n a world of unsustainable growth and increasingly catastrophic climate events, the quest for sustainability is open. Electrochemical ammonia synthesis (EAS) represents an eco-friendly means for green ammonia production. This technology mainly requires electricity, which can be harvested from renewable sources, as its energy input, and can be employed in a decentralized fashion, cutting down transport emissions and complexity. Green ammonia could help humanity as a hydrogen carrier, energy storage and sustainable fertilizer. However, sustainable alternatives are still far from achieving the production rates of the current adopted technology, namely the Haber-Bosch process. The present experimental-based investigation explores the feasibility of implementing a new membrane-less porous walls approach to electrochemical ammonia synthesis. This research mainly revolves around two experimental phases: the first considering a single compartment (SC) cell electrochemical set-up, and the second a membrane-less porous walls (PW) cell set-up. The former was used to gain knowledge regarding membrane-less cell behaviour, which then was applied to the latter, whose aim was to achieve ammonia synthesis. It was demonstrated that this approach can achieve high current densities (707.4 mA cm-2) and high ammonia production rate (1727.9 μmol cm-2 h-1) at -3.1V (cell voltage), through catalytic nitrate (𝑁𝑂3−) reduction, on nickel phosphide sheet cathode, in an aqueous sodium hydroxide electrolyte solution. On the contrary, it shows low faradaic efficiency, only 43%. Even if the results were partially validated by literature and contamination tests, isotope labelling experiments need to be conducted for more reliable estimates. These findings add another promising perspective to the field of electrochemical ammonia synthesis. / I en värld av ohållbar tillväxt och alltmer katastrofala klimathändelser är strävan efter hållbarhet öppen. Elektrokemisk ammoniaksyntes (EAS) är en miljövänlig metod för grön ammoniakproduktion. Denna teknik kräver främst el, som kan förses från förnybara källor, för energitillförsel och kan användas på ett decentraliserat sätt, vilket minskar transportutsläppen och komplexiteten. Grön ammoniak kan hjälpa mänskligheten som vätgasbärare, energilagring och hållbart gödningsmedel. Hållbara alternativ är dock fortfarande långt ifrån att uppnå produktionsnivån för nuvarande teknik, nämligen Haber-Bosch-processen. Detta experimentella arbete undersöker möjligheten att implementera en ny strategi för elektrokemisk ammoniaksyntes genom membranfri porösväggar. Denna forskning handlar huvudsakligen om två experimentella faser: den första handlar om enkelfack (SC) cellelektrokemisk uppsättning, och den andra en membranfri porösväggar (PW) celluppsättning. Den förstnämnda användes för att få kunskap om membranfritt cellbeteende, som sedan applicerades på det senare, vars mål var att uppnå ammoniaksyntes. Det har visats att den just nämnda tekniken kan uppnå högströmtätheter (707.4 mA cm-2) och hög ammoniakproduktionshastighet (1727.9 μmol cm-2 h-1) vid -3.1V (cellspänning), genom katalytiskt nitrat (𝑁𝑂3−) reduktion, på nickelfosfidarkatod i en vattenhaltig natriumhydroxidelektrolytlösning. Å andra sidan visar resultaten en låg faradaisk effektivitet, bara 43%. Även om resultaten delvis validerades genom litteratur- och kontamineringstester, måste isotopmärkningsexperiment genomföras för mer pålitliga uppskattningar. Dessa fynd lägger till ytterligare ett lovande perspektiv på området elektrokemisk ammoniaksyntes.

<p>Huvudsyftet med arbetet har varit att undersöka potentialen för värmedriven kylproduktion, dvs. absorptionskyla, i Linköpings energisystem. Bakgrunden är att många energibolag söker efter nya avsättningsområden för fjärrvärme pga. det överskott på värme som finns sommartid i energisystem med kraftvärme. Dessutom förväntas elpriserna fortsätta stiga då Sverige med stor sannolikhet kommer att följa resten av Europa och gå från ett energidimensionerat system till ett effektdimensionerat system. Till följd av detta blir energieffektiviserande åtgärder allt viktigare och absorptionskyla innebär att mer el kan produceras i ett system med kraftvärme, istället för att konsumeras.</p><p>Det finns två typer av absorptionskylmaskiner (ABS) tillgängliga på marknaden, antingen har de fjärrvärme eller ånga som drivmedel. Den typ av ABS som drivs av fjärrvärme lämpar sig för produktion av komfortkyla, dvs. kyla som inte behöver komma ned till så låga temperaturer. Ångdriven ABS kan däremot komma ned till lägre temperaturer, något som kan passa vid processkyla. En förutsättning för absorptionskyla är tillgång till billig värme/ånga. Tekniska Verken har tack vare avfallsförbränning tillgång till billig värme. Ångan i systemet produceras däremot idag med olja och el, något som gör det dyrare att generera absorptionskyla med hjälp av ånga.</p><p>En fallstudie utfördes på de två industrierna Linköpingsmejeriet och Swedish Meats där anslutningsmöjligheterna för absorptionskyla undersöktes. Främst behovet av processkyla har undersökts då det var betydligt större än behovet av komfortkyla. Ett antal fall med olika förutsättningar för att tillgodose dessa kylbehov till de båda industrierna har simulerats i MODEST. Utifrån de resultat som erhållits har följande slutsatser dragits.</p><p>• I dagsläget finns inte tillräckligt med ångproduktion i systemet för att tillgodose både det befintliga ångbehovet samt den mängd ånga som behövs för att framställa kylan.</p><p>• En investering i nya biopannor till ett kraftvärmeverk kan ge tillräcklig mängd billig ånga och värme för att ge lönsamhet i värmedriven kylproduktion.</p><p>• Koldioxidutsläppen, lokala såväl som globala, minskar som en följd av övergång från el-kompressorer till absorptionskylmaskiner. En investering i nya biopannor skulle minska utsläppen ytterligare, då fossilt bränsle ersätts.</p><p>• En investering i en litiumbromid absorptionskylmaskin är inte lönsam vid en så pass liten efterfråga som har varit aktuellt i de undersökta fallen.</p> / <p>The main purpose of this thesis has been to look in to the potential of a production of district cooling using heat as the source of power, i.e. absorptions cooling, in the energy system of Linköping. In the light of the fact that many energy companies are looking for new markets for district heating due to the surplus of heat in the summertime in an energy system with CHP (Combined Heat and Power). Furthermore, the price on electricity is expected to continue to rise since Sweden is most likely to follow Europe’s lead and embrace a power dimensioned energy system. As a result of that transition, energy efficient measures will be more important and absorption cooling implies that more electricity can be produced, instead of consumed, in a CHP system.</p><p>There are two different types of absorption cooling machines available in the market, with either district heating or steam as the source of power. A machine using district heating as the source of power is most suitable to produce comfort cooling i.e. the cold does not need to attain such low temperatures. A steam driven absorption cooling machine is able to attain the very low temperatures needed for cooling used in the processing industry. A condition for absorption cooling is the access to low-cost heat/steam. Tekniska Verken (an energy company) has due to waste incineration access to low-cost heat. The steam in the energy system is produced with oil and electricity, which makes it more expensive to generate absorption cooling with steam as the power source.</p><p>A casestudy was preformed at two industries in Linköping, Linköpingsmejeriet and Swedish Meats, where the possibility for connection of district cooling was examined. Mainly the cooling needed in the processing industry has been examined as this is need is considerably larger than the need for comfort cooling. A number of cases with different conditions for producing district cooling have been simulated in MODEST. The following conclusions have been drawn based on the results of the simulations.</p><p>• In the energy system of today there is not enough steam production to fulfil both the current need for steam and the amount of steam needed for cooling production.</p><p>• An investment in new CHP-plants using biomass fuels will generate enough heat and steam to be profitable for cooling production using heat as a source of power.</p><p>• The emission of carbon dioxide will decrease as a result of the transmission from compression cooling to absorption cooling. The emission will decrease further if an investment in new CHP plants with biomass fuels is carried out. This will then replace the use of fossil fuels.</p><p>• An investment in lithium bromide absorptions cooler will not be profitable with such a small demand as the one in question.</p>

Hemkompostering är fördelaktigt bland annat därför att det kan leda till minskade transporter av sopor och därmed koldioxidutsläpp, samt att den färdiga komposten kan användas som näringstillskott för växter. Kompostering av matavfall innebär dock en risk för bildning av metan och lustgas, vilka är starka växthusgaser. Även ammoniak, med försurande och övergödande effekter, kan släppas ut från komposten under vissa förhållanden. Det här arbetet syftar till att undersöka utsläppen av dessa ämnen, samt öka kunskapen om hur skötseln av komposten påverkar utsläppen.   Vid tre tillfällen under juni och juli 2010 utfördes mätningar på 20 komposter i Uppsala.  Temperaturen mättes i komposten, prov togs av gasen i kompostoch prover av materialet togs även för analys av vattenhalt, pH och askhalt. Hushållen förde också protokoll över sin skötsel av komposten under tiden för mätningarna. Utöver detta genomfördes en enkätstudie i vilken ett större antal komposter inkluderades, i avsikt att ge en bredare bild av hur hemkomposter i allmänhet sköts.   Gasproven analyserades i gaskromotograf, och de beräknade koncentrationerna relaterades till uppmätta temperaturer, vattenhalter, pH-värden och askhalter samt de ifyllda protokollen.   Enkätstudien visade att hemkomposter används och sköts om på mycket varierande sätt. Resultaten visade vidare att utsläppen av metan och lustgas (angivna som kvoterna CH4:CO2 respektive N2O:CO2) överlag var låga jämfört med uppmätta utsläpp i andra studier, med högre värden på omkring 2,5% endast för ett fåtal komposter. Effekterna av utsläppen av N2O beräknades till cirka 12 gånger större än de orsakade av utsläppen av CH4. Ett antydan till samband kunde ses mellan uppmätt NH3-halt och tillsatser av kväverikt kött-/fiskavfall. I övrigt kunde inga andra distinkta samband mellan skötsel och utsläpp observeras, något som skulle kunna bero på dels att endast tre mätomgångar ingår i studien och dels på att datan inhämtad från protokollen varierade i kvalitet och innehöll stora osäkerheter. / Home composting is beneficial as it can help reduce transports of household waste, and also because the mature compost can be used as a soil amendment for plants. On the other hand, composting of food waste enables formation of the potent greenhouse gases methane and nitrous oxide. It is also possible that ammonia be formed, which can have acidifying and eutrophicating effects on the environment. The aim of this study was to examine the emissions of these compounds, and if possible to gain knowledge on how the management of the compost affects these emissions.   Measurements were carried out on 20 home composts within Uppsala on three occasions during June and July in 2010. The compost temperature was measured, gas samples were taken and also samples of the material for analysis of moisture and ash content as well as pH. The households were also asked to fill in a protocol with all the compost activities performed during the period of the measurements. In addition to this, a questionnaire study was conducted in order to give an overview of how home composts in general are fed and managed.   The gas samples were analyzed in a gas chromatograph, and the obtained concentrations were then put in relation to the measured temperatures, pH, and moisture and ash contents as well as the data from the protocols.   The questionnaire study showed that home composts are used and managed in very different ways. Moreover, the results showed that the emissions of methane and nitrous oxide (given as CH4:CO2 and N2O:CO2 ratios) in general were small compared to those from other studies, with only a couple of composts with higher ratios than around 2.5%. The effects on the environment from the measured emissions of N2O were calculated to 12 times greater than those given by the emissions of CH4. Regarding ammonia, a clear connection was observed between the few elevated concentrations and additons of meaty waste rich of nitrogen. As for the greenhouse gases, no distinct correlations could be seen between how the composts were managed and the CH4:CO2 and N2O:CO2 ratios. This might be explained by the fact that only three sampling rounds were conducted, but also that the protocol information contained uncertainties and varied in quality.

Huvudsyftet med arbetet har varit att undersöka potentialen för värmedriven kylproduktion, dvs. absorptionskyla, i Linköpings energisystem. Bakgrunden är att många energibolag söker efter nya avsättningsområden för fjärrvärme pga. det överskott på värme som finns sommartid i energisystem med kraftvärme. Dessutom förväntas elpriserna fortsätta stiga då Sverige med stor sannolikhet kommer att följa resten av Europa och gå från ett energidimensionerat system till ett effektdimensionerat system. Till följd av detta blir energieffektiviserande åtgärder allt viktigare och absorptionskyla innebär att mer el kan produceras i ett system med kraftvärme, istället för att konsumeras. Det finns två typer av absorptionskylmaskiner (ABS) tillgängliga på marknaden, antingen har de fjärrvärme eller ånga som drivmedel. Den typ av ABS som drivs av fjärrvärme lämpar sig för produktion av komfortkyla, dvs. kyla som inte behöver komma ned till så låga temperaturer. Ångdriven ABS kan däremot komma ned till lägre temperaturer, något som kan passa vid processkyla. En förutsättning för absorptionskyla är tillgång till billig värme/ånga. Tekniska Verken har tack vare avfallsförbränning tillgång till billig värme. Ångan i systemet produceras däremot idag med olja och el, något som gör det dyrare att generera absorptionskyla med hjälp av ånga. En fallstudie utfördes på de två industrierna Linköpingsmejeriet och Swedish Meats där anslutningsmöjligheterna för absorptionskyla undersöktes. Främst behovet av processkyla har undersökts då det var betydligt större än behovet av komfortkyla. Ett antal fall med olika förutsättningar för att tillgodose dessa kylbehov till de båda industrierna har simulerats i MODEST. Utifrån de resultat som erhållits har följande slutsatser dragits. • I dagsläget finns inte tillräckligt med ångproduktion i systemet för att tillgodose både det befintliga ångbehovet samt den mängd ånga som behövs för att framställa kylan. • En investering i nya biopannor till ett kraftvärmeverk kan ge tillräcklig mängd billig ånga och värme för att ge lönsamhet i värmedriven kylproduktion. • Koldioxidutsläppen, lokala såväl som globala, minskar som en följd av övergång från el-kompressorer till absorptionskylmaskiner. En investering i nya biopannor skulle minska utsläppen ytterligare, då fossilt bränsle ersätts. • En investering i en litiumbromid absorptionskylmaskin är inte lönsam vid en så pass liten efterfråga som har varit aktuellt i de undersökta fallen. / The main purpose of this thesis has been to look in to the potential of a production of district cooling using heat as the source of power, i.e. absorptions cooling, in the energy system of Linköping. In the light of the fact that many energy companies are looking for new markets for district heating due to the surplus of heat in the summertime in an energy system with CHP (Combined Heat and Power). Furthermore, the price on electricity is expected to continue to rise since Sweden is most likely to follow Europe’s lead and embrace a power dimensioned energy system. As a result of that transition, energy efficient measures will be more important and absorption cooling implies that more electricity can be produced, instead of consumed, in a CHP system. There are two different types of absorption cooling machines available in the market, with either district heating or steam as the source of power. A machine using district heating as the source of power is most suitable to produce comfort cooling i.e. the cold does not need to attain such low temperatures. A steam driven absorption cooling machine is able to attain the very low temperatures needed for cooling used in the processing industry. A condition for absorption cooling is the access to low-cost heat/steam. Tekniska Verken (an energy company) has due to waste incineration access to low-cost heat. The steam in the energy system is produced with oil and electricity, which makes it more expensive to generate absorption cooling with steam as the power source. A casestudy was preformed at two industries in Linköping, Linköpingsmejeriet and Swedish Meats, where the possibility for connection of district cooling was examined. Mainly the cooling needed in the processing industry has been examined as this is need is considerably larger than the need for comfort cooling. A number of cases with different conditions for producing district cooling have been simulated in MODEST. The following conclusions have been drawn based on the results of the simulations. • In the energy system of today there is not enough steam production to fulfil both the current need for steam and the amount of steam needed for cooling production. • An investment in new CHP-plants using biomass fuels will generate enough heat and steam to be profitable for cooling production using heat as a source of power. • The emission of carbon dioxide will decrease as a result of the transmission from compression cooling to absorption cooling. The emission will decrease further if an investment in new CHP plants with biomass fuels is carried out. This will then replace the use of fossil fuels. • An investment in lithium bromide absorptions cooler will not be profitable with such a small demand as the one in question.

The precise determination of the type and concentration of gases is of increasing importance in numerous applications. Despite the diverse operating principles of today´s gas sensors, technological trends can be summarized with the keyword miniaturization, because of the resulting benefits such as integrability and energy efficiency. This work deals with the development and fabrication of novel nanowire based gas sensors, which in comparison to conventional devices have an advantageous combination of high sensitivity and selectivity with low power consumption and small size. On the basis of grown silicon nanowires, sensors based on the functional principle of classical Schottky barrier field effect transistors with abrupt metal-semiconductor contacts are fabricated. The sensing performance of the devices is investigated with respect to the detection of ammonia. Ammonia concentrations down to 170 ppb are measured with a sensor response of more than 160 % and a theoretical limit of detection of 20 ppb is determined. Selectivity investigations show that no cross sensitivity to most common solvents occurring in living spaces exists. Moisture influences on the device are studied and reveal that the sensor responds within seconds, making it potentially suitable as humidity sensor. Moreover, it is shown that a higher relative humidity and higher temperatures decrease the sensor sensitivity. In terms of possible applications, it is a great advantage that the maximum sensitivity is achieved at 25 °C. With respect to sensitivity and selectivity an enhancement is demonstrated compared to most nanosensors known from the literature. Hence, the technology offers the potential to complement conventional measurement systems in future sensor technology especially in portable applications. / Die präzise Bestimmung der Art und Konzentration von Gasen erlangt in zahlreichen Anwendungsgebieten zunehmend an Bedeutung. Trotz der vielfältigen Wirkprinzipien heutiger Gassensoren lassen sich die technologischen Trends mit dem Schlagwort Miniaturisierung zusammenfassen, da sich daraus entscheidende Vorteile wie Integrierbarkeit und Energieeffizienz ergeben. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung neuartiger nanodrahtbasierter Gassensoren, welche im Vergleich zu klassischen Sensoren eine vorteilhafte Kombination von hoher Sensitivität und Selektivität bei geringem Stromverbrauch und geringer Größe aufweisen. Auf der Grundlage gewachsener Silizium-Nanodrähte werden Sensoren mit abrupten Metall-Halbleiter-Kontakten hergestellt, welche auf dem Funktionsprinzip klassischer Schottkybarrieren-Feldeffekttransistoren beruhen. Die Eignung der Sensoren wird in Bezug auf die Detektion von Ammoniak untersucht. Dabei kann eine minimale Ammoniakkonzentration von 170 ppb mit einer Signaländerung von mehr als 160 % gemessen werden, wobei die theoretische Nachweisgrenze mit 20 ppb ermittelt wird. Selektivitätsuntersuchungen zeigen, dass keine Querempfindlichkeit gegenüber den am häufigsten in Wohnräumen vorkommenden Lösungsmitteln besteht. Feuchtigkeitseinflüsse auf den Sensor werden untersucht und es wird nachgewiesen, dass der Sensor Ansprechzeiten im Sekundenbereich besitzt, was ihn zu einem potenziell geeigneten Feuchtigkeitssensor macht. Darüber hinaus wird gezeigt, dass eine höhere relative Luftfeuchtigkeit und höhere Umgebungstemperaturen die Sensorsensitivität verringern. In Bezug auf mögliche Einsatzgebiete stellt die maximale Empfindlichkeit bei 25 °C einen großen Vorteil da. Bezogen auf Sensitivität und Selektivität wird somit eine Verbesserung im Vergleich zu den meisten aus der Literatur bekannten Nanosensoren demonstriert. Damit bietet die Technologie das Potential, konventionelle Messsysteme in zukünftiger Sensorik vor allem in portablen Anwendungen zu ergänzen.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2009

Universiẗat, Diss., 2002--Heidelberg.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Berlin.

Techn. University, Diss., 2003--Berlin.

The precise determination of the type and concentration of gases is of increasing importance in numerous applications. Despite the diverse operating principles of today´s gas sensors, technological trends can be summarized with the keyword miniaturization, because of the resulting benefits such as integrability and energy efficiency. This work deals with the development and fabrication of novel nanowire based gas sensors, which in comparison to conventional devices have an advantageous combination of high sensitivity and selectivity with low power consumption and small size. On the basis of grown silicon nanowires, sensors based on the functional principle of classical Schottky barrier field effect transistors with abrupt metal-semiconductor contacts are fabricated. The sensing performance of the devices is investigated with respect to the detection of ammonia. Ammonia concentrations down to 170 ppb are measured with a sensor response of more than 160 % and a theoretical limit of detection of 20 ppb is determined. Selectivity investigations show that no cross sensitivity to most common solvents occurring in living spaces exists. Moisture influences on the device are studied and reveal that the sensor responds within seconds, making it potentially suitable as humidity sensor. Moreover, it is shown that a higher relative humidity and higher temperatures decrease the sensor sensitivity. In terms of possible applications, it is a great advantage that the maximum sensitivity is achieved at 25 °C. With respect to sensitivity and selectivity an enhancement is demonstrated compared to most nanosensors known from the literature. Hence, the technology offers the potential to complement conventional measurement systems in future sensor technology especially in portable applications. / Die präzise Bestimmung der Art und Konzentration von Gasen erlangt in zahlreichen Anwendungsgebieten zunehmend an Bedeutung. Trotz der vielfältigen Wirkprinzipien heutiger Gassensoren lassen sich die technologischen Trends mit dem Schlagwort Miniaturisierung zusammenfassen, da sich daraus entscheidende Vorteile wie Integrierbarkeit und Energieeffizienz ergeben. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung neuartiger nanodrahtbasierter Gassensoren, welche im Vergleich zu klassischen Sensoren eine vorteilhafte Kombination von hoher Sensitivität und Selektivität bei geringem Stromverbrauch und geringer Größe aufweisen. Auf der Grundlage gewachsener Silizium-Nanodrähte werden Sensoren mit abrupten Metall-Halbleiter-Kontakten hergestellt, welche auf dem Funktionsprinzip klassischer Schottkybarrieren-Feldeffekttransistoren beruhen. Die Eignung der Sensoren wird in Bezug auf die Detektion von Ammoniak untersucht. Dabei kann eine minimale Ammoniakkonzentration von 170 ppb mit einer Signaländerung von mehr als 160 % gemessen werden, wobei die theoretische Nachweisgrenze mit 20 ppb ermittelt wird. Selektivitätsuntersuchungen zeigen, dass keine Querempfindlichkeit gegenüber den am häufigsten in Wohnräumen vorkommenden Lösungsmitteln besteht. Feuchtigkeitseinflüsse auf den Sensor werden untersucht und es wird nachgewiesen, dass der Sensor Ansprechzeiten im Sekundenbereich besitzt, was ihn zu einem potenziell geeigneten Feuchtigkeitssensor macht. Darüber hinaus wird gezeigt, dass eine höhere relative Luftfeuchtigkeit und höhere Umgebungstemperaturen die Sensorsensitivität verringern. In Bezug auf mögliche Einsatzgebiete stellt die maximale Empfindlichkeit bei 25 °C einen großen Vorteil da. Bezogen auf Sensitivität und Selektivität wird somit eine Verbesserung im Vergleich zu den meisten aus der Literatur bekannten Nanosensoren demonstriert. Damit bietet die Technologie das Potential, konventionelle Messsysteme in zukünftiger Sensorik vor allem in portablen Anwendungen zu ergänzen.