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Measuring the risk of financial portfolios with nonlinear instruments and non-Gaussian risk factors
This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University.The focus of my research has been computationally efficient means of computing measures of
risk for portfolios of nonlinear financial instruments when the risk factors might be possibly
non-Gaussian. In particular, the measures of risk chosen have been Value-at-Risk (VaR)
and conditional Value-at-Risk (CVaR). I have studied the problem of computation of risk
in two types of financial portfolios with nonlinear instruments which depend on possibly
non-Gaussian risk factors:
1. Portfolios of European stock options when the stock return distribution may not be
Gaussian;
2. Portfolios of sovereign bonds (which are nonlinear in the underlying risk factor, i.e.
the short rate) when the risk factor may or may not be Gaussian.
Addressing both these problems need a wide array of mathematical tools both from the
field of applied statistics (Delta-Gamma-Normal models, characteristic function inversion,
probability conserving transformation) and systems theory (Vasicek stochastic differential
equation model, Kalman filter). A new heuristic is proposed for addressing the first problem,
while an empirical study is presented to support the use of filter-based models for addressing
the second problem. In addition to presenting a discussion of these underlying mathematical
tools, the dissertation also presents comprehensive numerical experiments in both cases,
with simulated as well as rea
Materiais e conceitos para produção de ferro por piroeletrólise com baixa emissão de CO2
Doutoramento em Engenharia FísicaThe main purpose of this PhD thesis was to provide convincing demonstration
for a breakthrough concept of pyroelectrolysis at laboratory scale. One
attempted to identify fundamental objections and/or the most critical
constraints, to propose workable concepts for the overall process and for
feasible electrodes, and to establish the main requirements on a clearer basis.
The main effort was dedicated to studying suitable anode materials to be
developed for large scale industrial units with molten silicate electrolyte. This
concept relies on consumable anodes based on iron oxides, and a liquid Fe
cathode, separated from the refractory materials by a freeze lining (solid)
layer. In addition, one assessed an alternative concept of pyroelectrolysis with
electron blocking membranes, and developed a prototype at small laboratory
scale.
The main composition of the molten electrolyte was based on a magnesium
aluminosilicate composition, with minimum liquidus temperature, and with
different additions of iron oxide. One studied the dynamics of devitrification of
these melts, crystallization of iron oxides or other phases, and Fe2+/Fe3+ redox
changes under laser zone melting, at different pulling rates. These studies
were intended to provide guidelines for dissolution of raw materials (iron
oxides) in the molten electrolyte, to assess compatibility with magnetite based
consumable anodes, and to account for thermal gradients or insufficient
thermal management in large scale cells.
Several laboratory scale prototype cells were used to demonstrate the concept
of pyroelectrolysis with electron blocking, and to identify the most critical
issues and challenges. Operation with and without electron blocking provided
useful information on transport properties of the molten electrolyte (i.e., ionic
and electronic conductivities), their expected dependence on anodic and
cathodic overpotentials, limitations in faradaic efficiency, and onset of side
electrochemical reactions.
The concept of consumable anodes was based on magnetite and derived
spinel compositions, for their expected redox stability at high temperatures,
even under oxidising conditions. Spinel compositions were designed for
prospective gains in refractoriness and redox stability in wider ranges of
conditions (T, pO2 and anodic overpotentials), without excessive penalty for
electrical conductivity, thermomechanical stability or other requirements.
Composition changes were also mainly based on components of the molten
aluminosilicate melt, to avoid undue contamination and to minimize the
dissolution rate of consumable anodes. Additional changes in composition
were intended for prospective pyroelectrolysis of Fe alloys, with additions of
different elements (Cr, Mn, Ni, Ti).Esta tese de doutoramento pretendeu demonstrar o conceito de piroeletrólise
de ferro à escala laboratorial. Visou-se a deteção de objeções fundamentais
e/ou restrições críticas, de modo a propor conceitos exequíveis para o método
global e para elétrodos adequados, e identificar mais claramente os principais
requisitos. O principal esforço foi dedicado ao estudo de materiais de ânodo
adequados para o desenvolvimento de unidades industriais de larga escala,
com eletrólito fundido à base de silicatos. O conceito compreende ânodos
consumíveis à base de óxidos de ferro e um elétrodo de Fe fundido, com uma
camada intermédia de Fe sólido entre o metal fundido e os refratários.
Adicionalmente, foi testado um conceito alternativo de piroeletrólise com
membrana bloqueadora eletrónica, e foram desenvolvidos protótipos com
base neste conceito.
O eletrólito fundido baseou-se numa composição de aluminosilicato de
magnésio com um mínimo de temperatura liquidus, com diferentes teores de
óxido de ferro. Foram realizados estudos de desvitrificação, cristalização de
óxidos de ferro ou outras fases e alterações redox da razão Fe2+/Fe3+,
recorrendo à fusão de zona por laser, a diferentes velocidades. Estes estudos
visaram a obtenção de critérios fundamentais para a dissolução de matériasprimas
(óxidos de ferro) no eletrólito fundido, para avaliar a compatibilidade de
espinelas à base de magnetite com potenciais ânodos e para prever as
implicações de gradientes térmicos e/ou deficiente regulação térmica.
Foram preparados e testados diversos protótipos laboratoriais, para
demonstrar o conceito de piroeletrólise com bloqueamento eletrónico e para
identificar as questões mais críticas e desafios deste conceito. O
comportamento destas células em condições de operação com e sem
bloqueamento eletrónico originou informações muito pertinentes sobre as
propriedades de transporte do eletrólito fundido (i.e., condutividades iónica e
eletrónica), a sua variação sob polarização anódica e catódica, as limitações
de eficiência faradaica e a ocorrência de reações eletroquímicas parasitas ou
secundárias.
O conceito de ânodos consumíveis baseou-se em espinelas com
composições derivadas da magnetite, em virtude da esperada estabilidade
redox a altas temperaturas, mesmo em condições oxidantes. A composição
destas espinelas foi ajustada para melhorar a sua refrataridade e a
estabilidade em condições redox mais alargadas (T, pO2 e sobretensão
anódica), sem excessivo prejuízo para a condutividade elétrica, estabilidade
termomecânica e outros requisitos. As alterações de composição dos
materiais de ânodo consumíveis também foram determinadas pelos
constituintes do eletrólito fundido, de modo a prevenir contaminações
inaceitáveis e para minimizar a velocidade de dissolução dos ânodos
consumíveis. Outras alterações de composição tiveram o propósito de incluir
componentes de aços ou ligas de ferro (Cr, Mn, Ni, Ti)
Fabrication of tubular ceramic oxygen-electrolyte membrane reactor
Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH