Essays on Emissions Trading Markets

This dissertation is a collection of three economics essays on different aspects of carbon emission trading markets. The first essay analyzes the dynamic optimal emission control strategies of two nations. With a potential to become the largest buyer under the Kyoto Protocol, the US is assumed to be a monopsony, whereas with a large number of tradable permits on hand Russia is assumed to be a monopoly. Optimal costs of emission control programs are estimated for both the countries under four different market scenarios: non-cooperative no trade, US monopsony, Russia monopoly, and cooperative trading. The US monopsony scenario is found to be the most Pareto cost efficient. The Pareto efficient outcome, however, would require the US to make side payments to Russia, which will even out the differences in the cost savings from cooperative behavior. The second essay analyzes the price dynamics of the Chicago Climate Exchange (CCX), a voluntary emissions trading market. By examining the volatility in market returns using AR-GARCH and Markov switching models, the study associates the market price fluctuations with two different political regimes of the US government. Further, the study also identifies a high volatility in the returns few months before the market collapse. Three possible regulatory and market-based forces are identified as probable causes of market volatility and its ultimate collapse. Organizers of other voluntary markets in the US and worldwide may closely watch for these regime switching forces in order to overcome emission market crashes. The third essay compares excess skewness and kurtosis in carbon prices between CCX and EU ETS (European Union Emission Trading Scheme) Phase I and II markets, by examining the tail behavior when market expectations exceed the threshold level. Dynamic extreme value theory is used to find out the mean price exceedence of the threshold levels and estimate the risk loss. The calculated risk measures suggest that CCX and EU ETS Phase I are extremely immature markets for a risk investor, whereas EU ETS Phase II is a more stable market that could develop as a mature carbon market in future years.

Real-Time Engine Diagnostic and Control Based on Acoustic Emissions Analysis

Engine developers are putting more and more emphasis on the research of maximum thermal and mechanical efficiency in the recent years. Research advances have proven the effectiveness of downsized, turbocharged and direct injection concepts, applied to gasoline combustion systems, to reduce the overall fuel consumption while respecting exhaust emissions limits. These new technologies require more complex engine control units. The sound emitted from a mechanical system encloses many information related to its operating condition and it can be used for control and diagnostic purposes. The thesis shows how the functions carried out from different and specific sensors usually present on-board, can be executed, at the same time, using only one multifunction sensor based on low-cost microphone technology. A theoretical background about sound and signal processing is provided in chapter 1. In modern turbocharged downsized GDI engines, the achievement of maximum thermal efficiency is precluded by the occurrence of knock. Knock emits an unmistakable sound perceived by the human ear like a clink. In chapter 2, the possibility of using this characteristic sound for knock control propose, starting from first experimental assessment tests, to the implementation in a real, production-type engine control unit will be shown. Chapter 3 focus is on misfire detection. Putting emphasis on the low frequency domain of the engine sound spectrum, features related to each combustion cycle of each cylinder can be identified and isolated. An innovative approach to misfire detection, which presents the advantage of not being affected by the road and driveline conditions is introduced. A preliminary study of air path leak detection techniques based on acoustic emissions analysis has been developed, and the first experimental results are shown in chapter 4. Finally, in chapter 5, an innovative detection methodology, based on engine vibration analysis, that can provide useful information about combustion phase is reported.

Sperimentazione di un EGR HP Mixer e di un Oil Cooler con Bypass in un motore V6 Diesel con l’obiettivo di ridurre la CO2

Lo scopo di questa tesi è stato sperimentare componenti prototipali su un motore V6 Diesel all’interno di un banco dinamico con il fine di valutarne la riduzione di CO2 in cicli di omologazione NEDC e WLTC. In particolare si sono studiati un nuovo EGR HP Mixer e un Oil Cooler dotato di Bypass: il primo componente per migliorare l’EGR distribution da cilindro a cilindro, mentre il secondo componente per ottenere un’ottimizzazione energetica della pompa dell’olio sfruttando il nuovo bypass del cooler. L’Oil Cooler è dotato di due cartucce intercambiabili che cambiano le fasi di bypass a seconda della temperatura dell’olio: la prima cartuccia, a 2 stadi, parte dalla condizione di bypass e chiude a una certa temperatura per proteggere il motore; la seconda, a 3 stadi, sfrutta il bypass solo in un range di temperatura ottimizzato con il calcolo CFD. La riduzione di consumi di gasolio è stata valutata confrontando i diversi consumi a pari emissioni di NOx; in questo modo si è registrata una riduzione di consumi con l’EGR HP Mixer dell’1.7% nel ciclo NEDC e dello 0.5% nel ciclo WLTC. Con lo stesso metodo si è registrato che l’Oil Cooler Bypass determina nel ciclo NEDC una riduzione dello 0.6 % con la valvola a 3 Stadi e una riduzione dello 0.37 % con la valvola a 2 Stadi. Nel ciclo WLTC si è invece ottenuta una riduzione dello 0.1 % con la valvola a 3 Stadi e un aumento dello 0.33 % con la valvola a 2 Stadi. Di ogni componente è stato fatto uno studio stazionario per indagarne a fondo i comportamenti.

Virtual Calibration of CO2 and Pollutant Emissions of a High-Performance PHEV using Model-in-the-Loop Methodology

The study analyses the calibration process of a newly developed high-performance plug-in hybrid electric passenger car powertrain. The complexity of modern powertrains and the more and more restrictive regulations regarding pollutant emissions are the primary challenges for the calibration of a vehicle’s powertrain. In addition, the managers of OEM need to know as earlier as possible if the vehicle under development will meet the target technical features (emission included). This leads to the necessity for advanced calibration methodologies, in order to keep the development of the powertrain robust, time and cost effective. The suggested solution is the virtual calibration, that allows the tuning of control functions of a powertrain before having it built. The aim of this study is to calibrate virtually the hybrid control unit functions in order to optimize the pollutant emissions and the fuel consumption. Starting from the model of the conventional vehicle, the powertrain is then hybridized and integrated with emissions and aftertreatments models. After its validation, the hybrid control unit strategies are optimized using the Model-in-the-Loop testing methodology. The calibration activities will proceed thanks to the implementation of a Hardware-in-the-Loop environment, that will allow to test and calibrate the Engine and Transmission control units effectively, besides in a time and cost saving manner.

CO2 utilization and alternative solvents: effective tools for sustainable applications

The growing concentration of CO2 in the atmosphere and its harmful consequences has led the scientific community to direct its efforts towards sustainable processes. Among the possible approaches, the use of CO2 and alternative solvents are two strategies that are having widespread diffusion. In this work the reuse of CO2 is expressed by using it as a reaction reagent and as trigger to change the physical properties of a catalyst thus facilitating its recovery. As regards the CO2 use as reagent, two catalytic systems have been developed for the conversion of CO2 and epoxides into cyclic carbonates, used in the synthesis of polymers and as aprotic solvents. Homogeneous catalysts made by choline-based eutectic mixtures and heterogeneous catalysts made from biopolymers and waste pyrolysis have been synthesized and tested on this reaction. The carbonate interchange reaction (CIR) of a diol with a linear carbonate (as dimethyl carbonate) is an interesting alternative, for the synthesis of cyclic carbonates; as the second application of CO2 as polarity trigger, it was used for catalyst recovery. In fact DBU, here used as catalyst, is part of the so called “switchable solvents”: they can pass from a less-polar to a more-polar form (and from being soluble to non-soluble in the reaction mixture) when reacting with CO2 in presence of water or alcohols. Also in this case, heterogeneous catalysts made from biopolymers and waste pyrolysis have been synthesized and tested on CIR. As for the use of alternative solvents, this work focuses on the use of Deep Eutectic Solvents (DESs). They are a new generation of solvents composed by a mixture of two or more substances, liquid at room temperature, and non-volatile. New and biobased DESs were here used: i) as reaction media to carry out chemoenzymatic epoxidation; ii) in the extraction of astaxanthin from microalgae culture.

Studio sperimentale di una pompa di calore elio-assistita a CO2 per la climatizzazione e la produzione di acqua calda sanitaria

Il seguente lavoro di tesi ha come obiettivo lo studio delle prestazioni energetiche di una pompa di calore elio-assistita, reversibile e multi-sorgente, la quale combina la tecnologia delle pompe di calore aria-acqua con quella dei collettori solari ibridi termo-fotovoltaici. L’impianto oggetto di studio è situato presso il centro di ricerca ENEA Casaccia ed è stato sviluppato con lo scopo di soddisfare la richiesta di riscaldamento/raffrescamento e produzione di acqua calda di un edificio residenziale o commerciale. In questo elaborato si è analizzato il funzionamento invernale della pompa di calore finalizzato alla produzione di acqua calda sanitaria, confrontando due modalità operative differenti con diverse impostazioni di lavoro della frequenza del compressore e della valvola di laminazione. L’elemento distintivo delle due modalità operative è il componente avente la funzione di evaporatore in quanto in una modalità è stata impiegata una batteria alettata con ventilazione forzata, mentre nell’altra un campo di pannelli termo-fotovoltaici. I risultati ottenuti dalle prove sperimentali hanno evidenziato migliori prestazioni della pompa di calore con i collettori ibridi termo-fotovoltaici, in caso di presenza di elevati valori di irraggiamento solare. Elemento di innovazione dell’impianto sperimentale è l’utilizzo del fluido naturale R744 (CO2) come refrigerante il quale viene sfruttato anche per raffreddare le celle fotovoltaiche comportando in questo modo, un doppio effetto utile all’impianto stesso: miglioramento del rendimento elettrico dei collettori solari e contemporaneamente un incremento della temperatura di evaporazione con conseguente beneficio sulle prestazioni della pompa di calore.

Fuori dai binari. Tradurre le identita non binarie nel romanzo Young Adult I Wish You All the Best di Mason Deaver

The goal of this final dissertation is to propose a partial translation of the Young Adult novel I Wish You All the Best by nonbinary author Mason Deaver, which was published in the United States by PUSH in 2019 and is currently still unpublished in Italy. The book follows the story of eighteen-year-old Ben De Backer. After coming out as nonbinary to their parents, they are kicked out of their home; thanks to the help of their older sister, they will manage to get back on their feet and start a new life, although their trauma will continue to pose a great obstacle to their growth and happiness. I Wish You All the Best is one of the first novels with a nonbinary protagonist in the Young Adult category and is particularly interesting from a linguistic standpoint. The first chapter serves as introduction to the author, Mason Deaver, their life and their relationship with gender identity and writing; and also as an introduction to the book itself and how its main characters and themes are developed in relation to the plot. The second chapter looks at the Young Adult genre as a whole; it explores its origins and development through the years and seeks to find a definition for this type of literature which has often been misrepresented both in the eyes of literary critics and the general public. Additionally, the chapter will describe some of the main characteristics of YA literature and analyze them in relation to I Wish You All the Best. The third chapter aims to examine the role of language, and how it can be inclusive to people outside of the gender binary. It will also touch upon the sociocultural contexts in which the speakers of different languages operate. The fourth and final chapter will present the translation of several passages taken from the novel I Wish You All the Best and offer an analysis of the most interesting and difficult aspects of this translation process.

Valutazione dei "requisiti di performance essenziali" di un dispositivo medico: il caso studio di un iniettore automatico per l'uso di CO2 come mezzo di contrasto

Angiodroid The CO2 Injector è un dispositivo medico che permette il dosaggio di CO2 nelle cavità vascolari a volumi e pressioni controllate. La CO2 agisce come mezzo di contrasto durante gli esami angiografici, offrendo notevoli vantaggi e bassissimo tasso di complicazioni rispetto ai mezzi di contrasto iodati. L’oggetto di questa tesi è lo studio di due Essential Performance Requirements (EPR) di Angiodroid, definiti come le prestazioni di una funzione clinica diversa da quella relativa alla sicurezza di base, in cui la perdita o la degradazione oltre i limiti specificati dal produttore comporta un rischio inaccettabile. Gli EPR presi in considerazione sono il volume e la pressione di iniezione di CO2, in quanto l’erogazione affidabile e ripetibile del gas permette sia di garantire la sicurezza del paziente sia di standardizzare i protocolli di iniezione per i diversi distretti vascolari. Sovradosaggio e sovrapressione della somministrazione della dose di CO2 possono comportare potenziali rischi clinici per il paziente, mentre sottodosaggio e una sottopressione non sono legati a rischi clinici, piuttosto comportano una scarsa qualità dell’immagine radiologica. Lo scopo della tesi è quello di validare gli intervalli di precisione del volume e della pressione di iniezione in diversi scenari entro i quali il dispositivo è considerato conforme e sicuro. I test di validazione sono stati eseguiti su 5 iniettori al termine della loro life cycle (8 anni) attraverso un invecchiamento accelerato. I valori di volume e la pressione di iniezione sono stati esaminati sia in aria, cioè senza carico, sia su un modello di paziente simulato, quindi con carico, utilizzando introduttori e cateteri angiografici autorizzati dalla Food and Drug Administration. Tutte le analisi sono state effettuate simulando gli scenari di funzionamento dell'iniettore più critici.

Un modello forward-backward per i certificati verdi nel mercato EU ETS

In questa tesi viene presentato un modello stocastico forward-backward per la valutazione dei certificati verdi nel mercato EU ETS (European Union Emissions Trading Scheme). Anzitutto si spiega l’origine di tale mercato, per poi descriverne il funzionamento e lo scopo. Vengono, quindi, introdotte le equazioni differenziali stocastiche backward lineari, per le quali si mostra un risultato di esistenza e unicità della soluzione. Conseguentemente vengono inquadrati matematicamente i sistemi differenziali stocastici forward-backward, mostrando una loro applicazione nell’ambito del option pricing. Viene quindi derivato il modello forward-backward per la valutazione delle quote di emissione. Il prezzo dei certificati verdi è trovato come soluzione di un’equazione differenziale alle derivate parziali semilineare. L'ultima parte è dedicata all’analisi numerica di tale PDE. Infine viene trattata la valutazione di opzioni europee scritte sulle quote di emissione.

Studio della permeabilità di CO2 e N2 in membrane composite di Aquivion e PVAm

Per mitigare il notevole aumento di emissioni di gas serra, molti studi si stanno focalizzando sulle membrane a trasporto facilitato per la separazione e la cattura di CO2. In particolare, le tecnologie di Carbon Capture and Storage (CCS) hanno ridestato interesse basandosi principalmente sulla cattura dell’anidride carbonica. L’obiettivo di questo studio è stato di migliorare le prestazioni di selettività nell’Aquivion, membrana ionomerica dell’acido perfluorosolfonico. Gli ottimi valori di permeabilità che raggiunge hanno portato quindi a focalizzare le ricerche sul miglioramento della capacità selettiva tra CO2 e N2. Infatti, la permeabilità e la selettività sono considerati parametri di trade-off, all’aumento di uno corrisponde la diminuzione dell’altro. Inoltre, le buone prestazioni delle membrane a trasporto facilitato in presenza di gruppi amminici hanno portato al tentativo di associare ad un materiale come l’Aquivion, dalla buona conduttività protonica, la Polivinilammina. Le ammine in membrane a trasporto facilitato sono infatti in grado di legare selettivamente l’anidride carbonica. Il presente lavoro si è inizialmente focalizzato sulla purificazione della Polivinilammina e sull’accoppiamento delle due membrane. In seguito alla realizzazione, i film sono stati caratterizzati mediante spettroscopia FTIR-ATR e infine testati in condizioni di umidità con l’utilizzo di un permeometro. È infatti ampiamente studiato come migliorare la permeabilità dell’Aquivion all’aumentare dell’umidità. In conclusione, in condizioni di alta adesione della Polivinilammina all’Aquivion la selettività ad alte umidità è aumentata rispetto ai valori di letteratura in articoli condizioni.

Studio dell’idrogenazione della CO2 a MeOH mediante catalizzatori a base di Cu/In/Al

Ad oggi, l’aumento delle emissioni di gas serra, principalmente di CO2, dovuto alle attività antropiche, ha portato ad un aumento delle temperature medie globali. La sintesi del metanolo da CO2 ha attirato molto l’interesse della ricerca e attualmente il catalizzatore Cu/ZnO/Al2O3, sviluppato per la produzione di metanolo da gas di sintesi si dimostra il più utilizzato. Tuttavia, alcune sue problematiche, legate alla bassa selettività rispetto a MeOH all’aumentare della temperatura, per via della reazione concorrente di RWGS e problemi di disattivazione per sinterizzazione relazionati con l’acqua prodotta, hanno portato allo studio di nuovi catalizzatori. Recentemente, catalizzatori a base di In2O3 hanno catturato molto l’attenzione già che hanno una elevata selettività in metanolo. Lo scopo della tesi si è basato sullo studio di catalizzatori a base di Cu/In/Al per l’idrogenazione della CO2 a MeOH. Una volta sintetizzati e caratterizzati i catalizzatori sono stati messi a confronto con un catalizzatore commerciale (Cu/ZnO/Al2O3). Sono stati investigati gli effetti del contenuto di Cu, metodo di preparazione e temperatura di riduzione nelle prestazioni catalitiche (conversione, selettività  e resa spazio-temporale). I valori di conversione e selettività  dipendono del contenuto di Cu, raggiungendo il massimo con un contenuto intermedio di Cu (30 % rapporto atomico), tuttavia i risultati sono inferiori a quelli ottenuti con il catalizzatore commerciale. La temperatura di riduzione più adatta è stata 300 °C. Riguardo al metodo di preparazione, non sembra modificare significativamente le prestazioni catalitiche. Saranno necessari ulteriori studi su altre formulazioni di catalizzatori per migliorare sia la attività che la selettività.

Analisi delle conseguenze dei rilasci accidentali di CO2 dagli impianti di cattura e stoccaggio

Oggi si sta assistendo sempre più ad un consumo maggiore di energia, proveniente soprattutto da fonti fossili. Tuttavia, occorre evidenziare l’aspetto negativo correlato a tutto questo: l’incremento del rilascio di gas ad effetto serra, responsabili del fenomeno del surriscaldamento globale. La Carbon Capture, Utilisation and Storage (CCUS) è stata riconosciuta come tecnologia strategica per raggiungere l’obiettivo dell’azzeramento delle emissioni entro il 2050. Lo scopo della tesi è effettuare la valutazione delle conseguenze dei rilasci accidentali di CO2 dagli impianti di cattura, esprimendole in termini di distanze di danno per l’uomo e per le apparecchiature. Dopo il Capitolo 1, dal carattere introduttivo e in cui si spiega il perché si renda necessaria la cattura della CO2, il Capitolo 2 fornisce i valori di pericolosità della CO2 relativi agli effetti tossici e termici, in termini di concentrazioni e temperature soglia; inoltre, illustra i codici DNV PHAST, NIST FDS e Ansys FLUENT, utilizzati per effettuare la valutazione delle conseguenze. A seguire, il Capitolo 3 presenta un impianto di cattura della CO2 assunto come caso di studio, fornendo la descrizione del funzionamento dell’impianto e riportandone i documenti principali, quali il PFD e la mappa del layout. Inoltre, vengono individuati gli scenari di rilascio e sono specificate le condizioni ambientali considerate ai fini della modellazione della dispersione. Il Capitolo 4 riporta i risultati ottenuti dalle simulazioni effettuate con i software di modellazione illustrati nel Capitolo 2, effettuando un’analisi comparativa delle distanze di danno, corredata di un’ampia discussione. Il Capitolo 5, infine, riporta le considerazioni conclusive del lavoro di tesi e delinea alcuni possibili sviluppi futuri delle indagini.

Pedagogia do esporte : organização, sistematização, aplicação e avaliação de conteúdos esportivos na educação não formal = Sport pedagogy : organization, systematization and application of sports content in non-formal education

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Synthesis and biocompatibility of an experimental glass ionomer cement prepared by a non-hydrolytic sol-gel method

The aims of this study were to demonstrate the synthesis of an experimental glass ionomer cement (GIC) by the non-hydrolytic sol-gel method and to evaluate its biocompatibility in comparison to a conventional glass ionomer cement (Vidrion R). Four polyethylene tubes containing the tested cements were implanted in the dorsal region of 15 rats, as follows: GI - experimental GIC and GII - conventional GIC. The external tube walls was considered the control group (CG). The rats were sacrificed 7, 21 and 42 days after implant placement for histopathological analysis. A four-point (I-IV) scoring system was used to graduate the inflammatory reaction. Regarding the experimental GIC sintherization, thermogravimetric and x-ray diffraction analysis demonstrated vitreous material formation at 110oC by the sol-gel method. For biocompatibility test, results showed a moderate chronic inflammatory reaction for GI (III), severe for GII (IV) and mild for CG (II) at 7 days. After 21 days, GI presented a mild reaction (II); GII, moderate (III) and CG, mild (II). At 42 days, GI showed a mild/absent inflammatory reaction (II to I), similar to GII (II to I). CG presented absence of chronic inflammatory reaction (I). It was concluded that the experimental GIC presented mild/absent tissue reaction after 42 days, being biocompatible when tested in the connective tissue of rats.

Weekend/weekday differences in concentrations of ozone, nox, and non-methane hydrocarbon in the metropolitan area of São Paulo

Ozone and inhalable particulate matter are the major air pollutants in the Metropolitan Area of São Paulo, Brazil, a region that has more than 19 million inhabitants and approximately 7 million registered vehicles. Proximity of roadways, adjacent land use, and local circulation are just some of the factors that can affect the results of monitoring of pollutant concentrations. The so-called weekend effect (higher ozone concentrations on weekends than on weekdays) might be related to the fact that concentrations of ozone precursors, such as nitrogen oxides (NOx) and Non Methane-Hydrocarbon (NMHC), are relatively lower on weekends. This phenomenon has been reported in some areas of the United States since the 1970s. The differences between the concentrations of ozone in period of weekend and weekday, were obtained from analysis of data hourly average of CETESB for 2004, studied the precursors to the formation of troposphere ozone, the meteorological variables and traffic profile for RMSP. Because of the proximity to sources of emissions from the station Pinheiros showed higher concentrations of NO and NO² and greater variations to the periods weekend and weekday. With fewer vehicles circulating during the weekend, and consequently less emission of pollutants, it has cleaner air and less concentration of NO and NO², there is the ideal setting to the formation of troposphere ozone, despite the lower concentration of NO². The proximity with the source emissions, aided by the increased availability of solar radiation and the presence of ozone precursors, were factors conditions for the occurrence of weekend effect.