'Concept and control optimisation for collective heating and cooling in apartment buildings' (30/04/2025)

Stef Jacobs

• 30 april 2025
• 17.00 uur
• ​Campus Middelheim, Gebouw G, lokaal m.G.010​
• Promotoren: prof. dr. Ivan Verhaert & prof. dr. Peter Hellinckx  
• Faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen

Abstract

Hoe kunnen we appartementsgebouwen op een duurzame en efficiënte manier verwarmen en koelen? Collectieve warmte- en koudesystemen spelen daarbij een belangrijke rol. Zij bevorderen de energietransitie, maar ze kunnen vaak slimmer worden ontworpen en aangestuurd. Dit doctoraatsonderzoek biedt concrete oplossingen om mini-warmtenetten in appartementsgebouwen efficiënter te maken, zonder in te leveren op comfort.

Dit werd gedaan op drie manieren:
1. Slimmere aanvoertemperatuurregeling in centrale change-over systemen
Een nieuw voorgestelde regelstrategie groepeert de warmtevraag op basis van temperatuurbehoeften. Hierdoor kan de centrale distributietemperatuur dynamisch worden aangepast. Deze strategie verlaagt het energiegebruik met 36% en de energiekosten met 32%. Als iets meer temperatuurschommelingen voor sanitair warm water worden toegestaan, kan de besparing zelfs nog groter zijn. Omdat de distributietemperatuur centraal wordt aangepast en zo het hele systeem beïnvloedt, noemen we dit een ‘centraal change-over systeem’.

2. Kunstmatige intelligentie voor de aansturing
Er werd ook onderzocht op welke manieren we kunstmatige intelligentie kunnen trainen opdat het de dynamica van deze langzaam reagerende netten beter begrijpt. Door het aanpassen van de leerstrategie van een reinforcement learning algoritme verbeterde het leervermogen met 3% tot 15% tegenover conventionele strategieën. Dit is een stap in de richting van beter geregelde systemen.

3. Een nieuwe methode voor betere ontwerpkeuzes
Tot slot werd er een nieuwe beoordelingsmethode gepresenteerd die een duidelijker beeld biedt van welke systemen geschikt zijn voor welke soorten gebouwen en bewoners. Er is aangetoond dat het gedrag van bewoners een aanzienlijke impact heeft op welk centraal change-over systeem best geïnstalleerd wordt. Deze beoordelingsmethode maakt het mogelijk om objectievere en efficiëntere ontwerpbeslissingen te nemen, wat zich vertaalt in betere energieprestaties van gebouwen.

Dankzij deze inzichten kunnen collectieve energiesystemen in appartementsgebouwen duurzamer en efficiënter worden. Bovendien opent dit doctoraatsonderzoek de deur naar verdere innovaties in slimme en duurzame warmtenetten.

'Quality of Service Compliance Verification Using Federated Learning Empowered by Blockchain' (26/03/2025)

João de Brito Gonçalves

• 26 maart 2025
• 19.00 uur
• ​Online​
• Promotoren: prof. dr. Johann Marquez-Barja & prof. dr. Rodolfo da Silva Villaça  
• Faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen

Abstract

Edge computing brings a new paradigm in which computing, storage, and bandwidth resources are shared as closely as possible to mobile devices or sensors, generating a large amount of data, but the sensitive nature of the data means that there are risks and responsibilities to storing them in a centralized location. Moreover, to address the data privacy required for some data in these devices, we propose the use of Federated Learning (FL) so that specific data on services performed by clients do not leave the source machines. FL is a new sub-field of Machine Learning (ML) that allows training models without collecting the data itself. Instead of sharing data, users collaboratively train a model by only sending weight updates to a server. However, the naive use of FL in the scenarios aforementioned exposes it to a risk of corruption, whether intentional or not, during the training phase. This is due to the lack of training monitoring and the difficulty in verifying the quality of training datasets. To improve the security of FL systems, we propose a Blockchain-based framework in an edge computing scenario. Blockchain, with its immutability and traceability, can be an effective tool to prevent malicious attacks in FL. More specifically, the immediate updates made by each participant to its local model can be chained together on the distributed ledger offered by a blockchain such that those model updates are audited, and malicious trainers can be removed of the system. We also apply blockchain to create a reward mechanism in FL to enable an incentive strategy for trainers.

'Impact of rational catalyst design on stability for electrochemical ammonia synthesis revealed by electron microscopy' (21/01/2025)

Saskia Hoekx 

• 21 januari 2025
• 16.30 uur
• ​Campus Middelheim - lokaal m.A.143
• Promotoren: prof. dr. Tom Breugelmans & prof. dr. Sara Bals  ​
• Faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen

Abstract

Ammonia is a high commodity chemical that is predominantly used as a fertilizer in the agricultural industry. Over 180 million metric tons are produced annually, and the demand is expected to increase by 3-5% each year. Currently, this is synthesized using the energy-intensive and polluting Haber-Bosch process, which produces over 1% of the world’s total yearly greenhouse gas emissions, and 15% of the total carbon dioxide emitted by the chemical industry. One promising alternative is the electrochemical nitrate reduction reaction, which can convert polluting nitrates in agricultural wastewater back into useful ammonia under ambient conditions, with no carbon footprint. However, in order to be industrially applicable, this reaction requires an efficient and stable catalyst. In this work, characterization by electron microscopy and electrochemical tests are combined to approach catalyst optimization rationally. This resulted in a more stable catalyst that can effectively catalyze the nitrate reduction reaction for at least 24 hours without a significant loss in electrochemical performance.

'Ontwikkeling van een reversibel geïmmobiliseerde celreactor voor de valorisatie van verdunde lignocellulosische afvalstromen naar microbiële olie' (14/01/2025)

Waut Broos 

• 14 januari 2025
• 16.00 uur
• ​Campus Drie Eiken - lokaal d.O.01
• Promotoren: prof. dr. Iris Cornet, prof. dr. Siegfried E. Vlaeminck & prof. dr. Jan Dries  ​
• Faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen

Abstract

Op lignocellulose gebaseerde bioraffinaderijen produceren een aanzienlijke hoeveelheid afvalwater dat verschillende fenolverbindingen bevat. Tegenwoordig worden deze afvalwaters meestal als een last beschouwd. Sommige micro-organismen, bijvoorbeeld Rhodotorula kratochvilovae en Cutaneotrichosporon oleaginosum, kunnen fenolen echter omzetten in waardevolle intracellulaire componenten, namelijk microbiële olie (SCO). Hierdoor wordt de afvalstroom een grondstof en een economische opportuniteit. Door de lage substraatconcentratie is het valoriseren van afvalwater tot SCO, echter een uitdaging. Daarom wordt in de literatuur een hoogwaardige koolstofbron toegevoegd aan het afvalwater om hoge SCO-concentraties te bereiken. Tot op heden is de productie van SCO uit hoogwaardige koolstofbronnen economisch onhaalbaar gebleken. Daarom onderzoekt deze studie het gebruik van een herhaalde batchfermentatiestrategie. In een herhaalde batchfermentatie worden de cellen gerecycled voor gebruik in de volgende batch. Celrecycling en herhaalde voeding zorgen ervoor dat SCO zich in de cellen accumuleert. Hierdoor kunnen hoge SCO-concentraties bereikt worden uit substraatarm afvalwater. Voor celrecycling kunnen drie technologieën gebruikt worden: centrifugatie, membraantechnologie en immobilisatie. Elk van deze technologieën heeft echter zijn nadelen: centrifugeren kost veel energie en vereist grote investeringen, membranen zijn vatbaar voor vervuiling, en conventionele immobilisatietechnologieën maken het terugwinnen van het intracellulaire product problematisch.
Onze hypothese is dat het ontwerp van een nieuw reactortype, namelijk een reversibele geïmmobiliseerde celreactor (RICR), een mogelijke oplossing biedt. In deze reactor worden de cellen eerst geïmmobiliseerd op een geschikte drager, vindt herhaalde batchfermentatie plaats en tenslotte worden ze opnieuw gemobiliseerd om de intracellulaire componenten terug te winnen. Als case study wordt het afvalwater verkregen uit de thermochemische voorbehandeling van lignocellulose onderzocht als substraat voor microbiële olieproductie. Deze studie had tot doel een economisch haalbaar proces te ontwerpen voor de valorisatie van dit lignocellulosehoudende afvalwater.