PCM-based battery thermal management systems, energy saving materials and LCA strategy for automotive

This PhD work arises from the necessity to give a contribution to the energy saving field, regarding automotive applications. The aim was to produce a multidisciplinary work to show how much important is to consider different aspects of an electric car realization: from innovative materials to cutting-edge battery thermal management systems (BTMSs), also dealing with the life cycle assessment (LCA) of the battery packs (BPs). Regarding the materials, it has been chosen to focus on carbon fiber composites as their use allows realizing light products with great mechanical properties. Processes and methods to produce carbon fiber goods have been analysed with a special attention on the university solar car Emilia 4. The work proceeds dealing with the common BTMSs on the market (air-cooled, cooling plates, heat pipes) and then it deepens some of the most innovative systems such as the PCM-based BTMSs after a previous experimental campaign to characterize the PCMs. After that, a complex experimental campaign regarding the PCM-based BTMSs has been carried on, considering both uninsulated and insulated systems. About the first category the tested systems have been pure PCM-based and copper-foam-loaded-PCM-based BTMSs; the insulated tested systems have been pure PCM-based and copper-foam-loaded-PCM-based BTMSs and both of these systems equipped with a liquid cooling circuit. The choice of lighter building materials and the optimization of the BTMS are strategies which helps in reducing the energy consumption, considering both the energy required by the car to move and the BP state of health (SOH). Focusing on this last factor, a clear explanation regarding the importance of taking care about the SOH is given by the analysis of a BP production energy consumption. This is why a final dissertation about the life cycle assessment (LCA) of a BP unit has been presented in this thesis.

Utilizzo della metodologia Life Cycle Assessment combinata al modello RothC per valutare gli impatti ambientali in aziende vitivinicole a diverso regime di conduzione

A causa del riscaldamento globale, tutti i settori produttivi sono incentivati ad attuare strategie e tecnologie volte a ridurre le emissioni climalteranti. Per il settore agricolo, una gestione più sostenibile del suolo permetterebbe di rimuovere CO2 dall’atmosfera, stoccandola come C organico nel suolo. Il presente studio si pone l’obiettivo di quantificare gli impatti della produzione dell’uva e del vino imbottigliato dal punto di vista degli aspetti ambientali più rilevanti, approfondendo particolarmente il cambiamento climatico attraverso la metodologia Life Cycle Assessment (LCA). Inoltre, attraverso la determinazione delle dinamiche del C organico nel suolo mediante il modello RothC, lo studio cerca di capire se l'integrazione dei risultati di uno studio LCA con quelli del modello RothC possano fornire informazioni aggiuntive utili a un miglioramento della performance ambientale del prodotto agricolo. Il caso studio riguarda due aziende vitivinicole, situate in Emilia-Romagna che attuano due diverse tipologie di gestione (naturale e convenzionale). La metodologia LCA è stata applicata ad entrambi gli scenari selezionando i parametri metodologici più appropriati a seconda dello scenario in esame, e.g. i confini del sistema e l’unità funzionale, mentre, il modello RothC è stato applicato unicamente alla fase di coltivazione dell’uva. I risultati LCA mostrano le migliori prestazioni per la produzione dell’uva dell’azienda naturale per quasi tutte le categorie d’impatto, incluso il cambiamento climatico. Nella produzione del vino imbottigliato, la fase di coltivazione e quella di imbottigliamento risultano le più impattanti. I risultati di RothC evidenziano invece migliori prestazioni da parte dell’azienda convenzionale. L’integrazione dei risultati LCA con quelli di RothC rappresentano dunque un’operazione cruciale nel determinare quale sia l’effettivo impatto delle aziende agricole sul cambiamento climatico e come migliorarlo in futuro.

Uso combinato della metodologia Life Cycle Assessment e del modello RothC per stimare le prestazioni ambientali della produzione di uva in due aziende a conduzione convenzionale

Lo studio ha applicato la metodologia Life Cycle Assessment (LCA) con l’obiettivo di valutare i potenziali impatti ambientali derivanti dalla coltivazione dell’uva in due aziende a conduzione convenzionale del ravennate, denominate DZ e NG. Successivamente è stato applicato il modello RothC per simulare scenari sulla variazione del Soil Organic Carbon (SOC) e valutare in che misura le diverse pratiche agronomiche di gestione del suolo influenzino la variazione del SOC e la relativa emissione di CO2. Infine, i risultati dell’LCA sono stati integrati con quelli del modello RothC. Gli esiti dell’LCA indicano che, generalmente, sui diversi aspetti ambientali l’azienda DZ ha impatti superiori a quelli di NG soprattutto a causa di un maggiore utilizzo di fertilizzanti e pesticidi. Per quanto riguarda il contributo al riscaldamento globale (GWP), DZ mostra un impatto circa doppio di quello di NG. Il modello RothC ha individuato quali pratiche culturali aumentano il SOC mitigando le emissioni di CO2eq., in particolare: l’inerbimento perenne, la scelta di forme di allevamento con elevata produzione di residui culturali e l’utilizzo di ammendanti. L’integrazione dei valori dei due strumenti ha permesso di ottenere un bilancio globale di CO2eq. in cui le emissioni totali rispetto al GWP aumentano in DZ e diminuiscono in NG, portando a un impatto di DZ circa tre volte superiore rispetto a quello di NG. Fertilizzazione, potatura e lavorazione del suolo sono pratiche considerate nel calcolo del GWP in termini di consumo ed emissione dei processi produttivi, ma non come input di carbonio fornibili al suolo, determinando sovra o sottostima delle effettive emissioni di CO2eq. Questo studio dimostra l’utilità di incentivare la diffusione dell’applicazione integrata dei due strumenti nel settore viticolo, determinante per la comprensione e quantificazione delle emissioni di CO2 associate alla fase di coltivazione, sulla quale quindi indirizzare ottimizzazioni e approfondimenti.

Applicazione della metodologia LCA alle cassette a sponde abbattibili

A partire dagli anni ’70, il modello di sviluppo legato alla crescita economica ha cominciato ad essere messo in discussione ed è iniziato ad emergere un nuovo modello basato sulla sostenibilità, nel quale lo sviluppo non è solo economico, ma anche sociale ed ambientale, e che tiene conto non solo dei bisogni attuali ma anche di quelli futuri. Al fine di analizzare in maniera scientifica queste problematiche, nel corso dei decenni successivi sono state create delle metodologie utili a quantificare l’impatto ambientale legato al ciclo di vita dei prodotti, in modo tale da individuare dei miglioramenti da implementare nelle fasi critiche individuate. Una delle metodologie più diffuse è quella del Life Cycle Assessment (LCA), la quale quantifica i flussi di materia ed energia appartenenti ad un ciclo di vita di un prodotto e ne valuta gli impatti ambientali. L’obiettivo dell’analisi LCA elaborata in questa tesi è valutare lo scenario as-is di produzione delle cassette a sponde abbattibili utilizzate nella filiera dell’ortofrutta di CPR System, ma anche valutare scenari alternativi ad esso ed identificare possibilità di migliorare il modo in cui vengono prodotte le cassette, in modo da facilitare il raggiungimento di specifici obiettivi di performance ambientali, sempre più necessari nell’attuale panorama industriale. Partendo dalla progettazione di un database e dalla raccolta dati del sistema aziendale analizzato, l’elaborato descrive la modellizzazione del ciclo di vita attraverso il software SimaPro e delle fasi eseguite per individuare le criticità principali e valutare scenari alternativi per ridurre l’impatto delle cassette a sponde abbattibili prodotte.

Towards the sustainable production of methyl methacrylate: A comparative analysis of industrial chemical production processes using life cycle assessment methodology

Increasing environmental awareness has been a significant driving force for innovations and process improvements in different sectors and the field of chemistry is not an outlier. Innovating around industrial chemical processes in line with current environmental responsibilities is however no mean feat. One of such hard to overhaul process is the production of methyl methacrylate (MMA) commonly produced via the acetone cyanohydrin (ACH) process developed back in the 1930s. Different alternatives to the ACH process have emerged over the years and the Alpha Lucite process has been particularly promising with a combined plant capacity of 370,000 metric tonnes in Singapore and Saudi Arabia. This study applied Life Cycle Assessment methodology to conduct a comparative analysis between the ACH and Lucite processes with the aim of ascertaining the effect of applying principles of green chemistry as a process improvement tool on overall environmental impacts. A further comparison was made between the Lucite process and a lab-scale process that is further improvement on the former, also based on green chemistry principles. Results showed that the Lucite process has higher impacts on resource scarcity and ecosystem health whereas the ACH process has higher impacts on human health. On the other hand, compared to the Lucite process the lab-scale process has higher impacts in both the ecosystem and human health categories with lower impacts only in the resource scarcity category. It was observed that the benefits of process improvements with green chemistry principles might not be apparent in some categories due to some limitations of the methodology. Process contribution analysis was also performed and it revealed that the contribution of energy is significant, therefore a sensitivity analysis with different energy scenarios was performed. An uncertainty analysis using Monte Carlo analysis was also performed to validate the consistency of the results in each of the comparisons.

Atmospheric impacts of the life cycle emissions of fuel ethanol in Brazil: based on chemical exergy

An assessment is made of the atmospheric emissions from the life cycle of fuel ethanol coupled with the cogeneration of electricity from sugarcane in Brazil. The total exergy loss from the most quantitative relevant atmospheric emission substances produced by the life cycle of fuel ethanol is 3.26E+05 kJ/t of C(2)H(5)OH, Compared with the chemical exergy of 1 t of ethanol (calculated as 34.56E + 06 kJ). the exergy loss from the life cycle`s atmospheric emission represents 1.11% of the product`s exergy. The activity that most contributes to atmospheric emission chemical exergy losses is the harvesting of sugarcane through the methane emitted in burning. Suggestions for improved environmental quality and greater efficiency of the life cycle of fuel ethanol with cogenerated energy are: harvesting the sugarcane without burning, renewable fuels should be used in tractors, trucks and buses instead of fossil fuel and the transportation of products and input should be logistically optimized. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Análise de ciclo de vida de duas soluções de ETICS

Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil

Seleção de ferramenta para avaliação do desempenho ambiental de produtos: estudo de caso na indústria automóvel

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Sustentabilidade na construção metálica

O desenvolvimento sustentável é um dos grandes desafios dos nossos tempos com inúmeras consequências em várias áreas da nossa sociedade. É uma questão abrangente e essencial para a sobrevivência do modo de vida tal como o conhecemos actualmente. A construção sustentável tem um papel muito importante no desenvolvimento, não só ao nível económico mas também social e cultural. Embora não contemple a energia incorporada, a avaliação do ciclo de vida (ACV), no sector da construção, é um dos métodos mais comuns para avaliar o nível de sustentabilidade. Este trabalho visa os metais como uma das mais promissoras e actuais respostas do sector da construção às crescentes preocupações em relação ao desenvolvimento sustentável. O ferro e derivados são normalmente a base das construções metálicas, residindo no seu potencial de reutilização e reciclagem um dos seus principais factores de sustentabilidade. As estruturas metálicas apresentam características especificas que se coadunam com os requisitos da construção sustentável e que tornam este tipo de construção extremamente versátil e interessante. Neste trabalho, é efectuada uma abordagem sobre a construção metálica ao longo de três partes. A primeira parte é constituída por uma introdução histórica ao ferro e seus derivados enunciando exemplos de construções até aos nossos dias, e pela classificação dos vários tipos de metais e ligas metálicas. Na segunda parte, é abordado o conceito de sustentável e o seu enquadramento no sector da construção, e é feita uma introdução à metodologia de avaliação de ciclo de vida. Na terceira parte, é abordado um exemplo prático de uma estrutura metálica em que são elaboradas e comparadas três soluções. Na origem da diversidade dos elementos comparativos estão o tipo de aço, a origem da energia utilizada no seu fabrico e o tipo de solução técnica adoptada. O objectivo deste trabalho é compreender as repercussões do conceito de sustentabilidade no sector da construção, e desenvolver um método simplificado de avaliação dos impactos ambientais e económicos de soluções metálicas.

Municipal solid waste management system: decision support through systems analysis

Thesis submitted to the Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia for the degree of Doctor of Philosophy in Environmental Engineering

Sustentabilidade dos produtos de construção - aplicação da análise do ciclo de vida a um perfil de alumínio

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil, Perfil de Construçã

Avaliação do ciclo de vida do sistema de produção soja-girassol no cerrado Brasileiro.

RESUMO: O girassol é uma importante cultura na região de Parecis, no Cerrado brasileiro. Em 2014, a região respondeu pela produção de 232.700 t de grãos, 45% da produção nacional. A produção de girassol provém principalmente de um sistema que tem a soja como cultura principal. A associação entre soja e girassol pode reduzir impactos ambientais devido ao uso compartilhado de recursos. Este estudo desenvolveu uma Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) ?do berço ao túmulo? do sistema de produção soja-girassol usado na região de Parecis e comparou seu perfil ambiental ao das monoculturas de soja e girassol. Impactos relacionados ao uso do solo (emissões da mudança de uso da terra e calagem) por cada cultura foram alocados em função do tempo de ocupação do solo. O sistema soja-girassol teve impactos ambientais menores em todas as categorias de impacto quando comparado à monocultura de soja e girassol, com o mesmo rendimento. Reduções importantes foram observadas em ?Mudança do Clima?, ?Acidificação Terrestre? e ?Formação de Material Particulado?. ABSTRACT: Sunflower is an important crop in Parecis region of the Brazilian Cerrado. In 2014 the region accounted for the production of 232,700 tons of sunflower grain, 45% of national production. Sunflower production comes mostly from a system that has soybean as the main crop. The association of soybean and sunflower can reduce environmental impacts due to shared use of resources. This study performed a ?cradle to gate? Life Cycle Assessment (LCA) of the soybean-sunflower production system used in Parecis region and compared its environmental profile to that of the monoculture of these two crops. Impacts related to the use of soil (land use change emissions and liming) by each crop were evaluated according to time of soil occupation criterion. Soybean-sunflower system had lower environmental impacts on every impact category comparing to soybean and sunflower monoculture with the same yield. Important reduction were observed on ?Climate change?, ?Terrestrial acidification? and ?Particulate matter formation? categories.

Using glass-fibre reinforced polymer composites in the production of sustainable water storage vessels

The present work focuses on the use of the life cycle assessment (LCA) and life cycle costing (LCC)methodologies to evaluate environmental and economic impacts of polymers and polymer composites materials and products. Initially a literature review is performed in order to assess the scope and limitations of existing LCA and LCC studies on these topics. Then, a case study, based on the production of a water storage glass-fibre reinforced polymer (GFRP) composite storage tank, is presented. The storage tank was evaluated via a LCA/LCC integrated model, a novel way of analysing the life cycle (LC) environmental and economic performances of structural products. The overarching conclusion of the review is that the environmental and economic performances of polymers composites in non-mobile applications are seldom assessed and never in a combined integrated way.

Materiais de isolamento térmico de edifícios. Para além da energia operacional

The use of thermal insulation materials for the achievement of energy efficient buildings intended, in most cases, the fulfilment of the required heating and cooling needs of the operational phase. The main goal of this paper is â by using exploratory methodology, namely literature review â identify more sustainable insulating materials and, concomitantly, exposing the paradoxical effect of other insulation materials with high Global Warming Potential (GWP) highlighting the role of the Life Cycle Assessment (LCA), Ecodesign and Environmental Product Declaration (EPD) tools for the framing, comparison and selection of materials. As a main conclusion, it is noticed the lack of environmental information from the producers which, together with acquisition prices that do not internalize Life Cycle Costs (LCC), has led to the use of insulation materials with high carbon footprint and to the "isolation paradox" as well.

Bases de trabalho para a avaliação do ciclo de vida de vigas em betão armado reforçadas com laminados de CFRP de acordo com as técnicas EBR e NSM

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil