Co-tape casting fabrication, field assistant sintering and evaluation of a coke resistant La0.2Sr0.7TiO3-Ni/YSZ functional gradient anode supported solid oxide fuel cell

The ability to directly utilize hydrocarbons and other renewable liquid fuels is one of the most important issues affecting the large scale deployment of solid oxide fuel cells (SOFCs). Herein we designed La_0.2Sr_0.7TiO₃-Ni/YSZ functional gradient anode (FGA) supported SOFCs, prepared with a co-tape casting method and sintered using the field assisted sintering technique (FAST). Through SEM observations, it was confirmed that the FGA structure was achieved and well maintained after the FAST process. Distortion and delamination which usually results after conventional sintering was successfully avoided. The La_0.2Sr_0.7TiO₃-Ni/YSZ FGA supported SOFCs showed a maximum power density of 600mWcm^-2 at 750°C, and was stable for 70h in CH₄. No carbon deposition was detected using Raman spectroscopy. These results confirm the potential coke resistance of La_0.2Sr_0.7TiO₃-Ni/YSZ FGA supported SOFCs.

Three-dimensional graphene-Co3O4 cathodes for rechargeable Li-O2 batteries

A three-dimensional (3D) graphene-Co₃O₄ electrode was prepared by a two-step method in which graphene was initially deposited on a Ni foam with Co₃O₄ then grown on the resulting graphene structure. Cross-linked Co₃O₄ nanosheets with an open pore structure were fully and vertically distributed throughout the graphene skeleton. The free-standing and binder-free monolithic electrode was used directly as a cathode in a Li-O₂ battery. This composite structure exhibited enhanced performance with a specific capacity of 2453 mA h g^-1 at 0.1 mA cm^-2 and 62 stable cycles with 583 mA h g^-1 (1000 mA h g_carbon^-1). The excellent electrochemical performance is associated with the unique architecture and superior catalytic activity of the 3D electrode. 

Investigation into the effect of molybdenum-site substitution on the performance of Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ for intermediate temperature solid oxide fuel cells

In this paper, niobium doping is evaluated as a means of enhancing the electrochemical performance of a Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O_6-δ (SFM) perovskite structure cathode material for intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) applications. As the radius of Nb approximates that of Mo and exhibits +4/+5 mixed valences, its substitution is expected to improve material performance. A series of Sr₂Fe_1.5Mo_0.5-xNb_xO_6-δ (x = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20) cathode materials are prepared and the phase structure, chemical compatibility, microstructure, electrical conductivity, polarization resistance and power generation are systematically characterized. Among the series of samples, Sr₂Fe_1.5Mo_0.4Nb_0.10O_6-δ (SFMNb_0.10) exhibits the highest conductivity value of 30 S cm^-1 at 550°C, and the lowest area specific resistance of 0.068 Ω cm² at 800°C. Furthermore, an anode-supported single cell incorporating a SFMNb_0.10 cathode presents a maximum power density of 1102 mW cm^-2 at 800°C. Furthermore no obvious performance degradation is observed over 15 h at 750°C with wet H₂(3% H₂O) as fuel and ambient air as the oxidant. These results demonstrate that SFMNb shows great promise as a novel cathode material for IT-SOFCs.

Investigation into the effect of Fe-site substitution on the performance of Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ anodes for SOFCs

Ni-substituted Sr₂Fe_1.5-xNi_xMo_0.5O_6-δ (SFNM) materials have been investigated as anode catalysts for intermediate temperature solid oxide fuel cells. Reduced samples (x = 0.05 and 0.1) maintained the initial perovskite structure after reduction in H₂, while metallic nickel particles were detected on the grain surface for x = 0.2 and 0.3 using transmission electron microscopy. Temperature programmed reduction results indicate that the stable temperature for SFNM samples under reduction conditions decreases with Ni content. In addition, X-ray photoelectron spectroscopy analysis suggests that the incorporation of Ni affects the conductivity of SFNM through changing the ratios of Fe³⁺/Fe²⁺ and Mo⁶⁺/Mo⁵⁺. Sr₂Fe_1.4Ni_0.1Mo_0.5O_6-δ shows the highest electrical conductivity of 20.6 S cm^-1 at 800 °C in H₂. The performance of this anode was further tested with electrolyte-supported cells, giving 380 mW cm^-2 at 750 °C in H₂, hence demonstrating that Ni doping in the B-site is beneficial for Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O_6-δ anode performance. 

Surface modification of LiV3O8 nanosheets via layer-by-layer self-assembly for high-performance rechargeable lithium batteries

In this work, an economical route based on hydrothermal and layer-by-layer (LBL) self-assembly processes has been developed to synthesize unique Al ₂O₃-modified LiV₃O₈ nanosheets, comprising a core of LiV₃O₈ nanosheets and a thin Al ₂O₃ nanolayer. The thickness of the Al₂O ₃ nanolayer can be tuned by altering the LBL cycles. When evaluated for their lithium-storage properties, the 1 LBL Al₂O ₃-modified LiV₃O₈ nanosheets exhibit a high discharge capacity of 191 mA h g^-1 at 300 mA g^-1 (1C) over 200 cycles and excellent rate capability, demonstrating that enhanced physical and/or chemical properties can be achieved through proper surface modification. © 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Large scale test of a novel back-pass non-perforated unglazed solar air collector

This paper describes large scale tests conducted on a novel unglazed solar air collector system. The proposed system, referred to as a back-pass solar collector (BPSC), has on-site installation and aesthetic advantages over conventional unglazed transpired solar collectors (UTSC) as it is fully integrated within a standard insulated wall panel. This paper presents the results obtained from monitoring a BPSC wall panel over one year. Measurements of temperature, wind velocity and solar irradiance were taken at multiple air mass flow rates. It is shown that the length of the collector cavities has a direct impact on the efficiency of the system. It is also shown that beyond a height-to-flow ratio of 0.023m/m³/hr/m², no additional heat output is obtained by increasing the collector height for the experimental setup in this study, but these numbers would obviously be different if the experimental setup or test environment (e.g. location and climate) change. An equation for predicting the temperature rise of the BPSC is proposed.

Social housing tenants, Climate Change and sustainable living: A study of awareness, behaviours and willingness to adapt

Despite a focus in the UK on providing sustainable housing in recent years, it is unlikely that targets set to reduce resource consumption in housing will be achieved without a greater focus on human behaviour. It is necessary to understand the actions of people occupying dwellings, as it is invariably the occupants rather than the buildings that decided whether or not to consume resources. In this paper the authors present a pilot study where 53 social housing tenant households in Northern Ireland were interviewed to ascertain their perceptions of Climate Change, their current behaviours and their willingness to reduce energy and water consumption in the home. The intention was to explore links between perceptions and reported behaviour as well as perceptions and willingness to reduce resource consumption. Results show that 77% of tenants believed Climate Change to be an important issue; 57% accepted that it is up to the individual to take responsibility for tackling Climate Change; and demonstrated a strong desire to make a difference to reduce their impact. The researchers identified both passive (devices) and active (behaviours) resource savings currently in place and established where further resource reduction was feasible based on tenants' willingness to alter their behaviours.

A novel TRNSYS type for short-term borehole heat exchanger simulation: B2G model

Models of ground source heat pump (GSHP) systems are used as an aid for the correct design and optimization of the system. For this purpose, it is necessary to develop models which correctly reproduce the dynamic thermal behavior of each component in a short-term basis. Since the borehole heat exchanger (BHE) is one of the main components, special attention should be paid to ensuring a good accuracy on the prediction of the short-term response of the boreholes. The BHE models found in literature which are suitable for short-term simulations usually present high computational costs. In this work, a novel TRNSYS type implementing a borehole-to-ground (B2G) model, developed for modeling the short-term dynamic performance of a BHE with low computational cost, is presented. The model has been validated against experimental data from a GSHP system located at Universitat Politècnica de València, Spain. Validation results show the ability of the model to reproduce the short-term behavior of the borehole, both for a step-test and under normal operating conditions.

O que se diz quando se pensa em energia? Reflexões sobre o tema da energia a partir das representações dos jovens e dos professores de uma escola secundária

A importância da eficiência energética em edifícios de uso coletivo através do aperfeiçoamento das práticas de conservação e da implementação de novas tecnologias, enfatiza o papel que a mudança de comportamentos associados ao uso e à conservação de energia detém na melhoria desta eficiência. Mas como contribuir para a alteração de comportamentos sem antes conhecer os sentidos e significados sociais atribuídos à energia? Considerando que este conhecimento é fulcral para a alteração de comportamentos, recorre-se aos resultados de um inquérito por questionário sobre o uso de energia desenvolvido com alunos e professores de uma escola secundária de Lisboa recentemente intervencionada, para caracterizar as representações sociais da energia destes dois grupos (cf. projeto Net Zero Energy School - Reaching the Community – FCT/MIT Portugal). A primeira pergunta do questionário solicitava aos inquiridos que indicassem as primeiras três palavras que lhes vinham à ideia quando pensavam em energia. A maioria dos alunos associou a palavra “energia” às energias renováveis e à luz, e os professores à ambiente e sustentabilidade energética, às questões de natureza económica e de consumo. Explora-se aqui os aspetos centrais e periféricos das representações da energia na explicitação dos sentidos e significados atribuídos a energia e discutem-se as questões fundamentais a considerar no âmbito da mudança de comportamentos de uso e conservação de energia numa dada comunidade escolar.

Auditoria energética e plano de racionalização de energia

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Eficiência Energética na Iluminação Pública

A utilização pouco eficiente da energia representa um elevado encargo para qualquer país, seja do ponto de vista económico, social ou ambiental. Em Portugal a iluminação pública tem um importante peso nas despesas correntes dos municípios. Deste modo, torna-se imperativo agir de modo a aumentar a sustentabilidade energética e diminuir os gastos com a iluminação pública. Os municípios precisam de encontrar soluções que permitam reduzir os consumos, mantendo níveis de segurança e conforto necessários às populações. Neste sentido, este trabalho propõe-se estudar esta problemática, apresentando soluções, de modo a obter-se uma maior eficiência energética desta para as instalações e, consequentemente, conduzir a uma diminuição das emissões de CO2 durante o período de utilização das mesmas.

Relação entre o regulamento de desempenho energético de edifícios de habitação com o conceito de edifício com necessidades quase nulas de energia

Este trabalho teve como objetivo principal relacionar a aplicação do Regulamento de desempenho energético dos edifícios de habitação com o conceito de habitação com necessidades quase nulas de energia. O trabalho começa por fazer uma comparação entre a metodologia geral do regulamento que vigora de momento e o seu predecessor de modo a perceber as alterações teóricas que estão subjacentes durante o processo de adaptação. É feito um estudo sobre os edifícios com necessidades quase nulas de energia e de várias estratégias passivas de serem utilizadas em edifícios capazes de conduzir à obtenção deste título. Por fim, realizou-se a aplicação do regulamento em vigor a um caso real e um estudo sobre efeito do aumento da área dos envidraçados tendo em conta a sua orientação, com o objetivo de aumentar a eficiência energética.

Quadros Elétricos Inteligentes-Smart Panels

Na sociedade atual, a preocupação com o ambiente, por um lado, e com o conforto e a segurança, por outro, faz com que a sustentabilidade energética se assuma como uma forma de intervenção adequada às exigências de qualidade de vida e à eficiência no âmbito da economia. Nesta conformidade, é incontornável a mais-valia do Smart Panel, um quadro elétrico inteligente criado com vista à consecução daqueles desideratos, o que motivou o tema do presente trabalho. Assim, pretende-se demonstrar as potencialidades do Smart Panel, um novo conceito de quadro elétrico que visa a otimização da sua funcionalidade na gestão dinâmica e pragmática das instalações elétricas, nomeadamente no que respeita ao controlo, monitorização e atuação sobre os dispositivos, quer in loco quer, sobretudo, à distância. Para a consecução deste objetivo, concorrem outros que o potenciam, designadamente a compreensão do funcionamento do quadro elétrico (QE) tradicional, a comparação deste com o Smart Panel e a demonstração das vantagens da utilização desta nova tecnologia. A grande finalidade do trabalho desenvolvido é, por um lado, colocar a formação académica ao serviço de um bom desempenho profissional futuro, por outro ir ao encontro da tendência tecnológica inerente às necessidades que o homem, hoje, tem de controlar. Deste modo, num primeiro momento, é feita uma abordagem geral ao quadro eléctrico tradicional a fim de ser compreendido o seu funcionamento, aplicações e potencialidades. Para tanto, a explanação inclui a apresentação de conceitos teóricos subjacentes à conceção, produção e montagem do QE. São explicitados os diversos componentes que o integram e funções que desempenham, bem como as interações que estabelecem entre si e os normativos a que devem obedecer, para conformidade. Houve a preocupação de incluir imagens coadjuvantes das explicações, descrições e procedimentos técnicos. No terceiro capítulo é abordada a tecnologia Smart Panel, introduzindo o conceito e objetivos que lhe subjazem. Explicita-se o modo de funcionamento deste sistema que agrupa proteção, supervisão, controlo, armazenamento e manutenção preventiva, e demonstra-se de que forma a capacidade de leitura de dados, de comunicação e de comando do quadro elétrico à distância se afigura uma revolução tecnológica facilitadora do cumprimento das necessidades de segurança, conforto e economia da vida moderna. Os capítulos quarto, quinto e sexto versam uma componente prática do trabalho. No capítulo quarto é explanado um suporte formativo e posterior demonstração do kit de ensaio, que servirá de apoio à apresentação da tecnologia Smart Panel aos clientes. Além deste suporte de formação, no quinto capítulo é elaborada uma lista de procedimentos de verificação a serem executados aos componentes de comunicação que integram o Smart Panel, para fornecimento ao quadrista. Por fim, no sexto capítulo incluem-se dois casos de estudo: o estudo A centra-se na aplicação da tecnologia Smart Panel ao projeto de um QE tradicional, que implica fazer o levantamento de toda a aparelhagem existente e, de seguida, proceder à transposição para a tecnologia Smart Panel por forma a cumprir os requisitos estabelecidos pelo cliente. O estudo de caso B consiste na elaboração de um projeto de um quadro eléctrico com a tecnologia Smart Panel em função de determinados requisitos e necessidades do cliente, por forma a garantir as funções desejadas.

Custo energético de construção de uma instalação para armazenagem de feno

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Emergy analysis of oil production from microalgae

The use of microalgae and cyanobacteria for the production of biofuels and other raw materials is considered a very promising sustainable technology due to the high areal productivity, potential for CO2 fixation and use of non-arable land. The production of oil by microalgae in a large scale plant was studied using emergy analysis. The joint transformity calculated for the base scenario was 1.32E + 5 sej/J, the oil transformity was 3.51E + 5 sej/J, the emergy yield ratio (EYR) was 1.09 and environmental loading ratio was 11.10 and the emergy sustainability index (ESI) was 0.10, highlighting some of the key challenges for the technology such as high energy consumption during harvesting, raw material consumption and high capital and operation costs. Alternatives scenarios and the sensitivity to process improvements were also assessed, helping prioritize further research based on sustainability impact. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.