Onderzoek Siegfried Denys

Abstract

Luchtverontreiniging in stedelijke gebieden is een belangrijk aandachtspunt in grote steden wereldwijd. Fotokatalytische coatings zijn veelbelovend gebleken bij het verminderen van luchtvervuiling, maar hun grootschalige toepassing wordt beperkt door een gebrek aan bestendigheid. Hoewel er multifunctionele fotokatalytische coatings op polymeerbasis beschikbaar zijn om de duurzaamheid te verbeteren, richten deze zich vaak meer op water- en weerbestendigheid, wat ten koste gaat van de fotokatalytische efficiëntie. Voorliggend project heeft tot doel deze uitdagingen aan te pakken door een innovatieve coating te ontwikkelen die een polymeer combineert met versterkende vezels en een fotokatalysator. Deze aanpak handhaaft een hoge fotokatalytische efficiëntie en verbetert tegelijkertijd de duurzaamheid en sterkte van de coating aanzienlijk. Door een fotokatalysator op te nemen in een carbonatatiebestendig polymeermengsel, voegen we luchtzuiverings- en zelfreinigende functionaliteiten toe. Het hoofddoel van dit project is de stabiliteit van de op polymeervezels gebaseerde fotokatalysatorcoating te onderzoeken en de fotokatalytische efficiëntie ervan te verbeteren zonder de carbonatatieweerstand aan te tasten. Inzicht in de interactie tussen de polymeer- en fotokatalysatorcomponenten is cruciaal, daarom zullen tests worden uitgevoerd op hechting, sterkte, fotokatalytische effectiviteit encarbonatatieweerstand. Bovendien zal een Computational Fluid Dynamics (CFD) studie worden uitgevoerd om de kinetische parameters te bekomen via parameterschatting en optimalisatie. Ook een beperkte life cycle assessment (LCA) en life cycle cost assessment (LCCA) zal worden uitgevoerd om de economische en ecologische duurzaamheidsimplicaties gedurende de levensduur van de coating te begrijpen en in kaart te brengen. Dit zal helpen om de resultaten te vertalen naar toekomstige grootschalige toepassingen en potentiële industriële partners aan te trekken. Door deze multifunctionele coating met succes te ontwikkelen, streven we ernaar de stedelijke luchtkwaliteit aanzienlijk te verbeteren én de levensduur van betonconstructies te verlengen door ze te beschermen tegen carbonatatie-geïnitieerde corrosie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Audenaert Amaryllis
• Co-promotor: Craeye Bart
• Co-promotor: Tytgat Tom

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Hoewel het belang van luchtkwaliteit bekend is, krijgt deze nog steeds onvoldoende aandacht. Vooral roet, bestaande uit kleine koolstofhoudende deeltjes die voornamelijk ontstaan bij verbrandingsprocessen, is één van de meest hardnekkige polluenten in onze moderne samenleving. De huidige roetverwijderingstechnieken bestaan meestal uit filtratiesystemen die na verloop van tijd verzadigd raken en regelmatig moeten worden vervangen, waardoor servicekosten hoog zijn en hun duurzaamheid afneemt. Fotokatalyse daarentegen biedt een duurzame oplossing voor het luchtverontreinigingsprobleem aan. Hier worden schadelijke verontreinigende stoffen omgezet in CO2 met licht als enige energiebron. Dat gezegd zijnde, belemmert de complexe chemische samenstelling van roet dit fotokatalytische oxidatieproces. Hierbij komt ook dat het weinige wetenschappelijke onderzoek dat handelt over fotokatalytische roetafbraak werkt met vooraf afgezette roet lagen waardoor het effect van adsorptie uit vervuilde luchtstromen totaal genegeerd wordt. Dit project wil een nieuwe regeneratieve filter ontwikkelen die roetdeeltjes uit een vervuilde luchtstroom kan halen en vervolgens afbreken onder invloed van ultraviolet (UV) licht. Zo een dergelijke filter zal bestaan uit fotokatalytisch gecoate actieve koolstofvezels die de adsorptiecapaciteit en fotokatalytische afbraak van roet aanzienlijk kunnen verhogen in vergelijking met de dunne fotokatalytische coatings die op glas worden toegepast. Om de optimale filterprestatie voor fotokatalytische roetafbraak te bereiken, zal het effect van verschillende materiaalkarakteristieken op de adsorptiecapaciteit en fotokatalytische performantie van de filter worden geëvalueerd. Hiertoe zal het effect van eigenschappen van de geactiveerde koolstofvezels, zoals porositeit en doorlaatbaarheid, en de fotokatalytische coating, zoals fotokatalysatorlading en nanomorfologie, worden onderzocht. De ontwikkeling van een luchtzuiveringssysteem dat roetdeeltjes kan afvangen én afbreken, zal nieuwe wegen openen voor het behandelen van het luchtvervuilingsprobleem. Bovendien zal het een belangrijke bijdrage leveren aan de ontwikkeling van een allround luchtzuiveringssysteem dat in staat is om vaste deeltjes, gasvormige en biologische polluenten gelijktijdig af te breken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het optimaliseren van de leefbaarheid in steden is een globaal topic dat kadert binnen een internationaal maatschappelijk erkende uitdagingen. Daarom worden bij bouwprojecten (al dan niet verplicht onder de Milieu Effecten Rapportage (MER) procedure) milderende maatregelen geïntroduceerd voor, onder andere, het optimaliseren van de luchtkwaliteit, het mitigeren van stedelijke hitte en het beperken van geluidhinder. De effectieve implementatie (en monitoring) van zulke maatregelen verloopt echter zeer moeizaam, door diverse bottlenecks die in de markt geïdentificeerd werden. Daartegenover is er een toenemende public awareness omtrent de problematieken gerelateerd aan stedelijke leefbaarheid en de daaruit voortvloeiende impact op de menselijke gezondheid, waardoor de vraag naar snelle en efficiënte ingrepen, en een duidelijke communicatie naar de bevolking, steeds groter wordt. Het voorliggende projectvoorstel kadert binnen een opeenvolging van onderzoekstrajecten, welke aangevat werd met een doctoraatsonderzoek omtrent ruimtelijke ingrepen voor de optimalisatie van luchtkwaliteit in steden (PhD D. Voordeckers onder begeleiding van Prof. M. Van Acker). Binnen dit doctoraat werden verschillende instrumenten ontwikkeld voor het monitoren, ontwerpen en analyseren van maatregelen. Deze instrumenten werden door middel van een diepgaande marktbevraging (binnen het kader van het daaropvolgende IOF POC voorstel) als zeer relevant bevonden voor de bevordering van het implementatieproces van ruimtelijke maatregelen voor de optimalisatie van leefbaarheid in steden en in de nabijheid van grote verkeersassen. De bevraging van diverse actoren (vb. VMM, Dep. Omgeving, VITO, Arcadis, Maat-Ontwerpers, De Werkvennootschap, …) resulteerde in de detectie van drie grote lacunes in de markt: (1) het ontbreken van een kennispartner voor het bieden van ontwerpmatige ondersteuning en het overbruggen van de kenniskloof tussen ingenieursbureaus en architecten / stedenbouwkundigen; (2) het gebrek aan monitoring van leefbaarheid in steden en van de impact van maatregelen en (3) de noodzaak van een partner met overkoepelend kennis over de diverse aspecten van leefbaarheid (luchtkwaliteit, hitte en geluid) voor het bieden van ondersteuning bij het maken van afwegingen tussen verschillende maatregelen. Om in te spelen op deze marktopportuniteit wordt binnen het huidige projectvoorstel (IOF-POC) ingezet op de verdere technologische en commerciële doorontwikkeling van de expertise, met als doel het oprichten van een Urban Liveability Platform (ULP) te bekomen dat op een dynamische wijze de marktlacunes invult. Het platform bundelt technologische (CFD simulaties en metingen) en ontwerpmatige (ontwerpend onderzoek) kennis, ontwikkeld binnen een multidisciplinair team (SRP & DuEL) en gebruikt deze om op te treden als ondersteunende of evaluerende partner tussen de expertise van ingenieursbureaus en ruimtelijke planners. Het projectvoorzet zet enerzijds in op het optimaliseren en verbreden van de expertise (naast luchtkwaliteit ook hitte en geluid) en deze te centraliseren binnen één platform. Anderzijds wordt een commerciële doorontwikkeling voorzien, waarbij wordt getracht om het aantal industriële contractovereenkomsten, die ontstaan zijn vanuit de scope van dit platform, verder uit te bouwen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Acker Maarten
• Co-promotor: Denys Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Onderzoeksgroep voor Stadsontwikkeling

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het binnenmilieu bevat tot vijf keer meer luchtvervuiling dan buiten. Bovendien brengen mensen er >90% van hun tijd door. Een belangrijke polluent hier zijn de vluchtige organische stoffen (VOS), omdat deze bij lage concentraties al schadelijk zijn voor de gezondheid. De traditionele zuiveringstechnieken vragen veel energie, genereren bijproducten en breken VOS niet af. Daarom is een verschuiving naar duurzamere technologieën vereist. Dit onderzoek zal biofiltratie combineren met fytoremediatie tot een botanische biofilter (BB) om VOS biologisch te degraderen. Een BB bestaat uit een substraat en een botanisch compartiment met bacteriën die meer afbraakmechanismen mogelijk maken, leidend tot een robuuster systeem. Er bestaan echter verschillen in ontwerp, werking en efficiëntie van BB's en omwille van beperkt onderzoek zijn er geen duidelijke relaties tussen BB en de binnenluchtkwaliteit, wat de verspreiding van de technologie beperkt. Onze studie beoogt de discrepanties weg te werken door middel van experimenten en modellering te combineren en en door samen te werken met bedrijven gespecialiseerd in binnenluchtkwaliteit en groene muren. (i) BB zullen worden geacclimatiseerd en gebio-augmenteerd; (ii) de VOS afbraakefficiëntie zal worden bepaald; (iii) een multifysisch model zal worden ontwikkeld voor optimalisatie; en (iv) BB zullen binnenshuis getest worden om een kennisplatform te creëren dat de BB plaatst in de binnenluchtzuiveringssector.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Smets Wenke
• Mandaathouder: Alvarado Alvarado Allan

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Volgens het recentste rapport van het Europees Milieuagentschap, vormt luchtvervuiling het ernstigste milieurisico voor de gezondheid. Om dit probleem aan te pakken, moet men de emissie van polluenten voorkomen en op korte termijn blootstelling vermijden. Aangezien Europeanen meer dan 90% van hun tijd binnenshuis doorbrengen, is luchtkwaliteitsbeheer binnenshuis een efficiënte strategie. Dit project is toegespitst op elektrostatische precipitatie (ESP) en fotokatalyse. Ondanks het veelvuldige gebruik en het groeiende aantal onderzoeken hebben beide technologieën momenteel een gemeenschappelijke beperking: ze zijn slechts doeltreffend tegen één type polluent, nl. fijn stof of gasvormige polluenten. Daarom wordt in dit project de integratie van deze technologieën onderzocht door de collectorplaten van de ESP te bekleden met een fotokatalysator, zodat een breed scala van polluenten in één keer wordt aangepakt. Er bestaat nog geen volledig inzicht in de wederzijdse effecten, wat de ontwikkeling van een gecombineerde technologie belemmert. In dit project worden verschillende submodellen ontwikkeld om de optredende fenomenen te onderzoeken. Bovendien wordt een vereenvoudigde opstelling experimenteel onderzocht. Door submodellen te combineren en deze te correleren met experimenten, worden alle wederzijdse, potentieel synergetische, effecten van ESP en fotokatalyse bestudeerd. Daarna wordt de gecombineerde technologie geoptimaliseerd en wordt een prototype ontwikkeld en gevalideerd.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Mandaathouder: Baetens Donja

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De productie van alternatieve brandstoffen en de bescherming van onze leefomgeving zijn twee van de meest intensief bestudeerde onderwerpen. Efficiënte productie van betaalbare alternatieve brandstoffen vereist de ontwikkeling van nieuwe materialen en de implementatie van nieuwe methoden. Anderzijds vereist het elimineren van gevaarlijke stoffen uit afvalgassen en lucht nieuwe milieuvriendelijke technologieën. In dit project zullen we beide problemen tegelijkertijd aanpakken door volledig functionele foto-elektrochemische systemen te ontwikkelen die organische verontreinigende stoffen in afvalgassen aan de ene kant van het apparaat afbreken (fotoanode), terwijl aan de andere kant waterstofgas wordt geproduceerd (kathode). Waar de zuurstofevolutiereactie vaak het knelpunt is bij conventionele foto-elektrochemische watersplitsing, wordt dit probleem hier omzeild door organische verontreinigende stoffen te gebruiken als elektronendonoren, die gemakkelijker kunnen worden geoxideerd dan water. De drijvende kracht achter het hele proces is rechtstreeks zonlicht. Daarom zullen eerst meer zonlichtactieve fotoanodematerialen worden gesynthetiseerd. Na rigoureuze karakterisering en screening van hun fotoactiviteit, worden deze katalysatoren geïntegreerd in een volledig functionele foto-elektrochemische testopstelling, waarmee alle relevante intrinsieke kinetische en massaoverdrachtsparameters kunnen worden afgeleid. Deze laatste worden gebruikt als input voor een multiphysics computational fluid dynamics (CFD) -model waarmee de gehele proceswerking en het foto-elektrochemische celontwerp op een beheersbare manier en zonder excessieve kosten kunnen worden verbeterd. Uiteindelijk zal op basis van de resultaten van de CFD-studie een demonstratie-eenheid op laboschaal worden gebouwd om het toepassingspotentieel van deze multifunctionele zonlichtgedreven technologie aan te tonen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Denys Siegfried
• Mandaathouder: Minja Antony Charles

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Binnen dit PWO‐project ontwikkelt DUBiT, in samenwerking met Sanacon en EMIB+DUeL (Universiteit Antwerpen) een hands‐on praktische leidraad en opleiding omtrent gebruik, ontwerp en installatie van een kathodisch beschermingssysteem voor de levensduurverlenging van bestaande betonconstructies. De nood aan duurzame hersteltechnieken, lange termijn visie en adequate besteding van het renovatiebudget is essentieel. Binnen dit project wordt de bestaande expertise versterkt via overleg met het werkveld, kwalitatief marktonderzoek, inventarisatie van bestaande cases en experimenteel onderzoek op labo‐schaal. Een werkelijk KB beschermingssysteem op de campus te Aalst zal dienst doen als demo‐opstelling die onderdeel uitmaakt van een door Odisee aangeboden unieke KB‐opleiding in België.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Audenaert Amaryllis
• Co-promotor: Craeye Bart

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Binnen het hedendaagse debat omtrent leefbaarheid in steden krijgt het topic van natuurlijke ventilatie als mitigerende maatregel steeds meer belang. Vooral op vlak van luchtkwaliteit komt natuurlijke ventilatie sterk op de voorgrond sinds er naast de reductie van lokale emissies (vb. transitie naar elektrisch wagenpark of invoer (ultra) lage emissizones) gezocht moet worden naar alternatieve maatregelen om te voldoen aan de steeds strenger wordende richtlijnen (European standards en World Health Organization (WHO) Air Quality Guidelines (AQGs)). De publieke opinie en de acties van burgerinitiatieven leggen een enorme druk op ruimtelijke planners en stedelijke beleidsmakers om de problemen omtrent luchtkwaliteit en hitte aan te pakken. Algemeen is geweten dat street canyons (straten geflankeerd door gevels van gebouwen aan beide zijden) door hun morfologie de knelpuntzones zijn voor natuurlijke ventilatie en dus sterk geconfronteerd worden met verhoogde pollutiewaarden en problemen omtrent stedelijke hitte. Ruimtelijke planners en stedelijke beleidsmakers hebben tot heden echter weinig bruikbare en betrouwbare tools en kennis voorhanden om deze street canyons te analyseren en om oplossingsgerichte maatregelen te formuleren. Deze vraag vanuit de markt werd naar voren geschoven tijdens gesprekken met Kabinetsadviseurs (Stad Antwerpen), ruimtelijke beleidvoerders (stad Antwerpen, dienst Klimaat & Leefmilieu), de Vlaamse Milieumaatschappij (VMM) en ontwerpbureaus (Maat-Ontwerpers, OMGEVING). Dit projectvoorsel zet volop in op deze lacune in de markt door het aanreiken van gevalideerde tools (CFD simulaties) voor analyse van bestaande situaties en impactanalyse van ruimtelijke ingrepen gekoppeld aan ondersteuning bij de implementatie van ruimtelijke maatregelen voor de optimalisatie van ventilatie in stedelijke omgevingen en deze als product-dienst aan te bieden aan bedrijven en overheden. Dit door het gebruik van de opgebouwde kennis omtrent deze materie (uniek binnen het Vlaamse kennisveld) binnen de multidisciplinaire samenwerking tussen de onderzoeksgroep Sustainable Energy, Air and Water technology (DuEL) (Faculty of Science, UA) en de onderzoeksgroep voor Stadsontwikkeling (Faculty of Design Sciences, UA). Naast de opgebouwde kennis werd een tool ontwikkeld (CFD model) voor het uitvoeren van gedetailleerde analyses van stedelijke gebieden (focus op street canyons) en het doorrekenen van ruimtelijke ingrepen die inzetten op de optimalisatie van de lokale natuurlijke ventilatie en/of polluentenverspreiding. Het CFD model onderscheidt zich van huidige gangbare modellen doordat het gevalideerd is (a.d.h.v. een uitgebreide meetcampagne) en de mogelijkheid heeft om de aanpassingen aan gebouwconfiguraties door te rekenen (in tegenstelling tot gebruikelijke modellen voor Vlaamse overheden zoals AtmoStreet, IMPACT en CAR die enkel wijzigingen in uitstoot/verkeersstromen kunnen doorrekenen). Voor dit projectvoorstel wordt een IOF-POC develop aangevraagd om het CFD door te ontwikkelen in co-creatie met Stad Antwerpen en VMM en zo op technologisch vlak marktintroduceerdbaar te maken. Verder worden op commercieel vlak stappen genomen (verder markt- en concurrentiescreening, gedetailleerde waardebepaling van de dienst en analyse van reële kosten, zoals personeel maar ook technische zaken zoals meetinfrastrcuctuur en computele rekenkracht) ter onderbouwing van de ontwikkeling van de Service Platform (onderbouwing vervolgaanvraag IOF Service Platform in 2023) met potentiële doorgroei tot spin-off bedrijf. Tot slot werden een aantal alternatieve valorisatiepistes gedetecteerd zoals inschrijven op Europese kaderprogramma's (Interreg, Life, Horizone Europe), samenwerkingsovereenkomsten met overheidsbedrijven voor grootschalige projecten (vb. Lantis) en samenwerkingsovereenkomsten omtrent de opzet van de screeningstool door de Vlaamse Milieumaatschappij (VMM).

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Acker Maarten
• Co-promotor: Denys Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Onderzoeksgroep voor Stadsontwikkeling

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project richt zich op de ontwikkeling van een innovatief binnenluchtzuiveringssysteem dat twee technologieën combineert: actieve koolfiltratie en fotokatalytische oxidatie. In eerdere onderzoeksprojecten zijn een fotokatalytische meerbuisreactor en een actiefkoolfiltermodule ontwikkeld. Deze luchtzuiveringstechnieken hebben op zichzelf enkele grote nadelen. Wanneer de technieken echter worden gecombineerd in één geïntegreerd systeem, kunnen hun individuele nadelen worden overwonnen. Een modelleringsaanpak wordt aangewezen om de voorwaarden te bepalen waarin de twee technologieën optimaal worden gecombineerd. Een positief projectresultaat zal resulteren in de ontwikkeling van een luchtzuiveringssysteem dat een breed scala aan luchtverontreinigende stoffen uit de binnenlucht verwijdert. Het systeem heeft grote voordelen, aangezien de luchtverontreinigende stoffen binnenshuis volledig worden omgezet in CO2 en H2O, zonder dat er bijproducten worden gevormd. Hierdoor kan de binnenlucht worden gerecirculeerd en kan ventilatie worden geminimaliseerd. Op deze manier wordt energie-efficiëntie gegarandeerd, aangezien ventilatie energie nodig heeft om de buitenlucht op te warmen tot binnentemperatuur. Bovendien zullen de luchtverontreinigende stoffen die binnenshuis worden geproduceerd niet naar buiten worden uitgestoten door ventilatie, wat gunstig is voor het milieu. VENTO en de Universiteit Antwerpen (DuEL onderzoeksgroep en Faculteit Ontwerpwetenschappen) zullen samenwerken om de projectdoelen te bereiken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Dams Francis
• Co-promotor: Vaes Kristof

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Ondanks de dalende emissies van luchtvervuilende stoffen in Europa en Vlaanderen, zijn de advieswaarden van de WGO nog niet binnen bereik. Ondergrondse parkeergarages in het bijzonder bevorderen verhoogde concentraties van verkeersgerelateerde polluenten zoals fijn stof en NOx, aangezien deze accumuleren in het gebouw. Met name geventileerde garages fungeren als hotspots en hebben een grote impact op de plaatselijke luchtkwaliteit, vermits de polluenten actief naar buiten worden verplaatst. Om dit te verhelpen, moet de vervuilde lucht behandeld worden voordat deze het gebouw verlaat. In dit project wordt hiervoor een innovatieve luchtzuiveringstechnologie bestudeerd, die ESP en fotokatalyse combineert en zo fijn stof en NOx simultaan kan aanpakken. In een experimentele studie zal de verwijdering en afbraak van fijn stof en NOx door deze technologie getest worden onder de typische condities in een parkeergarage. Om het effect van het aantal en de exacte locatie van de geplaatste zuiveringstoestellen op de luchtkwaliteit aan de ventilatie-uitlaat te onderzoeken, worden twee bestaande garages aangewend als casestudy. Voor beide parkings wordt een CFD model voor luchtstroming en verspreiding van polluenten ontwikkeld, waarin virtueel de luchtzuiveringstechnologie wordt toegepast. Op deze manier kunnen verschillende configuraties getest worden. Bovendien zal de binnenluchtkwaliteit worden aangepakt door de beschikbare stuwkrachtventilatoren in de garages virtueel aan te sturen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Tytgat Tom
• Mandaathouder: Baetens Donja

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Luchtzuiveringstechnologieën zijn doorgaans slechts efficiënt tegen één type van polluent. Het is daarom interessant om verschillende technologieën in één systeem te combineren om zo een breder scala aan polluenten in één bewerking te verwijderen. Op deze manier willen we de problemen oplossen die geassocieerd worden met de afzonderlijke technologieën. Om de vele uitdagingen aan te gaan en te onderzoeken hoe gecombineerde technologieën optimaal in één systeem kunnen worden geïntegreerd, zal een multiphysics model worden ontwikkeld voor de gecombineerde technologie, inclusief submodellen voor alle relevante fenomenen. Bovendien wordt testinfrastructuur gebouwd waarmee beide technologieën grondig kunnen worden getest. Op basis van de correlatie van de modelresultaten en experimenten wordt vervolgens een grondige parameteranalyse uitgevoerd om een volledig inzicht te krijgen in de interactie tussen beide technologieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Tytgat Tom

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Situering: In onze steeds dichtere stedelijke omgeving is er een groeiende behoefte aan groen. Aangezien er weinig ruimte overblijft om dit groen op een traditionele manier te integreren zijn er alternatieve oplossingen nodig. Daar waar groendaken vandaag de dag steeds vaker worden toegepast, blijven verticale gebouwvlakken grotendeels onbenut. De beschikbare verticale geveloppervlakte in steden is nochtans groot. Zowel grondgebonden als niet-grondgebonden groene gevels hebben een enorm marktpotentieel. Naast de economische opportuniteiten die ze bieden gaan ze hand in hand met een positieve ecologische, maatschappelijke en stedenbouwkundige impact. Ze bieden een kosten- en ruimte-efficiënte manier om de leefbaarheid en de klimaatbestendigheid van steden te vergroten, ze filteren vervuiling en CO2 uit de lucht, ze verhogen de biodiversiteit en ze hebben een positieve invloed op de productiviteit van mensen. Doelen: Het latente potentieel van groene gevels is zo goed als klaar om verzilverd te worden inzake de positieve economische, ecologische, maatschappelijke en stedenbouwkundige impacts. Hiervoor dient kennis die geconcentreerd aanwezig is bij onderzoeksinstellingen en fabrikanten voorbereid te worden voor disseminatie naar het werkveld en vertaald te worden naar praktische tools en richtlijnen. Om een doorbraak te realiseren in verticale gevelbegroening en nieuwe innovaties te stimuleren zal dit TETRA-project zich daarom richten op: (1) Het ontwikkelen van een objectief beoordelingskader om de prestaties van groengevels te evalueren. Hierbij zullen zowel milieutechnische, economische als bouwfysische elementen aan bod komen. De systemen zullen worden beoordeeld op basis van hun prestaties gedurende hun ganse levenscyclus. (2) Het uitwerken van praktische en betrouwbare beslissingstools die de diverse actoren binnen de bouwsector (o.a. architecten, aannemers, bouwheren, overheden) helpen bij het oordeelkundig voorschrijven en toepassen van groene gevels. Hierbij zal aandacht worden besteed aan de verschillende elementen die invloed kunnen hebben op de uiteindelijke keuze, waaronder de installatie en het onderhoud van de verschillende systemen (bv. of ze al dan niet grondgebonden zijn). (3) Gerichte productinnovaties en testen in demotoepassingen, zoals het evalueren en optimaliseren van de efficiëntie van groeibegrenzers. (4) Het dissemineren van de kennis naar de diverse doelgroepen aan de hand van demo's, workshops, ... Hierbij zal in het bijzonder aandacht worden besteed aan doorstroming van kennis en ervaringen naar het onderwijs (o.a. studenten architectuurwetenschappen en industrieel ingenieur bouwkunde, evenals praktijkopleidingen in bouw en groenvoorziening). Output: A1: Is the sustainability potential of vertical greening systems deeply rooted? Establishing uniform outlines for environmental impact assessment of VGS Rowe, Timothy; Poppe, Jan; Buyle, Matthias; Belmans, Bert; Audenaert, Amaryllis Renewable and sustainable energy reviews - ISSN 1364-0321 - 162(2022), p.1-12 A1 Under Review: A review on the Leaf Area Index (LAI) in vertical greening systems. De Bock, A., Belmans, B., Vanlanduit S., Blom J., Alvarado-Alvarado A. Audenaert, A. Building and Environment, 34 p. Modeling the hygrothermal benefits of green walls using COMSOL Multiphysics ® Alvarado-Alvarado A., De Bock, A. , Belmans, B., Denys S. Sustainable Cities and Societies (SCS) P1: What's under the canopy of current LCA studies on vertical greening systems? – a SWOT analysis Timothy Rowe, Anouk De Bock, Matthias Buyle, Bert Belmans and Amaryllis Audenaert Proceedings of the 2022 International Conference on Green Building Stockholm, Sweden, 6 p. SWOT Analysis of an LWS as a replacement for the outer cavity leaf. M. Adriaenssen, W. Meeusen, T. Rowe, B. Belmans, A. Audenaert Proceedings 2022 International Conference on Green Energy and Environmental Technology (GEET-22) July 2022, Rome, Italy, ISSN: 2695-804X, 6 p.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Audenaert Amaryllis
• Co-promotor: Belmans Bert
• Co-promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Verbeke Stijn

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Asfaltverhardingen moeten bestand zijn tegen de gevolgen van het weer (d.w.z. UV-, regen- en vries-dooi cycli) en (zware) verkeersbelasting tijdens hun levensduur, met behoud van de noodzakelijke mechanische prestaties, bijv. beperkte spoorvorming, weerstand tegen vermoeidheid en waterbestendigheid, en het bieden van comfortabele en veilige rijomstandigheden wat betreft de oppervlakte-eigenschappen, rekening houdend met de slipweerstand en de textuur. Recentelijk is niet alleen onderzoek gedaan naar de mechanische prestaties of de algehele milieu-impact van asfaltverharding, maar is er ook meer aandacht besteed aan slimme verhardingen, zoals fotokatalytische verhardingen. In de meeste gevallen worden TiO2-nanodeeltjes (halfgeleidermateriaal) gebruikt als fotokatalysator voor diverse doeleinden, meestal voor de fotokatalytische afbraak van lucht- en watervervuiling, omdat het effectief, niet-toxisch, gemakkelijk verkrijgbaar en goedkoop is. Door de enorme oppervlakte van de wegverhardingen en de nabijheid van de uitlaatgassen van auto's wordt het fotokatalytisch vermogen van asfaltwegdekken als veelbelovend voor de luchtzuivering genoemd. TiO2 is in staat om onder UV-licht (slechts 3-5% van het zonnespectrum) te reageren met vervuilende gassen, zoals NOx en SO2, waardoor respectievelijk in water oplosbare nitraten en sulfaten ontstaan, die door de regen gemakkelijk van de asfaltverharding worden verwijderd. Het heeft ook het potentieel om roet, (gemorste) olie en vluchtige organische stoffen (VOS) af te breken. In dit project willen we i) de effecten van het verkeer op de fotokatalytische efficiëntie verder onderzoeken, ii) mogelijke negatieve effecten op de verkeersveiligheid bepalen (slipweerstand) en iii) een in-situ testopstelling ontwikkelen om de NOx-reductie te meten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vuye Cedric
• Co-promotor: Blom Johan
• Co-promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Tytgat Tom
• Co-promotor: Van den bergh Wim

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Deze aanvraag heeft betrekking op de aankoop van nieuwe infrastructuur in het kader van het opzetten van een geavanceerde faciliteit voor het beoordelen van de impact van strategieën en technologieën voor fijnstofreductie (particulate matter, PM), één van de kernonderzoeksdomeinen van de aanvragers. Hiertoe is het nauwkeurig genereren en kwantificeren van PM cruciaal. De onderzoeksgroep Duurzame energie, lucht en watertechnologie vraagt daarom om twee opstellingen op te zetten voor alle groottefracties van PM die worden geassocieerd met stedelijke luchtvervuiling, namelijk ultrafijnstof (PM0,1) en fijnstof (PM2,5 en PM10). Met de gevraagde apparatuur kunnen we lucht beladen met een gecontroleerde PM-concentratie en grootteverdeling, die naar een windtunnelopstelling kan worden geleid om PM depositie op vegetatie te onderzoeken, of naar luchtzuiveringsinstallaties om de fysieke verwijdering of chemische transformatie van PM te testen. De concentratie en distributie van PM kan zodanig gekozen worden dat PM-vervuiling zowel in binnen- als buitenomgeving kan worden nagebootst.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Luchtvervuiling is een ernstig probleem. Het Vlaamse overheidsbeleid heeft zich tot doel gesteld om de concentraties van verontreinigende stoffen te verlagen. Geplande maatregelen zijn o.a. reductie van verkeersemissies en aanpassingen aan gebouwconfiguraties om natuurlijke ventilatie in stedelijke omgevingen te verbeteren. Aangezien deze maatregelen uiteraard zeer duur zijn en de gezondheidskosten van luchtvervuiling enorm zijn (geschat op € 8 miljard per jaar in België), dient de doeltreffendheid van de geplande maatregelen te worden beoordeeld om een efficiënte toewijzing van de financiële middelen toe te laten. Mathematische modellering met computational fluid dynamics (CFD) maakt het mogelijk om concentraties van stedelijke luchtverontreiniging en het effect van de voorgestelde strategieën te kwantificeren. Er bestaat echter bezorgdheid over de nauwkeurigheid en computationele kosten van deze modellen. Om hieraan tegemoet te komen, zal in dit project het volgende worden onderzocht: het combineren van verschillende (snelle, maar minder accurate) Reynolds-average Navier Stokes (RANS)-modellen in één model zou prestaties van RANS modellen kunnen verhogen. Deze strategie zal worden gecombineerd met de meer accurate, maar tragere Large Eddy-simulation (LES)-modellen in een hybride RANS/LES model, om aldus de numerieke berekeningen te versnellen. Daarnaast zal een recent ontwikkelde methode voor onzekerheidskwantificatie worden toegepast om nog onbekende bronnen van onzekerheid te identificeren. Ten slotte zullen de ontwikkelde methoden en de bekomen kennis worden gebruikt in een model van een realistische wijk in de stad Antwerpen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Mandaathouder: Lauriks Tom

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van dit project is het ontwikkelen van semi-actieve fotokatalytische systemen voor het bestrijden van luchtvervuiling in stedelijke omgevingen. Met semi-actieve systemen worden fotokatalytische systemen bedoeld met (i) een verhoogde functionaliteit (verbeterde activiteit onder zonlicht), (ii) waarbij de overdracht van polluenten naar de fotokatalytische oppervlakken wordt verbeterd (door natuurlijke of gedwongen convectie te induceren) en (iii) waarbij het zonlicht optimaal wordt gebruikt door het optimaliseren van de ontvangen lichtintensiteit. De hypothese is dat systemen die aan deze voorwaarden voldoen superieur zijn aan zogeheten passieve fotokatalytische systemen. In dit project zal een veelbelovende plasmonversterkte fotokatalytische coating, ontwikkeld door onze onderzoeksgroep, worden gekarakteriseerd in termen van gevoeligheid voor zonlicht. De relevante reactiekinetische parameters zullen hierbij worden bepaald en gebruikt voor het ontwerpen van semi-actieve luchtzuiveringssystemen op basis van computational fluid dynamics (CFD) -modellen, waardoor de noodzaak aan uitgebreide experimenten wordt beperkt. Het meest belovende systeem zal vervolgens op schaalmodel worden gebouwd en uitgebreid worden getest onder gecontroleerde omstandigheden. Tenslotte zal een demo systeem gebouwd worden in een realistische omgeving. Het uiteindelijke doel van het IOF-POC project is om de haalbaarheid van semi-actieve fotokatalytische systemen aan te tonen en zo de interesse van potentiële industriële partners en andere belanghebbenden te wekken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De onderzoeksgroep Duurzame Energie, Lucht- en Watertechnologie (DuEL) van UAntwerpen zal in opdracht van MPA onderzoek uitvoeren in het kader van een pilootproject van MPA in samenwerking met QPark en MPA, waarbij de parkings Steendok en Kooldok uitgerust worden met luchtzuiveringsinstallaties met de best mogelijke luchtzuiveringstechnologie. De onderzoeksgroep staat in voor de begeleiding bij de definitie van de doelstellingen, de keuze van de best beschikbare technologie, de meting, monitoring, opvolging, analyse en evaluatie van de resultaten op korte en lange termijn.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Tytgat Tom

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Luchtvervuiling is een ernstig probleem. Het Vlaamse overheidsbeleid heeft zich tot doel gesteld om de concentraties van verontreinigende stoffen te verlagen. Geplande maatregelen zijn o.a. reductie van verkeersemissies en aanpassingen aan gebouwconfiguraties om natuurlijke ventilatie in stedelijke omgevingen te verbeteren. Aangezien deze maatregelen uiteraard zeer duur zijn en de gezondheidskosten van luchtvervuiling enorm zijn (geschat op € 8 miljard per jaar in België), dient de doeltreffendheid van de geplande maatregelen te worden beoordeeld om een efficiënte toewijzing van de financiële middelen toe te laten. Mathematische modellering met computational fluid dynamics (CFD) maakt het mogelijk om concentraties van stedelijke luchtverontreiniging en het effect van de voorgestelde strategieën te kwantificeren. Er bestaat echter bezorgdheid over de nauwkeurigheid en computationele kosten van deze modellen. Om hieraan tegemoet te komen, zal in dit project het volgende worden onderzocht: het combineren van verschillende (snelle, maar minder accurate) Reynolds-average Navier Stokes (RANS)-modellen in één model zou prestaties van RANS modellen kunnen verhogen. Deze strategie zal worden gecombineerd met de meer accurate, maar tragere Large Eddy-simulation (LES)-modellen in een hybride RANS/LES model, om aldus de numerieke berekeningen te versnellen. Daarnaast zal een recent ontwikkelde methode voor onzekerheidskwantificatie worden toegepast om nog onbekende bronnen van onzekerheid te identificeren. Ten slotte zullen de ontwikkelde methoden en de bekomen kennis worden gebruikt in een model van een realistische wijk in de stad Antwerpen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De schadelijke gevolgen voor de gezondheid als gevolg van blootstelling aan luchtverontreiniging, zoals PM, worden steeds prominenter. Hoewel de emissies verminderen, worden er nog steeds te hoge PM-concentraties vastgesteld op locaties met veel verkeer en in zogenaamde street canyons. Stedelijk groen wordt beschouwd als een potentiële oplossing voor het verbeteren van de luchtkwaliteit, vooral groengevels hebben een groot potentieel. Vegetatie heeft een invloed op luchtstroompatronen en helpt bij het verwijderen van verontreinigende stoffen uit de atmosfeer door droge depositie op bladoppervlakken. Zowel veld-, windtunnel- als modelleringstudies (in het bijzonder CFD) worden complementair gebruikt om deze effecten te onderzoeken, maar de huidige depositiemodellen zijn niet in staat om alle mechanismen te begrijpen die verantwoordelijk zijn voor depositie en resuspensie. Dit onderzoeksvoorstel zal deze tekortkoming aanpakken door het ontwikkelen van een depositiemodel waarbij alle relevante mechanismen in aanmerking worden genomen, evenals resuspensie van bladeren. De relevante aerodynamische parameters en depositie / resuspensiesnelheid van verschillende plantbladoriëntatie van soorten groengevels zullen worden bepaald met windtunnelexperimenten. Deze resultaten zullen dienen als input voor een modelraamwerk op ware schaal. Het modelraamwerk zal worden toegepast om het potentieel van nature-based systemen en ecotechnologische oplossingen voor stedelijke PM-mitigatie te onderzoeken. Dit onderzoeksvoorstel is zeer innovatief en uitdagend en overstijgt de state-of-the-art.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Samson Roeland
• Mandaathouder: Ysebaert Tess

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het algemeen doel van dit project is het optimaliseren en marktklaar maken van innovatieve luchtzuiveringstechnieken gebaseerd op de plasmatechnologie om deze toe te passen op installaties die de impact mitigeren van schadelijke buitenlucht op de binnenluchtkwaliteit in voorzieningen voor kwetsbare groepen. Om deze doelstelling te bereiken zijn volgende deel-objectieven belangrijk: - Industrieel onderzoek en experimentele ontwikkeling van de plasma- en plasmakatalytische luchtzuiveringstechniek. Door het combineren van technologie en expertise van kennisinstellingen en private ondernemingen kan een innovatieve luchtzuiveringstechnologie worden geoptimaliseerd en verduurzaamd. - Demonstratie en analyseren van de impact van de technologie in een praktijkomgeving. Het doel hiervan is het nagaan van de correcte werking van de nieuwe technologie, evenals een correct kwantificeren van de impact. Via een gedetailleerde kosten-batenanalyse kan de aanvaarding van deze technologie door de markt worden voorbereid. - Actief betrekken van zowel de vraag- als aanbodszijde via marktgerichte samenwerking. Het garanderen van opname door de markt door co- creatie met, en het stimuleren van private en publieke stakeholders en publiek tijdens alle fases van het project. Door de intensieve, grensoverschrijdende samenwerking tussen kenniscentra, private ondernemingen en publieke actoren, ontstaat een vraaggerichte innovatiecluster die dient als hefboom naar een meer efficiënte omgang met hulpbronnen en een vermindering van de impact van luchtvervuiling op de gezondheid van kwetsbare groepen in de grensregio Vlaanderen-Nederland.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Denys Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De hoofddoelstelling van dit project is het genereren van een wetenschappelijk kader voor onderzoek naar de verwijdering van fijnstof door stedelijk groen. In de eerste plaats worden belangrijke inzichten vergaard in de fysische fenomenen die bijdragen tot depositie van fijnstof aan plantoppervlakken. Verder wordt onderzocht op welke wijze meteorologische, plantfysiologische en morfologische kenmerken een invloed hebben. De methodiek is gebaseerd op (1) voorspellende modellen voor luchtstroming en transport van fijnstof door stedelijk groen, depositie en resuspensie van fijnstof en (2) experimentele analyse van de aerodynamica van stedelijk groen en depositie van fijnstof op plantoppervlakken. Combinatie van modelleringstechnieken en experimentele procedures laat toe inzichten te verkrijgen in de onderliggende processen (partikeltransport, depositie, resuspensie) en de effecten van meteorologische, fysiologische en morfologische parameters. Gebaseerd op dit wetenschappelijk kader zal het potentieel van "eco-technologische oplossingen" voor het bestrijden van luchtvervuiling –in het bijzonder van fijnstof– in steden worden onderzocht en getest. Bij "conventionele" toepassing van stedelijk groen wordt de afvangcapaciteit van vegetatie niet volledig benut. In dit project worden innovatieve concepten onderzocht waarbij stedelijk groen op een slimme wijze wordt ingezet om de afvangcapaciteit van fijnstof zo groot mogelijk te maken. Specifiek wordt gekeken naar het aanpassen en engineeren van groene structuren en het plaatselijk richten en controleren van luchtstroming, zodat de afvangst van fijnstof wordt geoptimaliseerd.. De kennis die wordt opgebouwd in dit onderzoeksproject is zeer nuttig voor het verder ontwerpen van gezonde en duurzame steden. Meer bepaald zullen de resultaten nuttig zijn voor het ontwikkelen van innovatieve eco-technologische oplossingen, gebaseerd op een solide wetenschappelijke basis.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Samson Roeland
• Mandaathouder: Ysebaert Tess

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project worden metingen uitgevoerd door de onderzoeksgroep Duurzame Energie, Lucht en Water Technologie (DuEL) van de Universiteit Antwerpen waarbij de (foto)katalytische afbraak van aceetaldehyde wordt bepaald door luchtzuiverende verven. Deze metingen zullen worden uitgevoerd in navolging van ISO22197-2. Concreet bestaat de procedure uit een voorbehandeling, een adsorptieproces in donkere omstandigheden en metingen van de verwijdering van aceetaldehyde en vorming van CO2 onder belichting.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project zal een waarschuwings- en monitoring systeem voor lucht pollutie gebaseerd op remote sensing en modellering ontwikkeld worden. Bovendien zal er een evaluatie gebeuren van de opties voor foto- en plasmakatalyse voor luchtzuivering. Er is een belangrijk opleidingsaspect waarbij Marokkaanse master studenten naar hier komen voor hun thesis.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Hauchecorne Birger

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project worden de rechtstreekse effecten van gevelgroen op lokale luchtkwaliteit, alsook hygrothermische effecten van groengevels bestudeerd. Globale doelstelling is een beter inzicht te krijgen in de interacties plant - (stedelijke) omgeving en uiteindelijk bestaande systemen te optimaliseren naar -vooral- luchtzuiverende effecten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Samson Roeland

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het algemene doel van dit project is het ontwerpen en optimaliseren van een fotokatalysereactor voor HVAC systemen voor de afbraak van VOC's die daarbij een significante energiebesparing oplevert in vergelijking met conventionele systemen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denys Siegfried
• Co-promotor: Lenaerts Silvia

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject