Appropriate solutions for upgrading energy research laboratories​​ within the EU ENERGISE project : the case of the Dar es Salaam Institute of Technology

My master thesis work is part of an European Project called ENERGISE (Enlarged Network in Education and Research for a Growing Impact of Sustainable Energy engineering in local development) whose specific object is to foster capacity building for delivering high quality curricula in Energy Engineering promoting a master degree program focused on sustainability, innovative technologies and modern renewable energies relevant to the energy asset of the universities partner in Ethiopia, Kenya and Tanzania. My studies have been oriented towards the Tanzanian partner of the ENERGISE project, which is the Dar es Salaam Institute of Technology (DIT). The thesis is composed by six chapters. The first chapter offers the whole vision of the ENERGISE project, specifying which are the general and the specific objectives, who are both the beneficiaries and the HEIs partners involved, as well as the estimated results achievable. The second chapter assesses the specific context of the United Republic of Tanzania. Specifically, Energy Balance of Tanzania has been carried out followed by detailed analysis of the most recent energy situation of the country. The result is a deepening on electricity and thermal sector, reviewing the access of energy, the costs and the solutions aimed at preventing some energy issues. The third and fourth chapter concern the first phase of the project ENERGISE which includes researches and data collection carried out both in Italy and in Tanzania. In particular, performed activities have been divided in two distinctive valuations presented in the third and in the fourth chapter respectively: • Assessment for teaching methodologies, facilities and quality of education; • Assessment for stakeholders’ needs. The obtained results provide the picture of the current status of education in energy engineering at DIT at different levels as students, lecturers and deans as well as detailed report on the laboratories. Furthermore, with regard to the analysis about the stakeholders, surveys and meetings have been conducted in order to understand the labor-market’s needs in energy sector. The fifth chapter presents a possible technological proposal in response to the needs of upgrading of the DIT's labs, to the specific requests of the stakeholders and beneficiaries and to the arisen energy issues from the energy situation of Tanzania. Afterwards the initial study of adding basic tools suitable for e-interactive classes as the main purpose of ENERGISE, different technologies and procedures specific for laboratories quality improvement have been analyzed. In detail, in order to identifying an adequate solution among small scale biodigester, solar cooling and solar heating active system, a selection has been carried out by using the Analytic Hierarchy Process (AHP), a multicriteria method implemented in the software Super Decision. The method has been selected since quantitative and qualitative data have been processed together. It is performed a feasibility study on a small scale biodigester since it has emerged being the best alternative among the previous proposals. The last paragraphs define: • calculation procedures, including equations and hypotheses, for achieving a correct sizing of biodigester components to install inside the DIT campus; • tables and calculation methodologies in order to optimize biogas yield process through adding different biomass sources inside the bioreactor; • operation and maintenance guidelines mentioning the main parameters that have to be monitored. Finally, in the sixth chapter, conclusions of the whole work are discussed.

Il mio lavoro di tesi di Laurea Specialistica s’inserisce nel contesto del progetto europeo Edulink ENERGISE (Enlarged Network in Education and Research for a Growing Impact of Sustainable Energy engineering in local development). Il progetto ha l’obiettivo principale di migliorare l’offerta formativa in quattro Università africane (due in Kenya, una in Etiopia e una in Tanzania) attraverso la creazione di un corso di laurea magistrale in Ingegneria Energetica Gli elementi chiave del progetto sono la sostenibilità e le tecnologie innovative basate sulle fonti a energie rinnovabili, rilevanti per l’assetto energetico dei paesi partner. La mia ricerca si è svolta a Dar es Salaam Institute of Technology (DIT) in Tanzania. La tesi si suddivide in sei capitoli. Il primo capitolo presenta il progetto ENERGISE. Sono stati riportati gli obiettivi generali e specifici del progetto, oltre all’elenco dei beneficiari, università e partner coinvolti. Inoltre sono state presentate le attività svolte durante la missione in loco e i risultati realizzabili. In particolare, la tesi s’inserisce nella fase di valutazione del progetto e nell’ambito delle attività riguardanti la creazione ed il miglioramento dei laboratori didattici del DIT relativamente alle tematiche energetiche che vengono proposte nel capitolo seguente. Nel secondo capitolo è quindi stata esaminata la situazione energetica della Repubblica Unita di Tanzania. Nel dettaglio, è stato eseguito il bilancio energetico della Tanzania in accordo con i dati più recenti forniti da IEA. In seguito è stato presentato un approfondimento sul settore elettrico e termico analizzando l’accesso all’energia, i costi e le soluzioni volte a prevenire e risolvere le principali problematiche energetiche rinvenute. Il terzo e il quarto capitolo entrano nel dettaglio nella prima e terza fase del progetto ENERGISE, dove appunto la tesi è inserita. In particolare, le attività svolte e descritte sono state divise in due valutazioni distinte presentate nel terzo e nel quarto capitolo, rispettivamente: • valutazione delle metodologie didattiche, delle strutture e della qualità dell'istruzione; • valutazione delle esigenze degli stakeholder. I risultati ottenuti servono a fornire un quadro completo dello stato attuale della formazione in materie energetiche degli studenti, docenti e presidi del DIT. Inoltre sono state descritte le attività riguardanti il miglioramento dei laboratori didattici, riguardo ai temi energetici, al fine di redigere un report dettagliato. Il capitolo, infine, termina con un’analisi delle esigenze degli stakeholder operanti nel settore dell’energia, eseguita grazie alla rielaborazione delle risposte dei questionari ENERGISE e per mezzo d’incontri in loco. Il quinto capitolo presenta una possibile proposta tecnologica in risposta alle esigenze di potenziamento dei laboratori del DIT. In particolare, raccoglie le richieste specifiche dei beneficiari coinvolti, emerse sia dai questionari che dalle interviste in loco riassunte nei capitoli 3 e 4, oltre a tenere conto delle particolari questioni energetiche descritte nel capitolo 1. Sono state inizialmente proposte tre soluzioni tecnologiche con finalità termiche e sono: small scale biodigester, solar cooling, solar heating active system. La definizione della tecnologia più appropriata è stata eseguita ponendosi l’obiettivo di selezionare quella che raggiunga complessivamente il maggior grado di sostenibilità, valutata attraverso indicatori economici, ambientali, sociali e infine umani. Il metodo di supporto decisione utilizzato è l’Analytic Hierarchy Process (AHP) implementato nel software “SuperDecisions”. Tale metodo è stato selezionato a causa della difficoltà di ottenere dati quantitativi per valutare alcuni indicatori, potendo quindi confrontare dati quantitativi e qualitativi in simultanea. La migliore scelta è risultata essere il small scale biodigester. Nei successivi paragrafi sono state quindi definite: • procedure di calcolo, comprese le equazioni e ipotesi, per il raggiungimento di un corretto dimensionamento di tutti i componenti del biodigestore da installare all'interno del campus DIT; • tabelle e metodologie di calcolo al fine di ottimizzare il processo di produzione di biogas attraverso l’introduzione di diverse fonti di biomassa all'interno del bioreattore; • linee guida di gestione e manutenzione citando i principali parametri che devono essere monitorati. Per finire, nel sesto capitolo è stata discussa la conclusione di tutta l'opera.