot uusiutuvien energialähteiden käytön edistämiseksi. Työssä perehdytään myös edistämisen taustalla oleviin tavoitteisiin ja suunnitelmiin.

Improving strategic decision-making with simulation based decision support systems

Combating climate change is one of the key tasks of humanity in the 21st century. One of the leading causes is carbon dioxide emissions due to usage of fossil fuels. Renewable energy sources should be used instead of relying on oil, gas, and coal. In Finland a significant amount of energy is produced using wood. The usage of wood chips is expected to increase in the future significantly, over 60 %. The aim of this research is to improve understanding over the costs of wood chip supply chains. This is conducted by utilizing simulation as the main research method. The simulation model utilizes both agent-based modelling and discrete event simulation to imitate the wood chip supply chain. This thesis concentrates on the usage of simulation based decision support systems in strategic decision-making. The simulation model is part of a decision support system, which connects the simulation model to databases but also provides a graphical user interface for the decisionmaker. The main analysis conducted with the decision support system concentrates on comparing a traditional supply chain to a supply chain utilizing specialized containers. According to the analysis, the container supply chain is able to have smaller costs than the traditional supply chain. Also, a container supply chain can be more easily scaled up due to faster emptying operations. Initially the container operations would only supply part of the fuel needs of a power plant and it would complement the current supply chain. The model can be expanded to include intermodal supply chains as due to increased demand in the future there is not enough wood chips located close to current and future power plants.

Pienen kokoluokan CHP-tuotannon kannattavuus kunnallisen lämpölaitoksen yhteydessä

Fossiiliset polttoainevarannot ovat ehtymässä. Nykyisen talouskasvumme perustuessa fossiilisten polttoaineiden kestämättömään käyttöön, on energiantuotantorakenteen muututtava. Euroopan Unioni on asettanut tavoitteet uusiutuvan energian osuuden lisäämiseksi. Näistä syistä johtuen kiinnostus uusiutuvaa energiaa ja hajautettua energiantuotantoa kohtaan on kasvanut viime aikoina. Tämän globaalin ilmiön rinnalla yhteiskuntarakenteen muutos Suomessa on johtanut tilanteeseen, jossa taloudellinen aktiviteetti kasvukeskusten ulkopuolella on hiipumassa. Loogisena ratkaisumallina on syntynyt hankkeita kuten Keski-Karjalan Kehitysyhtiö Oy:n Puhos 2013 - ympäristöalasta uutta liiketoimintaa - hanke. Tämä työ on Puhos 2013 - hankkeeseen tilattu tutkimus, jonka tavoitteena on puuta ja biokaasua polttoaineenaan käyttävän mikroturbiinitekniikkaan pohjautuvan pienen kokoluokan CHP tuotannon kannattavuuden selvittäminen kunnallisen lämpölaitoksen yhteydessä. Tutkimuksessa selvitettiin aluksi pienen kokoluokan CHP tuotannon kannattavuuteen vaikuttavat tekijät, jonka jälkeen opittua tietoa sovellettiin Kiteen Lämmön Arppentien lämpölaitoksen tapaukseen. Kiteen Lämmön taloudellisen kannattavuuden ohella tutkimuksessa huomioitiin uusien liiketoiminta mahdollisuuksien syntyminen alueelle. Käytetyt tutkimusmenetelmät olivat kvalitatiivinen analyysi ja perinteinen investoinnin kannattavuuslaskenta. Tutkimuksen tuloksena muodostettiin strategia, joka maksimoi molemmat edellä mainitut kannattavuuden näkökulmat. Kehitetyn strategian Kiteen Lämmön tulosta maksimoiva osuus muodostuu oman käyttösähkön tuottamisen aloittamisesta Arppentien lämpölaitoksella 30 kWe mikroturbiinilla käyttäen polttoaineena Bio10 Oy:n toimittamaa biokaasua. Uusien liiketoiminta mahdollisuuksien synty alueelle mahdollistetaan puolestaan kehittämällä puun kaasutukseen perustuva modulaarinen CHP laitos yhteistyössä Mekrijärven tutkimusaseman ja suomalaisten laitevalmistajien kanssa.

Aurinkoenergian hyödyntäminen olemassa olevassa pientalossa

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tutkia aurinkoenergian hyödyntämistä olemassa olevassa pientalossa. Työssä tarkastellaan aurinkoenergiahankkeen kannattavuutta vaihtoehtoisten lämmitysjärjestelmien osana sekä aurinkosähkön tuotantoa rakennuksen sähköenergian kulutukseen. Lisäksi tarkastellaan, missä määrin aurinkoenergian käyttö vähentää rakennuksen hiilidioksidipäästöjä. Suomi on asettanut itselleen kunnianhimoisen tavoitteen pienentää rakennusten lämmitysenergian kulutusta vuoteen 2050 mennessä. Olemme myös sitoutuneet EU:n uusiutuvan energiankäytön lisäämistavoitteisiin. Normiohjauksen avulla voidaan huolehtia uudisrakennustuotannon energiatehokkuudesta, mutta olemassa olevaan rakennuskantaan on löydettävä muita kustannustehokkaita keinoja vähentää ostoenergian kulutusta ja lisätä uudistuvan energian osuutta energiankulutuksesta. Suomalaiselle asuntorakennuskannalle on tyypillistä pientalovaltaisuus sekä asuntokannan hidas uusiutuvuus. Tämä osaltaan lisää haastetta kansallisten sekä kansainvälisten tavoitteiden saavuttamisessa. Aurinkoenergian hyödyntämisen kannattavuutta tarkastellaan aurinkoenergiahankkeen rajakustannuksen avulla. Laitteen tekninen käyttöikä ja ostoenergian hintakehitys ovat arvioituja. Näin tarkastellen öljylämmitys ja suora sähkölämmitys saavat suurimman hyödyn aurinkoenergiasta, kun sillä tuotetaan lämmintä käyttövettä.

Oil Transportation in the Gulf of Finland in 2020 and 2030

This study is part of the Minimizing risks of maritime oil transport by holistic safety strategies (MIMIC) project. The purpose of this study is to provide a current state analysis of oil transportation volumes in the Baltic Sea and to create scenarios for oil transportation in the Gulf of Finland for the years 2020 and 2030. Future scenarios and information about oil transportation will be utilized in the modelling of oil transportation risks, which will be carried out as part of the MIMIC project. Approximately 290 million tons of oil and oil products were transported in the Baltic Sea in 2009, of which 55% (160 million tons) via the Gulf of Finland. Oil transportation volumes in the Gulf of Finland have increased from 40 million to almost 160 million tonnes over the last ten years. In Russia and Estonia, oil transportation mainly consists of export transports of the Russian oil industry. In Finnish ports in the Gulf of Finland, the majority of oil traffic is concentrated to the port of Sköldvik, while the remainder mainly consists of different oil products for domestic use. Transit transports to/from Russia make up small volumes of oil transportation. The largest oil ports in the Gulf of Finland are Primorsk, Tallinn, St. Petersburg and Sköldvik. The basis for the scenarios for the years 2020 and 2030 is formed by national energy strategies, the EU`s climate and energy strategies as well other energy and transportation forecasts for the years 2020 and 2030. Three alternative scenarios were produced for both 2020 and 2030. The oil volumes are based on the expert estimates of nine specialists. The specialists gave three volumes for each scenario: the expected oil transport volumes, and the minimum and maximum volumes. Variations in the volumes between the scenarios are not large, but each scenario tends to have rather a large difference between the figures for minimum and maximum volumes. This variation between the minimum and maximum volumes ranges around 30 to 40 million tonnes depending on the scenario. On the basis of this study, no a dramatic increase in oil transportation volumes in the Gulf of Finland is to be expected. Most of the scenarios only forecasted a moderate growth in maritime oil transportation compared to the current levels. The effects of the European energy policy favouring renewable energy sources can be seen in the 2030 scenarios, in which the transported oil volumes are smaller than in the 2020 scenarios. In the Slow development 2020 scenario, oil transport volumes for 2020 are expected to be 170.6 Mt (million tonnes), in the Average development 2020 187.1 Mt and in the Strong development 2020 201.5 Mt. The corresponding oil volumes for the 2030 scenarios were 165 Mt for the Stagnating development 2030 scenario, 177.5 Mt for the Towards a greener society 2030 scenario and 169.5 Mt in the Decarbonising society 2030 scenario.

Uusiutuvan energian käytön edistäminen syöttötariffijärjestelmällä

Tässä opinnäytetyössä käsitellään syöttötariffeja, jotka ovat yksi valtion tukikeino uusiutuvalle energialle. Työn tarkoituksena on käsitellä uusiutuvien energialähteiden käytön edistämistä syöttötariffijärjestelmällä. Työssä esitellään lainsäädännön edellytykset kullekin tuotantomuodolle, jotta ne hyväksytään syöttötariffijärjestelmään. Lisäksi käsitellään syöttötariffien piirissä olevien eri tuotantomuotojen kohtaamia ongelmia. Työssä tutkitaan myös syöttötariffien vaikutusta sähkön hintaan tulevaisuudessa. Lopuksi esitellään lyhyesti muualla Euroopassa käytössä olevia tukimuotoja ja niiden määritys perusteita.

Tuulivoiman kehitys Kaakkois-Suomessa vuoteen 2020 mennessä

Tässä työssä esitellään tuulivoimaa yleisesti, sekä tarkemmin tuulivoiman tilannetta Kaakkois-Suomessa. Työn alussa kerrotaan, mitä tuulivoima on ja käydään läpi tuulivoimaprojektin toteutusvaiheita. Kaakkois-Suomessa on paljon tuulivoimatoimijoita, sijoituspaikkoja voimaloille sekä jo useita olemassa olevia voimaloita. Tuulivoimatavoite pohjautuu ilmasto – ja energiastrategiaan, jonka valtioneuvosto hyväksyi vuonna 2008. Parannukset tuulivoimarakentamiseen, syöttötariffijärjestelmän käyttöönotto sekä tuulivoimatoimijoiden aktiivisuus ovat edellytyksiä Suomen tuulivoimatavoitteelle vuoteen 2020 mennessä. Suomen tavoite on tuottaa sähköä tuulivoimalla 6 TWh vuonna 2020 ja tähän tarvittava kapasiteetti on 2500 MW, joka tarkoittaa esimerkiksi noin 833 kappaletta 3 MW:n tuulivoimaloita.

Towards novel biogas upgrading processes

Biogas production has considerable development possibilities not only in Finland but all over the world since it is the easiest way of creating value out of various waste fractions and represents an alternative source of renewable energy. Development of efficient biogas upgrading technology has become an important issue since it improves the quality of biogas and for example facilitating its injection into the natural gas pipelines. Moreover, such upgrading contributes to resolving the issue of increasing CO2 emissions and addresses the increasing climate change concerns. Together with traditional CO2 capturing technologies a new class of recently emerged sorbents such as ionic liquids is claimed as promising media for gas separations. In this thesis, an extensive comparison of the performance of different solvents in terms of CO2 capture has been performed. The focus of the present study was on aqueous amine solutions and their mixtures, traditional ionic liquids, ‘switchable’ ionic liquids and poly(ionic liquid)s in order to reveal the best option for biogas upgrading. The CO2 capturing efficiency for the most promising solvents achieved values around 50 - 60 L CO2 / L absorbent. These values are superior to currently widely applied water wash biogas upgrading system. Regeneration of the solvent mixtures appeared to be challenging since the loss of initial efficiency upon CO2 release was in excess of 20 - 40 vol %, especially in the case of aqueous amine solutions. In contrast, some of the ionic liquids displayed reversible behavior. Thus, for selected “switchable” ionic and poly(ionic liquid)s the CO2 absorption/regeneration cycles were performed 3 - 4 times without any notable efficiency decrease. The viscosity issue, typical for ionic liquids upon CO2 saturation, was addressed and the information obtained was evaluated and related to the ionic interactions. The occurrence of volatile organic compounds (VOCs) before and after biogas upgrading was studied for biogas produced through anaerobic digestion of waste waters sludge. The ionic liquid [C4mim][OAc] demonstrated its feasibility as a promising scrubbing media and exhibited high efficiency in terms of the removal of VOCs. Upon application of this ionic liquid, the amount of identified VOCs was diminished by around 65 wt %, while the samples treated with the aqueous mixture of 15 wt % N-methyldiethanolamine with addition of 5 wt % piperazine resulted in 32 wt % reduction in the amounts of volatile organic compounds only.

Kaksisuuntaisen DC/DC-hakkurin virtasäätö polttokennosovelluksessa

Ilmastonmuutos ja fossiilisten polttoaineiden ehtyminen ovat edesauttaneet uusiutuvien energialähteiden tutkimusta huomattavasti. Lisäksi alati kasvava sähköenergian tarve lisää hajautetun sähköntuotannon ja vaihtoehtoisten energialähteiden kiinnostavuutta. Yleisimpiä hajautetun sähköntuotannon energialähteitä ovat tuulivoima, aurinkovoima ja uutena tulokkaana polttokennot. Polttokennon kytkeminen sähköverkkoon vaatii tehoelektroniikkaa, ja yleensä yksinkertaisessa polttokennosovelluksessa polttokenno kytketään galvaanisesti erottavan yksisuuntaisen DC/DC-hakkurin ja vaihtosuuntaajan kanssa sarjaan. Polttokennon rinnalla voidaan käyttää akkua tasaamaan polttokennon syöttämää jännitettä, jolloin akun ja polttokennon väliin tarvitaan kaksisuuntainen DC/DC-hakkuri, joka pystyy siirtämään energiaa molempiin suuntiin. Tässä diplomityössä on esitetty kaksisuuntaisen DC/DC-hakkurin tilayhtälökeskiarvoistusmenetelmään perustuva malli sekä mallin perusteella toteutettu virtasäätö. Tutkittava hakkuritopologia on kokosilta-tyyppinen boost-hakkuri, ja säätömenetelmä keskiarvovirtasäätö. Työn tuloksena syntyi tilayhtälömalli kaksisuuntaiselle FB boost -hakkurille sekä sen tulokelan virran säätämiseen soveltuva säädin. Säädin toimii normaalitilanteissa hyvin, mutta erikoistilanteissa, kuten hakkurin tulojännitteen äkillisessä muutostilanteessa, vaadittaisiin tehokkaampi säädin, jolla saavutettaisiin nopeampi nousuaika ilman ylitystä ja oskillointia.