Interdisciplinarity as heuristic resource for energy management

As high-tech industries continue to experience dynamic growth and problems of development in high-tech industries are getting increasingly complex, managers have to embrace the need for new competencies that match present-day challenges. This calls for a qualitative change in the architecture of education to bring it up to date with contemporary trends. Using cases from Russia, the paper aims to provide a groundwork for an interdisciplinary approach to building professional competencies in energy managers as a framework for forward-looking management of high-tech industries in a nonlinear environment. The authors identify factors that determine the new management imperative and set out methodological principles of developing a management culture. A model of professionalism in management is proposed that is the result of a complex interplay of interrelated competencies. The paper also explains the key features of an interdisciplinary training programme. To prove the research hypothesis, an analysis was conducted of empirical data from expert reviews by executives at Russian energy companies and leading academics

Sustainability in automotive transport: Russian and Italian experience concerning actual situation and intervention tools

The air quality in metropolitan areas of Russia and Italy, although with different distribution and intensity, raises similar concerns for the respective public authorities about vehicle emissions, as well as about the stagnation of toxic pollutants in urban areas. This article discusses some typical situations in both these countries. In order to obtain suitable solutions to diminish this form of impact, different tools that are based on different approaches can be proposed. It is necessary to consider both the practical possibility of application and the cost-benefit balance that takes into account the realization cost and industrial system transformation on one side, and the results in terms of air quality improvement on the other. The different instruments (technological intervention on engines, chemical modification of fuels, mobility and road infrastructural planning) are presented for the considered countries, and also in more developed European and American areas, with a concentrated interest in areas of applicability, costs and obtained results. The externality of this form of pollution is presented and discussed, and the aspect of limitation of impact and consequent external costs is evaluated in comparison with monetary and infrastructural costs for emissive system modification. © 2016 WIT Press, www.witpress.com

Beating of the oscillations in the transport coefficients of a one-dimensionally periodically modulated two-dimensional electron gas in the presence of spin-orbit interaction

Transport properties of a two-dimensional electron gas (2DEG) are studied in the presence of a perpendicular magnetic field $B$, of a {\it weak} one-dimensional (1D) periodic potential modulation, and of the spin-orbit interaction (SOI) described only by the Rashba term. In the absence of the modulation the SOI mixes the spin-up and spin-down states of neighboring Landau levels into two new, unequally spaced energy branches. The levels of these branches broaden into bands in the presence of the modulation and their bandwidths oscillate with the field $B$. Evaluated at the Fermi energy, the $n$-th level bandwidth of each series has a minimum or vanishes at different values of the field $B$. In contrast with the 1D-modulated 2DEG without SOI, for which only one flat-band condition applies, here there are two flat-band conditions that can change considerably as a function of the SOI strength $\alpha$ and accordingly influence the transport coefficients of the 2DEG. The phase and amplitude of the Weiss and Shubnikov-de Haas (SdH) oscillations depend on the strength $\alpha$. For small values of $\alpha$ both oscillations show beating patterns. Those of the former are due to the independently oscillating bandwidths whereas those of the latter are due to modifications of the density of states, exhibit an even-odd filling factor transition, and are nearly independent of the modulation strength. For strong values of $\alpha$ the SdH oscillations are split in two

Assessment of environmental-economic effectiveness of multifunctional fuel additives

The quickest solution to the urgent problem of improving the environmental safety and effectiveness of automobile transport operation with minimal expenditure is possible through the application of fuel additives positively affecting the motor fuel properties. The use of multi-functional additives that have a multi-purpose positive impact on fuel properties is the most attractive way. The absence of a method of comparative assessment of different additives makes the use of additives that improve some properties of fuels concurrently impairing other properties possible, or increase toxicity of exhaust gases, or considerably increase the cost of fuel. The aim of this paper is to develop scientific and methodological basis and specific methodology for assessing environmental–economic efficiency of additives to motor fuels. The authors identified the system of factors forming a structure of environmental–economic effect resulting from the application of multifunctional fuel additives, and also developed a method of assessment of environmental–economic efficiency of application of fuel additives, including the steps of integrated assessment of environmental–economic effectiveness and optimization in operational conditions

Energy and material assessment of municipal sewage sludge applications under circular economy

In the last decades, the amount of municipal sewage sludge generation rate has drastically increased due to population growth, spatial sewerage system development, and implementation of new treatment techniques. Nowadays, it is considered a globally prominent issue. Municipal sewage sludge contains pathogenic bacteria and viruses along with heavy metals, poorly biodegradable organic compounds, pharmaceuticals, and microplastics, which make its utilization management quite difficult. Landfill placement of sewage sludge is the most widely used technique worldwide, but is obsolete and inefficient, and accompanied by significant risk of environmental pollution with high logistics expenditure. Moreover, landfill placement means that all residual energy and potential material reuse applications are lost. The introduction of modern treatment techniques can solve the problem with sewage sludge generation, but it results in strong energy consumption increase of energy consumption. Modernization and operational policies based on circular economy principles are focused on relevant sewage sludge utilization issues with the potential use of waste-to-energy and recycling applications. The paper presents a methodological approach of cradle-to-grave assessment of sewage sludge treatment process based on energy and material flow analysis. The proposed methodology is studied within the real operational activities of big-scale wastewater treatment plants of two of the largest cities of Russia \u2013 Ekaterinburg and Perm. This investigation provides an efficient managerial tool for sustainable development that can be used by wide range of stakeholders

Indoor CO2: Potential Criticalities and Solutions

Carbon dioxide (CO2) has been conventionally regarded as a global problem, due to the well-known effects of fossil fuel combustion to the climate of our planet. However, this paper aims at highlighting the role of CO2 from another perspective, i.e. by considering the effects of CO2 on the health and well-being of the occupants of indoor spaces. The exposure to CO2 air concentrations > 1,000 ppm causes symptoms like headache, dizziness, sleepiness and loss of attention, which may negatively influence the learning capability and the productivity of students and workers. In this sense, schools and universities are particularly vulnerable, due to the high density of occupants in classrooms and to the importance of the role of education in training the future members of the society. In the light of this issue, the present paper will provide examples of the incorrect design of indoor environments and, meanwhile, will propose simple solutions to monitor the problem of indoor CO2 concentration and improve the indoor environmental quality of public places. © The Authors, published by EDP Sciences, 2019.The work was partly supported by Act 211 of the Government of the Russian Federation, contract No 02.A03.21.0006

Risk assessment in a materials recycling facility: Perspectives for reducing operational issues

Mechanical separation of light packaging waste is a useful practice for improving the quality of the recyclable waste flows and its exploitation in a frame of the circular economy. Materials Recovery Facilities can treat from 3000 to 5000 tons per year of light packaging waste. Concerning the plastic content, this is divided in four flows: PET, HDPE, other plastics, and waste rejects. The last two are generally used for energy recovery. For improving the quality of the recyclable plastic waste, a manual separation is required for reducing the impurities detectable in the final products. However, this practice could enhance the risk at work of the operators, which should be constantly monitored. This article explores the main differences of a manual separation and of a mechanical separation, assessing the costs and the health risk for the workers. The analysis started from the situation in an Italian Materials Recovery Facility, generalizing the context; a future scenario with the application of a mechanical separation is theoretically introduced. The main results obtained suggest that the manual separation plant improves the quality of the material, though increasing the risk of the operators due to the possible contact with sharp waste, sanitary danger, and risk of injuries for the mismanagement of machines, among others. The mechanical separation can be considered a real advantage from an economic point of view, since the operating costs are lower and the investment could be recovered in around 10 years, in an Italian-like context. On balance, on the one hand, the article provides indications for the private sector for improving the management of a Materials Recovery Facility, while, on the other hand, it detects the main pros and cons of both methodologies. © 2018 by the authors

Comprehensive Assessment of Resource Efficiency of Russian Gas Industry Companies

The research was supported by the Russian Science Foundation grant No. 22‑28‑01740, https://rscf.ru/en/project/22–28–01740/.Целью исследования является разработка методологии и проведение комплексной оценки ресурсоэффективности компаний добычи, переработки и трубопроводного транспорта природного газа как основы сбалансированного потребления и обеспечения ресурсами. В исследовании показано, что в сложных, быстро меняющихся условиях рост мирового потребления углеводородов, в частности природного газа, приводит к поиску новых ресурсосберегающих методов и технологий, позволяющих снизить ресурсоемкость отраслевых производств и воздействие на окружающую природную среду, в соответствии с принципами циркулярной экономики, выработать ресурсоэффективные способы и политику ресурсосбережения. В работе предложен концептуальный подход к комплексной оценке ресурсоэффективности ведущих компаний газовой отрасли: добычи, переработки и трубопроводного транспорта природного газа, выделены его основные положения. Предлагаемая методология комплексной оценки ресурсоэффективности включает интегральный расчет и сравнительную оценку показателей эффективности ведущих компаний газовой отрасли. Эта оценка отличается системой показателей, отражающих функционирование производственной, экономической, финансовой, инвестиционной, энергетической и экологической сфер деятельности. Методологический подход позволяет на основе имитационного моделирования и сценарного прогнозирования проводить сравнительный анализ развития ведущих компаний по уровню ресурсосбережения, обеспеченности и потреблению ресурсов в постпрогнозном и прогнозном периоде. С использованием прогнозно-аналитического инструментария и имитационного моделирования эффективности деятельности ведущих компаний определен оптимальный вариант их развития и выбраны перспективные бизнес-процессы. Апробация методологического инструментария проведена на примере ведущих компаний газовой отрасли России: добыча газа («Новатэк»), переработка газа («Сибур») и трубопроводный транспорт газа («Газпром»). Анализ результатов проведенной апробации показал существующие различия в современных механизмах ресурсосбережения, потребления и обеспечения ресурсами в ведущих компаниях, а также возможные точки роста и перспективы их ресурсоэффективного развития.Целью исследования является разработка методологии и проведение комплексной оценки ресурсоэффективности компаний добычи, переработки и трубопроводного транспорта природного газа как основы сбалансированного потребления и обеспечения ресурсами. В исследовании показано, что в сложных, быстро меняющихся условиях рост мирового потребления углеводородов, в частности природного газа, приводит к поиску новых ресурсосберегающих методов и технологий, позволяющих снизить ресурсоемкость отраслевых производств и воздействие на окружающую природную среду, в соответствии с принципами циркулярной экономики, выработать ресурсоэффективные способы и политику ресурсосбережения. В работе предложен концептуальный подход к комплексной оценке ресурсоэффективности ведущих компаний газовой отрасли: добычи, переработки и трубопроводного транспорта природного газа, выделены его основные положения. Предлагаемая методология комплексной оценки ресурсоэффективности включает интегральный расчет и сравнительную оценку показателей эффективности ведущих компаний газовой отрасли. Эта оценка отличается системой показателей, отражающих функционирование производственной, экономической, финансовой, инвестиционной, энергетической и экологической сфер деятельности. Методологический подход позволяет на основе имитационного моделирования и сценарного прогнозирования проводить сравнительный анализ развития ведущих компаний по уровню ресурсосбережения, обеспеченности и потреблению ресурсов в постпрогнозном и прогнозном периоде. С использованием прогнозно-аналитического инструментария и имитационного моделирования эффективности деятельности ведущих компаний определен оптимальный вариант их развития и выбраны перспективные бизнес-процессы. Апробация методологического инструментария проведена на примере ведущих компаний газовой отрасли России: добыча газа («Новатэк»), переработка газа («Сибур») и трубопроводный транспорт газа («Газпром»). Анализ результатов проведенной апробации показал существующие различия в современных механизмах ресурсосбережения, потребления и обеспечения ресурсами в ведущих компаниях, а также возможные точки роста и перспективы их ресурсоэффективного развития.Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-28-01740, https://rscf.ru/project/22–28–01740/

Analysis of Sewage Sludge Alternatives Towards Circular Economy

The article describes ways to solve the urgent Issue of the pollution of water sources due to the imperfection of the technical and technological equipment of municipal wastewater treatment plants. The subject matter is considered from the perspective of the transition to the circular economy. One of the key elements of a sustainable development strategy in a circular economy is the development and implementation of policies for the modernization of municipal wastewater treatment plants in order to reduce the negative impact on the environment. The goal of this research is to create a holistic assessment system of various technological solutions for the treatment of sewage sludge using life cycle assessment and material flow analysis methods for the transition towards the circular economy. The hypothesis of the present study assumes a specific set of technologies based on the waste-to-energy principle, in which it is possible to achieve net zero energy consumption in a wastewater treatment plant. A methodological framework for assessing the complete technological cycle of sewage sludge treatment and disposal using life cycle analysis and material flow analysis tools is proposed. The results are visualized using the Sankey chart. The authors test the proposed method according to data presented from real treatment facilities that operate in Ekaterinburg and Perm. As a result of the study, we found that the use of some waste-to-energy technologies for treating sewage sludge does not lead to the expected reduction in average net energy consumption along with a reduction in waste mass. Based on the research, leading techniques have been identified that make it possible to achieve net zero energy consumption of a wastewater treatment plant. The results of the study are clear and easy to interpret and can be used by managers of different levels to select the most optimal set of technological stages for the treatment and disposal of sewage sludge in accordance with the principles of the circular economy, including reference comparison through the national sectoral benchmarking system.В статье исследованы пути решения актуальной проблемы загрязнения водоисточников вследствие несовершенства технической и технологической вооруженности муниципальных сооружений очистки сточных вод, которая рассматривается с позиции перехода к экономике замкнутого цикла. Одним из ключевых элементов стратегии устойчивого развития в условиях экономики замкнутого цикла является разработка и реализация политики в области модернизации муниципальных станций очистки сточных вод с целью сокращения негативного воздействия на окружающую среду. Целью работы является создание системы комплексной оценки различных технологических решений обработки осадков сточных вод с использованием методов оценки жизненного цикла и анализа материальных потоков в условиях перехода к циркулярной экономике. Гипотеза настоящего исследования предполагает наличие определенного набора технологий, основанных на принципе «отходы-в-энергию», при котором возможно достижение чистого нулевого энергопотребления на станции очистки сточных вод. Предложен методический инструментарий к оценке полного цикла обработки и утилизации осадка сточных вод с применением методов оценки жизненного цикла и анализа материальных и энергетических потоков. Визуализация результатов произведена с использованием диаграммы Sankey. Авторы проводят апробацию предложенного метода по данным, представленным с реальных очистных сооружений, которые работают в городах-миллионниках Екатеринбурге и Перми. В результате исследования мы выяснили, что применение некоторых технологий обработки осадков сточных вод, основанных на принципе «отходы-в-энергию» не приводит к ожидаемому сокращению показателя среднего чистого потребления энергии совместно с сокращением массы отходов. По итогам исследования выявлены технологии-лидеры, которые делают возможным достижение чистого нулевого энергопотребления станции очистки сточных вод. Результаты исследования являются наглядными и простыми для интерпретации и могут быть использованы менеджерами разного уровня для выбора оптимального набора технологических стадий обработки и утилизации осадка сточных вод в соответствии с принципами циркулярной экономики, в том числе для эталонного сравнения в составе национальной отраслевой системы бенчмаркинга.В статье исследованы пути решения актуальной проблемы загрязнения водоисточников вследствие несовершенства технической и технологической вооруженности муниципальных сооружений очистки сточных вод, которая рассматривается с позиции перехода к экономике замкнутого цикла. Одним из ключевых элементов стратегии устойчивого развития в условиях экономики замкнутого цикла является разработка и реализация политики в области модернизации муниципальных станций очистки сточных вод с целью сокращения негативного воздействия на окружающую среду. Целью работы является создание системы комплексной оценки различных технологических решений обработки осадков сточных вод с использованием методов оценки жизненного цикла и анализа материальных потоков в условиях перехода к циркулярной экономике. Гипотеза настоящего исследования предполагает наличие определенного набора технологий, основанных на принципе «отходы-в-энергию», при котором возможно достижение чистого нулевого энергопотребления на станции очистки сточных вод. Предложен методический инструментарий к оценке полного цикла обработки и утилизации осадка сточных вод с применением методов оценки жизненного цикла и анализа материальных и энергетических потоков. Визуализация результатов произведена с использованием диаграммы Sankey. Авторы проводят апробацию предложенного метода по данным, представленным с реальных очистных сооружений, которые работают в городах-миллионниках Екатеринбурге и Перми. В результате исследования мы выяснили, что применение некоторых технологий обработки осадков сточных вод, основанных на принципе «отходы-в-энергию» не приводит к ожидаемому сокращению показателя среднего чистого потребления энергии совместно с сокращением массы отходов. По итогам исследования выявлены технологии-лидеры, которые делают возможным достижение чистого нулевого энергопотребления станции очистки сточных вод. Результаты исследования являются наглядными и простыми для интерпретации и могут быть использованы менеджерами разного уровня для выбора оптимального набора технологических стадий обработки и утилизации осадка сточных вод в соответствии с принципами циркулярной экономики, в том числе для эталонного сравнения в составе национальной отраслевой системы бенчмаркинга