| 1. |
- Alvfors, Per, et al.
(författare)
-
Forskarskolan Program Energisystem : Kunskapsutveckling genom samverkan mellan teknik- och samhällsvetenskap : slutrapport 2016, Forskningssyntes för konsortiet Byggnader i energisystem
- 2016
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Denna rapport ger en kortfattad översikt och syntes av tvärvetenskapliga forskningsresultat från verksamheten i konsortiet Byggnader i energisystem inom forskarskolan Program Energisystem. Tonvikten ligger på tiden från forskarskolans start 1997 till dess 15-årsjubileum 2012, men hänvisningar görs även till forskning publicerad därefter. Utgångspunkten har varit att lyfta fram det tvärvetenskapliga inom forskningen för att visa hur forskarskolan har bidragit till tvärvetenskaplig kunskaps- och metodutveckling.I rapporten ges en översikt över fallstudier och avhandlingar inom konsortiet och de tvärvetenskapliga forskningsresultaten sammanfattas inom tre huvudsakliga tematiska områden: (1) Passivhus: boende och energieffektiva byggnadstekniker,(2) Energieffektivisering: processer och aktörer, samt (3) Energianvändning, vardagsaktiviteter och småskalig solenergi i hushåll. Tvärvetenskapliga metoder och resultat sammanfattas och utvecklingen av samarbeten och angreppssätt beskrivs. Rapporten avslutas med några sammanfattande reflektioner kring hur framgångsrik tvärvetenskaplig forskning bör bedrivas.
|
|
| 2. |
- Alvfors, Per, et al.
(författare)
-
Forskarskolan Program Energisystem : kunskapsutveckling genom samverkanmellan teknik- och samhällsvetenskap : slutrapport 2016, Forskningssyntes för konsortiet Lokala och regionala energisystem
- 2016
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Forskarskolan Program Energisystem har med sina fem deltagande forskningsavdelningar från Chalmers tekniska högskola, Linköpings universitet, KTH och Uppsala universitet varit banbrytande inom tvärvetenskaplig energisystemforskning och dess tre konsortier har spelat en viktig roll för forskarskolans utveckling. Konsortierna är inriktade på byggnader i energisystem, industriella energisystem samt lokala och regionala energisystem. I varje konsortium har doktorander och seniorer från minst två av de deltagande avdelningarna bedrivit tvärvetenskaplig forskning.I det lokala och regionala konsortiet har forskningsfrågorna kretsat kring aktörer och processer av betydelse för energisystemen i svenska kommuner, län och regioner. Inom konsortiet har frågeställningar om miljömässigt, socialt och ekonomiskt hållbara lokala och regionala energisystem bland annat studerats genom att analysera aktörers agerande och politiska processer inom de tekniska, ekonomiska och institutionella villkor som utgör begränsningar och möjligheter för energisystemen. En tydlig trend inom konsortiets forskning under forskarskolans arton år är att inriktningen gått i riktning från lokal till regional och från stationära till mobila energisystem. Den förskjutningen följer också den ökande betydelse som regioner i form av länsstyrelser har fått för samordningen av energi- och klimatplaneringen i Sverige under det senaste decenniet. Kommunerna har fortfarande en dominerande position genom den energirelaterade infrastruktur som de förfogar över men en förskjutning mot ett mer regionalt inflytande är tydlig.Totalt har 26 doktors- och en licentiatexamen avlagts av konsortiets doktorander och dessa alumner är nu verksamma inom energirelaterade verksamheter Sverige. Den främsta representationen finns inom myndigheter och akademier.
|
|
| 3. |
|
|
| 4. |
- Alvfors, Per, et al.
(författare)
-
Forskarskolan Program Energisystem : kunskapsutveckling genom samverkanmellan teknik- och samhällsvetenskap : slutrapport 2016, Huvudrapport
- 2016
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Idén att samhällsvetenskaplig och teknisk energisystemforskning måste vävas samman för att utveckla ny kunskap och få ökad samhällsnytta var utgångspunkt när Program Energisystem startade år 1997.Program Energisystem identifierade tidigt kärnvärden som visades vara viktiga framgångsfaktorer:Energisystem med tyngdpunkt på användarsidanTvärvetenskaplig, universitets- och fakultetsöverskridandeforskning och forskarutbildningSammanhållen forskarskolaFinansiering av hela doktorandprojektSamarbeten i tematiska forskningsområdenKontinuerlig tvärvetenskaplig utvecklingLångsiktig finansiering av samordningsstrukturProgram Energisystems arbete har kännetecknats av:Val av samhällsrelevanta projekt av hög vetenskaplig kvalitetGemensamma tvärvetenskapliga kurser och projektarbetenTvärvetenskaplig handledningKontinuerligt arbetande fora för diskussionoch kontakter över ämnesgränserForskningssamarbeten mellan seniorer i olika ämnenAktivt doktorand- och alumninätverkForskarutbildningens målsättning har varit att utbilda bättre samhällsvetareoch bättre ingenjörer, inte att göra samhällsvetare av ingenjörerna eller ingenjörerav samhällsvetarna.I den kontinuerliga utvecklingen av Program Energisystem har ett förtroendefullt samarbete utvecklats som möjliggjort kontinuerliga förbättringar av forskningen och forskarutbildningen.Arvet från Program Energisystem har förts vidare i den nya Forskarskola Energisystem. Forskarskola Energisystem har en delvis annan struktur men bygger innehållsmässigt vidare på centrala idéer från Program Energisystem. Det finns ett fortsatt stort behov av tvärvetenskaplig kunskapsutveckling på energiområdet som främst handlar om att förstå komplicerade samband och processer och hur dessa kan påverkas.
|
|
| 5. |
- Alvfors, Per, et al.
(författare)
-
Forskarskolan Program Energisystem: Kunskapsutveckling genom samverkanmellan teknik- och samhällsvetenskap : Slutrapport 2016, Forskningssyntes för konsortiet Industriella energisystem
- 2016
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Denna syntesrapport är en sammanfattning och analys av den forskning som bedrivits inom ramen för det Industriella konsortiet från år 1997 (konsortiets verksamhet startade 1999) inom ramen för forskarskolan Program Energisystem. Under denna tid har 25 doktorsavhandlingar och en licentiatavhandling producerats inom det Industriella konsortiet. Avhandlingarna sammanfattas och analyseras i denna syntesrapport och arbetet avgränsas då till att studera avhandlingarnas Problemområde, Verktyg/Metod/Teori, Systemgräns, studerad Sektor och Övergripande resultat. Vidare ges, med utgångspunkt från dessa forskningsresultat, förslag på fortsatt forskning för hållbara och effektiva energisystem.Många viktiga problemområden har studerats inom ramen för forskarskolans Industrikonsortium. Ett flertal avhandlingar behandlar möjligheter att minska utsläppen av växthusgaser från industrin och här har flera sektorer studerats, bland annat massa- och pappersindustrin, järn- och stålindustrin, kemiindustrin och oljeraffinaderiindustrin. Ett centralt tema i avhandlingarna är potentialer för energieffektivisering i industrisektorn, inte minst vid införande av bioraffinaderikoncept i framtiden. Här analyseras t.ex. tekniska potentialer, kostnadseffektivitet för energieffektiviseringsåtgärder, samt betydelsen av energiledning och styrmedel.I avhandlingarna har en mängd olika metoder och verktyg använts. Den i särklass mest använda vetenskapliga metoden är intervjuer (15) följt av scenarioanalys (10), dokumentstudier (9), simuleringsberäkningar (9), pinchanalys (9) och optimering (8). Fallstudiemetodik där mer än en metod används för att studera ett specifikt fall, t.ex. ett företag, förekommer i flera avhandlingar. En grundtanke i forskarskolan Program Energisystem har varit att forskaren måste vara medveten om att resultat från energisystemanalyser kan påverkas av vilka systemgränser som valts. I flertalet av Industrikonsortiets avhandlingar har Europas elsystem utgjort systemgräns då effekter av förändrad elanvändning eller elproduktion analyserats.Industrikonsortiets forskningsresultat visar på många intressanta slutsatser. Det påvisas att det finns energieffektiviseringspotentialer både i nya investeringar och i energiledningsåtgärder, som att justera driftsbetingelser för befintlig teknisk utrustning och ändra beteenden. Det konstateras också att energisamarbeten mellan industri och energibolag med syfte att öka användningen av industriell överskottsvärme i många fall är en hållbar lösning som minskar regioners behov av primärenergi och reducerar utsläppen av växthusgaser. Hinder mot sådana samarbeten kan vara att detta inte är en del av industrins kärnverksamhet. Det konstateras även att energisamarbeten mellan närliggande anläggningar i ett industrikluster kan leda till avsevärt större energieffektiviseringspotentialer än om var och en av de ingående industrierna arbetar enbart med interna åtgärder. Hinder mot denna typ av samarbete är brist på etablerade affärsmodeller. Forskningen visar på ett behov av fortsatta studier kring begreppet kärnverksamhet och dess påverkan på energifrågan i svensk industrin. Avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) från industrin har studerats och här konstateras att denna lösning inte är ekonomiskt lönsam med dagens förutsättningar. Det rekommenderas därför att framtida forskning bedrivs för att studera vilka styrmedel som skulle behövas för att CCS ska bli ekonomiskt intressant för industrin. En annan viktig fråga är hur energitjänsteföretag ska formulera affärsmodeller och strategier kring CCS, samt hur de kan samarbeta med industrin för att på affärsmässiga grunder få till stånd CO2– avskiljning, transport och lagring. Även framtida forskning kring styrmedel, t.ex. energitjänster, för ökad energieffektivitet i industrisektorn förordas. Resultat från Industrikonsortiets avhandlingar visar att processintegrationsverktyget pinchanalys kan kombineras med optimeringsverktyg (i detta fall MIND) vid analys av industriella energisystem. Denna metodkombination ger intressanta resultat varför fortsatt forskning förordas kring kombinationer av olika processintegrationsmetoder. I flertalet avhandlingar har företagsdata använts som indata vid exempelvis modellering och processintegrationsstudier. Detta har accentuerat behovet av ett standardiserat protokoll vid insamling av företagsdata. Ett sådant protokoll kan öka reliabiliteten på indata och förslagsvis användas vid fallstudier.Avslutningsvis kan konstateras att trots närmare 20 års tvärvetenskaplig forskning mellan samhällsvetare och teknikvetenskaperna finns det fortfarande mycket mer att beforska och utveckla.
|
|
| 6. |
- Alvfors, Per, et al.
(författare)
-
Modelling of the simultaneous calcination, sintering and sulphation of limestone and dolomite
- 1992
-
Ingår i: Chemical Engineering Science. - 0009-2509 .- 1873-4405. ; 47:8, s. 1903-1912
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- The partially sintered spheres model, describing the sulphation of a sorbent particle consisting of CaO and inert content, is incorporated in a model taking into account the calcination of the limestone or dolomite and the sintering of the nascent oxide resulting from the calcination. The model is applicable, for example, to the sulphation of limestone or dolomite when injected into the furnace of a pulverized coal-fired boiler. The simulations show a temperature optimum in the calcium conversion. Increased calcium conversion is found when inert material is present. Satisfactory experimental verifications of the model are shown.
|
|
| 7. |
- Alvfors, Per, et al.
(författare)
-
Modelling of the sulphation of calcined limestone and dolomite—a gas-solid reaction with structural changes in the presence of inert solids
- 1988
-
Ingår i: Chemical Engineering Science. - : Elsevier BV. - 0009-2509 .- 1873-4405. ; 43:5, s. 1183-1193
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- The partially sintered spheres model is further developed to account for the influence of inert material present in the solid reactant. This model is applicable, for example, to the sulphation of CaO with a variable amount of inert material. An example is the reaction between calcined dolomite, CaO·MgO, and SO2, when used as an SO2 sorbent in a boiler furnace. The results show that the rate of reaction increases and the active part of the sorbent reaches a higher degree of conversion when inert material is present.
|
|
| 8. |
- Alvfors, Per, 1954-, et al.
(författare)
-
Research and development challenges for Swedish biofuel actors – three illustrative examples : Improvement potential discussed in the context of Well-to-Tank analyses
- 2010
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Currently biofuels have strong political support, both in the EU and Sweden. The EU has, for example, set a target for the use of renewable fuels in the transportation sector stating that all EU member states should use 10% renewable fuels for transport by 2020. Fulfilling this ambition will lead to an enormous market for biofuels during the coming decade. To avoid increasing production of biofuels based on agriculture crops that require considerable use of arable area, focus is now to move towards more advanced second generation (2G) biofuels that can be produced from biomass feedstocks associated with a more efficient land use. Climate benefits and greenhouse gas (GHG) balances are aspects often discussed in conjunction with sustainability and biofuels. The total GHG emissions associated with production and usage of biofuels depend on the entire fuel production chain, mainly the agriculture or forestry feedstock systems and the manufacturing process. To compare different biofuel production pathways it is essential to conduct an environmental assessment using the well-to-tank (WTT) analysis methodology. In Sweden the conditions for biomass production are favourable and we have promising second generation biofuels technologies that are currently in the demonstration phase. In this study we have chosen to focus on cellulose based ethanol, methane from gasification of solid wood as well as DME from gasification of black liquor, with the purpose of identifying research and development potentials that may result in improvements in the WTT emission values. The main objective of this study is thus to identify research and development challenges for Swedish biofuel actors based on literature studies as well as discussions with the the researchers themselves. We have also discussed improvement potentials for the agriculture and forestry part of the WTT chain. The aim of this study is to, in the context of WTT analyses, (i) increase knowledge about the complexity of biofuel production, (ii) identify and discuss improvement potentials, regarding energy efficiency and GHG emissions, for three biofuel production cases, as well as (iii) identify and discuss improvement potentials regarding biomass supply, including agriculture/forestry. The scope of the study is limited to discussing the technologies, system aspects and climate impacts associated with the production stage. Aspects such as the influence on biodiversity and other environmental and social parameters fall beyond the scope of this study. We find that improvement potentials for emissions reductions within the agriculture/forestry part of the WTT chain include changing the use of diesel to low-CO2-emitting fuels, changing to more fuel-efficient tractors, more efficient cultivation and manufacture of fertilizers (commercial nitrogen fertilizer can be produced in plants which have nitrous oxide gas cleaning) as well as improved fertilization strategies (more precise nitrogen application during the cropping season). Furthermore, the cultivation of annual feedstock crops could be avoided on land rich in carbon, such as peat soils and new agriculture systems could be introduced that lower the demand for ploughing and harrowing. Other options for improving the WTT emission values includes introducing new types of crops, such as wheat with higher content of starch or willow with a higher content of cellulose. From the case study on lignocellulosic ethanol we find that 2G ethanol, with co-production of biogas, electricity, heat and/or wood pellet, has a promising role to play in the development of sustainable biofuel production systems. Depending on available raw materials, heat sinks, demand for biogas as vehicle fuel and existing 1G ethanol plants suitable for integration, 2G ethanol production systems may be designed differently to optimize the economic conditions and maximize profitability. However, the complexity connected to the development of the most optimal production systems require improved knowledge and involvement of several actors from different competence areas, such as chemical and biochemical engineering, process design and integration and energy and environmental systems analysis, which may be a potential barrier.
|
|
| 9. |
- Alvfors, Per, et al.
(författare)
-
Research and development challenges for Swedish biofuel actors – three illustrative examples
- 2010
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Currently biofuels have strong political support, both in the EU and Sweden. The EU has, for example, set a target for the use of renewable fuels in the transportation sector stating that all EU member states should use 10% renewable fuels for transport by 2020. Fulfilling this ambition will lead to an enormous market for biofuels during the coming decade. To avoid increasing production of biofuels based on agriculture crops that require considerable use of arable area, focus is now to move towards more advanced second generation (2G) biofuels that can be produced from biomass feedstocks associated with a more efficient land use.Climate benefits and greenhouse gas (GHG) balances are aspects often discussed in conjunction with sustainability and biofuels. The total GHG emissions associated with production and usage of biofuels depend on the entire fuel production chain, mainly the agriculture or forestry feedstock systems and the manufacturing process. To compare different biofuel production pathways it is essential to conduct an environmental assessment using the well-to-tank (WTT) analysis methodology. In Sweden the conditions for biomass production are favourable and we have promising second generation biofuels technologies that are currently in the demonstration phase. In this study we have chosen to focus on cellulose based ethanol, methane from gasification of solid wood as well as DME from gasification of black liquor, with the purpose of identifying research and development potentials that may result in improvements in the WTT emission values. The main objective of this study is thus to identify research and development challenges for Swedish biofuel actors based on literature studies as well as discussions with the the researchers themselves. We have also discussed improvement potentials for the agriculture and forestry part of the WTT chain. The aim of this study is to, in the context of WTT analyses, (i) increase knowledge about the complexity of biofuel production, (ii) identify and discuss improvement potentials, regarding energy efficiency and GHG emissions, for three biofuel production cases, as well as (iii) identify and discuss improvement potentials regarding biomass supply, including agriculture/forestry. The scope of the study is limited to discussing the technologies, system aspects and climate impacts associated with the production stage. Aspects such as the influence on biodiversity and other environmental and social parameters fall beyond the scope of this study. We find that improvement potentials for emissions reductions within the agriculture/forestry part of the WTT chain include changing the use of diesel to low-CO2-emitting fuels, changing to more fuel-efficient tractors, more efficient cultivation and manufacture of fertilizers (commercial nitrogen fertilizer can be produced in plants which have nitrous oxide gas cleaning) as well as improved fertilization strategies (more precise nitrogen application during the cropping season). Furthermore, the cultivation of annual feedstock crops could be avoided on land rich in carbon, such as peat soils and new agriculture systems could be introduced that lower the demand for ploughing and harrowing. Other options for improving the WTT emission values includes introducing new types of crops, such as wheat with higher content of starch or willow with a higher content of cellulose. From the case study on lignocellulosic ethanol we find that 2G ethanol, with co-production of biogas, electricity, heat and/or wood pellet, has a promising role to play in the development of sustainable biofuel production systems. Depending on available raw materials, heat sinks, demand for biogas as vehicle fuel and existing 1G ethanol plants suitable for integration, 2G ethanol production systems may be designed differently to optimize the economic conditions and maximize profitability. However, the complexity connected to the development of the most optimal production systems require improved knowledge and involvement of several actors from different competence areas, such as chemical and biochemical engineering, process design and integration and energy and environmental systems analysis, which may be a potential barrier. Three important results from the lignocellulosic ethanol study are: (i) the production systems could be far more complex and intelligently designed than previous studies show, (ii) the potential improvements consist of a large number of combinations of process integration options wich partly depends on specific local conditions, (iii) the environmental performance of individual systems may vary significantly due to systems design and local conditons.From the case study on gasification of solid biomass for the production of biomethane we find that one of the main advantages of this technology is its high efficiency in respect to converting biomass into fuels for transport. For future research we see a need for improvements within the gas up-grading section, including gas cleaning and gas conditioning, to obtain a more efficient process. A major challenge is to remove the tar before the methanation reaction. Three important results from the biomethane study are: (i) it is important not to crack the methane already produced in the syngas, which indicates a need for improved catalysts for selective tar cracking, (ii) there is a need for new gas separation techniques to facilitate the use of air oxidation agent instead of oxygen in the gasifier, and (iii) there is a need for testing the integrated process under realistic conditions, both at atmospheric and pressurized conditions. From the case study on black liquor gasification for the production of DME we find that the process has many advantages compared to other biofuel production options, such as the fact that black liquor is already partially processed and exists in a pumpable, liquid form, and that the process is pressurised and tightly integrated with the pulp mill, which enhances fuel production efficiency. However, to achieve commercial status, some challenges still remain, such as demonstrating that materials and plant equipment meet the high availability required when scaling up to industrial size in the pulp mill, and also proving that the plant can operate according to calculated heat and material balances. Three important results from the DME study are: (i) that modern chemical pulp mills, having a potential surplus of energy, could become important suppliers of renewable fuels for transport, (ii) there is a need to demonstrate that renewable DME/methanol will be proven to function in large scale, and (iii) there is still potential for technology improvements and enhanced energy integration. Although quantitative improvement potentials are given in the three biofuel production cases, it is not obvious how these potentials would affect WTT values, since the biofuel production processes are complex and changing one parameter impacts other parameters. The improvement potentials are therefore discussed qualitatively. From the entire study we have come to agree on the following common conclusions: (i) research and development in Sweden within the three studied 2G biofuel production technologies is extensive, (ii) in general, the processes, within the three cases, work well at pilot and demonstration scale and are now in a phase to be proven in large scale, (iii) there is still room for improvement although some processes have been known for decades, (iv) the biofuel production processes are complex and site specific and process improvements need to be seen and judged from a broad systems perspective (both within the production plant as well as in the entire well-to-tank perspective), and (v) the three studied biofuel production systems are complementary technologies. Futher, the process of conducting this study is worth mentioning as a result itself, i.e. that many different actors within the field have proven their ability and willingness to contribute to a common report, and that the cooperation climate was very positive and bodes well for possible future collaboration within the framework of the f3 center. Finally, judging from the political ambitions it is clear that the demand for renewable fuels will significantly increase during the coming decade. This will most likely result in opportunities for a range of biofuel options. The studied biofuel options all represent 2G biofuels and they can all be part of the solution to meet the increased renewable fuel demand.
|
|
| 10. |
- Chutichai, Bhawasut, et al.
(författare)
-
Design of an integrated biomass gasification and proton exchange membrane fuel cell system under self-sustainable conditions : Process modification and heat-exchanger network synthesis
- 2017
-
Ingår i: International journal of hydrogen energy. - : Elsevier. - 0360-3199 .- 1879-3487. ; 42:1, s. 448-458
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- The design and analysis of an integrated biomass gasification and PEMFC system to generate heat and power demand for residential applications are presented in this study. Two biomass gasification configurations using sawdust as a feedstock are considered: air steam biomass gasification (AS-BG-PEMFC) and steam-only biomass gasification (SO-BG-PEMFC). The biomass processing consists of a biomass gasification which is used to produce H-2-rich gas (syngas), followed by high- and low-temperature shift reactors and a preferential oxidation reactor. Pinch analysis is performed to evaluate and design a heat-exchanger network in the two biomass gasification systems. The remaining useful heat is recovered and employed for a reactant preparation step and for a heating utility system in a household. The simulation results indicate that the SO-BG-PEMFC generates syngas with a greater H2 content than the AS-BG-PEMFC, resulting in higher fuel processor and electric efficiencies. However, the AS-BG-PEMFC provides a higher thermal efficiency because a high temperature gaseous product is obtained, and more energy is thereby recovered to the system. The total heat and power efficiencies of the AS-BG-PEMFC and the SO-BG-PEMFC are 83% and 70%, respectively. The Sankey diagram of energy flows reveals that the performance improvement depends entirely on the utilization of useful energy in the exhaust gas.
|
|
