1) Promotor: dr hab. inż. Iwona Kłosok-Bazan,
Temat pracy: Model predykcyjny stężeń trihalometanów w sieci wodociągowej z uwzględnieniem wieku wody, zaniku chloru, sezonowości i warunków hydraulicznych systemu dystrybucji.
Krótki opis prac:
Praca będzie dotyczyć analizy mechanizmów powstawania trihalometanów w wodzie chlorowanej w warunkach rzeczywistej sieci wodociągowej. Podstawą będzie opis kinetyki reakcji pomiędzy chlorem wolnym a naturalną materią organiczną, z uwzględnieniem wpływu temperatury, pH, czasu kontaktu, stężenia prekursorów organicznych oraz wieku wody. Sieć wodociągowa zostanie potraktowana, jako dynamiczny układ reakcyjno-transportowy, w którym lokalne warunki hydrauliczne determinują czas przebywania wody i intensywność tworzenia THM. Celem pracy będzie określenie, które parametry fizykochemiczne w największym stopniu kontrolują szybkość powstawania THM oraz opracowanie modelu opisującego ich zmienność w czasie i przestrzeni.
Supervisor: dr. hab. inż. Iwona Kłosok-Bazan
Title of project: Predictive model of trihalomethane concentrations in a water distribution network, accounting for water age, chlorine decay, seasonality, and hydraulic conditions of the distribution system.
Brief description of work to do within the project (5-10 sentences):
The dissertation will focus on the analysis of the mechanisms of trihalomethane formation in chlorinated water under the real operating conditions of a water distribution network. The basis of the study will be a description of the reaction kinetics between free chlorine and natural organic matter, taking into account the effects of temperature, pH, contact time, the concentration of organic precursors, and water age. The water distribution network will be treated as a dynamic reaction–transport system, in which local hydraulic conditions determine water residence time and the intensity of THM formation. The aim of the dissertation will be to identify which physicochemical parameters have the greatest influence on the rate of THM formation and to develop a model describing their temporal and spatial variability
2) Promotor: dr hab. inż. Małgorzata Wzorek,
Promotor pomocniczy: dr inż. Robert Junga
Temat pracy: Hydrotermalna współkarbonizacja wieloskładnikowych mieszanin odpadów jako metoda kompleksowej waloryzacji produktów stałych, ciekłych i gazowych w ujęciu gospodarki o obiegu zamkniętym.
Krótki opis prac
Karbonizacja hydrotermalna (HTC) stanowi intensywnie rozwijany kierunek termochemicznej konwersji biomasy i odpadów, umożliwiający ich efektywną waloryzację materiałową i energetyczną. Technika ta pozwala nie tylko na przetwarzanie jednorodnych substratów, lecz również na współkarbonizację wieloskładnikowych mieszanin odpadowych, prowadząc do powstawania produktów o zróżnicowanych właściwościach fizykochemicznych. W szczególności proces HTC umożliwia otrzymywanie materiałów węglowych (tzw. hydrochar), które mogą być wykorzystywane jako sorbenty lub prekursory węgli aktywnych, a także produktów ciekłych zawierających związki organiczne o potencjale surowcowym. Istotnym elementem procesu są również produkty gazowe, których skład determinuje potencjalne oddziaływanie środowiskowe procesu, w szczególności w zakresie emisji lotnych związków organicznych, oraz wpływa na dobór metod oczyszczania gazów procesowych. Rozwój i implementacja tej technologii w skali przemysłowej powinny być ukierunkowane na integrację procesu w ramach gospodarki o obiegu zamkniętym.
Celem pracy jest opracowanie i analiza zintegrowanego procesu współkarbonizacji hydrotermalnej wieloskładnikowych mieszanin ubocznych produktów zwierzęcych z innymi rodzajami odpadów, obejmującego wytwarzanie materiałów węglowych o właściwościach sorpcyjnych wraz z uzyskiem nanostruktur węglowych (carbon dots), frakcjonowanie i charakterystykę produktów ciekłych w kierunku użytecznych chemicznie substancji oraz analizę składu gazów procesowych.
Badania prowadzone będą z wykorzystaniem aparatury zainstalowanej i użytkowanej w Laboratorium Termicznej Konwersji Paliw i Materiałów, w szczególności:
- wysokociśnieniowego reaktora chemicznego, wyposażonego w układ do poboru próbek gazów procesowych,
- systemu piecowego do aktywacji materiałów sorpcyjnych,
- stanowiska badawczego do otrzymywania i frakcjonowania produktów ciekłych.
Supervisor: dr. hab. inż. Małgorzata Wzorek
Co-supervisor: dr. inż. Robert Junga
Title of project: Hydrothermal co-carbonisation of multi-component waste mixtures as a method for the comprehensive recovery of solid, liquid and gaseous products within a circular economy framework.
Brief description of work to do within the project
Hydrothermal carbonisation (HTC) is a rapidly developing field of thermochemical conversion of biomass and waste, enabling their effective material and energy recovery. This technique allows not only for the processing of homogeneous substrates, but also for the co-carbonisation of multi-component waste mixtures, leading to the formation of products with diverse physicochemical properties. In particular, the HTC process enables the production of carbonaceous materials (so-called hydrochar), which can be used as sorbents or precursors for activated carbon, as well as liquid products containing organic compounds with raw material potential. Gaseous products are also a significant element of the process; their composition determines the potential environmental impact of the process, particularly in terms of emissions of volatile organic compounds, and influences the selection of methods for treating process gases. The development and implementation of this technology on an industrial scale should be geared towards integrating the process within a circular economy.
The aim of this work is to develop and analyse an integrated process for the hydrothermal co-carbonisation of multi-component mixtures of animal by-products with other types of waste, involving the production of carbon materials with sorption properties, including the yield of carbon nanostructures (carbon dots), the fractionation and characterisation of liquid products for chemically useful substances, and the analysis of process gas composition.
The research will be conducted using equipment installed and operated at the Laboratory of Thermal Conversion of Fuels and Materials, in particular:
- a high-pressure chemical reactor, equipped with a system for sampling process gases,
- a furnace system for the activation of sorption materials,
- a test bench for the production and fractionation of liquid products.
3) Promotor: dr hab. inż. Anna Hnydiuk-Stefan
Temat pracy: Badania nad procesami z zakresu inżynierii środowiska w gospodarce o obiegu zamkniętym.
Krótki opis prac
Koncepcja, wybór wraz z uzasadnieniem procesu środowiskowego w gospodarce o obiegu zamkniętym. Modelowanie procesu wraz z postawieniem tezy badawczej. Realizacja procesu w skali laboratoryjnej z zastosowaniem wybranej metodyki pomiarowej. Charakterystyka rezultatów badań wraz z opisaniem przebiegu doświadczenia i uzyskanych wyników. Przykładowym rozwiązaniem do opracowania może być określenie wartości dodanej wskazanego procesu w postaci zastosowania wybranego gatunku grzybów w bioremediacji metali ciężkich ze środowiska, pochodnych przeróbki ropy naftowej lub izotopów promieniotwórczych.
Supervisor: dr hab. inż. Anna Hnydiuk-Stefan
Title of project: Research on processes in environmental engineering within the circular economy.
Brief description of work to do within the project
Development of a concept and selection, with justification, of an environmental process within the circular economy. Process modeling along with the formulation of a research hypothesis. Implementation of the process at laboratory scale using a selected measurement methodology. Characterization of research results, including a description of the experimental procedure and obtained outcomes. An example solution may involve determining the added value of a given process through the use of a selected species of fungi in the bioremediation of heavy metals, petroleum derivatives, or radioactive isotopes from the environment.
4) Promotor: dr hab. inż. Anna Hnydiuk-Stefan
Temat pracy: Badania nad właściwościami nanomateriałów z określeniem możliwości ich zastosowania w inżynierii środowiska.
Krótki opis prac
Prace polegające na wyborze nanocząstek substancji potencjalnie działających jako katalizator w wybranym procesie z zakresu inżynierii środowiska. Badania właściwości, struktury i zastosowania wybranego nanomateriału. Synteza i charakterystyka fizyczna nanocząstek za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) w celu określenia struktury krystalicznej zsyntetyzowanego materiału, izotermy BET w celu obliczenia powierzchni i rozkładu wielkości porów materiału oraz stan pierwiastkowy za pomocą spektroskopii fotoelektronów w zakresie rentgenowskim (XPS). Badania nad aspektami teoretycznymi ukazującymi rolę elementu obcego w wybranym procesie.
Supervisor: dr hab. inż. Anna Hnydiuk-Stefan
Title of project: Research on the properties of nanomaterials with identification of their potential applications in environmental engineering.
Brief description of work to do within the project (5-10 sentences):
The work involves selecting nanoparticles of substances that can potentially act as catalysts in a chosen environmental engineering process. Investigation of the properties, structure, and applications of the selected nanomaterial. Synthesis and physical characterization of nanoparticles using X-ray diffraction (XRD) to determine the crystal structure of the synthesized material, BET isotherms to calculate surface area and pore size distribution, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to determine elemental composition. Research on theoretical aspects demonstrating the role of a foreign element in the selected process
5) Promotor: dr hab. inż. Anna Hnydiuk-Stefan
Temat pracy: Prognozowanie cen uprawnień do emisji CO2 wraz analizą wpływu regulacji rynku EU ETS na polski system energetyczny.
Krótki opis prac (5-10 zdań):
Predykcja cen EUA w oparciu o szeroki zakres czynników paliwowo-energetycznych na podstawie danych giełdowych. Zastosowanie podejścia ilościowego za pomocą między innymi metod statystycznych takich jak analiza głównych składowych PCA, metod uczenia maszynowego, modeli regresji procesu Gaussa – GPR, w celu identyfikacji zmiennych mających wpływ na wahania cen EUA i możliwości ich prognozowania. Zastosowanie podejścia jakościowego (na przykład skierowanych liczb rozmytych) w celu modelowania umożliwiającego analizę potencjalnych kierunków zmian cen EUA, określeniem ich tendencji wraz z prawdopodobieństwem ich zdarzenia w przyszłości. Opracowanie modeli uwzględniających czynniki regulacji EU ETS i na ich podstawie określenie wpływu regulacji rynku EU ETS na polski system energetyczny.
Supervisor: dr hab. inż. Anna Hnydiuk-Stefan
Title of project: Forecasting CO₂ emission allowance prices and analysis of the impact of EU ETS regulations on the Polish energy system.
Brief description of work to do within the project (5-10 sentences):
Prediction of EUA prices based on a wide range of fuel and energy-related factors using market (exchange) data. Application of a quantitative approach, including statistical methods such as Principal Component Analysis (PCA), machine learning techniques, and Gaussian Process Regression (GPR), to identify variables influencing EUA price fluctuations and their forecasting potential. Application of a qualitative approach (e.g., ordered fuzzy numbers) to model possible directions of EUA price changes, determine trends, and assess their probability in the future. Development of models incorporating EU ETS regulatory factors and, based on them, assessment of the impact of EU ETS regulations on the Polish energy system.
6) Promotor: dr hab. inż. Roman Dyga
Promotor pomocniczy: dr inż. Grzegorz Ligus
Temat pracy: Nieinwazyjna analiza optyczna jedno- i wielofazowego przepływu płynu w zminiaturyzowanych urządzeniach przepływowych o złożonej geometrii wytwarzanych metodą addytywną.
Krótki opis prac
Badania dotyczą analizy hydrodynamiki przepływu płynu jedno- i wielofazowego w nowoczesnych, zminiaturyzowanych urządzeniach przepływowych o złożonej geometrii, wytwarzanych z wykorzystaniem technologii przyrostowych (druk 3D) i stosowanych w obszarze energetyki i inżynierii środowiska. Głównym celem badań jest ocena wpływu jakości wykonania struktur wewnętrznych, której poziom determinowany jest przez ograniczenia i specyfikę druku 3D, na charakterystykę przepływu płynu oraz efektywność operacyjną urządzeń. W tym celu zostaną zastosowane nieinwazyjne, optyczne metody pomiarowe, takie jak Particle Image Velocimetry (PIV), Background Oriented Schlieren (BOS) oraz Shadow Sizing (SS), umożliwiające zarówno jakościową, jak i ilościową analizę przepływu. Wyniki badań posłużą mitygacji negatywnych skutków niedoskonałości technologicznych związanych z procesem druku 3D jak również wskażą możliwości optymalizacji hydrodynamicznej oraz zwiększenia niezawodności i bezpieczeństwa operacyjnego miniaturowych urządzeń przepływowych, wykonywanych metodami addytywnymi. Utylitarnym efektem badań będzie stworzenie podstaw do szerszego wdrażania zminiaturyzowanych urządzeń wytwarzanych metodami przyrostowymi w celu realizacji procesów w sektorach energetyki i inżynierii środowiska.
Supervisor: dr. hab. inż. Roman Dyga
Co-supervisor: dr. inż. Grzegorz Ligus
Title of project: Non-invasive optical analysis of single- and multiphase fluid flow in miniaturised flow devices with complex geometries fabricated via additive manufacturing.
Brief description of work to do within the project
The research focuses on the analysis of single- and multiphase fluid flow hydrodynamics in modern, miniaturized flow devices with complex geometries, manufactured using additive manufacturing technologies (3D printing) and intended for applications in the fields of energy and environmental engineering.
The primary objective of the study is to evaluate the impact of the quality of internal structural fabrication—determined by the limitations and specific characteristics of the 3D printing process—on the flow characteristics and operational efficiency of the devices.
To achieve this, non-invasive optical measurement techniques such as Particle Image Velocimetry (PIV), Background Oriented Schlieren (BOS), and Shadow Sizing (SS) will be employed, enabling both qualitative and quantitative multiparametric flow analysis.
The results of the study will support the mitigation of adverse effects resulting from technological imperfections associated with the 3D printing process, while also identifying opportunities for hydrodynamic optimization and enhancement of the reliability and operational safety of miniaturized flow devices manufactured using additive methods.
A practical outcome of the research will be the establishment of a foundation for the broader implementation of miniaturized additively manufactured devices in fluid processing applications within the energy and environmental sectors.
7) Promotor: dr hab. inż. Roman Dyga
Temat pracy: Ocena i optymalizacja energetyczno-konstrukcyjna minikanałowych systemów wymiany ciepła.
Krótki opis prac
Celem pracy doktorskiej jest poznanie, opis i ocena wpływu geometrii przestrzeni przepływowej wymienników ciepła i systemów chłodzenia z kanałami o złożonym kształcie na ich efektywność termo-hydrauliczną. W ramach badań zostaną zaproponowane i przeanalizowane innowacyjne rozwiązania w zakresie intensyfikacji transportu ciepła uzyskane poprzez kształtowanie złożonej geometrii przestrzeni przepływowej mediów roboczych. Prace będą prowadzone w oparciu o wielowariantowe badania eksperymentalne i numeryczne zjawisk cieplno-przepływowych oraz wytężenia konstrukcji, wyselekcjonowanych nowatorskich rozwiązań systemów wymiany ciepła, szczególnie w obszarze skraplania i regazyfikacji gazów oraz odzyskiwania ciepła odpadowego. Wyniki przeprowadzonych badań będą podstawą do optymalizacji energetycznej badanych systemów, z uwzględnieniem oczekiwanej wytrzymałości mechanicznej. Opracowany zostanie model matematyczny opisujący najważniejsze parametry transportu ciepła i oporów przepływu oraz sformułowane zostaną praktyczne wskazówki do projektowania i eksploatacji innowacyjnych konstrukcji wymienników ciepła.
Supervisor: dr. hab. inż. Roman Dyga
Title of project: Assessment and optimisation of the energy efficiency and design of mini-channel heat exchange systems.
Brief description of work to do within the project
The aim of this doctoral thesis is to investigate, describe and evaluate the influence of the flow space geometry of heat exchangers and cooling systems with complex-shaped channels on their thermo-hydraulic efficiency. As part of the research, innovative solutions for intensifying heat transfer, achieved by shaping the complex geometry of the flow domain of working fluids, will be proposed and analysed. The work will be based on multi-variant experimental and numerical studies of thermal-flow phenomena and structural stress, focusing on selected innovative heat exchange system solutions, particularly in the areas of gas condensation and regasification, and waste heat recovery. The results of the research will form the basis for the energy optimisation of the systems under investigation, taking into account the expected mechanical strength. A mathematical model describing the most important parameters of heat transfer and flow resistance will be developed, and practical guidelines for the design and operation of innovative heat exchanger structures will be formulated.