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Bioaerosole aus Anlagen der Geflügelhaltung: Bestimmung und Beurteilung wichtiger Bestandteile des Bioaerosols in der Stall- und Abluft sowie im Stallumfeld (Luv/Lee) zur Bereitstellung von Kenndaten und Bewertung des Emissions- und Immissionsverhaltens mikrobieller Luftbestandteile aus Tierställen (Geflügel)

Lippmann, Jens, Mietke-Hofmann, Henriette, Deichmann, Jennifer, Heidenreich, Thomas 29 April 2017 (has links)
Der Bericht informiert über die Konzentration von Bioaerosolen in der Abluft und im Umfeld von Geflügelanlagen. Für die Parameter Endotoxin, Gesamtpilzzahl, Gesamtbakterienzahl, Enterokokken, Enterobakterien und S. aureus wurden Emissionsfaktoren berechnet sowie die Immissionskonzentration untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass es zu erhöhten Bioaerosolkonzentrationen im Umfeld von Geflügelanlagen kommen kann. Besonders der Parameter Gesamtbakterienzahl war deutlich erhöht. Die Untersuchungen wiesen Staphylokokken als hauptsächlich vorkommende Gattung nach. In mehreren Stichproben wurden hauptsächlich Staphylokokken der Risikogruppe 1 (RL 2000/54/EG) nachgewiesen. Dieser Beitrag richtet sich vor allem an Wissenschaftler und Fachpersonal auf dem Arbeitsgebiet der Bioaerosole.
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Biogas-BHKW: Einflussparameter auf die Formaldehydemissionen

Neumann, Torsten, Beer, Volker, Wedwitschka, Harald 24 August 2010 (has links)
An 11 Blockheizkraftwerken (BHKW) ohne Oxidationskatalysator und an 10 BHKW mit Oxidationskatalysator in Sachsen und Thüringen wurden die Einflussfaktoren auf die Formaldehydemissionen untersucht. Geprüft wurden insbesondere die Motorbetriebsparameter wie z.B. Zylindertemperaturen, Verbrennungsluftverhältnis, die Biogaszusammensetzung und die Biogasfeuchte. Im Ergebnis konnte kein bzw. nur ein geringer Einfluss der untersuchten Parameter auf die Formaldehydbildung festgestellt werden. Ebenfalls ließ sich bei den meisten der untersuchten Anlagen kein Einfluss von Wartungstätigkeiten sowie Ersatzteil- und Betriebsstoffwechseln auf die Formaldehydemissionen feststellen. Sollte der Gesetzgeber künftig einen niedrigeren Formaldehydgrenzwert vorschreiben, werden zusätzliche Technologien zur Biogasaufbereitung z.B. mit Aktivkohlefilter und zur Abgasnachbehandlung z.B. mit Oxidationskatalysator oder Thermoreaktor notwendig. Diese müssen aber noch hinsichtlich ihrer Standzeiten untersucht und optimiert werden.
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Modellgestütztes Monitoring von Störungen der Prozessbiologie in Biogasanlagen

Muth, Karen 06 October 2018 (has links)
Der Ausbau von erneuerbaren Energien hat seit 2000, durch die Einführung des Erneuerbaren Energien Gesetzes, auch im Bereich Biomasse zu einem stetigen Ausbau von Biogasanlagen geführt. Seit ca. 2014 stagniert der Ausbau, aufgrund einer Neuauflage des EEGs, in dem einige Subventionierungen wegfallen. Aus diesem Grund liegt der Fokus momentan u.a. auf der Optimierung von Biogasanlagen und der Minimierung von Störungen (Über- oder Unterfütterung, Temperaturschwankungen, Rührwerksausfall, etc.). Eines dieser Störfaktoren ist der Mangel von Spurenelementen, der häufig beim Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen auftritt. Häufig führt dieser Mangel zu einem niedrigen pH-Wert, einem hohem FOS/TAC Verhältnis sowie einer reduzierten Methanausbeute. Bleibt solch ein Mangel unentdeckt, kann es zu einem vollständigen Prozessabsturz innerhalb der Biogasanlage kommen. Die mathematische Beschreibung von anaeroben Prozessen erfolgt bereits seit ca. 40 Jahren und bildet den Biogasprozess mittlerweile sehr gut ab, sodass auf einige Störfaktoren rückgeschlossen werden kann. Durch eine Vielzahl existierender Modelle hat die IWA Task Group ein allgemeingültiges Modell zum anaeroben Abbau entwickelt, das Anaerobic Digestion Model No. 1 (Batstone et al. 2002). Aufbauend auf dem ADM1 sind weitere Modell-erweiterungen entwickelt worden. Eine Übersicht über diese Modelle ist in (Donoso-Bravo et al. 2011) zu finden. Bisher gibt es allerdings noch keinen Modellansatz zur Beschreibung der Spurenelemente innerhalb des ADM1 bzw. dessen Erweiterungen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der Spurenelemente auf den Biogasprozess, insbesondere im Falle einer Mangelsituation. Dabei gab es zwei Hauptziele. Das erste Hauptziel der vorliegenden Arbeit war eine mathematische Beschreibung der Umwandlungsprozesse von Spurenelemente sowie deren unterschiedliche Bindungsformen bereitzustellen. Diese Beschreibung sollte als Modellerweiterung an ein vorhandenes Modell zum anaeroben Abbau angebunden werden. Mit Hilfe dieses Modells sollte sowohl der Konzentrationsverlauf als auch die durch die Spurenelemente verursachten Auswirkungen auf den Biogasprozess abgebildet werden. Das zweite Hauptziel war die Validierung des Modells durch parallel durchgeführte Laborversuche an Reaktoren zur Untersuchung des Spurenelementmangels. Mit Hilfe der Laborversuche sind die Auswirkungen eines Spurenelementmangels nachgewiesen worden. Dabei zeigte sich nach ca. 3 Monaten Laufzeit ein reduzierter pH-Wert, ein ansteigendes FOS/TAC Verhältnis sowie eine verzögerte Biogasproduktion. Ein vollständig stabiler Prozess hat sich erst durch die Zugabe aller Spurenelemente wieder eingestellt. Gleichzeitig hat die erneute Zugabe der Spurenelemente in die Testreihen nach dem Mangel zu einer starken Schaumbildung geführt. Die mathematische Beschreibung der Umwandlungsprozesse von Spurenelemente erfolgt als eigenständiges Modell und kann an beliebige Modellansätze integriert werden. In der Arbeit ist dafür das ADM1da ausgewählt worden, um eine Beschreibung der anaeroben Prozesse zu integrieren. Gleichzeitig beinhaltet das ADM1da die Beschreibung von Mischsubstraten, sodass mit dem entwickelten Modellansatz zu jedem Substrat die spezifische Spurenelementkonzentration angegeben werden kann. Das neu entwickelte Modell beinhaltet drei wesentliche Schritte: (1) den Abbau des Substrates, indem die Spurenelemente gebunden sind, (2) die Freisetzung der Spurenelemente in den Gärschlamm und (3) die Umwandlung der einzelnen Spurenelement-Bindungsformen untereinander. Dabei sind in dem Modellansatz vier Fraktionen bezüglich der Spurenelemente integriert: (a) freie (bioverfügbare) bzw. leicht gebundene Ionen, (b) adsorbierte Ionen, (c) in Biomasse gebundene SE und (d) ausgefällte SE. Die Beschreibung einzelner Reaktionen sowie die Umwandlungen innerhalb der verschiedenen Fraktionen erfolgt über die Petersen-Matrix.:Danksagung I Inhaltsverzeichnis II Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis IX Abkürzungsverzeichnis XI 1 Einleitung 1 2 Kenntnisstand 4 2.1 Allgemeiner Aufbau Biogasanlagen 4 2.2 Grundlagen des anaeroben Abbaus 6 2.2.1 Biologische und chemische Prozesse 7 2.2.2 Einflussfaktoren 10 2.3 Spurenelemente 14 2.3.1 Bedarf und Folgen auf den Gärprozess 14 2.3.2 Bioverfügbarkeit von Spurenelementen 16 2.3.3 Quellen – Substrate und Zuschlagstoffe 17 2.4 Anaerobmodelle 18 2.4.1 Allgemein 18 2.4.2 ADM1 – mathematische Beschreibung der wichtigsten Prozesse 20 2.4.3 Weiterentwicklungen des ADM1 Modells 22 2.4.4 Verbesserungsmöglichkeiten am ADM1 Modell 24 2.4.5 Modellierung der Spurenelemente 26 3 Wissenschaftliche und experimentelle Methodik 29 3.1 Versuchsanlage 29 3.2 Versuchsdurchführung 31 3.3 Analysemethoden/Messtechnik 35 4 Auswertung und Diskussion der Laborversuche 38 4.1 Substratzugabe 38 4.2 Kontrollreihe 39 4.3 Testreihen mit Mangel an Spurenelementen 45 4.4 Spurenelementkonzentration innerhalb der Reaktoren 60 4.5 Test auf Signifikanz 64 5 Modellierung des Biogasprozesses unter Berücksichtigung der Spurenelemente 70 5.1 Mathematische Beschreibung des entwickelten Modellansatzes 70 5.2 Anknüpfung an das ADM1da 77 5.3 Programmtechnische Umsetzung/Implementierung 79 5.4 Anwendung des Modells anhand einer Biogasanlage 80 5.4.1 Simulation der Biogasanlage 80 5.4.2 Monovergärung von Maissilage 84 5.4.3 Substratmix zur Vermeidung eines Mangels 88 5.5 Anwendung des Modells anhand des Laborreaktors 93 5.5.1 Vergleich der Simulations- und Messdaten der Kontrollreihe 96 5.5.2 Vergleich der Simulations- und Messdaten der Testreihe 103 6 Zusammenfassung 122 7 Literaturverzeichnis 129 8 Anhang 138 8.1 Laborergebnisse Testreihe 138 8.1.1 Biogasmenge 139 8.2 Boxplot 140 8.2.1 Mangelphase 140 8.2.2 Rückführphase 141 8.3 Massenbilanzen 141 8.4 Vergleich Simulation/Messdaten – Kontrollreihe 142 8.4.1 pH-Wert 142 8.4.2 Biogasmenge 143 8.4.3 Methangehalt 143 8.5 Vergleich Simulation/Messung Testreihe 144 8.5.1 Spurenelemente 144 8.5.2 pH-Wert 146 8.5.3 FOS/TAC Verhältnis 147 8.5.4 Biogasmenge 148 8.5.5 Methangehalt 149
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Review on the most popular anaerobic digester models in the Mekong Delta: Review paper

Nguyen, Vo Chau Ngan, Phan, Trung Hieu, Vo, Hoang Nam 09 November 2012 (has links)
In Vietnam, the research and application of biogas technology were given a considerable attention in past 30 years. There is several biogas plant models apply in the suburban and rural areas where most people’s life is based on animal husbandry. Each biogas plant model own strong points or weakness that adapt to detail circumstances. The biogas plants play a key role within the VACB farming system especially in the Mekong Delta where produce more than 50% of yearly national agriculture production. This paper gives a comprehensive overview on the popular biogas models in the Mekong Delta through its development history. Knowing on the presented biogas technology in the Mekong Delta will lead the biogas-related organizations or private on biogas development at this region. / Ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ khí sinh học đã được chú ý trong 30 năm gần đây. Một số mô hình khí sinh học đã và đang được lắp đặt tại các vùng ngoại ô và nông thôn là những nơi tập trung nhiều hộ dân chăn nuôi heo. Có nhiều mô hình khí sinh học đã được triển khai, trong đó mỗi mô hình đều có những điểm mạnh và điểm yếu đáp ứng theo từng yêu cầu cụ thể. Ở ĐBSCL nơi sản xuất trên 50% sản lượng nông nghiệp của cả nước, hầm ủ khí sinh học đóng một vai trò quan trọng trong mô hình canh tác VACB. Bài báo này trình bày chi tiết các kiểu hầm ủ khí sinh học phổ biến tại ĐBSCL tương ứng với từng thời điểm phát triển của công nghệ này. Sự hiểu biết về các kiểu hầm ủ khí sinh học hiện tại ở ĐBSCL sẽ giúp các tổ chức hoặc cá nhân có liên quan trong việc định hướng phát triển công nghệ khí sinh học cho toàn vùng.
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Bioethanol production from marine algae biomass: prospect and troubles: Review paper

Nguyen, Thi Hong Minh, Vu, Van Hanh 15 November 2012 (has links)
The increase of petroleum cost as well as global warming and climate change result in investigation to discover new renewable energy resources. Bioenergy is one of the most important sources that is concerning the scientists and industrial sector. Although bioethanol had to be known as one of the most important renewable energy sources in order to reduce greenhouse gases and global warming, there is a limited number of publications reporting on them. In this review, a brief overview is offered about bioethanol production from algae. It can be given a deeper insight in dificulties and promising potential of bioethanol from algae. / Sự gia tăng giá nhiên liệu hóa thạch cùng với cảnh báo toàn cầu về biến đổi khí hậu hướng đến việc nghiên cứu tìm ra những nguồn năng lượng có thể tái tạo. Năng lượng sinh học là một trong những nguồn quan trọng được các nhà khoa học và doanh nghiệp quan tâm. Mặc dù ethanol sinh học đã được biết đến như là một trong những dạng năng lượng tái tạo quan trọng nhất để giảm thiểu các khí nhà kính và cảnh báo toàn cầu, nhưng chỉ có một số ít bài báo về nó. Trong bài tổng quan này, chúng tôi giới thiệu vắn tắt việc sản xuất ethanol sinh học từ tảo. Nó đưa ra cái nhìn sâu hơn về những khó khăn và tiềm năng hứa hẹn của sản xuất ethanol sinh học từ tảo.
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The effect of environmental factors on the physiology, yield and oil composition of safflower (Carthamus tinctorius L.)

Mohamed, Shiren Jalal January 2013 (has links)
This study investigated the effects of drought, nitrogen fertilizer and elevated CO2 and its interaction with nitrogen fertilizer on the physiology, growth, and production of the oil crop safflower (Carthamus tinctorius L.) in a semi-controlled glasshouse environment. Three levels of water stress were imposed: rosette (mid-season drought), stem elongation (terminal drought) and rosette to maturity (mid-season + terminal drought). Results indicated that all drought treatments imposed reduced stomatal conductance, but after the relief of mid-season drought plants recovered and as a result there were no significant differences from control in terms of yield components (branch and capital number) and seed number. Terminal drought and mid–season + terminal drought induced significant reductions in branch number (48% and 50%), in capitula number (33% and 67%), in seed number (89% and 92%), in above ground dry weight (30% and 54%) and in individual fresh seed weight (90% and 94%) respectively. However, water stress treatments had no significant effect on the maximum quantum efficiency of PSII (Fv/Fm) in dark adapted leaves compared with the control. Levels nitrogen fertilizer was studied equivalent to 0, 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175 kg N ha-1 were evaluated. Safflower responded incrementally to increasing nitrogen applied in a curvilinear asymptotic fashion. Assimilation rate (42%), transpiration rate (32%), stomatal conductance (52%) and LAI (42%) increased III up to 100 kg N ha-1 compared with the control. The above ground dry weight and seed yield associated with WUE continued to increase with each increment in nitrogen rate and above ground dry weight (42%), individual seed fresh weight (76%) and WUE (41%) increased up to 175 kg N ha-1 compared with the control. The effect of elevated CO2, (1000 μmol mol-1) significantly increased assimilation rate (27%) reduced stomatal conductance (29%) and transpiration rate (18%), increased LAI (28%) and above ground dry weight (51%) when measured at anthesis compared with ambient (400 μmol mol-1). At the same time plant organ N content was reduced. At harvest, elevated CO2 increased above ground dry weight (42%) and individual fresh seed weight (49%). The interaction effect of elevated CO2 with nitrogen input was investigated using four nitrogen levels equivalent to 25, 75,125 and 175 kg ha-1. The nitrogen response rate was raised by elevated CO2 equally at each nitrogen application rate so that there was no significant interaction effect between the two for most parameters measured. In this way both CO2 and nitrogen were acting as “fertilizers”. Overall the results showed that despite being put forward as a drought resistant crop for low input agricultural systems safflower is capable of responding positively to well irrigate and well fertilized conditions. Furthermore under conditions of elevated CO2 it can be expected to increase its yield potential but to achieve this will require a higher degree of nitrogen fertilization. CO2 is capable of substituting for up to 100 kg N ha-1 without a decline in yield and this shows that CO2 is the primary limiting factor in safflower assimilation. IV Seed oil content and its fatty acid profile appeared to be relatively stable and were not affected drastically by either nitrogen fertilization or elevated CO2.This demonstrated the integrity of the oil filling process during seed fill and emphasized that this is primarily under genetic control with relatively little influence from environmental parameters.
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High pressure hydrates of CO2 & materials for carbon storage

Amos, Daniel Michael January 2015 (has links)
The class of water-ice compound known as gas hydrate has been of interest to science for sometime where, for instance, gas hydrates make excellent candidates for studying the interactions of water and gas molecules. They are also of relevance to industry, where they present an interesting material for the separation, transport, and storage of different gases, and also due to the vast quantities of methane gas that are trapped in natural gas hydrate formations. While much is known about the behaviour of many gas hydrate systems at high-pressure, the CO2 hydrate system is less well studied, with apparent hydrate dissociation at just 10 kbar, and (prior to this work) an unsolved crystalline phase in the pressure range 6-10 kbar. In this work the CO2-H2O system has been studied at high-pressure and, by heating samples to the liquid state and observing their behaviour on refreezing, it has been confirmed that there are indeed no hydrate phases in the system above 10 kbar (up to at least 40 kbar). While performing this investigation, an interesting effect of CO2 on the behaviour of water crystallisation was also observed, and additionally, a simple yet effective technique for making solubility measurements in the system at high-pressure has been discovered. Using a combination of neutron and x-ray diffraction techniques, the crystal structure of the previously unsolved ‘HP’ CO2 hydrate phase has been determined by ab-initio methods. It has been found to be a new gas hydrate structure, but is shared by a small number of Zintl compounds, and may also be common to the unsolved C0 phase of H2 hydrate. The structure has a characteristic spiral of guest molecule sites, leading to its suggested label as the spiral hydrate structure (s-Sp). Its composition has been measured as a tri-hydrate, and the compressibility of s-Sp and the low-pressure s-I CO2 hydrate phases have also been measured. On cooling to 77 K it has been discovered that a third CO2 hydrate phase is formed with a significantly larger unit cell, which is thought to possess a structure similar to that of s-Sp, but with an ordered arrangement of CO2 molecules. Finally, a pilot study of the high-pressure behaviour of the binary H2-CO2 hydrate system has been performed. Using Raman spectroscopy it has been found that a new mixed hydrate phase exists in the pressure range 5-15 kbar, and it is speculated that this could exhibit a freely tunable H2/CO2 content, based on suspicion that it forms the s-Sp structure. Additionally, it has been found that H2 and CO2 chemically react at room temperature, when compressed to ~5 kbar in a rhenium gasket. From the Raman spectrum this reaction product has been identified to be aqueous-methanol.
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Jonas of Bobbio and the 'Vita Columbani' : sanctity and community in the seventh century

O'Hara, Alexander January 2009 (has links)
The seventh century was a formative period in the history of western monasticism. It was during this period that a monastic culture became more entrenched on the Continent with the foundation of new monasteries that were more closely tied to royal and aristocratic power. The catalyst behind this development was the Irish abbot and monastic founder, Columbanus (c. 550-615), and his Frankish disciples, the Columbanians. Columbanus’s ascetical exile to the Continent in 590 and his founding of monasteries in the Vosges forests of Burgundy and at Bobbio in Lombard Italy had a deep impact on Frankish and Lombard societies. Luxeuil in Burgundy became the nexus of the Hiberno-Frankish monastic movement in Merovingian Gaul in the years following Columbanus’s death, while Bobbio became an important centre of Catholic orthodoxy and influence in Lombard Italy. This thesis considers our principal source for Columbanus and the Columbanian familia, Jonas of Bobbio’s Vita Columbani abbatis et discipulorumque eius, written between 639 and 642. This is arguably the most important hagiographical work produced in the seventh century and one of the most significant of the early Middle Ages. I propose that the work was principally a Bobbio production meant to re-vindicate Columbanus’s saintly reputation amongst the Frankish communities and to criticize the dissent and disunity that had led to a change in Columbanian practices a decade after the saint’s death. I also consider whether it was addressed to a wider royal and aristocratic audience in Merovingian Gaul and propose new insights into the structure of the work. In addition to a close textual study of the Vita Columbani and Jonas’s other, lesser-known saints’ Lives, the Vita Vedastis and the Vita Iohannis, I explore the career of Jonas himself, seeing him as an individual whose life reflected many of the changing political, cultural, and religious circumstances of his age.
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Entwicklung eines technischen Demonstrators eines wasserstoffbetriebenen Bi-Mode-EMU als Nachrüstlösung für Bestandsfahrzeuge

Förster, Tino 18 March 2021 (has links)
Die Aufgabenstellung der hier vorgestellten Diplomarbeit befasst sich mit der Integration von nichtfossilen Energieträgern im Eisenbahnbereich. Grundsätzlich soll untersucht werden, inwiefern eine technisch umsetzbare Integrationslösung erarbeitet werden kann, die an ein bereits im Betrieb befindliches Schienenfahrzeug zur Personenbeförderung nachgerüstet werden kann. Durch diese Umrüstung soll das Demonstratorfahrzeug dann in der Lage sein, sowohl die elektrische Energie des Fahrdrahtes als auch die mitgeführte Energie zum Betrieb zu nutzen. Im Ergebnis sollen damit Dieselfahrzeuge ersetzt werden, die bisher auf Strecken ohne Oberleitung eingesetzt werden. Im Ausgangszustand wird ein Triebzug betrachtet, der im ursprünglichen Aufbau für den reinen Oberleitungsbetrieb entwickelt wurde. Aus dem Englischen kommend werden solche Verkehrsmittel auch als EMU bezeichnet, was abgekürzt für Electric Multiple Unit steht. Um solche Fahrzeuge auch ohne Oberleitung mit Energie zu versorgen, bedarf es der Nachrüstung von Energiespeichern am Triebzug. In diesem Fall bildet gasförmiger Wasserstoff den primären Energiespeicher, dessen chemische Energie durch ein Brennstoffzellensystem in elektrische Energie gewandelt werden soll. Außerdem ist aufgrund verschiedener Randbedingungen ein Akkumulatorsystem als sekundärer Energiespeicher notwendig. Grundsätzlich kann das umgerüstete Fahrzeug dann als Hybridfahrzeug bezeichnet werden, im Projektkontext wird allerdings aufgrund der zweifachen Energiezuführung von einem Bi-Mode-Fahrzeug gesprochen. Die Einbauuntersuchung behandelt sowohl volumetrische als auch gravimetrische Fragestellungen, die bei der Integration der genannten Systeme zu beachten sind. So wird beispielsweise durch ein Berechnungsmodell untersucht, welche Auswirkungen die Schwerpunktlage des Wagens auf die Radsatzlasten hat. Im Ergebnis der Untersuchung kann festgehalten werden, dass unter den gegebenen Randbedingungen die Integration der Komponenten eine deutliche Reduzierung der Personenzahlen notwendig wird. / The task of the diploma thesis presented here deals with the integration of non-fossil energy sources in the railroad sector. The basic aim is to investigate the extent to which a technically feasible integration solution can be developed that can be retrofitted to a rail vehicle already in operation for passenger transportation. Through this retrofit, the demonstrator vehicle should then be able to use both the electrical energy of the contact wire and the energy carried for operation. As a result, it is intended to replace diesel vehicles that have been used to date on lines without overhead contact lines. In the initial state, a multiple-unit train is considered that was developed in its original design for pure overhead contact line operation. This type of vehicle is also known as an EMU, which stands for Electric Multiple Unit. In order to supply such vehicles with energy even without an overhead line, energy storage systems have to be retrofitted to the multiple unit. In this case, gaseous hydrogen forms the primary energy storage medium, whose chemical energy is to be converted into electrical energy by a fuel cell system. In addition, due to various boundary conditions, an accumulator system is required as secondary energy storage. In principle, the converted vehicle can then be called a However, in the context of the project, it is referred to as a bi-mode vehicle due to the dual energy supply. The installation study addresses both volumetric and gravimetric issues that need to be considered when integrating the aforementioned systems. For example, a calculation model is used to investigate the effects of the vehicle's center of gravity on the wheelset loads. As a result of the investigation, it can be stated that under the given boundary conditions, the integration of the components will necessitate a significant reduction in the number of passengers.
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Transport de fluides dans les matériaux microporeux / Transport of fluids in microporous materials

Oulebsir, Fouad 11 December 2017 (has links)
L'exploitation des ressources non conventionnelles de roches mères telles que les schistes gazeux contribue de plus en plus au mix énergétique mondial en raison de la raréfaction des ressources conventionnelles. L'exploitabilité de ces réservoirs repose principalement sur la qualité, la teneur et le type de matière organique qu'ils contiennent. En effet, il est admis que plus de la moitié des hydrocarbures présents dans les schistes sont adsorbés dans la matière organique solide, appelée kérogène, dont la structure est microporeuse et amorphe, et qui représente à la fois la source et le réservoir d'hydrocarbures. Le kérogène se trouve sous forme dispersée dans la matière minérale et représente environ 5% de la masse totale de la roche. La compréhension des propriétés de transport des fluides à l'échelle des micropores, en particulier leur dépendance aux conditions thermodynamiques et aux propriétés structurelles du matériau, revêt une importance cruciale pour l'optimisation de la récupération de ces ressources. De ce point de vue, l'objectif principal de cette thèse vise à bien documenter les propriétés de transport des hydrocarbures à travers les kérogènes et améliorer leur description théorique. Pour ce faire, nous avons fait le choix d'étudier les propriétés de transport des fluides à travers ces matériaux en utilisant une approche numérique basée sur des simulations moléculaires de type dynamique moléculaire et Monte Carlo, conduites sur des modèles moléculaires de kérogène mature et sur un système modèle simplifié. Ceci nous a permis d’explorer les mécanismes de transport à une échelle où l'observation expérimentale est difficile, voire impossible, et également de nous situer dans des conditions thermodynamiques supercritiques (haute pression, haute température) caractéristiques des réservoirs de gaz de schiste. La première partie de ce travail a consisté à étudier les propriétés de transport et d'adsorption des fluides purs dans des structures de kérogène mature reconstruites par simulations moléculaires. Ensuite, la dépendance des propriétés de transport aux variations des conditions thermodynamiques (température à gradient de pression fixe) ainsi qu'à la distribution de tailles de pores a été étudiée. Concernant le deuxième objectif, afin de mieux comprendre et modéliser la diffusion des fluides à l'échelle d'une constriction microporeuse entre deux pores, nous avons étudié un système modèle constitué d'une seule fente microporeuse formée dans un solide mono-couche. L'étude a consisté à simuler la diffusion de transport d'un fluide à travers la constriction en variant les paramètres géométriques (rapport d’aspect entre la largeur du pore et la taille des molécules diffusantes) et thermodynamiques (température, chargement en fluide). Ces résultats de simulations ont été comparés aux prédictions d'un modèle théorique, fondé sur la théorie cinétique des gaz et la mécanique statistique classique, qui prend en compte l'effet de la température sur la porosité accessible ainsi que l'effet du chargement en fluide à l'entrée du seuil de pore. Un bon accord a été observé entre les valeurs simulées des coefficients de diffusion et les prédictions du modèle proposé. Ce système a ainsi contribué à la compréhension des phénomènes de tamisage moléculaire survenant lors du franchissement d'une constriction microporeuse, inhérents au transport de fluides dans les matériaux microporeux tels que le kérogène. / The share of unconventional resources in the global energy mix is expected to rise because of the shortage of conventional fossil resources. The major part of these unconventional resources are found in source rocks such as gas shales. The profitability of shale reservoirs strongly depends on the quality, type and content of organic matter contained in the rock. Indeed, it is admitted that more than half of the hydrocarbons stored in the shale are adsorbed in the solid organic matter, the so-called kerogen. The latter exhibits a microporous amorphous structure, and acts as both the source and the reservoir of hydrocarbons. Kerogen is finely dispersed in the mineral matrix and represents about 5% of the total mass of the rock. The understanding of the transport of fluids at the microporous scale is of crucial importance for optimizing the recovery of these resources. More specifically, how the structural properties of the microporous material and thermodynamic conditions influence its transport properties is an open question. In this regard, the main objective of this thesis is to document the transport properties of hydrocarbons through kerogens and to improve their theoretical description. To do so, we opted for a numerical approach based on molecular simulations of molecular dynamics and Monte Carlo codes performed on molecular models of mature kerogen, as well as simplified model systems. We thus explored transport mechanisms at the molecular scale, at which experimental observations are difficult, if not impossible. Supercritical thermodynamic conditions (high pressure, high temperature) were considered, which are characteristic of shale gas reservoirs. The first part of this work has consisted in studying the transport and adsorption properties of pure fluids in mature kerogen structures reconstructed by molecular simulations. We studied the dependence of the transport properties on the variations of the thermodynamic conditions (pressure gradient at a fixed temperature) as well as the influence of the pore size distribution. In order to better understand and describe the diffusion of fluids at the scale of a microporous constriction between two pores, the second objective of this thesis focused on a model system, which consisted of a single-layer solid with a slit aperture of controllable width. We simulated the diffusional transport of simple fluids through the constriction for various geometrical parameters (aspect ratio between the width of the pore and the size of the diffusing molecules) and thermodynamic conditions (temperature, fluid loading). These simulations results have been compared to the predictions of a theoretical model, based on the kinetic theory and classical statistical mechanics, which accounts for the effect of temperature on the accessible porosity and the effect of fluid loading at the entrance of the pore. A good agreement was observed between the simulated values of the diffusion coefficients and the predictions of the proposed model. The investigation of this simplified system helped in understanding the molecular sieving phenomena inherent to the transport of fluids in microporous materials such as kerogen.

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