Alueellinen power-to-x konsepti : teknistaloudellinen arviointi ja katsaus ajankohtaisiin ohjausmekanismeihin

The purpose of this Thesis was to research the field of power-to-x (PtX) and the current regulative aspects on the EU and national level. Furthermore, a techno-economic assessment was prepared for a regional PtX concept. A technology overview of different PtX process components was evaluated which included electrolysers, carbon capture and fuel synthesis. Their associated main products and side streams and their utilisation potential were identified as well. The regulative aspects concerning EU Fit For 55 packages was analysed and their impact to the field of PtX. Current regulation status on a national level was also presented. The results indicated that the field of regulation is incomplete at this stage and is on a development status. Regulation will affect the potential of wide-scale application of PtX technologies; however further clarification and finalisation is needed. The regional PtX concept main product off-takers and side stream utilisation targets were identified based on local opportunities. A PtX ecosystem analysis of possible key stakeholders was completed and their roles as well as regulation and value drivers were uncovered. The techno-economic assessment evaluated the feasibility of methanation plant alternatives in different demand scenarios. Alkaline electrolyser based methanation resulted in a feasible scenario when the production of synthetic natural gas (SNG) exceeded approx. 6 kt/a with a reference sales price of 145 €/MWh. Solid oxide electrolyser based methanation resulted in a feasible scenario only if SNG was produced by at least 23.7 kt/a. Oxygen and heat revenues were found to reduce the levelized costs of hydrogen and SNG. Electricity costs, full load hours, electrolyser efficiency and scaling had a large impact on the costs of methanation.Diplomityön tarkoituksena oli tutkia power-to-x (PtX) kenttää ja tämänhetkisiä säädöksiin liittyviä näkökohtia EU:n ja kansalliselta tasolta. Lisäksi työssä tehtiin teknis-taloudellinen arviointi alueelliseen PtX konseptiin. Työssä tarkasteltiin myös PtX prosessiin liittyviä teknologioita ja näistä tehtiin yleiskatsaus. Yleiskatsaus sisälsi elektrolyysin, hiilidioksidin talteenoton ja polttoainesynteesiin liittyviä asioita. Prosessien päätuotteet sekä sivuvirrat ja niiden hyödyntämisen mahdollisuudet tuotiin esille. Säädöksiin liittyvät näkökohdat keskittyivät EU:n Fit For 55 pakettiin ja niiden vaikutusten arviointiin PtX alaa koskien. Kansallisen tason säännöksiä esitettiin myös. Säädökset liittyen PtX alaan ovat vielä valtaosin keskeneräisiä ja kehityksen asteella. Säädökset vaikuttavat PtX teknologioiden laajamittaiseen soveltamiseen, mutta ne tarvitsevat vielä lisäselvityksä ja viimeistelyä. Alueellisen PtX konseptin pää- ja sivutuotteiden hyödyntäjät tunnistettiin paikallisten mahdollisuuksien perusteella. Työssä tehtiin PtX ekosysteemin analyysi jossa mahdolliset keskeiset sidosryhmät, heidän roolit, arvotekijät ja ohjaavat säädökset tunnistettiin. Teknis-taloudellisessa arvioinnissa tutkittiin metanointi vaihtoehtoja erilaisissa kysyntä skenaarioissa. Alkalielektrolyysiin perustuva metanointi saavutti tuottavan skenaarion mikäli synteettisen metaanin (SNG) vuosittainen tuotanto ylitti n. 6000 tonnia 145 €/MWh referenssi myyntihinnalla. Kiinteäoksidielektrolyysiin perustuvassa metanoinnissa saavutettiin tuottava skenaario vuosituotannon ylittäessä n. 23700 tonnia. Happi ja hukkalämpö sivuvirtojen hyödyntäminen laski vedyn ja synteettisen metaanin tuotantokustannuksia. Sähkön hinta, huipunkäyttöaika, elektrolyysin hyötysuhde ja skaalaus vaikuttivat merkittävästi metanoinnin tuotantokustannuksiin

Development of Transgenic Cloned Pig Models of Skin Inflammation by DNA Transposon-Directed Ectopic Expression of Human β1 and α2 Integrin

Integrins constitute a superfamily of transmembrane signaling receptors that play pivotal roles in cutaneous homeostasis by modulating cell growth and differentiation as well as inflammatory responses in the skin. Subrabasal expression of integrins α2 and/or β1 entails hyperproliferation and aberrant differentiation of keratinocytes and leads to dermal and epidermal influx of activated T-cells. The anatomical and physiological similarities between porcine and human skin make the pig a suitable model for human skin diseases. In efforts to generate a porcine model of cutaneous inflammation, we employed the Sleeping Beauty DNA transposon system for production of transgenic cloned Göttingen minipigs expressing human β1 or α2 integrin under the control of a promoter specific for subrabasal keratinocytes. Using pools of transgenic donor fibroblasts, cloning by somatic cell nuclear transfer was utilized to produce reconstructed embryos that were subsequently transferred to surrogate sows. The resulting pigs were all transgenic and harbored from one to six transgene integrants. Molecular analyses on skin biopsies and cultured keratinocytes showed ectopic expression of the human integrins and localization within the keratinocyte plasma membrane. Markers of perturbed skin homeostasis, including activation of the MAPK pathway, increased expression of the pro-inflammatory cytokine IL-1α, and enhanced expression of the transcription factor c-Fos, were identified in keratinocytes from β1 and α2 integrin-transgenic minipigs, suggesting the induction of a chronic inflammatory phenotype in the skin. Notably, cellular dysregulation obtained by overexpression of either β1 or α2 integrin occurred through different cellular signaling pathways. Our findings mark the creation of the first cloned pig models with molecular markers of skin inflammation. Despite the absence of an overt psoriatic phenotype, these animals may possess increased susceptibility to severe skin damage-induced inflammation and should be of great potential in studies aiming at the development and refinement of topical therapies for cutaneous inflammation including psoriasis

Tuulivoiman tuotantotilastojen vertailu tuuliatlaksen ennusteisiin

Opinnäytetyössä on tutkittu Suomen tuuliresursseja sekä tuotanto- ja vikatilastoja. Tavoitteena oli tarkastella Suomen Tuuliatlaksesta tehtyjen tuotantoennusteiden suhdetta pitkän aikavälin toteutuneisiin tuotantoihin. Työssä tehtiin katsaus siihen, miten tuuli käyttäytyy voimalan ympäristössä ja yleisesti sekä mitkä tekijät vaikuttavat tuulivoiman tuotantoon. Lisäksi perehdyttiin tuulivoiman nykytilaan Suomessa, josta ilmeni ko. energiantuotantomuodon olevan merkittävä lähitulevaisuudessa. Työssä kuvataan pääpiirteittäin, kuinka Suomen Tuuliatlas on mallinnettu ja toteutettu, sekä miten tuulivoimalalle voidaan tehdä tuotantoarvio resurssikartan tuulisuustietojen perusteella. Tuotantoarvioissa on otettu huomioon vähentävinä tekijöinä käytettävyyden, varjovaikutuksen ja jäätymisen aiheuttamat tuotantotappioarviot. Työhön valittiin mukaan 15 laitosta edustamaan Tuuliatlaksen laskennallista aikaa (1989–2007). Laitosvalinnassa tutkittiin Suomen tuulivoimaloita kokonaisuudessaan ja valintaan vaikuttivat aloitusvuosi ja sijainti. Tuotanto- ja vikatilastoja sekä Ilmatieteen laitoksen julkaisemia tuotantoindeksejä tarkasteltiin pitkiltä aikaväleiltä. Tuotantovuosia tutkittiin yhteensä 262 kappaleen verran. Tuotantoarvioiden ja toteutuneiden tuotantojen vertailussa selvisi, että Tuuliatlaksesta tehdyt arviot yliarvioivat tuotantoa kaikilla muilla paitsi yhdelle sijoituspaikalle. Korsnäsin laitoksien kohdalla tulokset yliarvioivat runsaasti, keskimäärin +49 %. Kemin, Siikajoen ja Sottungan erot olivat keskimäärin +22,4 %, 17,4 % ja 12,8 %. Porin voimalan tuotantoarviossa huomattiin vähiten eroja suhteessa toteutuneisiin tuotantoihin, keskimäärin +3,7 %, kun taas Hailuodon tulokset aliarvioivat, keskimäärin -3,2 %. Laitosten napakorkeudet olivat pienemmät kuin atlaksen tuuliarvion korkeus, joten keskimääräisiä tuulen nopeuksia korjattiin tuulen profiilikaavalla ja niistä laskettiin karkeasti korkeuskorjatut tuotantoarviot. Tulokset jäivät Korsnäsin kohdalla vielä yliarvioimaan, keskimäärin +27 %, mutta paransivat tuloksia Kemin ja Siikajoen kohdalla, erojen ollessa keskimäärin -9,2 % ja -7,3 %. Sottungan, Porin ja Hailuodon laitoksien arviot muuttuivat huomattavan aliarvioiviksi (-21,7 %, -15,6 %, -15,8 %). Yliarviointia voi selittää muutamat seikat: napakorkeus on matalammalla kuin atlaksen tuuliarvio ja/tai hilan tunnistetiedon sijainti on huomattavasti erillään voimalan sijoituspaikasta. On huomattava kuitenkin, että jakaumalta lasketut tulokset eivät kuitenkaan systemaattisesti yliarvioi (Hailuoto). Hilan pisteen valinnassa voisi esimerkiksi käyttää 2–4 pistettä sijoituspaikan ympäriltä. Tuulennopeusjakaumaa ei ollut saatavilla napakorkeuksille, joten oli käytettävä keskimääräisiä nopeuksia korkeuskorjatussa tuotantoarviossa. Korkeuskorjattu arvio onlaskettu hyvin karkeasti ja osoittaa lähinnä, että korkeudella voi olla paljon vaikutusta tuloksiin.This thesis studies wind resources in Finland as well as production and failure statistics. The goal of this thesis is to compare the production estimates based on the Finnish Wind Atlas with the actual longterm production of selected wind turbines. This study covers the behavior of wind and lists factors that influence the production of a wind power plant. The current state of wind energy production in Finland shows signs of a significant growth of the industry in the near future. The modeling methods of the Finnish Wind Atlas are explained on a general basis. Availability, wake effect and icing conditions have been considered when evaluating the average longterm production of a wind turbine. For this thesis, 15 wind power plants were chosen to represent the computational time period of the Finnish Wind Atlas (1989-2007). The wind turbines selected to this study were decided based on their commissioning dates and locations. Production and failure statistics, as well as production indexes published by the Finnish Meteorological Institute, were examined on a longterm timespan. The total number of production years studied was 262. When comparing the estimations with the actual productions, it was noticed that the Wind Atlas overestimates the production for most of the sites selected to this study. The estimations calculated for turbines located in Korsnäs overestimated by +49 % on average. The results for site locations in Kemi, Siikajoki and Sottunga were +22.4 %, 17.4 % and 12.8 % on average. Part of the estimations differed by only a few percentage units. The least amount of deviation from estimation vs. actual, was calculated on the turbines located in Pori (+3.7 %) and Hailuoto(-3.2 %). The estimates were calculated based on the distribution of wind speeds. The WAsP program gives the values for fixed heights only, so a wind shear formula was used in the study to calculate the annual mean wind speeds at hub height. A rough height correction for the production estimates could be calculated by using these average wind speeds. The results still overestimated for Korsnäs (+27 %), but improved for Kemi (-9.2 %) and Siikajoki (-7.3 %). On the other hand, the results underestimated the productionnoticeably in Sottunga, Pori and Hailuoto (-21.7 %, -15.6%, -15.8 %). The deviations from the actual productions can be explained mainly by wind conditions at hub height being lower than used on the estimations and/or the data point of the lattice from the Wind Atlas being considerably separated from the actual site. It is also worth bearing in mind that the calculations based on the Wind Atlas wind speed distributions do not systematically overestimate the production (Hailuoto). Korsnäs results show that when choosing the lattice from the Wind Atlas, it is preferable to choose 2–4 points around the site location to improve accuracy. The rough estimates based on mean wind speeds are merely to highlight the influence of height to the results