Väitös kemian tekniikan alalta, M.Sc. Otacílio Bezerra Leite Neto

Väitöskirjan nimi: Advances in predictive control and feedback equilibrium-seeking with applications to autonomous water resource recovery

Väittelijä: Otacílio Bezerra Leite Neto
Vastaväittäjä: Prof. Larry Lorenz Biegler, Carnegie Mellon University, Yhdysvallat
Kustos: Prof. Iiro Harjunkoski, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Paradigman muutos on käynnissä: jätevesi, jota on perinteisesti pidetty ympäristöhaittana, tunnustetaan nyt kestävänä puhtaan veden, energian ja ravinteiden lähteenä. Perinteiset jätevedenpuhdistamot (WWTP, Wastewater treatment plant) voidaan nähdä vesivarojen talteenottolaitoksina (WRRF, Water resource recovery plant), jotka käyttävät jätevettä hyödyllisten raaka-aineiden ja energian tuotantoon. Toisin kuin muut nykyiset tutkimushankkeet, jotka keskittyvät uusien prosessien suunnitteluun, tässä väitöskirjassa tarkastellaan automaattisen päätöksenteon (eli takaisinkytketyn säädön) roolia tässä muutoksessa. Työ esittää kaksi tutkimussuuntaa: (i) jo olemassa olevan jätevedenpuhdistusinfrastruktuurin muunnos vastaamaan uusiin tavoitteisiin ja (ii) uuden markkinan luominen jäteveden ympärille WRRF-laitoksista muodostuvan verkoston avulla.

Ensimmäinen tutkimussuunta keskittyy perinteisten biologisten jätevedenpuhdistamoiden säädön tuomiin mahdollisuuksiin vesivarojen talteenotossa. Ajatuksena on kyetä ohjaamaan jätevedenpuhdistamon tuottamien lähtövesien ravinnepitoisuuksia halutuiksi niin, että prosessi on samalla energiaomavarainen hyödyntäen lietteestä muodostuvaa biokaasua. Toisessa tutkimussuunnassa käsitellään (ei-yhteistyökykyisten) moniagenttijärjestelmien yhtäaikaista säätöä. Perusajatuksena on yhdistää WRRF laitokset jäteveden ja talteenotettujen raaka-aineiden toimitusketjuksi. Tässä osassa työn tavoite on teoreettisempi: se käsittelee avointa ongelmaa peliteoreettisen tasapainon (Nashin tasapainon) löytämisestä tilanteissa, joissa ohjaus perustuu saatavilla olevaan ohjauspalautteeseen ja joissa on sekä toiminnallisia että tiedollisia rajoitteita. Työ esittää uusia tasapainoa etsiviä algoritmeja, joissa ei-yhteistyökykyiset agentit pystyvät konvergoitumaan tasapainoon ja samalla ohjaamaan alijärjestelmäänsä mainittujen toiminnallisten rajoitusten puitteissa.

Työn tulokset edistävät siirtymää kohti jätteettömiä vesiresurssien talteenottoinfrastruktuureja. Moniagenttiohjaukseen liittyvät tulokset puolestaan ovat hyödynnettävisseä monien eri alojen sovelluskohteissa, kuten älykkäissä sähköverkoissa ja toimitusketjujen hallinnassa.

Avainsanat: raaka-aineiden talteenotto, takaisinkytkentäsäätö, mallipohjainen ennakoiva säätö, liikkuva horisonttiestimointi, moniagenttijärjestelmät, Nashin tasapaino, kiintopiste iterointi

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc 

Yhteystiedot:
otacilio.neto@aalto.fi