Success or failure of climate policies in limiting warming to beneath particular thresholds depends on several physical, economic and social uncertainties. Whilst scenario analysis can be informative as to the types of policies that are required to achieve these goals, the complexity of scenario analysis often masks the underlying fundamental choices. This dissertation introduces the concept of the ‘decarbonization identity' to simply and systematically describe the mutually exclusive and collectively exhaustive range of choices available in future climate policy decisions. The simple identity states that the remaining carbon budget [B] for a given level of warming can be partitioned into four areas: the already committed 'baked-in' emissions from existing capital stock [E]; new commitments arising from investments in additional capital stock yet to be made [N]; less the stranding of existing or future capital stock [S]; and the additional atmospheric space created by negative emissions technologies (NETs) [A]. This dissertation finds that currently operating electricity generators [E] would already emit more CO2 (~300 GtCO₂) then is compatible with currently available generation-only carbon budgets [B] for a temperature rise of 1.5-2°C (~240 GtCO₂). In addition, the current pipeline of planned fossil fuel power plants would add almost the same amount [N] of emission commitments (~270 GtCO₂) to this capital stock again. Finally, these carbon budgets are inherently uncertain and depend on future, yet to be achieved, reductions of short-lived climate pollutant (SLCP) emissions. Should those reductions not be achieved today's remaining carbon budgets could be up to 37% smaller. Policymakers have now five choices to achieve the Paris climate goals: (1) protect and enhance carbon budgets by early and decisive action on SLCPs; (2) retrofit existing power generators with carbon capture and storage (3) ensure that no new polluting capital stock is added; (4) strand a considerable amount of global electricity generation capacity; and (5) create additional atmospheric space by scaling up NETs. Over the coming years and decades, the challenge will be to identify the most efficient balance of these options.

Im Zeitraum der Jahre 2012 bis 2015 beteiligte sich die TU Bergakademie Freiberg mit einem Antrag für ein \\\"Zentrum für effiziente Hochtemperatur- Stoffwandlung\\\" (ZeHS) am Wettbewerb um eine Förderempfehlung für Forschungsbauten an Hochschulen gemäß Art. 91b GG. Nach der erfolgreichen Verteidigung vor dem Wissenschaftsrat und der Bestätigung durch die gemeinsame Wissenschaftskonferenz des Bundes und der Länder stehen der Universität in den Jahren 2015 bis 2020 41,5 Mio. Euro für die Baukosten und die Beschaffung ausgewählter Großgeräte zur Verfügung. Der Forschungsbau, der für Wissenschaftler aller Fakultäten der TU Bergakademie Freiberg offen ist, ermöglicht die strukturelle Bündelung der an der Universität in den Bereichen Hochtemperatur-Prozesse und -Materialien in einzigartiger Weise vorhandenen Kompetenzen. Der Fokus des ZeHS liegt auf der Entwicklung innovativer, ressourcen- und energieeffizienter Technologien im Bereich der Grundstoffindustrie, wobei Prozess- und Materialanforderungen in der Chemischen Industrie, der Metallurgie sowie der Keramik-, Glas- und Baustoffindustrie zusammenhängend betrachtet werden und die Ergebnisse auch auf andere Branchen übertragbar sind.

[ES] Históricamente, el sector del transporte de servicio mediano y pesado ha sido desafiado por las regulaciones de emisiones que se han impuesto a lo largo de los años, lo que requirió intensificar el esfuerzo de investigación con el objetivo de avanzar en el desarrollo tecnológico para ofrecer una opción que cumpla con las normas a un precio similar para el propietario. No obstante, la reciente introducción de la normativa EUVI ha requerido la adición de un complejo sistema de postratamiento, agregando nuevos costes fijos al producto, así como costes operativos con el consumo de urea. Este avance fue necesario debido a la limitación de la combustión diésel convencional que no puede desacoplar las altas emisiones de NOx y la eficiencia. Esta limitación tecnológica ha impulsado la investigación sobre diferentes conceptos de combustión que podrían mantener niveles de eficiencia similares a los de la combustión diésel controlando la formación de emisiones durante el proceso de combustión. Entre las diferentes soluciones que han ido apareciendo a lo largo de los años, se demostró que la Ignición por Compresión Controlada por Reactividad (RCCI por sus siglas en inglés) tiene una ventaja competitiva debido a su mejor controlabilidad, alta eficiencia y bajas emisiones de hollín y NOx. A pesar de sus beneficios, la extensión de RCCI a la operación de mapa completo ha indicado limitaciones importantes como gradientes de presión excesivos a alta carga, o alta inestabilidad de combustión y productos no quemados a baja carga del motor. Recientemente, se introdujo el concepto de combustión Dual-Mode Dual-Fuel (DMDF) como un intento de resolver los inconvenientes de la combustión RCCI manteniendo sus ventajas. Los resultados preliminares obtenidos en un motor mono cilíndrico (SCE por sus siglas en inglés) han demostrado que el DMDF puede alcanzar niveles de eficiencia similares a los de la combustión diésel convencional al mismo tiempo que favorece niveles ultra bajos de hollín y NOx. Si bien, los requisitos de la condición límite son difíciles de encajar en el rango operativo de sistema de gestión de aire, así como inconvenientes como el exceso de HC y CO que aún persiste en la zona de baja y media carga, lo que puede ser un desafío para el sistema de postratamiento. Además, las futuras regulaciones a corto plazo exigirán una reducción del 15 % de las emisiones de CO2 en 2025, reto que la literatura sugiere que no se logrará fácilmente solo mediante la optimización del proceso de combustión. En este sentido, esta tesis tiene como objetivo general la implementación del concepto de combustión DMDF en un motor multicilindro (MCE por sus siglas en inglés) bajo las restricciones de las aplicaciones reales para realizar una combustión limpia y eficiente en el mapa completo a la vez que brinda alternativas para reducir la concentración de HC y CO y lograr un ahorro de CO2. Este objetivo se logra mediante un primer extenso procedimiento de calibración experimental que tiene como objetivo trasladar las pautas de la combustión DMDF del SCE al MCE respetando los límites operativos del hardware original, evaluando su impacto en los resultados de combustión, rendimiento y emisiones en condiciones estacionarias y condiciones de ciclo de conducción. A continuación, se realizan estudios específicos para abordar el problema relacionado con la concentración excesiva de productos no quemados mediante investigaciones experimentales y simulaciones numéricas para comprender las consecuencias del uso de combustibles con diferente reactividad en la eficiencia de conversión del catalizador de oxidación original y su capacidad para lograr emisiones en el escape menores que el límite EUVI. Finalmente, se busca la reducción de CO2 a través de la modificación del combustible, investigando tanto la mejora del proceso de combustión como el equilibrio entre el ciclo de vida del combustible. / [CA] Històricament, el sector del transport de servei mitjà i pesat ha sigut desafiat per les regulacions d'emissions que s'han imposat al llarg dels anys, la qual cosa va requerir intensificar l'esforç d'investigació amb l'objectiu d'avançar en el desenvolupament tecnològic per a oferir una opció que complisca amb les normes a un preu similar per al propietari. No obstant això, la recent introducció de la normativa EUVI ha requerit l'addició d'un complex sistema de postractament, agregant nous costos fixos al producte, així com costos operatius amb el consum d'urea. Aquest avanç va ser necessari a causa de la limitació de la combustió dièsel convencional que no pot desacoblar les altes emissions de NOx i l'eficiència. Aquesta limitació tecnològica ha impulsat la investigació sobre diferents conceptes de combustió que podrien mantindre nivells d'eficiència similars als de la combustió dièsel controlant la formació d'emissions durant el procés de combustió. Entre les diferents solucions que han anat apareixent al llarg dels anys, es va demostrar que la Ignició per Compressió Controlada per Reactivitat (RCCI per les seues sigles en anglés) té un avantatge competitiu a causa de la seua millor controlabilitat, alta eficiència i baixes emissions de sutge i NOx. Malgrat els seus beneficis, l'extensió del RCCI a l'operació de mapa complet ha indicat limitacions importants com a gradients de pressió excessius a alta càrrega, o alta inestabilitat de combustió i productes no cremats a baixa càrrega del motor. Recentment, es va introduir el concepte de combustió Dual-Mode Dual-Fuel (DMDF) com un intent de resoldre els inconvenients de la combustió RCCI mantenint els seus avantatges. Els resultats preliminars obtinguts en un motor mono-cilíndric (SCE per les seues sigles en anglés) han demostrat que el DMDF pot aconseguir nivells d'eficiència similars als de la combustió dièsel convencional al mateix temps que afavoreix nivells ultra baixos de sutge i NOx. Si bé, els requisits de la condició límit són difícils d'encaixar en el rang operatiu de sistema de gestió d'aire, així com inconvenients com l'excés de HC i CO que encara persisteix en la zona de baixa i mitja càrrega, la qual cosa pot ser un desafiament per al sistema de postractament. A més, les futures regulacions a curt termini exigiran una reducció del 15% de les emissions de CO¿ en 2025, repte que la literatura suggereix que no s'aconseguirà fàcilment només mitjançant l'optimització del procés de combustió. En aquest sentit, aquesta tesi té com a objectiu general la implementació del concepte de combustió DMDF en un motor multi-cilindre (MCE per les seues sigles en anglés) sota les restriccions de les aplicacions reals per a realitzar una combustió neta i eficient en el mapa complet alhora que brinda alternatives per a reduir la concentració de HC i CO i aconseguir un estalvi de CO¿. Aquest objectiu s'aconsegueix mitjançant un primer extens procediment de calibratge experimental que té com a objectiu traslladar les pautes de la combustió DMDF del SCE al MCE respectant els límits operatius del motor original, avaluant el seu impacte en els resultats de combustió, rendiment i emissions en condicions estacionàries i condicions de cicle de conducció. A continuació, es realitzen estudis específics per a abordar el problema relacionat amb la concentració excessiva de productes no cremats mitjançant investigacions experimentals i simulacions numèriques per a comprendre les conseqüències de l'ús de combustibles amb diferent reactivitat en l'eficiència de conversió del catalitzador d'oxidació original i la seua capacitat per a aconseguir emissions al tub d'escapament menors que el límit EUVI. Finalment, es busca la reducció de CO2 a través de la modificació del combustible, investigant tant la millora del procés de combustió com l'equilibri entre el cicle de vida del combustible. / [EN] The medium and heavy-duty transport sector was historically challenged by the emissions regulations that were imposed along the years, requiring to step up the research effort aiming at advancing the product development to deliver a normative compliant option at similar price to the owner. Nonetheless, the recent introduction of EUVI normative have required the addition of a complex aftertreatment system, adding new fixed costs to the product as well as operational costs with the urea consumption. This breakthrough was required due to the limitation of the conventional diesel combustion which cannot decouple high NOx emissions and efficiency. This technological limitation has boosted the investigation on different combustion concepts that could maintain similar efficiency levels than the diesel combustion while controlling the emission formation during the combustion process. Among the different solutions that have appeared along the years, Reactivity Controlled Compression Ignition (RCCI) was demonstrated to have a competitive edge due to its better controllability, high efficiency and low soot and NOx emissions. Despite the benefits, the extension of RCCI to full map operation has presented significant limitations, as excessive pressure gradients at high load and high combustion instability and unburned products at low engine load. Recently, Dual-Mode Dual-Fuel (DMDF) combustion concept was introduced as an attempt of solving the drawbacks of the RCCI combustion while maintaining its advantages. The preliminary results obtained in single cylinder engine (SCE) have evidenced that DMDF can achieves similar efficiency levels than those from conventional diesel combustion while promoting ultra-low levels of soot and NOx. Albeit, the boundary condition requirements are hard to fit in the operating range of commercial air management system as well as drawbacks like excessive HC and CO that still persists from low to medium load, which can be a challenge for the aftertreatment system. Moreover, short-term future regulations will demand a 15 % reduction of CO2 emissions in 2025 which was proven in the literature to not be easily achieved only by combustion process optimization. In this sense, this thesis has as general objective the implementation of the DMDF combustion concept in a multi-cylinder engine (MCE) under the restrictions of real applications to realize clean and efficient combustion in the complete map while providing alternatives to reduce the HC and CO concentration and accomplish CO2 savings. This objective is accomplished by means of a first extensive experimental calibration procedure aiming to translate the guidelines of the DMDF combustion from the SCE to the MCE while respecting the operating limits of the stock hardware, assessing its impacts on combustion, performance, and emission results under steady and driving cycle conditions. Next, dedicated studies are performed to address the issue related with the excessive concentration of unburned products by means of experimental investigations and numerical simulations, to understand the consequences of using fuels with different reactivity in the stock oxidation catalyst conversion efficiency and its ability in achieving EUVI tailpipe emissions. Finally, CO2 reduction is explored through fuel modification, investigating both combustion process improvement and well-to-wheel balance as paths to realize CO2 abatement. / This doctoral thesis has been partially supported by the Spanish Ministry of Science Innovation and Universities under the grant:"Ayudas para contratos predoctorales para la formación de doctores" (PRE2018-085043) / Lago Sari, R. (2021). Dual Mode Dual Fuel Combustion: Implementation on a Real Medium Duty Engine Platform [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/165366 / TESIS

<p>To reduce greenhouse gas emissions, shifting the energy sources used in buildings, transportation, industry, etc., from fossil fuels to clean electricity is a trend. The increasing electricity demand stresses the existing electric grids. Buildings consume 73% of all U.S. electricity and are responsible for 30% of U.S. greenhouse gas emissions.  Residential and commercial buildings' space heating/cooling system consumes considerable electricity. Integrating thermal energy storage (TES) in building heating/cooling systems can mitigate the challenge of electric grids. Applying TES to existing air-source heat pump (ASHP) systems is the most studied for residential buildings. However, the high-quality thermal energy requirement for charging the TES tank results in low thermal performance of the ASHP system. Moreover, the failure of ASHP in cold climates requires a supplemental electric heater that significantly reduces the system efficiency and may lead to a higher annual peak for the grids.</p> <p>This study proposes integrating TES with ground-source heat pump (GSHP) systems as a more effective solution for building decarbonization due to the high efficiency of renewable-energy-based GSHPs year-round. This study focuses on proving the effectiveness of TES-integrated GSHPs for building decarbonization.  A dual-source heat pump (DSHP) with a hybrid TES and ground heat exchanger (GHE) named dual-purpose underground thermal battery (DPUTB) is investigated. The study uses modeling and experiments to verify the system's energy efficiency, decarbonization potential, and demand response capability. The modeling process involves developing various models, from component-level to system-level, and investigating advanced control strategies. A first-of-this-kind dynamic model of the DPUTB is developed to enable high-resolution system simulation for the GSHP system. The simulation is conducted using Modelica with rule-based control (RBC). A model predictive control (MPC) is also developed based on dynamic building envelope and heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) system models. A cutting-edge co-simulation testbed integrates Modelica physical models with a MATLAB MPC controller model for advanced control evaluation. A prototype system of the DPUTB+DSHP is tested in a flexible research platform (FRP) at Oak Ridge National Laboratory (ORNL), which allows for component and system-level testing and remote automation controls. </p> <p>The study highlights the importance of proper insulation in the performance of the DPUTB, which consists of a TES tank enclosed by an outer tank functioning as a GHE. With appropriate insulation, a full-size DPUTB can store 1-ton cooling (3.5 kW) for four hours after eight hours of charging. Simulation results suggest that decoupling the TES with the GHE could reduce energy consumption by 27%.  System-level simulations confirm that the DSHP+DPUTB system, with a customized RBC, outperforms the conventional ASHP. The proposed system can reduce the annual HVAC electricity cost by up to 50% while saving 45% on electricity consumption. In the Northern areas of the United States, the annual peak load of the HVAC system can be reduced by 60%.  However, this reduction is less in the Southern parts of the as the system's higher efficiency in winter dominates the overall decrease. The application of MPC can further reduce the cost and energy consumption of the system by 35% theoretically. However, the accuracy of model prediction affects its performance in practical applications, which can be mitigated by employing technologies such as machine learning and reinforcement learning. Further research is required to verify these technologies.</p> <p>The DSHP+DPUTB system, a type of TES-integrated GSHP, has been well-designed and demonstrated superior performance to conventional systems, with greater flexibility and thermal efficiency. As a result, this system can enable electrification in the space heating sector without requiring an escalation in the grid. Moreover, alternative controls can be utilized to exploit its decarbonization potential fully.</p>

Within the most pollutants industries, the energy sector is the most significant contributor to climate change, representing two-thirds of the total Greenhouse Gas (GHG) emissions. One of the main responsible for these emissions is transportation, which accounts for 26% of the world’s energy consumption, with crude oil-derived products providing more than 90% of this energy. In Europe, the transport sector is the only sector that has experienced an upward trend of GHG emissions between 1990 and 2017, opposite to all others, such as agriculture, residential, or industry. To cut these growing GHG emissions, transport electrification has been presented as a potential and promising solution for decarbonization thanks to the no tail-pipe emissions and the possibility of using renewable energy to power them. One particularly interesting segment of the transport sector is Heavy Duty Trucks (HDTs) used for freight transport. HDTs are the backbone of the Swedish economy and competitiveness since they represent 45% of its total goods transportation. However, the Swedish transmission grid needs to evolve parallelly to cope with the increase in electricity demand and withstand the Charging Infrastructure (CI) necessary for the electrification of HDTs. Oskarshamn is a Swedish municipality that presents a high potential for electrification of its HDTs, which are currently operated with diesel. Therefore, the objective of this Master Thesis is to study the implementation of Electric Heavy Vehicles (EHVs) CI in Oskarshamn by collaborating with local interested stakeholders. The study is conducted through an analysis of the current status of EHV technologies, as well as CI possibilities, which, together with the information provided by truck operators from Oskarshamn, allows to perform a techno-economic assessment of the solution and analyze the business model of its operation. A virtual model is created with Python to simulate the actual operating conditions, which uses all the information gathered and optimizes the CI design while fulfilling all its transport requirements. Additionally, the study seeks to identify potential areas for shared ownership of the CI to increase the project's feasibility. This project’s findings demonstrate that electrification of freight transportation brings financial and sustainable benefits for truck operators while presenting a diverse range of options to meet their specific transportation requirements. Furthermore, by effectively negotiating ownership terms and electricity tariffs for CI, there is potential to further enhance business profitability. / Inom de mest förorenande industrierna är energisektorn den mest betydande bidragsgivaren till klimatförändringarna och står för två tredjedelar av de totala utsläppen av växthusgaser (GHG). En av de huvudsakliga ansvariga för dessa utsläpp är transportsektorn, som står för 26% av världens energiförbrukning, där produkter som härstammar från råolja utgör över 90% av denna energi. I Europa är transportsektorn den enda sektorn som har upplevt en ökande trend av GHG-utsläppen mellan 1990 och 2017, till skillnad från alla andra sektorer. Därför är elektrifiering av transporten en potentiell och lovande lösning för avkolning, tack vare frånvaron av avgasutsläpp och möjligheten att använda förnybar energi för att driva fordonen. En särskilt intressant del av transportsektorn är tunga lastbilar (HDTs) som används för godstransport. HDTs utgör ryggraden i den svenska ekonomin och konkurrenskraften eftersom de står för 45% av den totala godstransporten. Dock behöver det svenska transmissionsnätet utvecklas parallellt för att klara av ökningen av elförbrukningen och klara av laddinfrastrukturen (CI) som krävs för elektrifieringen av HDTs. Oskarshamn är en svensk kommun som har stor potential för elektrifiering av sina HDTs, som för närvarande drivs med diesel. Därför är målet med detta examensarbete att studera implementeringen av laddinfrastruktur för eldrivna tunga fordon (EHVs) i Oskarshamn genom samarbete med lokala intressenter. Studien genomförs genom en analys av den aktuella statusen för EHVs-teknologier, samt CI-möjligheter, vilket, tillsammans med informationen som tillhandahålls av lastbilsoperatörer från Oskarshamn, möjliggör en teknisk-ekonomisk bedömning av lösningen och analyserar affärsmodellen för dess drift. En virtuell modell skapas med hjälp av Python för att simulera de faktiska driftsförhållandena, vilket utnyttjar all insamlad information och optimerar designen av CI samtidigt som alla transportkrav uppfylls. Dessutom syftar studien till att identifiera potentiella områden för delägarskap av CI för att öka projektets genomförbarhet. Denna projekts resultat visar att elektrifiering av godstransport ger ekonomiska och hållbara fördelar för lastbilsoperatörer samtidigt som det presenterar ett brett utbud av alternativ för att möta deras specifika transportkrav. Dessutom finns det potential att ytterligare förbättra affärs lönsamheten genom effektivt förhandla om ägandevillkor och eltariffer för CI.

European greenhouse gas (GHG) emissions have decreased by 24% between 1990 and 2019 according to a report by the European Commission. Yet, the Paris agreement set a target of 55% by 2030 to prevent the effects of climate change and prepare for carbon neutrality by 2050. Achieving this goal requires decarbonization efforts to be four times faster than current rates, and carbon accounting will play an essential role for identifying emission sources and developing emission reduction strategies. However, carbon accounting still suffers a lack of consistency and standardization due to different methods and incomplete scope, leading to confusion and incomparability. This thesis proposes a comprehensive and innovative methodology for carbon accounting that ensures transparency, comparability, accuracy, and completeness. Using an iterative approach and a unique representation for carbon architecture, the methodology covers crucial steps such as identifying emission sources, selecting emission factors, determining calculation methods, displaying results, and simulating emission reduction scenarios. A new reliability measurement is also introduced to assess the quality of each emission estimate. The methodology was successfully implemented in the concrete example of a company seeking to reduce the carbon impact of its activities. The limitations of the thesis are addressed in the conclusion. / Europeiska växthusgasutsläpp har minskat med 24% mellan 1990 och 2019 enligt en rapport från Europeiska kommissionen. Trots detta har Parisavtalet satt upp ett mål på 55% till år 2030 för att förhindra klimatförändringarnas effekter och förbereda för koldioxidneutralitet år 2050. För att uppnå detta mål krävs att avkolningsansträngningarna fyrdubblas i jämförelse med nuvarande takt, och koldioxidredovisning kommer att spela en avgörande roll för att identifiera utsläppskällor och utveckla strategier för utsläppsminskning. Dock lider koldioxidredovisning fortfarande av brist på konsekvens och standardisering på grund av olika metoder och ofullständig omfattning, vilket leder till förvirring och bristande jämförbarhet. Denna avhandling föreslår en omfattande och innovativ metodik för koldioxidredovisning som säkerställer transparens, jämförbarhet, noggrannhet och fullständighet. Genom att använda en iterativ ansats och en unik representation av koldioxidarkitektur täcker metoden viktiga steg såsom att identifiera utsläppskällor, välja utsläppsfaktorer, bestämma beräkningsmetoder, visa resultat och simulera scenarier för utsläppsminskning. En ny pålitlighetsmätning introduceras också för att bedöma kvaliteten på varje utslagsuppskattning. Metoden implementerades framgångsrikt i det konkreta exemplet med ett företag som sökte minska den koldioxidpåverkan av sina verksamheter. Begränsningarna med avhandlingen diskuteras i slutsatsen.

This work includes modelling of decarbonization scenarios at the scale of an urban area, providing policy insights and a methodology focusing on introducing district heating and maintaining the existing gas distribution network in a case study. With a focus on reducing gas consumption in the residential and tertiary sectors, the research integrates scenario developments giving a methodology to develop district heating, requiring a careful balance in selecting the optimal scale for city-wide analysis. The study assesses the fate of existing gas networks. The development of district heating can affect the use of gas, particularly in residential or tertiary buildings. This thesis assesses potential use cases of existing gas networks by identifying certain criteria. Among them are industrial, tertiary or residential consumption, the presence of a district heating network, or the number of homes using individual gas heating. These criteria make it possible to define areas where the question of removing the gas distribution network can be raised, and other areas where the gas distribution network must be retained even if gas consumption falls sharply between 2019 and 2050. By reviewing the relevant literature, detailing the research questions and presenting a comprehensive methodology of scenario modelling, the thesis provides policy insights and a methodology to develop district heating at the scale of an urban area while addressing the future of existing gas infrastructure. / Detta arbete ger en modellering av scenarier för minskade koldioxidutsläpp i stadsområden, samt ger policyinsikter och metodik med fokus på införandet av fjärrvärme och underhållet av det befintliga gasdistributionsnätet som en fallstudie. Med fokus på att minska gasförbrukningen i bostads- och tjänstesektorerna integrerar forskningen scenarioutveckling med en metod för att utveckla fjärrvärme, vilket kräver en noggrann avvägning för att välja den optimala skalan för stadsomfattande analys. I studien bedöms vad som ska hända med befintliga gasnät. Utvecklingen av fjärrvärme kan påverka användningenav gas, särskilt i bostads- eller tertiärbyggnader. Denna avhandling bedömer potentiella användningsfall befintliga gasnät genom att identifiera kriterier baserade på faktorer som industriell, tertiär tertiär eller bostadsförbrukning, förekomsten av ett fjärrvärmenät eller antalet av bostäder som använder individuell gasuppvärmning, till exempel. Dessa kriterier gör det möjligt att definiera områden där frågan om att ta bort gasdistributionsnätet kan väckas, och andra områden där gasdistributionsnätet måste behållas även om förbrukningen förbrukningen minskar kraftigt mellan 2019 och 2050. Genom att granska den relevanta litteraturen, specificera forskningsfrågorna och presentera en omfattande metod för scenariomodellering, ger avhandlingen ett värdefullt exempel på hur man kan ge politisk insikt och metodik för att utveckla fjärrvärme i ett stadsområde samtidigt som man tar itu med framtiden för befintlig gasinfrastruktur.

Background  Global warming caused by greenhouse gas emissions necessitates a decrease in carbon emission caused by the truck transport industry. To combat the threat of global warming, goals are being set up on a global, national and corporate level. These goals are putting pressure on logistics service providers to decrease the emissions within the truck transport industry. Implementation of green practices is found to be especially challenging within heavy truck transport due to weight and distance of the transport characteristics. In order to achieve emission reductions, logistics service providers are dependent on the alignment with their transport buyers, known as shippers to implement green logistics practices. Purpose The purpose of this study is to identify challenges and enablers for sustainable green transitions within heavy truck transports among shippers and logistics service providers. The study formulates two research question to help achieve the purpose, these questions are focused on challenges and enablers among both shippers and logistics service providers.  Method The study employs an explorative research approach in a multiple case study setting. Three configurations of shipper-LSP relationships are studied and analyzed through thematic analysis, the researchers also conducted a cross-case analysis to compare and identify similarities and differences between the cases in order to draw conclusions.  Conclusion A green transition within the heavy truck transport sector face numerous challenges. The challenges include a high dependency on vehicle development, lacking infrastructure, alignment issues between shippers and logistics service providers and trade off dilemmas. In order to overcome the issues findings, suggest that shippers and LSPs should focus on creating shared goals in order to facilitate implementation of green logistics practices and mitigate the challenges.

District heating (DH) is of great significance for the Nordic countries due to the high heat demand especially in the winter. In Finland, 40% of heat was generated by fossil fuels in DH system, and DH sector emits 10% of the total emissions. The Finnish government aims to achieve carbon neutrality as the national goal by 2035. This study aims to evaluate the decarbonization objectives of each city (i.e. Helsinki capital city, Espoo and Vantaa) in the Helsinki metropolitan area and their influences on DH oper-ation from 2010 to 2030 by energyPRO. A model of a joint DH system with the interconnec-tions between Helsinki-Espoo and Helsinki-Vantaa is developed, in order to describe the whole Helsinki metropolitan area DH under the decarbonization objectives. The study pro-vides a least-cost DH operation solution while matching the supply and demand conditions. The optimum performance of the DH is simulated considering different operation strategies (technical aspect), operation expenditures (economic aspect), CO2 emission (environmental aspect). The results are presented from 2010 to 2030 in five years intervals. From the technological option, heat pump has great potential operating in DH in the Helsinki metropolitan area, it will be turned from peak load producer to the baseload heat producer. Instead, heat pro-duced by combined heat and power plants (CHPs) will not be dominant in DH system in the future year. Waste incineration power plant in Vantaa will increase the total annual opera-tion time to about 7000h, it will export more heat to Helsinki city when heat transmission is allowed. From the economic aspect, average heat production cost will decrease with more biomass penetration and heat recovery technology implemented in the future year. Natural gas may appear less profitable with higher CO2 prices after phasing out the coal. About cli-mate change impact, CO2 emission has an 88% reduction in 2030 compared with 2010. / Fjärrvärme (DH) har stor betydelse för de nordiska länderna på grund av det höga värmebe-hovet, särskilt på vintern. I Finland genererades 40% av värmen, i DH-systemet av fossila bränslen och DH-sektorn släpper ut 10% av de totala utsläppen. Finlands regering strävar efter att uppnå koldioxidneutralitet som ett nationellt mål år 2035. Denna studie syftar till att utvärdera målen för koldioxidutsläpp för varje stad i Helsingfors storstadsområde (d.v.s. Helsingfors huvudstad, Esbo och Vanda) och deras påverkan på DH-drift från 2010 till 2030 av energyPRO. En modell av ett gemensamt DH-system med sammankopplingarna mellan Helsingfors-Esbo och Helsingfors-Vanda utvecklas för att beskriva hela Helsingfors storstadsregions DH under målen för koldioxidutsläpp. Studien ger en billig DH-driftslösning samtidigt som utbud och efterfrågan stämmer överens. Den optimala prestandan för DH simuleras med beaktande av olika driftsstrategier (teknisk aspekt), driftskostnader (ekonomisk aspekt), CO2-utsläpp (miljöaspekt). Resultaten presenteras från 2010 till 2030 i femårsintervaller. Från det tekniska alternativet har värmepumpen en stor potential i DH i huvudstadsregionen, den kommer att förvandlas från topplastproducent till baslastvärmeproducent. Istället kommer värme som produceras av kraftvärmeverk inte vara dominerande I DH-systemet under det kommande året. Avfallsförbränningsanläggningen i Vanda kommer att öka den totala årliga drifttiden till cirka 7000 timmar, den kommer att exportera mer värme till Helsingfors när överföringen tillåts. Ur ekonomisk aspect kommer den genomsnittliga värmeproduktionskostnaden att minska i takt med större penetration av biomass samt värmeåtervinningsteknik som imple-menteras under det kommande året. Naturgas kan verka mindre lönsamt med högre koldi-oxidpris efter att kolet fasats ut. Vad gäller klimatförändringarnas påverkan så minskar koldioxidutsläppen med 90% år 2030 jämfört med 2010.

[ES] El etileno representa uno de los pilares de la industria química actual como parte de los denominados "productos químicos básicos". Los procesos de recuperación y valorización de etileno actuales están basados en fuentes de carbono de origen fósil y son operados a gran escala, por lo que tienen asociado un elevado coste energético y contribuyen significativamente a la emisión de gases de efecto invernadero. La preocupación actual por avanzar hacia la descarbonización de la industria química ha impulsado el diseño de procesos químicos más sostenibles. En este contexto, el diseño de nuevos procesos catalíticos (tándem), con alta economía atómica y operando a condiciones de operación más suaves, supone una alternativa de gran interés. La presente tesis doctoral se centra en el desarrollo de procesos catalíticos alternativos para la conversión de (bio-)etileno en productos de alto valor añadido, como el propileno o los compuestos oxigenados C3. En primer lugar, se ha estudiado el efecto de emplear diferentes soportes basados en óxidos metálicos en catalizadores de Rh de dispersión atómica para la hidroformilación de etileno en fase gas para producir propanal. Entre los materiales estudiados con diferente grado de reducibilidad superficial, el catalizador Rh1/SnO2 mostró el mejor rendimiento, con altos valores de actividad y con una selectividad a hidroformilación prácticamente total, a unas condiciones de operación muy suaves (P=20 bar, T=383 K). El comportamiento extraordinario de este material se ha atribuido a la capacidad de formar vacantes de oxígeno superficiales, lo que facilita la formación de especies de Rh de alta flexibilidad de coordinación y con propiedades electrónicas que se asemejan a de los catalizadores moleculares en disolución empleados industrialmente. A continuación, se estudió el uso de catalizadores bimetálicos Ag-Pt para la hidrogenación selectiva de aldehídos en presencia de olefinas. Para la composición óptima del catalizador (<4 at% Pt), se descubrió que las especies de Pt estaban altamente dispersas sobre la matriz de Ag, posiblemente en forma de las denominadas "aleaciones de átomos aislados". Dicho catalizador se combinó junto al catalizador de hidroformilación altamente selectivo Rh1/SnO2 en un proceso de hidroformilación reductiva, que permitió la conversión directa de etileno a 1-propanol con selectividad prácticamente total (98%) a conversiones de etileno >50%. Por último, se estudió la conversión de etileno a propileno mediante procesos tándem de dimerización-metátesis. Para ello, se estudiaron métodos de calentamiento específico y termometría selectiva combinando técnicas de calentamiento por inducción y termometría por luminiscencia. Dichos métodos resultaron adecuados para solventar las incompatibilidades de temperatura inherentes a los procesos de catálisis tándem del estado del arte y desbloquear, de esta manera, rendimientos inaccesibles para procesos operados mediante calentamiento convencional. / [CA] L'etilè representa un dels pilars de la indústria química actual com a part dels denominats "productes químics bàsics". Els processos de recuperació i valorització d'etilé actuals estan basats en fonts de carboni d'origen fòssil i són operats a gran escala, per la qual cosa tenen associat un elevat cost energètic i contribueixen significativament a l'emissió de gasos d'efecte d'hivernacle. La preocupació actual per avançar cap a la descarbonització de la indústria química requereix el disseny de processos químics més sostenibles. En este context, el disseny de nous processos catalítics (tàndem), amb alta economia atòmica i operant a condicions d'operació més suaus, suposa una alternativa de gran interés. La present tesi doctoral se centra en el desenvolupament de processos catalítics alternatius per a la conversió de (bio-)etilè en productes d'alt valor afegit, com el propilé o els compostos oxigenats C3. En primer lloc, s'ha estudiat l'efecte d'utilitzar diferents suports basats en òxids metàllics en catalitzadors de Rh de dispersió atòmica per a la *hidroformilación d'etilè en fase gas per a produir probresca. Entre els materials estudiats amb diferent grau de reducibilidad superficial, el catalitzador Rh1/SnO2 va mostrar el millor rendiment, amb alts valors d'activitat i amb una selectivitat a hidroformilació pràcticament total, a unes condicions d'operació molt suaus (P=20 bar, T=383 K). El comportament extraordinari d'este material s'ha atribuït a la capacitat de formar vacants d'oxigen superficials, la qual cosa facilita la formació d'espècies de Rh d'alta flexibilitat de coordinació i amb propietats electròniques que s'assemblen a dels catalitzadors moleculars en dissolució utilitzats industrialment. A continuació, es va a estudiar l'ús de catalitzadors bimetàl·lics Ag-Pt per a la hidrogenació selectiva d'aldehids en presència d'olefines. Per a la composició òptima del catalitzador (<4 at% Pt), es va descobrir que les espècies de Pt estaven altament disperses sobre la matriu de Ag, possiblement en forma dels denominats "aliatges d'àtoms aïllats". Aquest catalitzador es va a combinar al costat del catalitzador de hidroformilació altament selectiu Rh1/SnO2 en un procés de hidroformilació reductiva, que va permetre la conversió directa d'etilè a 1-propanol amb selectivitat pràcticament total (98%) a conversions d'etilé >50%. Finalment, es va a estudiar la conversió d'etilè a propilè mitjançant processos tàndem de dimerització-metàtesi. Per a això, es van a estudiar mètodes de calfament específic i termometria selectiva combinant tècniques de calfament per inducció i termometria per luminescència. Aquests mètodes van a resultar adequats per a solucionar les incompatibilitats de temperatura inherents als processos de catàlisis tàndem de l'estat de l'art i desbloquejar, d'esta manera, rendiments inaccessibles per a processos operats mitjançant calfament convencional. / [EN] Ethylene constitutes one of the pillars of the current chemical industry as part of the so-called "commodity chemicals". Current ethylene recovery and valorization technologies are based on fossil-based carbon feedstocks operated at the large scale, which are very energy-intense and contribute to important greenhouse gas emissions. The current concern on progressing towards a defossilized chemical industry calls for the design of more sustainable chemical processes. In this regard, the design of novel (tandem-) catalytic processes, with high atom economy at milder operation conditions, is desired. In this thesis, the conversion of (bio-)ethylene into high-added value chemicals such as propylene and C3 oxygenates via alternative catalytic processes is addressed. Firstly, metal oxide support effects have been explored in Rh single-atom catalysts for gas-phase ethylene hydroformylation to propanal. By exploring a series of materials with different surface reducibility, a Rh1/SnO2 catalyst showed to deliver the best performance, with high Rh-specific activity and essentially full selectivity to hydroformylation under very mild operation conditions (P=20 bar, T=383 K). The unconventional performance of this material has been ascribed to the capacity of forming surface oxygen vacancies on the SnO2 support, which triggers the formation of Rh species that resemble the electronic and coordination flexibility properties of Rh centers in benchmark molecular complexes operating in solution. Next, bimetallic Ag-Pt catalysts were explored, computationally and experimentally, for the selective hydrogenation of aldehydes in the presence of olefins under the same set of mild operation conditions. For the optimal catalyst formulation (<4 at% Pt), Pt species were highly dispersed within the Ag matrix, possibly forming a so-called "single-atom alloy". This catalyst was integrated with the fully selective hydroformylation Rh1/SnO2 catalyst in a reductive hydroformylation process, which unlocked the direct conversion of ethylene to 1-propanol with almost full selectivity (98%) at ethylene conversion >50%. Finally, the direct conversion of ethylene into propylene via tandem dimerization-metathesis has been explored. Catalyst-specific heating and thermometry methods, combining induction heating and remote luminescence thermometry, proved suitable to alleviate temperature incompatibilities inherent to state-of-the-art tandem catalytic processes and unlock catalytic performances inaccessible to conventionally heated conversion processes. / I would like to thank the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (MCIU) for my FPU grant (FPU17/04701) and the European Research Council (ERC) under the Horizon 2020 research and innovation program (ERC-CoG-TANDEng; grant agreement 864195), which have made possible the realization of this thesis. I would like to thank the Institute of Chemical Technology (ITQ) and the Spanish Research Council (CSIC) for giving me access to the infrastructure I have used for my PhD work. I would like also to thank the Institute of Materials Science of Madrid (ICMM) and the Massachusetts Institute of Technology (MIT) for giving me access to their facilities during my short stays. Thanks also to the ALBA synchrotron and, particularly, to the CLÆSS beamline for making possible the access to synchrotron experiments granting us with several beamtimes. Finally I would like to thank the Chemical and Nuclear Engineering department (DIQN) of the Polytechnic University of Valencia (UPV), for hosting me as a teaching assistant during these years / García Farpón, M. (2024). Tandem Catalytic Processes for Selective Ethylene Valorization into C3 Chemicals [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203261