This PhD thesis shows the results of 10 years of energy audits for buildings as a proposal for a methodological improvement in the energy audit process itself. The main findings are referred to the three key points of any energy audit: - Data collection: this thesis recommends a widespread use of energy meters as the basic tools for identifying energy efficiency in buildings. - Data analysis: this thesis recommends both a correlation analysis between demand / consumption and demand / temperature as the basic procedure for the identification of the key elements for improving energy efficiency in buildings. - Improvement proposals: this thesis recommends a new definition of the Energy Management Opportunities based on primary measures (actions on the building envelope and insulation systems), secondary measures (actions on the energy transformation systems) and tertiary measures (actions on the control and management systems of the building). The two main advantages of using these methodological changes are: - Reduced costs in the development of basic or detailed audits given the lower cost of the Walk-Through Energy Audits and its comparable results. - The tertiary measures improvements are easily identifiable by the WTEA whilst not so easily though basic or detailed energy audits. / Aquesta tesi presenta els resultats de 10 anys d'auditories energètiques a edificis en forma d'una proposta de millora metodològica en el propi procés d'auditoria energètica. Les principals troballes fan referència als tres punts clau d'una auditoria energètica: -Presa de dades: aquesta tesi proposa l'ús generalitzat de mesuradors d'energia com a instruments bàsics per a la identificació de la eficiència energètica als edificis. -Anàlisi de dades: aquesta tesi proposa basar la anàlisi en correlacions demanda/consum i demanda/temperatura com a procediment bàsic per a la identificació dels principals elements de millora de l'eficiència energètica als edificis. -Proposta de millores: aquesta tesi proposa una nova definició de les EMO (Energy Management Opportunities) basada en mesures primàries (actuacions sobre l'envolvent dels edificis i l'aïllament dels sistemes), secundàries (actuacions sobre els sistemes transformadors d'energia) i terciàries (actuacions sobre els sistemes de gestió i control del funcionament del sistemes energètics de l'edifici). Els dos principals avantatges de l'ús d'aquestes modificacions metodològiques són: -Reducció de costos en el desenvolupament d'auditories bàsiques o detallades donat el menor cost d'aquestes auditories preliminars modificades WTEA (Walk-Through Energy Audit) i els resultats comparables. -Les propostes de millora terciàries resulten fàcilment identificables mitjançant les WTEA, mentre que no ho són tant ni a les auditories bàsiques ni a les detallades

A microbial fuel cell (MFC) is a bioelectrochemical system (BES) capable of converting the chemical energy contained in the chemical bonds of a substrate into electrical energy by means of electrochemical reactions catalyzed by microorganisms. The amount of energy to be gained by bacteria capable of transferring electrons to an anode is significantly higher compared to other alternative electron acceptors. Exoelectrogenic microbial populations tend to be selectively enriched on the anode electrode, being essential for the performance improvement of the MFC in terms of electricity production from organic matter oxidation. MFC technology arises as an attractive alternative for the treatment of high strength animal wastewater, such as pig slurries, to potentially improve energetic valorisation of organic wastes, concomitantly to carbon and nitrogen content reduction or recovery. The first part of the thesis (Chapters 4, 5 and 6) focuses on the study of microbial populations harboured on the anode electrode of MFCs. The effect of different ion exchange membrane materials and different inoculum sources over the microbial population was studied in discontinuously fed MFCs. A detailed study of the microbial community dynamics and composition onto the anode biofilms, under different feeding conditions (synthetic wastewater and the liquid fraction of pig slurry), was then studied in continuously fed MFC. A highly diverse microbial community is shown to be present under these different scenarios and, its final composition is being dependent on the factors studied. The second part of the thesis is focused on understanding the nitrogen dynamics in a two-chambered MFC, and the possible strategies available to remove or recover it. First of all, the diffusion/migration of ammonia nitrogen through the cation exchange membrane was studied in batch essays under different operational conditions (Chapter 7). The results obtained showed that the diffusion/migration of ammonia nitrogen is dependent on the voltage applied and, when using pig slurry, ammonia migration reaches values close to 50%. These results suggested that the use of MFC technology could be a good strategy to deal with the nitrogen excess in this kind of substrates. Two different processes for MFC nitrogen recovery and removal were developed. First, a physicochemical-based process for nitrogen recovery was developed coupling a stripping-absorption unit to the cathode chamber (Chapter 7). Results showed the stripping/absorption-BES system is a feasible technology to recover ammonia from pig slurries. Second, a nitrogen removal strategy by means of biological processes was studied using synthetic high strength wastewater as feed (Chapter 8). In this case, the ammonia nitrogen migrating from the anode to the cathode, was removed applying intermittent aeration cycles in the cathode chamber of the MFC where a concomitant nitrifying-denitrifying microbial community being established. The feasibility to recover/remove nitrogen from high strength animal wastewater, such as pig slurries, using different MFC strategies has been demonstrated at lab scale. Hence, it can be considered as a potential technology for scaling up the treatment of high strength (organic and nitrogen) wastewaters, so as to accomplish the requirements needed for agricultural uses. Likewise, the knowledge acquired about the biofilm developed on the anode reveals itself as a key point for the resilience of BES at different environmental conditions and for further developments. / Una celda de combustible microbiana (MFC), es un tipo de sistema bioelectroquímico (BES) capaz de convertir la energía contenida en los compuestos químicos en energía eléctrica mediante reacciones electroquímicas catalizadas por microorganismos. Las poblaciones de microorganismos exoelectrogénicos tienden a enriquecerse selectivamente en los electrodos del compartimento ánodico, siendo esenciales para la mejora del rendimiento de las MFCs en términos de producción de electricidad a partir de la oxidación de la materia orgánica. La tecnología de las MFCs se plantea como una alternativa para el tratamiento de aguas residuales de alta carga de origen animal, como por ejemplo los purines, para mejorar potencialmente su valorización energética, vinculada a la reducción o recuperación del contenido de carbono y nitrógeno. La primera parte de esta tesis (Capítulos 4, 5 y 6) está centrada en el estudio de las poblaciones microbianas hospedadas en los electrodos de las MFCs. Se estudió el efecto de diferentes tipos de materiales de membranas de intercambio iónico, así como inóculos de diferente naturaleza, sobre las poblaciones de microorganismos en MFCs operando en discontinuo. Posteriormente, se realizó un estudio más detallado de la dinámica y la composición microbiana establecida sobre el biofilm del ánodo, bajo diferentes condiciones de alimentación (agua residual sintética y la fracción líquida de purín porcino), en MFCs operadas en modo continuo. Bajo estas condiciones de estudio, se mostró una elevada diversidad de la comunidad microbiana, siendo la composición final dependiente de los factores estudiados. La segunda parte de la tesis está centrada en el estudio de la dinámica del nitrógeno en MFCs de doble compartimento, y el desarrollo de posibles estrategias para eliminarlo o recuperarlo. Primero, se estudió la difusión/migración del amonio a través de una membrana de intercambio catiónico, en experimentos en discontinuo bajo diferentes condiciones de operación (Capítulo 7). Los resultados obtenidos mostraron que la difusión/migración del amonio es función del voltaje aplicado, y cuando se usan purines, la migración de amonio llega a valores cercanos al 50%. Estos resultados sugirieron que el uso de la tecnología de las MFCs podría ser una buena estrategia para tratar el exceso de nitrógeno de esta clase de residuos orgánicos. Se desarrollaron dos procesos diferentes de recuperación y eliminación de nitrógeno. Primero, se desarrolló un proceso fisicoquímico para la recuperación de nitrógeno acoplando una unidad de stripping/absorción al compartimento catódico (Capítulo 7). Los resultados mostraron que este sistema de BES-stripping/absorción se puede considerar como una tecnología factible para llevar a cabo la recuperación del nitrógeno de los purines. En segundo lugar, se estudió una estrategia de eliminación de nitrógeno mediante procesos biológicos, utilizado en este caso agua residual sintética de alta carga (Capítulo 8). En este caso, el amonio que migró desde el ánodo al cátodo, fue eliminado aplicando ciclos intermitentes de aireación en el compartimento catódico de la MFC, lo que provoca el establecimiento de una población nitrificante-desnitrificante. La viabilidad para recuperar/eliminar nitrógeno de aguas residuales de alta carga de origen animal, como purines, mediante MFCs ha sido demostrada a escala de laboratorio utilizando diferentes estrategias. Por lo tanto, se puede considerar, que es una tecnología potencialmente aplicable en el tratamiento de aguas residuales de alta carga (carbono y nitrógeno), así como para lograr los requerimientos necesarios para uso agrícola. Igualmente, el conocimiento adquirido sobre el desarrollo del biofilm en el ánodo, revela que es un factor clave para la adaptabilidad de BES en diferentes condiciones medioambientales y para futuros desarrollos.

Polímers cristall-líquids (PCL) posseeixen propietats que són una combinació entre sòlids cristal·lins i fluids. Actualment, PCL que incorporen elements actius en l'estructura (pe, grups de foto-sensibles, dendrons, etc.) condueixen a un material selectivament sensible. S'informa que els polímers es poden aplicar en diversos sistemes pe com materials amb memòria de forma, sensors o pantalles foto-òptiques. Els nostres estudis se centren en dues aplicacions diferents: microcàpsules fotosensibles per a sistemes de lliurament controlat i les membranes autoacoblades conductores de protons per a la fotosíntesi artificial. La versatilitat i les propietats anisotrópicas de PCL, els fan com a candidats ideals per a nombrosos aplicacions intel·ligents. Per obtenir sistemes amb alliberament foto-activa, una família de copolímers, que conté alfa-estilbè i diferents espaiadors s'han dissenyat i sintetitzat. Alfa-estilbè és un mesogéno foto-actiu. Les microcàpsules basades d'alfa-metilestilbeno, amb vainillina en nucli, estaven preparats. Experiment d'alliberament amb i sense fotoirradiación va demostrar l'eficàcia d'aquest sistema. CLP d'estructura adequada per a auto-acoblament en una estructura columnar que podria ser efectiu en el transport de protons selectiu. Alineació homeotrópica de columnes en una membrana polimèrica permet aconseguir conductivitat de protons. Objectiu del nostre treball va ser: aconseguir estructures organitzades utilitzant poliamines modificades amb un mesógeno dendrític en posició lateral; preparació de membranes orientades usant aquests materials polimèrics; avaluar l'eficàcia de les membranes cap al transport de protons. Es van preparar membranes híbrides de ceràmica / poliamina. El material va mostrar alta conductivitat de protons selectiva i transport aigua-independent. / Actualmente, PCL que incorporan elementos activos en la estructura (p.e., grupos de foto-sensibles, dendrones, etc.) conducen a un material selectivamente sensible. Se informa de que los polímeros se pueden aplicar en varios sistemas p.e. como materiales con memoria de forma, sensores o pantallas foto-ópticas. Nuestros estudios se centran en dos aplicaciones diferentes: microcápsulas fotosensibles para sistemas de entrega controlada y las membranas autoensambladas conductoras de protones para la fotosíntesis artificial. La versatilidad y las propiedades anisotrópicas de PCL, los hacen como candidatos ideales para numerosos aplicaciones inteligentes. Para obtener sistemas con liberación foto-activa, una familia de copolímeros, que contiene alfa-estilbeno y diferentes espaciadores se han diseñado y sintetizado. Alfa-estilbeno es un mesogéno foto-activo. Las microcápsulas basadas de alfa-metilestilbeno, con vainillina en núcleo, estaban preparados. Experimento de liberación con y sin fotoirradiación demostró la eficacia de este sistema. CLP de estructura adecuada para auto-ensamblaje en una estructura columnar que podría ser efectivo en el transporte de protones selectivo. Alineación homeotrópica de columnas en una membrana polimérica permite conseguir conductividad de protones. Objetivo de nuestro trabajo fue: lograr estructuras organizadas utilizando poliaminas modificadas con un mesógeno dendrítico en posición lateral; preparación de membranas orientadas usando estos materiales poliméricos; evaluar la eficacia de las membranas hacia el transporte de protones. Se prepararon membranas híbridas de cerámica/poliamina. El material mostró alta conductividad de protones selectiva y transporte agua-independiente. / Liquid Crystalline Polymers (LCPs) possess properties which are a combination of crystalline solids and fluids. Currently, LCPs which incorporate active elements into the structure (i.e. photo-sensitive groups, dendrons, etc.) lead to selectively sensitive material. It is reported, that those polymers can be applied in a variety of systems i.e. as memory-shape materials, sensors or photo-optical displays. Our studies are focused on two different applications: photosensitive microcapsules for controlled delivery systems and self-assembly proton-conducting membranes for artificial photosynthesis. The extreme versatility and the characteristic anisotropic properties of LCPs, make them the ideal candidates for numerous smart applications. To achieve systems with photo-triggered release, a family of copolymers which contained alpha-methylstilbene and different spacers were designed and synthesized. Alpha-methylstilbene is a well-known photo-active mesogenic group. Microcapsules based on alpha-methylstilbene containing vanillin as a core were prepared. Release experiment in the presence and the absence of photoirradiation proved the effectiveness of this system. LC polymers of proper structure self-assembly into a columnar structure which could be effective in selective proton transport. Homeotropic alignment of columns in a polymeric membrane allows to achieve proton-conductivity. Aim of our work was: achieving organized structures using polyamine modified with a dendritic mesogen in side position; preparing oriented membranes based on this polymeric materials;assessing the effectiveness of the prepared membranes toward proton transport. Hybrid ceramic/polyamine membranes were prepared. The new material showed high selective proton conductivity and water independent transport.

Water is a limited resource essential for life. Human activities have been exercising considerable pressures on it. The unsustainable use and the need to improve the management of water are among the largest global concerns of our time. Indicators are fundamental to monitoring progress towards and trends water sustainability. Despite the widespread recognition of the relevance of indicators to water sustainability worldwide, significant challenges remain. Improved knowledge, research and innovation around this subject are necessary to promote the transition towards sustainable water use and management. This demands also points to the need of developing indicators in a participatory way, with the active engagement of both scientist and stakeholders. Furthermore, these indicators should be suitable for the scale where the governance of water take place: the river basin scale. The main objective of this research is to identify and validate, in a participatory way, a set of indicators that would allow decision makers to measure the sustainability of water use and management at river basin level. This research combined relevant concepts in a holistic methodology that is scientifically robust and easy to understand. This study presents a detailed description of how to apply multi-criteria and participatory approaches to identify, select and validate indicators for sustainable water use and management at river basin level, considering their socio-economic, environmental and institutional aspects. In the initial stage of this study, 60 criteria for the evaluation of indicators and 170 indicators linked to water resources were identified through extensive literature reviews. Subsequently, an international panel of experts selected from these set of indicators the 24, which best fulfilled the criteria of social, economic, environmental and institutional sustainability (Chapter 3). Then, it was identified that 11 of the 24 indicators have the appropriate characteristics to assess water use and management in an actual watershed, fulfilling the criteria of: scientific foundation, individuality, geographic scale of application and specificity (Chapter 4). In the next step, the Salitre River Basin (in semiarid region of Bahia-Brazil) was selected for pilot implementation of this project. At that point, the major stakeholders were identified and involved in the development of the research. The indicators were, then, assessed based on the innovative eDPSIR methodology, in which the interconnectedness of the indicators becomes a key part of the selection process. The application of this method showed that 8 of the 11 indicators are of great relevance to address the complex issue of sustainable use and management of water in the pilot river basin (Chapter 5). Finally, this set of eight indicators was validated against scientific and end-use criteria in a multistage and multistakeholder participatory approach (chapter 6). More then 100 international experts and local stakeholders participated in the development of this research. This study resulted in the selection and validation of a comprehensive set of eight key-indicators to measure the social, economic, environmental and institutional sustainability of water use and management at the Salitre River Basin. This research also provides a transparent, robust and reproducible set of methods that could be applied by scientific community, indicators developers/user and decision makers to identify, select and assess indicator at other river basins of interest. This knowledge could to be used by the scientific community, international organizations, water resources managers, policy and decision makers, practitioners, as well as other stakeholders interested in the matter, to promote changes towards sustainable use and management of water. These changes can contribute to harmonising both the human and ecosystem needs at the presentas well as being essential for building the future we want for all. / El agua es un recurso limitado esencial para la vida y las actividades humana han estado ejerciendo presiones considerables sobre el mismo. El uso insostenible del agua y la necesidad de mejorar su gestión están entre las principales preocupaciones actualmente. Los indicadores son fundamentales para monitorear el progreso hacia la sostenibilidad del agua. Ampliar el conocimiento, la investigación y la innovación en torno a este tema es necesario para promover la transición hacia el uso y la gestión sostenible del agua. Esta demanda también apunta a la necesidad de desarrollar indicadores de manera participativa, con la colaboración activa de científicos . Por otra parte, estos indicadores deben ser adecuados para la escala donde la gobernabilidad del agua tiene lugar: la cuenca hidrográfica. El objetivo principal de esta investigación ha sido la identificación y validación, de forma participativa, de un conjunto de indicadores que permitan a los tomadores de decisiones medir la sostenibilidad del uso y gestión del agua a nivel de cuencas. Combinamos conceptos relevantes en una metodología holística científicamente sólida y fácil de entender. El estudio presenta una descripción detallada de cómo aplicar una aproximación multicriteria y un enfoque participativo para identificar, seleccionar y validar los indicadores de uso y gestión sostenible del agua a nivel de cuenca hidrográfica, considerando sus aspectos socio-económicos, ambientales e institucionales. Inicialmente este estudio identificó 60 criterios para la evaluación de los indicadores y 170 indicadores relacionados con los recursos hídricos a través de extensas revisiones de la literatura. Posteriormente, un panel internacional de expertos han seleccionado de este conjunto los 24 indicadores que mejor cumplen los criterios de sostenibilidad social, económica, ambiental e institucional. Entonces se identificó que 11 de los 24 indicadores tienen las características apropiadas para evaluar el uso y gestión del agua en una cuenca real, cumpliendo los criterios de: fundamentación científica, individualidad, escala geográfica de aplicación y especificidad. En el siguiente paso, la cuenca del río Salitre (en la región semiárida de Bahia-Brasil) fue seleccionado para la implementación piloto de esta investigación. En ese momento, fueron identificados e involucrados los principales actores locales relacionados con el desarrollo del proyecto. Los indicadores fueron evaluados en base a la innovadora metodología eDPSIR, donde la interconexión de los indicadores se convierte en una parte clave del proceso de selección. La aplicación de este método mostró que ocho de los 11 indicadores son de gran relevancia para abordar el complejo tema del uso sostenible y la gestión del agua a nivel de la cuenca piloto. Por último, este conjunto de ocho indicadores se validó en base a criterios científicos y de uso final de forma participativa utilizando un proceso multi-etapas y multiactor. En total, más de 100 expertos internacionales y actores locales participaron en el desarrollo de este estudio. Esta investigación dio lugar a la selección y validación de un conjunto completo de ocho indicadores clave para medir la sostenibilidad social, económica, ambiental e institucional de uso y gestión del agua en la cuenca del río Salitre. Esta investigación también proporciona un conjunto relevante de métodos transparentes, sólidos y reproducibles para ser aplicados por académicos, desarrolladores / usuarios de indicadores y/o tomadores de decisiones en la identificación, selección y evalución de indicadores en otras cuencas hidrográficas. Este conocimiento podría ser utilizado para promover cambios hacia la sostenibilidad del agua. Estos cambios pueden contribuir a armonizar tanto la necesidades humanas como las de los ecosistemas en la actualidad, además de ser esencia, además de ser esenciales para "construir el futuro que queremos para todos"

Climatic models predict higher fluxes of UV-B radiation and a decrease in summer precipitation in the near future for the Mediterranean region. The UV radiation can be an oxidative stress factor for plants affecting their physiological activity and morphology. In this context, we aim to investigate the effects of UV (as UV-A as UV-B) radiation on Mediterranean woody species and its interaction with low water availability. The results showed that UV-A supplementation caused an increase in the plant biomass of some species when plants were grown under a low water supply. This beneficial effect on plant biomass seemed to be mediated by an improvement of plant water relations. Increases in leaf sclerophylly or leaf thickness, depending on the experiment, in response to enhanced UV radiation might have contributed to the amelioration of plant water deficit / Durant les properes dècades, a la Regió Mediterrània es preveu un augment de la radiació ultraviolada UV-B i una disminució en la precipitació. La radiació UV pot ser un factor oxidatiu per les plantes afectant la seva activitat fisiològica i la seva morfologia. En aquest context pretenem investigar els efectes de la radiació UV (tant UV-A com UV-B) sobre les espècies llenyoses mediterrànies així com la seva interacció amb una baixa disponibilitat hídrica. Els nostres resultats mostren que l’augment dels nivells d’UV-A pot incrementar la producció de biomassa quan les plantes creixen sota condicions de baixa disponibilitat hídrica. Aquest efecte beneficiós podria ser degut a una millora de les relacions hídriques. Els canvis en la morfologia foliar observats en resposta a la radiació UV (fulles més gruixudes o amb un major índex de massa per àrea depenent de l’experiment) poden haver contribuït a aquesta millora de les relacions hídriques

This thesis is a interdisciplinary research in the field of sustainable energy systems with the falsifiable hypothesis "a necessary transition from a society highly dependent on oil to one based on the use of local resources and energies" and its social, economic and technological consequences. Based on the analysis of the social and cultural context of the exploitation of fossil fuels is highlighted as the increased availability of energy, but above all power, allowing socioeconomic growth cycle so that is associated to the idea that "increased energy consumption implies a higher level of social progress". And vice-versa. It generates, thus, a social framework against any proposal of sustainability in the energy field. Thus, the technical possibility of getting more in less time has governed the development of a society to a high level of expertise (e.g. electrical system), and has shaped a specific vision of the world and the relationship between our society and the nature. However, the appearance of limits, both the availability of the resource, such as the sink capacity of ecosystems to absorb wastes, and other externalities such geostrategic conflicts has challenged contemporary society: a transition from energy, but above all power, to non-fossil resources. The complexity and implications of accepting this working hypothesis exceeds the current analysis framework and requires new epistemological approach that fuses sciences and humanities. The thesis analyses in depth the conceptual framework for the energy transition and condensed it in the "Principles of Biological Resources Management" from a biomimetic inspiration, that is, how nature manages the flow of energy, matter and information. A nuclear and significant contribution is the reinterpretation of "Sustainability" based on the confluence of energy flows (energy and power) between ecosystems that sustain the complex life on the Earth, and those flows that we use for our social, cultural and economic activities. The thesis goes from this conceptual point to reality in a technology, social, economic and ecological point of view. The analysis is global and focus in its implications in Catalonia, that supports an impact on about 5% of its GDP to pay fossil fuels imports and its financial consequences. Finally, the results achieved are summarized. "My laboratory, the world", collects the energy field research did in recent years by interacting with different social, political and economic players in energy arena and a prolific communicator activity that allowed to validate the complexity of the energy transition. On the one hand, the development of specific aspects of advanced machinery (from idea to market) inspired by nature for photovoltaic applications and the principles of a micro grid or Biogrid, which provides an innovative vision of the electrical system different to the current vision of smart grids. On the other hand, the dissertation analyses the non-technological barriers (cultural, economic, and especially regulatory) and their impact on energy transition, for example, the access to energy consumption data by citizens. Therefore this thesis sum up the objectives of the doctorate Sustainability, Technology and Humanism, provides a cross-balanced vision of the energy issue and opens new lines of research. Last, but not least, the thesis concludes with a summary of the scientific production based on international patents obtained, articles, proceedings, dissemination and research projects financed by European, state and national programs. / La presente tesis es una investigación transdisciplinar en el campo de los sistemas energéticos sostenibles con la hipótesis, falsable, de una "necesaria transición desde una sociedad altamente dependiente del petróleo a una basada en el aprovechamiento de recursos autóctonos y renovables" y las sus consecuencias sociales, económicas y tecnológicas. Partiendo del análisis del contexto cultural y social de la explotación de los combustibles fósiles se pone de relieve como el incremento de la disponibilidad de energía, pero sobre todo de potencia, permite un ciclo socioeconómico expansivo de modo que se asocia, hasta en nuestros días, la idea de que un mayor consumo de energía implica un mayor nivel de progreso social. Y a la inversa. Generando de esta manera unos marcos de referencia que cuestionan una propuesta sostenibilista en el campo energético. Así, la posibilidad técnica de hacer más cosas cada vez en menos tiempo ha regido el desarrollo de una sociedad hasta un alto nivel de especialización (por ejemplo el sistema eléctrico), y ha forjado la visión específica del mundo y de la relación de nuestra sociedad con la naturaleza. Sin embargo, la aparición de los límites en la disponibilidad del recurso y en la capacidad sumidero de los ecosistemas para absorber los residuos, además de otras externalidades (conflictos geoestratégicos…), ha planteado el reto contemporáneo de mayor envergadura: una transición de energía, pero sobre todo de potencia, hacia recursos no fósiles. La complejidad e implicaciones de aceptar esta hipótesis de trabajo sobrepasa el marco de análisis actual y hace necesaria una incursión en un nuevo campo epistemológico forjado en el pensamiento contemporáneo que fusiona las ciencias y las humanidades. La tesis lo analiza en profundidad y lo concreta en los "Principios Biológicos de Gestión de los Recursos", de inspiración biomimética, es decir, a partir de cómo la naturaleza gestiona los flujos de energía, materia y información. Una aportación significativa y central es reinterpretar la Sostenibilidad a partir de la confluencia de los flujos energéticos (energía y potencia) de los ecosistemas que sostienen la vida compleja en la Tierra y los que empleamos para nuestras actividades sociales, culturales y económicas. Este punto de partida conceptual y sólido se objetiva a nivel tecnológico, social, económico y ecológico. De forma global, pero concretando en sus implicaciones en Catalunya, que dedica ya cerca del 5% de su PIB para importar recursos fósiles, lo que genera tensiones económicas. Y, finalmente "Mi laboratorio, el mundo" recoge la investigación realizada el campo energético en los últimos años interaccionando con diferentes agentes sociales, políticos y económicos del sector y con una prolífica actividad divulgadora que han permitido contrastar la complejidad de la transición energética. Por un lado, aspectos concretos como el desarrollo de maquinaria avanzada (desde la idea al mercado) inspirado en criterios biomiméticos para aplicaciones solares fotovoltaicas y también los principios de diseño de una microrred o biogrid, que aporta una innovadora visión del sistema eléctrico diferenciado a la actual visión de las smart grids a partir de casos prácticos. Por otro, la tesis analiza las barreras no tecnológicas (culturales, económicas y, sobre todo regulatorias) y su impacto en la transición energética, como por ejemplo el acceso de los datos de consumo eléctrico por parte de los ciudadanos. Por todo ello la presente tesis hace suyos los objetivos del programa de doctorado Sostenibilidad, Tecnología y Humanismo, aportando una visión transversal y equilibrada de la cuestión energética y abriendo nuevas líneas de investigación. El trabajo concluye con una recopilación de la producción científica basada en las patentes internacionales obtenidas, artículos, proceedings, acciones de divulgación y proyectos de investigación y desarrollo financiados con proyectos europeos, estatales y nacionales. / La present tesi és una investigació transdisciplinar en el camp dels sistemes energètics sostenibles amb la hipòtesi, falsable, d'una "necessària transició des d'una societat altament dependent de petroli a una basada en l'aprofitament de recursos autòctons i renovables" i les seves conseqüències socials, econòmiques i tecnològiques. Partint de l'anàlisi del context cultural i social de l'explotació dels combustibles fòssils es posa de relleu com l'increment de la disponibilitat d'energia, però sobretot de potència, permet un cicle socioeconòmic expansiu de manera que s'associa, fins als nostres dies, la idea que un major consum d'energia implica un major nivell de progrés social. I a la inversa. Generant, d'aquesta manera uns marcs de referència que qüestionen una proposta sostenibilista en el camp energètic. Així, la possibilitat tècnica de fer més coses cada vegada en menys temps ha regit el desenvolupament d'una societat fins a un alt nivell d'especialització (per exemple el sistema elèctric), i ha forjat la visió específica del món i de la relació de la nostra societat amb la natura. Tanmateix, l'aparició dels límits tant en la disponibilitat del recurs, com de la capacitat embornal dels ecosistemes per absorbir els residus, així com altres externalitats com ara són els conflictes geoestratègics, ha plantejat el repte contemporani de major envergadura: una transició d'energia, però sobretot de potència, cap a recursos no fòssils. La complexitat i implicacions d'acceptar aquesta hipòtesi de treball sobrepassa el marc d'anàlisi actual i fa necessària una incursió en un nou camp epistemològic forjat en el pensament contemporani que fusiona les ciències i les humanitats. La tesi analitza en profunditat aquest marc conceptual per la transició energètica i que condensa en els "Principis Biològics de Gestió dels Recursos", d'inspiració biomimètica, és a dir, a partir de com la natura gestiona els fluxos d'energia, matèria i informació. Una aportació significativa i central és com es reinterpreta la Sostenibilitat a partir de la confluència dels fluxos energètics (energia i potència) dels ecosistemes que sostenen la vida complexa a la Terra i els que emprem per les nostres activitats socials, culturals i econòmiques. Aquest punt de partida conceptual i sòlid s'objectiva a nivell tecnològic, social, econòmic i ecològic. De manera global, però concretant en les seves implicacions a Catalunya que, amb un impacte a prop del 5% del seu PIB per pagar les importacions de recursos fòssils, es troba en dificultats econòmiques i de finançament. I, finalment, es mostren els resultats assolits. "El meu laboratori, el món", recull la recerca feta el camp energètic en els darrers anys interaccionant amb diferents agents socials, polítics i econòmics del sector i amb una prolífica activitat divulgadora que han permès contrastar la complexitat de la transició energètica. D'una banda, aspectes concrets com el desenvolupament de maquinària avançada (des de la idea al mercat) inspirat en criteris biomimètics per aplicacions solars fotovoltaiques i també els principis de disseny d'una microxarxa o biogrid, que aporta una innovadora visió del sistema elèctric diferenciat a l'actual visió de les smart grids a partir de casos pràctics. D'altra, la tesi analitza les barreres no tecnològiques (culturals, econòmiques i, sobretot regulatòries) i el seu impacte en la transició energètica, com per exemple l'accés de les dades de consum elèctric per part dels ciutadans. Per tot això la present tesi fa seus els objectius del programa de doctorat Sostenibilitat, Tecnologia i Humanisme, aportant una visió transversal i equilibrada de la qüestió energètica i obrint noves línies d'investigació. El treball conclou amb un recull de la producció científica basada en les patents internacionals obtingudes, articles, proceedings, accions de divulgació i projectes de recerca i desenvolupament finançats amb projectes europeus, estatals i nacionals.

Si la urbanística ha desarrollado una ciencia propia de los procesos urbanos, de sus estructuras y de sus formas y de las lógicas de formación y cambio, así como, en definitiva, de su capacidad como soporte de nuevas situaciones de construcción física y de uso, parece que esté pendiente un esfuerzo análogo para construir una disciplina rigurosa sobre el territorio no urbano (capítulo 1). Este trabajo nace de la preocupación por establecer valores estructurales y formas del suelo que incidan en la comprensión de las operaciones constructivaqs del espacio rural en aras a su reconocimiento como territorio que contribuye a alcanzar los objetivos generales de la Ordenación. En este sentido el trabajo se propone ofrecer un método de análisis del territorio rural a partir de su forma. Método que descansa en la lectura codificada de las relaciones sintéticas entre los elementos formales y los factores naturales de la construcción rural (capítulos II, III, y VI). Quiere ello decir que nuestra aproximación se apoya en un corpus cuya función es verificar hipótesis teóricas acerca de las implicaciones morfológicas del territorio. Este contexto es ilustrativo, sin duda, de la abstracción metodológica anterior pero también ampara su elaboración teórica. No pretendemos descubrir el "método líneal", sino analizar empíricamente producciones constructivas del espacio a partir de sus componentes morfológicos, quiere ello decir que entendemos el territorio como un artificio elaborado. Ante la ingenuidad de quienes postulan un isomorfismo entre territorios y modelos formales, creemos que existe la posibilidad de construir hipótesis formales circunscritas a determinados territorios, dado que consideramos la tierra des de su orden arquitectónico, esto es, des de las abstracciones geométricas que la guían, pero ello, no como valoración aislada de los elementos físicos que los componen, sino atendiendo a la relación y repartición de los mismos por las diferentes situaciones del territorio. Con nuestra propuesta, apostamos por una metodologia de la Ordenación del Territorio que centra su análisis en las relaciones entre elementos y factores. Tal proceder, por supuesto, supone una toma de posición por nuestra parte el situar la disciplina del Análisis del Territorio en la confluencia entre la Geografía y la Urbanística, o, dicho de otra manera, en la intersección entre la descripción y la proposición. Nos acercamos así a un principio básico del análisis territorial que sostiene que, analizar el territorio no es únicamente representarlo, sino describir el estatuto que el hombre le da en una situación geográfica determinadada. Esta concepción y la voluntad de percibir las manifestaciones de divergencia y afinidad de los términos rurales en su expresión formal, nos ha llevado a una presentación sistemática de modelos de orden como materialización paradigmática de las pautas, usos y costumbres que existen sobre diferentes relieves. Para esta puesta en carga del código de lectura hemos partido de nuestros propios trabajos profesionales realizados con anterioridad, y mas en concreto, los estudios previos para el Plan del Espacio Rural Metropolitano y para los Planes Generales de Torelló y Manlleu (capítulo IV y V). En el Área Metropolitana de Barcelona se ha trabajado el territorio como resultado, es decir, en su visión atemporal y poniendo énfasis en el ejercicio cartográfico como instrumento para descubrir su identidad formal y sus modelos de orden rurales (capítulo IV). Para profundizar uno de estos modelos en el territorio de Torelló hemos recurrido a una visión diacrónica con la ayuda instrumental de los catastros de rústica. El examen de cerca nos ha permitido constatar las diferentes variaciones de la identidad del modelo "masia" y su implementación en este territorio (capítulo V). El carácter contrastivo de nuestra investigación hace que consideremos cada tejido-modelo como un todo abierto a la discusion y a la reformulación, rasgos ambos inherentes a las hipótesis espacio-temporales en que nos movemos. Los propósitos aquí planteados obedecen a un objetivo primordial cual es el de contribuir, des de la Urbanística, al debate académico sobre las bases epistemológicas de la Ordenación Territorial (capítulo VI). Convencidos como estamos de que el territorio es en si mismo un objeto inagotable, no pretendemos haber llegado a un punto final; nuestra contribución es una más entre otras, todas igualmente legítimas, per todas incapaces de abarcar el objeto en su totalidad. Nota: El lector puede optar por la lectura correlativa que el índice expresa, no obstante invitamos a órdenes alternativos de lectura, como puede ser iniciar por los capítulos I, IV y V y continuar por VI, II y III. O leer el VI previa a la experimentación del IV y V. / The models of agrarian structures in the metropolitan area of Barcelona. The "masia" as a model of colonization in Torelló. The idea of approaching this subject was due to the concern with the treatment that the rural soil receives within the framework of the planning and the territorial development. The need to insert our study in a concrete space has determined its process of elaboration to be related to planning works already done: the territory of the metropolitan area of Barcelona, other towns in the catalan territory (Torelló, Manlleu, Sabadell, etc.), and a region in the High Guadalquivir (Andalusia). Among the objectives we aimed at with our research, two of them must be emphasized in this memory: a) to propose a codified reading, in order to establish the rural processes, their structures and forms, from a viewpoint of the territory as a constructed object.b) to verify and contrast the method applied in a sinchronical and diachronical way, expounding the agrarian models and structures. To give an account of the leading hypothesis of the work, we based our analysis on the territorial constructions as they appear and are produced in the places abovementioned. Our methodology is, thus, eclectic and empirical at the same time, where the analytical technique we consider most appropiate is applied to each agrarian structure.

Wastewater reduction and treatment is one of the challenges faced by our consume society. As an example, in the EU, 5400 tons/year wastewater containing aromatic compounds is released having both toxic and bactericide effect. Several technologies have shown their potential for treating this kind of industrial wastewater. Nearly all of them are based on the oxidation of the organic pollutants, which are converted into carbon dioxide and water or into harmless intermediate products, more suitable for a biological treatment. Therefore, Catalytic and non-catalytic Wet Air Oxidation (CWAO and WAO) have become attractive techniques to efficiently treat organic wastewater that is either too concentrated or toxic to be biologically restored. As complete mineralisation of pollutants is extremely costly, the coupling of an initial oxidative step with a biological treatment can solve these pollution problems in a rational and less expensive way.Hence, the main goal of this study was to demonstrate the technical feasibility of coupling an initial CWAO step with a municipal Waste Water Treatment Plant (WWTP) to deal with phenolic industrial wastewater. Therefore, it was necessary to find suitable pressure and temperature conditions in the oxidation step, so that the effluent can be treated in a municipal WWTP afterwards. The main challenge in the coupling is to achieve the right balance between the oxidation deepness (economic cost) and the effluent biodegradability (distribution of oxidation products) after the oxidation step, which ensures the success of a subsequent biological treatment.To this end, several WAO and CWAO tests were completed (140ºC-160ºC in CWAO, 215-265ºC in WAO and 2-9 bar of oxygen partial pressure) for several model compounds typically appearing in industrial wastewater such as phenol, o-cresol, 2-chlorophenol and sodium dodecylbenzene sulfonate at concentrations higher than 8000 mg l-1of Chemical Oxygen Demand (COD). All the CWAO experiments were done in a fixed bed reactor, operating in trickle flow regime, and using activated carbon (AC) as catalyst. The WAO experiments were done in batch reactor without catalyst. The results show that model compound disappearance, COD removal and total organic carbon (TOC) abatement were very sensible to temperature change but almost independent of oxygen partial pressure. For instance, in CWAO of o-cresol at 2 bar of oxygen partial pressure, as temperature increases from 140 to 160ºC, o-cresol conversion increases from 30% to 85%, COD removal from 15 to 50% and TOC abatement from 18% and 47%. Similar behaviour was found for the other model compounds tested.To measure biological parameters, respirometric tests were completed before and after WAO and CWAO tests and independently, for each one of the identified oxidation intermediates. In the case of WAO and CWAO effluents, these tests have enabled the determination of the biodegradability enhancement. For the oxidation intermediates, these respirometric tests have allowed obtaining the biomass yield coefficient for biodegradable carboxylic acids and to detect some co-metabolic effects, which serve to explain the biodegradability results obtained for WAO and CWAO effluents. Taking into account these results, it was possible to establish whether or not the WAO or CWAO effluents were suitable for a following treatment with non previously adapted sludge. Later, it was possible to perform a suitable procedure to couple the CWAO step with a biological lab-scale plant. The integrated treatment of wastewater with o-cresol as model pollutant achieved more than 99% of COD removal and more than 92% of CWAO intermediates removal without undesirable effects over the biomass of the biological step.Keywords: activated carbon, activated sludge, catalytic wet air oxidation, phenolic industrial wastewater, respirometry. / La reducción del agua residual y su tratamiento es uno de los retos a los que se enfrenta nuestra sociedad de consumo. Por ejemplo, en la UE se vierten 5400 toneladas al año de efluentes industriales de compuestos aromáticos, los cuales presentan efectos tóxicos y bactericidas. Hoy en día, existen varias tecnologías que han demostrado su potencial para tratar este tipo de efluentes industriales. La mayoría de ellas están basadas en la oxidación del contaminante orgánico, el cual es transformado en dióxido de carbono y agua o en intermedios de reacción menos nocivos, más adecuados para un tratamiento biológico. Así pues, la oxidación húmeda catalítica con aire (del inglés, CWAO) usando carbón activo como catalizador y la oxidación húmeda con aire (del inglés WAO) sin catalizador se han convertido en técnicas muy atractivas para el pretratamiento efectivo de este tipo de agua residual industrial que o bien está muy concentrada o bien es muy tóxica como para ser tratada directamente en una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) convencional. Ya que la mineralización completa del contaminante es sumamente costosa, el acoplamiento de una etapa inicial de oxidación química con un posterior tratamiento biológico puede resolver este problema de contaminación en una forma más barata y racional.Siguiendo esta premisa, el objetivo global de este trabajo fue demostrar la viabilidad técnica del acoplamiento de una etapa inicial de CWAO con una EDAR municipal para tratar aguas residuales industriales fenólicas. Para esto fue necesario hallar las condiciones apropiadas en la etapa de oxidación, en términos de: a)destrucción del contaminante modelo, b) preservación del catalizador en el caso de la oxidación húmeda catalítica con aire, c) distribución de intermedios y d) aumento de la biodegradabilidad. Dichos parámetros permitieron evaluar la adecuación del pretratamiento por oxidación de los efluentes industriales fenólicos para su posterior depuración en una EDAR convencional como parte de la entrada a la misma.Para cumplir este objetivo, se realizaron varias pruebas de WAO y CWAO (140ºC-160ºC en CWAO, 215- 265ºC en WAO y de 2-9 bar presión parcial de oxígeno-PO2-) para varios contaminantes modelo típicamente presentes en aguas residuales industriales, tales como fenol, o-cresol, 2-clorofenol y dodecilbenceno sulfato de sodio (DBS) a concentraciones por encima de 8000 mg l-1 en demanda química de oxígeno (DQO). Los ensayos de CWAO fueron realizados en continuo en un reactor de lecho fijo de goteo por un tiempo total de 72 h. Se utilizó un carbón activo comercial como catalizador. El caudal de aire fue ajustado para garantizar oxígeno en exceso, mientras que el caudal de líquido fue fijado de acuerdo al peso del lecho catalítico para proporcionar un tiempo espacial del líquido de 0.12 h. Los experimentos de WAO fueron realizados en un sistema discontinuo y con tiempos de reacción de 30, 60, 90 y 120 minutos. Las temperaturas utilizadas en los experimentos WAO fueron 215, 240 y 265ºC manteniendo la presión parcial de oxígeno (PO2) en 2 bar y 9 bar. En el caso del DBS, los experimentos de WAO fuero realizados con temperaturas de 180, 200 y 220ºC y 15 bar de PO2.Los resultados obtenidos demostraron que la destrucción del contaminante modelo y la reducción tanto de DQO como de carbono orgánico total (COT) son dependientes de los cambios de temperatura pero prácticamente independientes de los cambios en la PO2. Así pues, en la CWAO de o-cresol a 2 bar de PO2, un cambio en la temperatura de 140ºC a 160ºC implica un aumento en la destrucción de o-cresol de 30 a 85%, en la eliminación de DQO de 15 a 50% y en la eliminación de COT de 18 al 47%. Un comportamiento similar fue hallado para el resto de contaminantes modelo.La biodegradabilidad de los efluentes procedentes de los distintos ensayos de oxidación y de los intermedios de oxidación fue determinada mediante pruebas respirométricas. Para los efluentes de WAO y CWAO estas pruebas permitieron obtener el grado de aumento de la biodegradabilidad producido por cada una de las condiciones de oxidación empleadas. Para el caso de los intermedios de reacción, estas pruebas respirométricas permitieron determinar el coeficiente de rendimiento biomasa/sustrato para los ácidos carboxílicos biodegradables y detectar algunos comportamientos co-metabólicos; los cuales a su vez, sirvieron para explicar los resultados obtenidos en cuanto a la biodegradabilidad de los efluentes procedentes de WAO y CWAO.Teniendo en cuenta estos resultados, fue posible establecer si los efluentes de WAO o CWAO eran adecuados para su posterior tratamiento con un lodo activo no aclimatado. De esta manera se estableció un protocolo de acoplamiento apropiado de la etapa de CWAO con una planta biológica a escala laboratorio. El tratamiento integrado de las aguas residuales de o-cresol alcanzó una eliminación de DQO de más del 99% y una destrucción de los intermedios de CWAO de más del 92%, sin causar efectos adversos sobre la biomasa de la etapa biológica.Palabras clave: aguas residuales industriales fenólicas, carbón activo, lodos activos, oxidación húmeda catalítica con aire, respirometría. / La reducció de l'aigua residual i el seu tractament és un dels reptes als quals s'enfronta la nostra societat de consum. Com a exemple, a la UE s'aboquen 5400 tones a l'any d'efluents industrials que contenen compostos aromàtics, els quals presenten efectes tòxics i bactericides. Avui, existeixen diverses tecnologies que han demostrat el seu potencial per a tractar aquest tipus d'efluents industrials. La majoria d'elles estan basades en l'oxidació dels contaminants orgànics, el qual és transformat en diòxid de carboni i aigua o en intermedis de reacció menys nocius, més adequats per a un tractament biològic. Així doncs, l'oxidació humida catalítica amb aire amb carbó actiu com catalitzador (de l'anglès, CWAO) i l'oxidació humida amb aire (de l'anglès, WAO) sense catalitzador s'han convertit en tècniques molt atractives pel pretractament efectiu d'aquest tipus d'aigua residual industrial que o bé està molt concentrada o bé és molt tòxica com per a ser tractada directament a una Estació Depuradora d'Aigües Residuals (EDAR) convencional. Com que la mineralització complerta del contaminant és summament costosa, l'acoblament d'una etapa inicial d'oxidació amb un tractament biològic pot resoldre aquest problema de contaminació d'una forma més barata i racional.Seguint aquesta premissa, l'objectiu global d'aquest treball va ser demostrar la viabilitat tècnica de l'acoblament d'una etapa inicial de CWAO amb una EDAR municipal per a tractar aigües residuals industrials fenóliques. Per això, va ser necessari trobar les condicions apropiades a l'etapa d'oxidació, en termes de: a) destrucció del contaminant model, b) preservació del catalitzador en el cas de l'oxidació humida catalítica amb aire, c)distribució d'intermedis i d) augment de la biodegradabilidad. Aquests paràmetres van permetre avaluar l'adequació del pretractament per oxidació dels efluents industrials fenólics per a la seva posterior depuració a una EDAR convencional, com partde l'entrada a la mateixa.Per a assolir aquest objectiu, es van realitzar diverses proves de WAO i CWAO (140ºC-160ºC en CWAO, 215-265ºC en WAO i de 2-9 bar de pressió parcial d'oxigen-PO2-) per a diversos contaminants model típicament presents a les aigües residuals industrials, com poden ser el fenol, o-cresol, 2-clorofenol i dodecilbenzè sulfat de sodi (DBS) a concentracions per sobre de 8000 mg l-1 de Demanda Química d'Oxigen (DQO). Els experiments de CWAO van ser realitzats en continu en un reactor de llit fix de goteig per un temps total de 72 h. Es va utilitzar un carbó actiu comercial com catalitzador. El cabal d'aire va ser ajustat per a garantir oxigen en excés i el cabal de líquid va ser fixat en funció del pes del llit catalític per a proporcionar un temps espacial del líquid de 0.12 h. Els experiments de WAO van ser realitzats a un sistema discontinu i amb un temps de reacció de 30, 60, 90 i 120 minuts. Les temperatures utilitzades als experiments WAO van ser 215, 240 i 265ºC, mantenint la PO2 a 2 bar i 9 bar. Pel cas del DBS, els experiments de WAO van ser realitzats a temperatures de 180, 200 i 220ºC i 15 bar de PO2.Els resultats obtinguts van demostrar que la destrucció del contaminant model i la reducció tant de l'DQO com de Carboni Orgànic Total (COT) són dependents dels canvis de temperatura però pràcticament independents dels canvis a la PO2. A mode d'exemple, per a la CWAO d'o-cresol a 2 bar de PO2, un canvi a la temperatura de 140ºC a 160ºC implica un augment de la destrucció d'o-cresol de 30 a 85%, de l'eliminació de DQO de 15 a 50% i de l'eliminació de COT de 18 al 47%. Un comportament similar va ser trobat per a la resta de contaminants model.La biodegradabilidad dels efluents procedents dels diferents assaigs d'oxidació i dels intermedis d'oxidació va ser determinada mitjançant proves respirométriques. Pels efluents de WAO i CWAO aquestes proves van permetre obtenir el grau d'augment de la biodegradabilidad produït per cadascuna de les condicions d'oxidació emprades. Pel cas dels intermedis de reacció, aquestes proves respirométriques van permetre determinar el coeficient de rendiment biomassa/substrat per als àcids carboxílics biodegradables i detectar alguns comportaments co-metabòlics; els quals, van servir per a explicar els resultats obtinguts pel que fa a la biodegradabilidad dels efluents procedents de WAO i CWAO. Tenint en compte aquests resultats, va ser possible establir si els efluents de WAO o CWAO eren adequats per al seu posterior tractament amb un llot actiu no aclimatat. D'aquesta manera es va establir un protocol d'acoblament apropiat de l'etapa de CWAO amb una planta biològica a escala de laboratori. El tractament integrat de les aigües residuals d'o-cresol va assolir una eliminació de DQO de més del 99% i una destrucció dels intermedis de CWAO de més del 92%, sense causar efectes nocius sobre la biomassa de l'etapa biològica.Paraules clau: aigües residuals industrials fenólicas, carbó actiu, llots actius, oxidació humida catalítica amb aire, respirometria.

En els últims anys, s'ha observat una preocupació creixent pels efectes que les emissions de gasos procedents de la gasolina poden provocar tant a nivell ambiental com en la salut de les persones i això s'ha vist reflectit en canvis substancials en la seva composició. La prohibició dels additius plomats, així com la limitació contínua dels compostos aromàtics (sobretot del benzè) han donat lloc a una expansió espectacular arreu del món de l'ús dels additius oxigenats a la gasolina. D'entre aquests additius (principalment èters i alcohols) el més emprat ha estat el metil terciari (tert-) butil èter (MTBE). Però degut a les seves propietats físico-químiques, aquest compost orgànic volàtil (VOC) ha esdevingut un important contaminant de les aigües subterrànies d'arreu del món.La present tesi doctoral ofereix una visió general i actualitzada de la problemàtica ambiental lligada a la utilització del MTBE com additiu de la gasolina, alhora que desenvolupa tècniques analítiques mitjançant un sistema totalment automatitzat de Purga i Trampa (també anomenat Purga i Captura) unit a un Cromatògraf de Gasos acoblat a un Espectròmetre de Masses (P&T-GC/MS) que permeten conèixer quantitativament i amb precisió la presència a nivells traça del MTBE, els seus principals compostos de degradació, altres additius convencionals com són els hidrocarburs aromàtics (benzè, toluè, etilbenzè i xilens, BTEX), així com els seus possibles substituts (etil tert-butil èter, ETBE; tert-amil metil èter, TAME; i diisopropil èter, DIPE) i altres VOCs d'interès (diciclopentadiè, DCPD i tricloretilè, TCE) als diferents compartiments ambientals (diferents matrius aquoses i sòls), posant un especial èmfasi en l'anàlisi de les aigües subterrànies, més susceptibles d'una elevada contaminació i la qualitat de les quals és de vital importància ja que actuen com a magatzems d'aigua dolça pel consum humà.A més, en tant que l'avaluació de la biodegradació in situ del MTBE en llocs contaminats requereix de molt més que simples balanços de massa i la mera presència del TBA no és suficient com per provar-ne la relació causa-efecte. S'han realitzat estudis de degradació del MTBE i ETBE mitjançant la utilització de diferents soques bacterianes amb capacitat per alimentar-se d'aquests additius de la gasolina en condicions aeròbiques (microcosmos) per tal d'analitzar-ne els isòtops estables tant del carboni com l'hidrogen (CSIA) obtenint diferents factors de fraccionament isotòpic. Els resultats obtinguts posen en dubte l'existència d'un únic mecanisme de degradació metabòlica en condicions d'aerobiosis (com es creia fins ara) i dificulten la seva aplicació com a indicadors quantitatius dels processos de biodegradació que tenen llocs als llocs contaminats si no es realitzen altre tipus de mesures addicionals. / In the latest years, the combustion emissions from the vehicles have aroused concern about their potential adverse effects on the environment and the human health. This fact has resulted in a substantial change of the gasoline composition. The ban of the lead additives, as well as the increasing limitation for the use of aromatic hydrocarbons (especially benzene) contributed to a great expansion of the fuel oxygenates worldwide. Among these additives (mainly ethers and alcohols), methyl tertiary (-tert) butyl ether (MTBE) is by far the most commonly used octane enhancer. However, as a result of its physico-chemical properties, MTBE has become one of the most frequently detected volatile organic compounds (VOCs) in groundwater around the world.The purpose of the present thesis is to provide an updated overview of the MTBE environmental problem, meanwhile an analytical technique, a fully automated purge and trap coupled to gas chromatography - mass spectrometry (P&T-GC/MS) method has been developed and permitted the simultaneous quantitative determination of MTBE, its degradation products, other fuel additives such as the aromatic hydrocarbons or MTBE potential substitutes in different environmental compartments (liquid or solid matrices) at trace levels (sub-ppb). The thesis has been focused mainly in the analysis of drinking water reservoirs such as contaminated groundwater tables around Europe.However, an inconclusive MTBE mass balance or the mere presence of its intermediate tert-butyl alcohol (TBA) has been found inappropriate for providing evidence for natural attenuation of MTBE in contaminated sites. So, as compound-specific stable isotope analysis (CSIA) has become a promising tool for evaluating in situ degradation, the carbon and hydrogen isotope enrichment factors (εC, εH) of MTBE and ethyl tert-butyl ether (ETBE) upon aerobic degradation were studied with different bacterial isolates. This work demonstrated that highly variable isotope fractionation factors are found under aerobic conditions, which may indicate the use of different mechanisms for degrading fuel oxygenates by different strains. This makes the selection of appropriate isotope enrichment factors for quantitative work difficult and can lead to strong variable fractionation in mixed cultures depending on the dominance of organism actually growing best in the field site.

Microalgae oil has been identified as a reliable resource for biodiesel production due to its high lipid productivity and potential cultivation in non-fertile locations. However, high scale production of microalgae based biodiesel depends on the optimization of the entire process to be economically feasible. The present work combine the optimization of microalgae downstream processes with computational tools for the modeling of different scenarios of the harvesting, oil extraction and transesterification with data obtained at pilot scale. This approach detects process bottlenecks that could have led to an overestimation of the potentiality of the microalgae lipids as a resource for the biodiesel production. Reduction of the cultivation step is mandatory to consider the microalgae-based biodiesel competitive with respect to the fossil diesels. The required biodiesel market price for the best alternative assessed is $5700 per MT where only the biomass production (cultivation/harvesting) is responsible of the 65% of the cost. / Durante las últimas décadas, se ha prestado mucha atención a la producción de biodiesel a partir de microalgas (alta productividad y contenido lipídico). Sin embargo la viabilidad de su producción depende del proceso global y la optimización de cada una de las etapas del proceso. El presente trabajo combina una serie de propuestas de optimización de los procesos post-cultivos demostrados a escala piloto (concentración mediante filtración-dinámica y extracción/transesterificación directa de lípidos) y herramientas computacionales para detectar posibles sobre-estimaciones en la capacidad de las microalgas como fuente de producción de biodiesel. Según caso-base es necesaria la reducción de inversión inicial del proceso de producción de biomasa, (cultivo y concentrado) responsables del 65% del costo (5700$/MT) de producción de biodiesel a partir de microalgas para que el proceso sea económicamente viable.