Tesis por compendio / [ES] El cambio climático se ha convertido en un desafío globalmente reconocido, que requiere una acción coordinada y decisiva a través de políticas robustas, inversiones en tecnologías limpias y cambios en los patrones de consumo y producción. En este contexto, la transición energética se destaca como una estrategia clave para mitigar los efectos del cambio climático, con las ciudades desempeñando un papel fundamental. Sin embargo, las diversas características socioeconómicas y espaciales de las ciudades presentan desafíos significativos para lograr una transición energética equitativa. Dada la complejidad de los paisajes urbanos y la naturaleza descentralizada de la producción de energía renovable, ha surgido la necesidad de reevaluar las estrategias de planificación energética urbana, centrándose en los distritos urbanos como la unidad principal de análisis. Este enfoque permite que los sistemas colectivos optimicen el espacio disponible de manera más efectiva. Esta tesis doctoral propone metodologías para la planificación energética en ciudades y a escala distrital que apoyen acciones dirigidas no solo a objetivos de descarbonización, sino también a metas de inclusión social, para asegurar una transición energética inclusiva, centrándose en Valencia como caso de estudio. La investigación comienza con una metodología de toma de decisiones multicriterio para priorizar distritos para su transformación en Distritos de Energía Positiva (PEDs). Posteriormente, se formula una metodología de planificación para PEDs y se aplica a los Frentes Marítimos Urbanos (UWF), considerando su potencial y los resultados de la priorización previa. La metodología para la planificación de PEDs en UWF sugiere que las acciones propuestas se basen en objetivos establecidos y un análisis DAFO. La inclusión social debe hacerse explícita para un distrito residencial; de lo contrario, no se logrará solo con los objetivos de descarbonización. Al proponer una metodología de selección multicriterio similar a la primera, se pretende analizar los cambios en la selección de acciones para la descarbonización cuando se consideran solo los criterios de descarbonización o los criterios de género, junto con la diversidad de experiencia entre los tomadores de decisiones. Finalmente, para ilustrar cómo implementar estrategias específicas para una descarbonización inclusiva, se esboza una propuesta para contribuir a fomentar el autoconsumo compartido de electricidad fotovoltaica en entornos urbanos mientras se mitiga la pobreza energética. Los resultados de esta tesis destacan la necesidad de seguir avanzando en el desarrollo de metodologías que aborden no solo los desafíos técnicos y ambientales de las transiciones energéticas urbanas, sino que también aseguren que estas transiciones sean socialmente inclusivas. A través de una estrecha colaboración con actores locales y responsables políticos, es posible desarrollar y aplicar metodologías que apoyen los objetivos más amplios de planificación urbana de una ciudad. Esta tesis subraya el valor de integrar la investigación académica con los desafíos urbanos del mundo real para ayudar a guiar la transición de la ciudad hacia un futuro más sostenible y equitativo. / [CA] El canvi climàtic s'ha convertit en un desafiament globalment reconegut, que requereix una acció coordinada i decisiva a través de polítiques robustes, inversions en tecnologies netes i canvis en els patrons de consum i producció. En aquest context, la transició energètica es destaca com una estratègia clau per mitigar els efectes del canvi climàtic, amb les ciutats jugant un paper fonamental. No obstant això, les diverses característiques socioeconòmiques i espacials de les ciutats presenten desafiaments significatius per aconseguir una transició energètica equitativa. Donada la complexitat dels paisatges urbans i la naturalesa descentralitzada de la producció d'energia renovable, ha sorgit la necessitat de reavaluar les estratègies de planificació energètica urbana, centrant-se en els districtes urbans com a unitat principal d'anàlisi. Aquest enfocament permet que els sistemes col·lectius optimitzen l'espai disponible de manera més efectiva. Aquesta tesi doctoral proposa metodologies per a la planificació energètica en ciutats i a escala distrital que recolzen accions dirigides no només a objectius de descarbonització, sinó també a fites d'inclusió social, per assegurar una transició energètica inclusiva, centrant-se en València com a cas d'estudi. La investigació comença amb una metodologia de presa de decisions multicriteri per prioritzar districtes per a la seua transformació en Districtes d'Energia Positiva (PEDs). Posteriorment, es formula una metodologia de planificació per a PEDs i s'aplica als Fronts Marítims Urbans (UWF), considerant el seu potencial i els resultats de la priorització prèvia. La metodologia per a la planificació de PEDs en UWF suggereix que les accions proposades es basen en objectius establerts i una anàlisi DAFO. La inclusió social s'ha de fer explícita per a un districte residencial; en cas contrari, no s'aconseguirà només amb els objectius de descarbonització. En proposar una metodologia de selecció multicriteri similar a la primera, es pretén analitzar els canvis en la selecció d'accions per a la descarbonització quan es consideren només els criteris de descarbonització o els criteris de gènere, juntament amb la diversitat d'experiència entre els prenedors de decisions. Finalment, per a il·lustrar com implementar estratègies específiques per a una descarbonització inclusiva, s'esbossa una proposta per a contribuir a fomentar l'autoconsum compartit d'electricitat fotovoltaica en entorns urbans mentre es mitiga la pobresa energètica. Els resultats d'aquesta tesi destaquen la necessitat de continuar avançant en el desenvolupament de metodologies que aborden no només els desafiaments tècnics i ambientals de les transicions energètiques urbanes, sinó que també asseguren que aquestes transicions siguen socialment inclusives. A través d'una estreta col·laboració amb actors locals i responsables polítics, és possible desenvolupar i aplicar metodologies que recolzen els objectius més amplis de planificació urbana d'una ciutat. Aquesta tesi subratlla el valor d'integrar la investigació acadèmica amb els desafiaments urbans del món real per ajudar a guiar la transició de la ciutat cap a un futur més sostenible i equitatiu. / [EN] Climate change has emerged as a globally acknowledged challenge, necessitating coordinated and decisive action through robust policies, investments in clean technologies, and shifts in consumption and production patterns. Within this context, the energy transition stands out as a key strategy to mitigate the effects of climate change, with cities playing a fundamental role. However, cities' diverse socio-economic and spatial characteristics present significant challenges to achieving an equitable energy transition. Given the complexity of urban landscapes and the decentralised nature of renewable energy production, there has been a growing need to reevaluate urban energy planning strategies, focusing on urban districts as the primary unit of analysis. This approach enables collective systems to optimise the available space more effectively. This doctoral thesis proposes methodologies for energy planning in cities and at the district scale that support actions targeting not only decarbonisation objectives but also social inclusion goals, to ensure an inclusive energy transition, focusing on Valencia as a case study. The research begins a multi-criteria decision-making methodology to prioritise districts for transformation into (Positive energy districts) PEDs. Subsequently, a PED planning methodology is formulated and applied to Urban Waterfronts (UWF), considering their potential and the results of the previous prioritisation. The methodology for PED planning in UWF suggests that the proposed actions be based on established objectives and a Strengths, Weaknesses, Opportunities, and Threats (SWOT) analysis. Social inclusion must be made explicit for a residential district; otherwise, it will not occur based solely on decarbonisation objectives. By proposing a multi-criteria selection methodology similar to the first one, we aim to analyse changes in the selection of actions for decarbonisation when considering only decarbonisation criteria or gender criteria, along with the diversity of expertise among decision-makers. Finally, to illustrate how to implement specific strategies for inclusive decarbonisation, a proposal to contribute to fostering urban shared self-consumption of photovoltaic electricity while mitigating energy poverty is outlined. The findings of this thesis highlight the need to continue advancing in the development of methodologies that not only address the technical and environmental challenges of urban energy transitions but also ensure that these transitions are socially inclusive. Through close collaboration with local stakeholders and policymakers, it is possible to develop and apply methodologies that support a city's broader urban planning goals. This thesis underscores the value of integrating academic research with real-world urban challenges to help guide the city's transition toward a more sustainable and equitable future. / Aparisi Cerdá, I. (2024). Development of methodologies for energy planning of urban districts with just energy transition perspective [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213809 / Compendio

[ES] Las expectantes y ambiciosas políticas adoptadas actualmente por las instituciones internacionales para lograr escenarios de Cero Emisiones Netas (NZE), con el fin de mitigar el cambio climático, han impulsado la transición hacia cambios más sostenibles en los sectores energético y químico. En este contexto, la llamada Economía del Metanol (Methanol Economy) se ha propuesto como una solución viable para almacenar, distribuir y utilizar energía y fuentes de carbono renovables. Esta estrategia utiliza el metanol y sus derivados para cubrir la demanda de energía y productos químicos de plataforma, con ventajas como la producción ampliamente establecida, versatilidad y facilidad de almacenamiento y transporte, aprovechando la infraestructura de combustibles existente. La producción de metanol se basa mayoritariamente en mezclas de CO/CO2/H2 provenientes de fuentes no renovables, como el gas natural. La transición hacia el uso de fuentes de carbono más sostenibles, como el CO2 o el e-syngas (CO+H2), habilitados por tecnologías de Captura, Almacenamiento y Utilización de Carbono (CCUS), representa un desafío para satisfacer de manera económica la creciente demanda de metanol. La optimización de catalizadores más activos y selectivos sigue siendo complicada, debido al limitado conocimiento de estos sistemas catalíticos complejos. Esta tesis aborda aspectos fisicoquímicos fundamentales en catalizadores de Cu para la hidrogenación de CO2 y CO a metanol, incluyendo efectos de promoción, distribución nanométrica de centros metálicos y distancias de transporte superficial. Primero, se analiza la relación entre los efectos de promoción Cu-óxido y la fuente de carbono utilizada (CO2 o CO). Se diseñaron catalizadores de Cu soportado ajustando la acidez de los centros de Lewis en la periferia del Cu-óxido. Estudios de actividad catalítica y técnicas espectroscópicas, como FTIR in situ y adsorción de CO a baja temperatura, mostraron similitudes en la hidrogenación de CO y CO2, como energías de activación (Ea) similares y la ocupación predominante de centros ácidos de Lewis por formiatos. Sin embargo, solo una fracción pequeña de estos centros en la interfaz Cu/óxido participa activamente en la reacción, y estudios cinéticos con isótopos revelaron diferencias clave en los mecanismos de reacción. A continuación, se investiga la cuantificación y optimización de la periferia catalítica relevante (CRP) en la interfaz metal-óxido. Variando sistemáticamente la distancia entre nanopartículas en catalizadores Cu/ZrO2 y utilizando espectroscopía infrarroja de modulación-excitación, se cuantificaron la abundancia y dinámica de los intermediarios activos en función de la distancia entre nanopartículas de Cu, diferenciándolos de las especies espectadoras. Esta metodología identificó un espaciado óptimo de ca. 7 nm, donde la producción de metanol es máxima (>19 mmolMeOH mmolCu-1 h-1 a 513 K), y demostró cómo el solapamiento de la CRP entre nanopartículas afecta el control cinético de los pasos elementales en la reacción. Finalmente, la tesis explora los efectos de las distancias de transporte superficial entre centros de Cu metálico y sitios ácidos de Lewis en Zr(IV) en la hidrogenación de CO2. Se estudiaron distancias Cu-ZrO2 de nanómetros a micrómetros, revelando que la falta de contacto directo entre nanocristales de Cu y sitios de Lewis en ZrO2 disminuye la producción de metanol y la selectividad. Los resultados sugieren que el "spillover" de hidrógeno desde Cu hacia intermediarios en ZrO2 se vuelve cinéticamente relevante al aumentar la distancia entre los centros, subrayando la importancia de la cooperación entre sitios para optimizar la síntesis de metanol. En conjunto, los resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre la cooperación de sitios activos y los efectos nanoespaciales en mecanismos bifuncionales, que resultan esenciales para optimizar racionalmente los procesos de síntesis de metanol a partir de COx en catalizadores de Cu soportados. / [CA] Les expectants i ambicioses polítiques adoptades actualment per les institucions internacionals per a aconseguir escenaris de Zero Emissions Netes (NZE), amb la finalitat de mitigar el canvi climàtic, han impulsat la transició cap a canvis més sostenibles en els sectors energètic i químic. En este context, l'anomenada Economia del Metanol (Methanol Economy) s'ha proposat com una solució viable per a emmagatzemar, distribuir i utilitzar energia i fonts de carboni renovables. Esta estratègia utilitza el metanol i els seus derivats per a cobrir la demanda d'energia i productes químics de plataforma, amb avantatges com la producció àmpliament establida, versatilitat i facilitat d'emmagatzematge i transport, aprofitant la infraestructura de combustibles existent. La producció de metanol es basa majoritàriament en mescles de CO/CO2/H provinents de fonts no renovables, com el gas natural. La transició cap a l'ús de fonts de carboni més sostenibles, com el CO2 o l'e-syngas (CO+H2), habilitats per tecnologies de Captura, Emmagatzematge i Utilització de Carboni (CCUS), representa un desafiament per a satisfer de manera econòmica la creixent demanda de metanol. L'optimització de catalitzadors més actius i selectius continua sent complicada, a causa del limitat coneixement d'estos sistemes catalítics complexos. Esta tesi aborda aspectes fisicoquímics fonamentals en catalitzadors de Cu per a la hidrogenació de CO i CO2 a metanol, incloent-hi efectes de promoció, distribució nanomètrica de centres metàl·lics i distàncies de transport superficial. Primer, s'analitza la relació entre els efectes de promoció Cu-òxid i la font de carboni utilitzada (CO o CO2). Es van dissenyar catalitzadors de Cu suportat ajustant l'acidesa dels centres de Lewis en la perifèria del Cu-òxid. Estudis d'activitat catalítica i tècniques espectroscòpiques, com FTIR in situ i adsorció de CO a baixa temperatura, van mostrar similituds en la hidrogenació de CO i CO2, com a energies d'activació (Ea) similars i l'ocupació predominant de centres àcids de Lewis per formiats. No obstant això, només una fracció xicoteta d'estos centres en la interfície Cu/òxid participa activament en la reacció, i estudis cinètics amb isòtops van revelar diferències clau en els mecanismes de reacció. A continuació, s'investiga la quantificació i optimització de la perifèria catalítica rellevant (CRP) en la interfície metall-òxid. Variant sistemàticament la distància entre nanopartícules en catalitzadors Cu/ZrO2 i utilitzant espectroscopía infraroja de modulació-excitació, es van quantificar l'abundància i dinàmica dels intermediaris actius en funció de la distància entre nanopartícules de Cu, diferenciant-los de les espècies espectadores. Esta metodologia va identificar un espaiat òptim de ca. 7 nm, on la producció de metanol és màxima (>19 mmolMeOH mmolCu-1 h-1 a 513 K), i va demostrar com el solapament de la CRP entre nanopartícules afecta el control cinètic dels passos elementals en la reacció. Finalment, la tesi explora els efectes de les distàncies de transport superficial entre centres de Cu metàl·lic i llocs àcids de Lewis en Zr(IV) en la hidrogenació de CO2. Es van estudiar distancies Cu-ZrO2 de nanòmetres a micròmetres, revelant que la falta de contacte directe entre nanocristalls de Cu i llocs de Lewis en ZrO2 disminuïx la producció de metanol i la selectivitat. Els resultats suggerixen que l'"spillover" d'hidrogen des de Cu cap a intermediaris en ZrO2 es torna cinèticament rellevant en augmentar la distància entre els centres, subratllant la importància de la cooperació entre llocs per a optimitzar la síntesi de metanol. En conjunt, els resultats proporcionen nous coneixements sobre la cooperació de llocs actius i els efectes nanoespaciales en mecanismes bifuncionales, que resulten essencials per a optimitzar racionalment els processos de síntesis de metanol a partir de COX en catalitzadors de Cu suportats. / [EN] The expectant and optimistic policies currently adopted by international institutions to achieve Net Zero Emission scenarios to mitigate the effects of climate change have encouraged the transition towards greener solutions in the energy and chemical sectors. The so-called Methanol Economy has been proposed as a viable alternative approach to store, distribute, and utilize renewable energy and carbon. This strategy uses methanol and its derivatives to meet the demand for both energy and platform chemicals, with its main advantages being its well-established production, versatility, and ease of storage and transport using the existing fuel infrastructure. Currently, methanol is primarily produced from mixtures of CO/CO2/H2 derived from non-renewable sources, mainly natural gas. However, transitioning to more sustainable carbon sources, such CO2 or e-syngas (CO+H2), available in the context of Carbon Capture, Storage, and Utilization (CCUS) technologies, remains technologically challenging to meet the current and anticipated methanol demand feasibly. The design and optimization of more active and selective catalysts for these processes is still a hurdle to overcome, primarily due to the limited fundamental understanding of the complex catalytic systems involved. Therefore, this thesis investigates physicochemical aspects, such as promotional effects, metal (nano)spatial distribution, and surface transport distances, which are still in debate in the hydrogenation of CO2 and CO to methanol using Cu-based catalysts. This thesis investigates the role of oxide promotion in Cu-based methanol synthesis catalysts, with a focus on how this effect varies based on the reactant (CO or CO2) used. It designs Cu catalysts with tunable Lewis acid (LA) strength at the Cu-oxide periphery, which is explored through catalytic activity analyses and spectroscopic methods (in situ FTIR and low-temperature FTIR with CO adsorption). Findings reveal that while CO and CO2 hydrogenation share similar energy barriers (Ea) and predominantly involve formate occupation on LA sites, they exhibit key mechanistic differences. These include kinetic isotope effects and the role of hydroxyls in formate formation during CO hydrogenation, showing how specific site interactions affect the catalytic pathway. The thesis also addresses the engineering and quantification of the catalysis-relevant periphery (CRP) at metal-oxide interfaces. By controlling Cu nanoparticle spacing in Cu/ZrO2-supported catalysts with consistent nanoparticle sizes, and using Modulation-Excitation Infrared Spectroscopy, the research measures the dynamics of surface reaction intermediates and distinguishes them from spectator species. This method allows identification of an optimal Cu nanoparticle spacing (~7 nm) for enhanced methanol production (>19 mmolMeOH mmolCu-1 h-1 at 513 K), showing that CRP overlap influences rate-limiting steps in the methanol synthesis process. Finally, the thesis investigates surface transport phenomena, specifically hydrogen spillover, between Cu and Zr(IV) sites in CO2 hydrogenation. By analyzing Cu-ZrO2 spacings from nanometers to micrometers, it finds that indirect contact between Cu and Lewis acidic ZrO2 sites, even at the nanoscale, leads to lower methanol formation rates and selectivity. Results suggest that as the distance between Cu and LA sites increases, surface transport, likely involving hydrogen spillover from Cu to ZrO2-stabilized CO2 intermediates, becomes increasingly relevant. Together, these findings emphasize the importance of nanospatial arrangement and site cooperation in optimizing catalytic performance for methanol synthesis from CO and CO2 feedstocks. Considering together, the results provide new insights into site cooperation and nanospatial effects in bifunctional mechanisms, the understanding of which emerges as essential to rationally optimize methanol synthesis processes by conversion of COx feedstocks on supported Cu catalysts. / López Luque, I. (2024). Bifunctional and Nanospatial Effects in Copper Catalysts for Methanol Synthesis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213880

[ES] El hormigón es el material estructural más empleado en la construcción a nivel mundial debido a su resiliencia, versatilidad y rentabilidad. Sin embargo, su baja resistencia a la tracción provoca frecuentemente fisuras en servicio, que permiten la penetración de sustancias nocivas del entorno. Esto genera pérdida de integridad estructural y una reducción de la vida útil. El deterioro suele originarse por la corrosión de las armaduras embebidas, lo que conlleva una disminución de la sección del refuerzo, pérdida de adherencia y desprendimiento del recubrimiento de hormigón, resultando en deterioro prematuro y fallos estructurales. El autosanado del hormigón ha sido ampliamente investigado en las últimas décadas. Aunque el hormigón tiene una capacidad natural para reparar pequeñas fisuras (autosanado autógeno), esta puede mejorarse añadiendo agentes de autosanado capaces de cerrar fisuras mayores. Entre los agentes más estudiados se incluyen bacterias, aditivos cristalinos, polímeros superabsorbentes y sistemas de encapsulación como microcápsulas, macrocápsulas y redes vasculares. Algunos de estos sistemas están disponibles comercialmente, mientras que otros están en desarrollo. Los mecanismos principales de autosanado se basan en la producción de carbonato de calcio y en el transporte de compuestos reparadores a las fisuras. Aunque numerosos estudios han evaluado estos agentes a escala de laboratorio, su efectividad en elementos estructurales a escala industrial sigue siendo limitada. La transición a estructuras reales es crucial, ya que estas enfrentan condiciones más complejas de carga y exposición ambiental. Este estudio busca cerrar estas brechas abordando los siguientes objetivos: 1. Demostrar la escalabilidad del hormigón autosanado desde muestras de laboratorio hasta vigas a escala industrial. 2. Analizar la fisuración en elementos estructurales con autosanado bajo cargas según normas de diseño. 3. Evaluar la penetración de cloruros y la protección frente a la corrosión en elementos fisurados. 4. Modificar los modelos de vida útil para hormigones fisurados con funcionalidad autosanadora. Se investigaron tres tipos de hormigón: convencional (~50 MPa), de alta resistencia (~70 MPa) y de ultra-alta resistencia reforzado con fibras (~145 MPa). Se añadieron agentes autosanadores (bacterias encapsuladas y aditivos cristalinos) en vigas de 4 metros de longitud, diseñadas con fisuras controladas de 50 µm, 100 µm y 300 µm, refuerzos de 16 mm y recubrimientos de 20 mm y 30 mm. El análisis de fisuración, realizado según códigos como Eurocódigo, ACI y el Modelo 2010, mostró que los agentes de autosanado aumentaron ligeramente la resistencia a compresión y redujeron marginalmente la resistencia a flexión, sin cambios significativos en el tamaño, patrón u orientación de las fisuras. Los modelos teóricos no replicaron de manera precisa los escenarios de fisuración observados experimentalmente, incluso tras ajustar los cálculos para incluir efectos de rigidez por tensión y endurecimiento por fibras. Se evaluó la corrosión de las armaduras mediante potencial de media celda (HCP), mostrando que los niveles de fisuración aumentaron los valores negativos de HCP durante los primeros seis meses, aunque esta influencia disminuyó con el tiempo. En entornos simulados marinos, los agentes autosanadores mejoraron la resistencia del hormigón a la penetración de cloruros. Aunque la fisuración amplificó el ingreso de cloruros, no se encontró una relación clara entre las características de las fisuras y la intensidad de la penetración. Si bien los agentes de autosanado no afectaron significativamente el comportamiento estructural, sí mejoraron notablemente la durabilidad frente a la corrosión, extendiendo la vida útil de las estructuras. / [CA] El formigó és el material estructural més utilitzat a escala mundial gràcies a la seva versatilitat, resistència ambiental i rendiment. Tot i així, la seva baixa resistència a la tracció pot provocar esquerdes en condicions de servei, permetent la penetració de substàncies nocives que causen corrosió a les armadures i redueixen la vida útil de les estructures. La corrosió genera efectes com la disminució de la secció de les barres de reforç, pèrdua d'adherència i deteriorament estructural. Per abordar aquests problemes, s'han investigat les capacitats d'autosanació del formigó, que inclouen l'ús d'agents externs com bacteris, additius cristal·lins, polímers i encapsulaments (microcàpsules, macrocàpsules, xarxes vasculars). Tot i l'avenç en laboratoris, hi ha poca informació sobre l'eficàcia d'aquests agents en elements a escala industrial, especialment en estructures sotmeses a càrregues complexes i entorns agressius. Aquest estudi té com a objectius principals: 1. Validar l'escalabilitat del formigó autosanant des de mostres de laboratori fins a vigues industrials. 2. Analitzar el comportament de les esquerdes sota diverses càrregues. 3. Avaluar la protecció contra la corrosió en vigues amb funcionalitat d'autoreparació. 4. Refinar els models de predicció de vida útil per a elements danyats amb capacitat d'autosanació. S'han provat tres tipus de formigons (convencional, alta resistència i ultra alta resistència amb fibres) incorporant agents autosanadors (bacteris i additiu cristal·lí) en vigues de 4 metres sotmeses a fissures controlades (50 µm, 100 µm i 300 µm). Les proves inclouen l'avaluació de fisures mitjançant codis de disseny com l'Eurocodi i el Model Code 2010, proves de durabilitat com la penetració de clorurs, i l'anàlisi de la corrosió de les armadures. Els resultats mostren que els agents autosanadors milloren la resistència a la compressió i redueixen lleugerament la resistència a la flexió, però tenen un impacte mínim en la resistència estructural general. Els codis de disseny actuals no prediuen adequadament el comportament de les esquerdes, especialment en formigons d'ultra alta resistència amb fibres, on es recomana considerar la rigidesa a tracció i l'efecte de les fibres per millorar les prediccions teòriques. L'anàlisi no destructiva de la corrosió revela que el tipus de formigó i agent autosanador influeixen en la progressió de la corrosió. Els valors de potencial més negatius es correlacionen amb un major risc de corrosió inicialment, especialment en formigons d'alta resistència, tot i que aquesta tendència disminueix amb el temps. Finalment, els agents autosanadors redueixen significativament la penetració de clorurs en ambients agressius, millorant la durabilitat de les estructures fissurades, però sense alterar de manera significativa l'estructura global del formigó. / [EN] Concrete is the most widely used structural material globally due to its resilience, versatility, and cost-effectiveness. However, its low tensile strength often leads to cracks during service, which allow harmful substances to penetrate, causing structural integrity loss and reduced service life. These issues are primarily due to the corrosion of embedded reinforcement, leading to reduced rebar cross-sections, bonding loss, and spalling of the concrete cover, ultimately resulting in premature deterioration and potential structural failure. To address these issues, self-healing functionalities in concrete have been extensively studied. Concrete naturally exhibits autogenous healing, which can be enhanced by incorporating external self-healing agents to repair larger cracks. Agents such as bacteria, crystalline admixtures, superabsorbent polymers, and encapsulations (e.g., microcapsules, macrocapsules, vascular networks) have been explored. While some are commercially available, others are still under development. These agents primarily work by precipitating calcium carbonate or transporting repair compounds to cracks. Most studies on self-healing concrete have focused on laboratory-scale evaluations, with limited research on full-scale industrial components. Scaling up this technology is critical because real-world structures face complex stresses, loading conditions, and aggressive environments, which laboratory conditions cannot fully replicate. This study addresses knowledge gaps by: 1. Demonstrating scalability from lab-scale specimens to industrial-scale beams. 2. Analyzing cracking in structural elements with self-healing capabilities under different loading conditions. 3. Assessing chloride ingress and rebar corrosion protection in cracked self-healing concrete. 4. Refining service life modeling for cracked concrete with self-healing functionality. Three types of concrete were investigated: Ordinary Concrete (~50 MPa), High Strength Concrete (~70 MPa), and Ultra High-Performance Fiber Reinforced Concrete (~145 MPa). Two self-healing agents (encapsulated bacteria and crystalline admixture) were incorporated into the concrete mix. Four-meter-long beams were designed with 16 mm diameter reinforcement bars, 20 mm and 30 mm concrete covers, and cracked at levels of 50 µm, 100 µm, and 300 µm. Cracking behavior was analyzed using design codes such as Eurocode, ACI, and Model Code 2010. Durability was tested through accelerated chloride migration and diffusion tests on cracked and uncracked samples, with results used to evaluate service life in simulated marine environments. Key findings include: - Self-healing agents marginally increased compressive strength and slightly reduced flexural strength but had minimal impact on cracking size, pattern, and orientation. - Design codes, based on simplified models, inadequately predicted complex cracking scenarios. Adjustments accounting for tension stiffening and fiber effects in ultra-high-performance concrete led to significant deviations between theoretical and experimental results. - Non-destructive corrosion analysis revealed that corrosion progression depended on concrete quality and self-healing agent type. Cracks correlated with more negative half-cell potential (HCP) values during initial exposure, although this effect diminished over time. - Self-healing agents significantly improved resistance to chloride ingress, particularly in cracked specimens, without notably affecting structural cracking behavior. Overall, the study highlights the potential of self-healing agents to enhance durability by mitigating chloride ingress and extending service life, while structural response remains largely unchanged. This research provides critical insights into the application of self-healing technologies in industrial-scale concrete structures. / Dabral, K. (2025). Integration of Self-Healing Functionalities in Structural Design for Serviceability of Concrete Structures under Marine Exposure [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214447

[ES] La presente tesis doctoral titulada "Development of rapid detection tests for SARS-CoV-2 and other pathogens based on materials with molecular gates" se centra en el desarrollo de materiales avanzados de detección, diseñados para la identificación rápida de patógenos como SARS-CoV-2, Xylella fastidiosa y Mycobacterium tuberculosis. Para lograr este objetivo general, la investigación se estructura en cuatro metas específicas, las cuales se desarrollan a lo largo de los capítulos de esta tesis. En el primer capítulo, se presenta el desarrollo de un sistema de detección basado en el soporte de alúmina anódica nanoporosa (NAA) combinado con puertas moleculares de ADN complementario para la detección del ADN genómico de Xylella fastidiosa. Este sistema aprovecha estas hebras como agente de bloqueo de los poros de la NAA, lo que permite una detección específica de este patógeno de gran relevancia en ecología y agricultura. En el segundo capítulo se explora la creación de un sistema basado en materiales de alúmina con anticuerpos como puertas moleculares para la detección de Mycobacterium tuberculosis, el patógeno responsable de la tuberculosis. Este dispositivo busca brindar una detección específica mediante la implementación de anticuerpos que actúan como agentes de bloqueo de los poros a la vez que elemento reconocedor en el sistema. El tercer capítulo, aborda el diseño, síntesis y evaluación de los sistemas de NAA funcionalizados con aptámeros para la detección temprana de SARS-CoV-2. El proyecto de investigación se enfoca en obtener una alta sensibilidad y selectividad para identificar el virus, dado su impacto en la salud pública y la importancia de su detección temprana para controlar la propagación del COVID-19. Por último, el cuarto capítulo se desarrolló un novedoso sistema de detección para material genético de SARS-CoV-2, combinando el sistema CRISPR-Cas con el soporte de NAA funcionalizado con ADN de cadena simple. Esta metodología integró la especificidad de CRISPR-Cas con la amplificación de señal de los materiales de NAA, logrando detectar secuencias de oligonucleótidos específicos con alta precisión. Todos los capítulos profundizan en la síntesis y caracterización de estos materiales con puertas moleculares, que se han diseñado para detectar biomoléculas de diferente naturaleza como pueden ser proteínas o secuencias específicas de ADN. Además, se estudian las dinámicas de liberación del indicador encapsulado en los poros en presencia de sus respectivos analitos e interferentes, lo cual es crucial para evaluar la eficiencia y viabilidad práctica de los materiales en aplicaciones reales. Los estudios demuestran cómo la interacción entre el analito y la puerta molecular desplaza a esta última dando lugar a la liberación controlada del colorante, funcionando como una señal medible que confirma la presencia del patógeno. Estos avances en el diseño de sistemas de detección con puertas moleculares representan un importante progreso en los campos de reconocimiento y diagnóstico, ofreciendo métodos rápidos, altamente sensibles, selectivos y adaptables a la detección de un amplio rango de patógenos de importancia en la actualidad. / [CA] La present tesi doctoral titulada "Development of rapid detection tests for SARS-CoV-2 and other pathogens based on materials with molecular gates" se centra en el desenvolupament de materials avançats de detecció, dissenyats per a la identificació ràpida de patògens com SARS-CoV-2, Xylella fastidiosa i Mycobacterium tuberculosis. Per a assolir aquest objectiu general, la investigació s'estructura en quatre metes específiques, les quals es desenvolupen al llarg dels capítols d'aquesta tesi. En el primer capítol, es presenta el desenvolupament d'un sistema de detecció basat en el suport d'alúmina anòdica nanoporosa (NAA) combinat amb portes moleculars d'ADN complementari per a la detecció de l'ADN genòmic de Xylella fastidiosa. Aquest sistema aprofita aquestes cadenes com a agent de bloqueig dels porus de la NAA, la qual cosa permet una detecció específica d'aquest patogen de gran rellevància en ecologia i agricultura. En el segon capítol s'explora la creació d'un sistema basat en materials d'alúmina amb anticossos com a portes moleculars per a la detecció de Mycobacterium tuberculosis, el patogen responsable de la tuberculosi. Aquest dispositiu busca proporcionar una detecció específica mitjançant la implementació d'anticossos que actuen com a agents de bloqueig i reconeixement en el sistema. El tercer capítol aborda el disseny, síntesi i avaluació dels sistemes de NAA funcionalitzats amb aptàmers per a la detecció primerenca de SARS-CoV-2. El projecte de recerca se centra en obtindre una alta sensibilitat i selectivitat per a identificar el virus, donat el seu impacte en la salut pública i la importància de la seua detecció primerenca per a controlar la propagació de la COVID-19. Finalment, el quart capítol desenvolupa un innovador sistema de detecció per a material genètic de SARS-CoV-2, combinant el sistema CRISPR-Cas amb el suport de NAA funcionalitzat amb ADN de cadena simple. Aquesta metodologia integra l'especificitat de CRISPR-Cas amb l'amplificació de senyal dels materials de NAA, aconseguint detectar seqüències específiques d'oligonucleòtids amb alta precisió. Tots els capítols profunditzen en la síntesi i caracterització d'aquests materials amb portes moleculars, que s'han dissenyat per a detectar diferents tipus d'analits, des de cèl·lules i proteïnes fins a seqüències específiques d'ADN. A més, s'estudien les dinàmiques d'alliberament de l'indicador encapsulat en els porus en presència dels seus respectius analits, la qual cosa és crucial per a avaluar l'eficiència i viabilitat pràctica dels materials en aplicacions reals. Els estudis demostren com la interacció entre l'analit i la porta molecular desplaça aquesta última, donant lloc a l'alliberament controlat del colorant i funcionant com un senyal mesurable que confirma la presència del patogen. Aquests avanços en el disseny de sistemes de detecció amb portes moleculars representen un important progrés en els camps del reconeixement i diagnòstic, oferint mètodes ràpids, altament sensibles, selectius i adaptables per a la detecció d'un ampli rang de patògens d'importància actual. / [EN] This doctoral thesis, titled "Development of rapid detection tests for SARS-CoV-2 and other pathogens based on materials with molecular gates," focuses on the development of advanced detection materials, designed for the rapid identification of pathogens such as SARS-CoV-2, Xylella fastidiosa, and Mycobacterium tuberculosis. To achieve this aim, the research is structured into four specific goals, which are developed throughout the chapters of this thesis. The first chapter presents the development of a detection system based on nanoporous anodic alumina (NAA) combined with complementary DNA molecular gates to detect the genomic DNA of Xylella fastidiosa. This system leverages these DNA strands as pore-blocking agents in the NAA, allowing a specific detection of this pathogen, which is highly relevant in ecology and agriculture. The second chapter explores the development of a system based on alumina materials with antibodies as molecular gates to recognize Mycobacterium tuberculosis, the pathogen responsible for tuberculosis. This device aims to provide specific detection by implementing antibodies that act as blocking and recognition agents in the system. The third chapter addresses the design, synthesis, and evaluation of NAA systems functionalized with aptamers for the early detection of SARS-CoV-2. This research project focuses on achieving high sensitivity and selectivity to identify the virus, given its impact on public health and the importance of early detection to control the spread of COVID-19. Finally, the fourth chapter develops an innovative detection system for SARS-CoV-2 genetic material, combining the CRISPR-Cas system with an NAA support functionalized with single-stranded DNA. This methodology integrates the specificity of CRISPR-Cas with the signal amplification of NAA materials, achieving highly precise detection of specific oligonucleotide sequences. All chapters explore the synthesis and characterization of these gated materials, designed to detect analytes from different nature, from proteins to specific DNA sequences. In addition, the dynamics of the encapsulated indicator release within the pores are studied in the presence of their respective analytes, which is crucial for evaluating the efficiency and practical feasibility of these materials in real-world applications. The studies demonstrate how the interaction between the analyte and the molecular gate displaces the latter, resulting in the controlled release of the dye, acting as a measurable signal that confirms the presence of the pathogen. These advances in the design of detection systems with molecular gates represent a significant step forward in the fields of recognition and diagnostics, offering rapid, highly sensitive, selective, and adaptable methods for detecting a wide range of pathogens of current importance. / This research was supported by MCIN/AEI projects PID2021-126304OB-C41 and PID2020-113256RA-I00 funded by MCIN/AEI and by European Regional Development Fund - A way of doing Europe. Also, it is supported by project PDC2022-133576-C21 funded by MCIN/AEI and by European Union Next GenerationEU/ PRTR. Also, this study forms part of the Advanced Materials programme (MFA/2022/049) and was supported by MCIN with funding from European Union NextGenerationEU (PRTR-C17.I1) and by Generalitat Valenciana. This work was supported by the European Research Council (ERC) via Advanced Grant (101052997, EDISON). The project leading to this application has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 899708. This study was also supported by Generalitat Valenciana (CIPROM/2021/007). The work was also supported by Agència Valenciana de la Innovació (INNVA2-2021-2) and is susceptible to be co-founded by European Union. Part of the equipment used to develop this work was supported by Generalitat Valenciana (IDIFEDER/2021/044) and is susceptible to be co-founded through the Operational Programme of the European Regional Development Fund. I.C. thanks to Instituto de Salud Carlos III her postdoctoral fellowship (IFI21/0008). BioRender.com was used for the elaboration of some of the figures. The authors want to thank the Electron Microscopy Service at the UPV for support. This research was supported by CIBER - Consorcio Centro de Investigación Biomédica en Red- (CB06/01/2012), Instituto de Salud Carlos III, Ministerio de Ciencia e Innovación. / Caballos Gómez, MI. (2025). Development of Rapid Detection Tests for SARS-CoV-2 and other Pathogens based on Materials with Molecular Gates [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214458

[ES] Resumen La selección genética en líneas paternales de conejos se ha buscado durante mucho tiempo para mejorar el rendimiento del crecimiento. Sin embargo, diversos estudios han demostrado que esta estrategia puede afectar negativamente a caracteristicas relacionadas con el fitness animal, como la reproducción y la salud. La hipótesis central de esta tesis fue que las nuevas líneas obtenidas mediante la selección de animales de élite y la introducción de genética robusta pueden sostener la producción salvaguardando la salud y las funciones reproductivas. Se realizaron tres experimentos consecutivos para probar nuestra hipótesis utilizando un total de 319 conejas y 387 conejos destetados. Los animales pertenecían a tres líneas genéticas diferentes: R, RF y RFLP. La línea R es una línea paternal seleccionada por su ganancia diaria promedio durante el período de crecimiento durante 37 generaciones. La línea RF se fundó seleccionando animales de élite de la línea R (ganancia media diaria > 60 g/d) criados selectivamente para crear la línea RF. Finalmente, se incorporó genética de una línea maternal (LP) longeva mediante retrocruzamiento para mejorar la robustez general y la resistencia a enfermedades de la línea RF, lo que dio como resultado la línea RFLP. Se recolectaron datos productivos, reproductivos e inmunológicos de las hembras desde la primera inseminación artificial hasta el tercer parto y de los gazapos desde el nacimiento hasta el sacrificio. Los resultados sugirieron que la refundación con animales de élite, como se ve en la línea RF, mejoró los rasgos reproductivos inicialmente (fertilidad, crecimiento y supervivencia de la camada durante el primer ciclo), pero condujo al desgaste corporal y redujo la fertilidad en ciclos posteriores. Sin embargo, la introducción de genética resiliente a través del retrocruzamiento, como se ve en la línea RFLP, mejoró la asignación de recursos, aseguró una mejor adaptación a los cambios fisiológicos y mejoró el éxito reproductivo (mayor fertilidad, producción de leche, rendimiento de la camada y supervivencia tanto de las hembras como de la camada). Los ensayos de crecimiento y digestibilidad que compararon las tres líneas genéticas durante el período de crecimiento mostraron que, si bien se observaron ligeros cambios en la utilización de nutrientes y el crecimiento, el rendimiento general permaneció similar entre las diferentes líneas. Los datos inmunológicos sugirieron que: i. la selección de animales de élite mejoró el estado inmunológico tanto de las hembras como de sus camadas al destete (mayores linfocitos totales y CD4+) y ii. la introducción adicional de genética robusta pareció influir en las estrategias de asignación de recursos, lo que resultó en distintas respuestas inmunes durante el parto y destete (mayor proporción de CD4+ a CD8+ en las conejas). Por otro lado, las correlaciones positivas observadas entre poblaciones de leucocitos específicas en conejas y las poblaciones correspondientes en sus crías podrían indicar posibles contribuciones maternas a la inmunidad innata y adaptativa de los gazapos. Además, la línea RFLP mostró consistentemente tasas de mortalidad y un índice de riesgo sanitario (SRI) más bajos, lo que enfatiza los beneficios potenciales de incorporar genética robusta para mejorar los rasgos de salud en los conejos en crecimiento. Los resultados obtenidos en la presente tesis sugieren que la estrategia de cruce entre una línea de rápido crecimiento y una línea robusta podría contribuir a refinar las líneas genéticas existentes sin sacrificar el potencial de crecimiento. / [CA] Resum La selecció genètica en línies paternes de conill s'ha perseguit durant molt de temps per millorar el rendiment del creixement. No obstant això, diversos estudis han demostrat que aquesta estratègia pot afectar negativament els trets relacionats amb el fitness animal, com ara la reproducció i la salut. La hipòtesi central d'aquesta tesi era que les noves línies obtingudes mitjançant la selecció d'animals d'elit i la introducció de genètica robusta podrien ser capaços de mantenir la producció alhora que salvaguarden la salut i les funcions reproductives. Es van realitzar tres experiments consecutius per provar la nostra hipòtesi amb un total de 319 femelles i 387 conills deslletats. Els animals pertanyien a tres línies genètiques diferents: R, RF i RFLP. La línia R és una línia paterna seleccionada per obtenir un guany mitjà diari durant el període de creixement durant 37 generacions. La línia RF es va fundar seleccionant animals d'elit de la línia R (guany mitjà diari > 60 g/d) criats selectivament per crear la línia RF. Finalment, es va incorporar la genètica d'una línia materna de llarga vida (LP) mitjançant el retrocreuament per millorar la robustesa general i la resistència a les malalties de la línia RF, donant lloc a la línia RFLP. Es van recollir dades productives, reproductives i immunològiques de les femelles des de la primera inseminació artificial fins al tercer part i dels llorigons des del naixement fins a la matança. Els resultats van suggerir que la refundació amb animals d'elit, tal com es veu a la línia RF, va millorar inicialment els trets reproductius (fertilitat i creixement de la brossa i supervivència durant el primer cicle), però va provocar un desgast corporal i va reduir la fertilitat en cicles posteriors. No obstant això, la introducció de genètica resilient mitjançant el retrocreuament, tal com es veu a la línia RFLP, va millorar l'assignació de recursos, assegurant una millor adaptació als canvis fisiològics i un èxit reproductiu millorat (més fertilitat, rendiment de llet, rendiment de la llorigada i supervivència tant femelles com de la llorigada). Els assaigs de creixement i digestibilitat que van comparar les tres línies genètiques durant el període de creixement van demostrar que, tot i que es van observar lleugers canvis en la utilització i el creixement dels nutrients, el rendiment general es va mantenir similar entre les diferents línies. Les dades immunològiques suggereixen que: i. la selecció d'animals d'elit va millorar l'estat immunològic tant de les femelles com de les seves camades al deslletament (limfòcits CD4+ i totals més alts) ii. la introducció addicional de genètica robusta semblava influir en les estratègies d'assignació de recursos, donant lloc a diferents respostes immunes durant el part i deslletament (índex CD4+ a CD8+ més elevat en les femelles). A més, les correlacions positives observades entre poblacions específiques de leucòcits en conills femelles i les poblacions corresponents de la seva descendència podrien indicar contribucions maternes potencials a la immunitat innata i adaptativa dels llorigons. A més, la línia RFLP va mostrar constantment taxes de mortalitat i índex de risc sanitari més baixes, posant èmfasi en els beneficis potencials d'incorporar una genètica robusta per millorar els trets de salut dels conills en creixement. Els resultats obtinguts en la present tesi suggereixen que la l'estratègia de retrocreuament entre una línia de ràpid creixement i una línia robusta podria contribuir a refinar les línies genètiques existents sense sacrificar el potencial de creixement. / [EN] Abstract Genetic selection in rabbit paternal lines has long been pursued to enhance growth performance. However, various studies have demonstrated that this strategy may adversely affect traits related to animal fitness, such as reproductive and health related traits. The central hypothesis of this thesis was that new lines obtained by the selection of elite animals and the introduction of robust genetics may be able to sustain production while safeguarding health and reproductive functions. Three consecutive experiments were conducted to test our hypothesis using a total of 319 female rabbits and 387 weaned rabbits. The animals belonged to three different genetic lines: R, RF, and RFLP. The R line is a paternal line selected for average daily gain during the growing period for 37 generations. The RF line was founded by selecting elite animals from the R line (average daily gain > 60g/d) selectively bred to create the RF line. Finally, genetics from a long-living maternal line (LP) was incorporated through backcrossing to enhance the RF line's general robustness and disease resistance, resulting in the RFLP line. Productive, reproductive and immunological data were collected from females from the first artificial insemination to the third parturition and from kits from birth to slaughter. Results suggested that re-founding with elite animals, as seen in the RF line, improved reproductive traits initially (fertility and litter growth and survival during the first cycle) but led to body wear-out and reduced fertility in subsequent cycles. However, introducing resilient genetics through backcrossing, as seen in the RFLP line, improved resource allocation, ensuring better adaptation to physiological changes and enhanced reproductive success (higher fertility, milk yield, litter survival and growth, as well as female lifespan). Growth and digestibility trials comparing the three genetic lines during the growing period showed that while slight changes were observed in nutrient utilisation and growth, overall performance remained similar among different lines. Immunological data suggested that: i. the selection of elite animals improved the immune status of both females and their litters at weaning (higher total and CD4+ lymphocytes) and ii. the additional introduction of robust genetics seemed to influence resource allocation strategies, resulting in distinct immune responses during parturition and weaning (higher CD4+ to CD8+ ratio in females). Furthermore, the positive correlations observed between specific leukocyte populations in female rabbits and corresponding populations in their offspring might indicate potential maternal contributions to the innate and adaptive immunity of the kits. Moreover, the RFLP line consistently exhibited lower mortality rates and sanitary risk index (SRI), emphasising the potential benefits of incorporating robust genetics for improved health traits in growing rabbits. Results obtained in the present thesis suggest that the crossbreed strategy between a fast growing and a robust line could contribute to refining existing genetic lines without sacrificing growth potential. / This research was funded by grants from the Universidad Cardenal Herrera-CEU (INDI 22/11), the Ministry of Science, Innovation and Universities of the Government of Spain (AGL2017-85162-C2-1-R; PID2020-117897RB-I00), and the General Direction of Science and Research of the Generalitat Valenciana (AICO/2012/256; Prometeo CIPROM-2021-053). The grants for Catarina Peixoto Gonçalves, Elena Moreno Grúa and Carmen Martínez Seijas are gratefully acknowledged (GRISOLIAP/2019/149; from the Spanish Ministry of Education, Culture and Sport FPU17/02708 and Universidad CEU Cardenal Herrera respectively). The authors would also like to thank Juan Carlos Moreno Pardo for his technical support throughout the trial. / Peixoto Gonçalves, CA. (2024). Optimising robustness in rabbit paternal lines considering resource allocation and immune status [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213208

[ES] La presente Tesis Doctoral se centra en la síntesis, caracterización y optimización de nanoestructuras de óxido de wolframio (WO3) y nanoestructuras híbridas de WO3-MoO3 mediante anodizado electroquímico. Estas nanoestructuras se emplean como fotocatalizadores para la degradación de contaminantes y como ánodos para baterías de ion de litio. El WO3 destaca por sus propiedades semiconductoras, ópticas y eléctricas excepcionales. En aplicaciones medioambiental, las nanoestructuras de WO3 son de gran interés para la fotoelectrocatalisis, un proceso prometedor para la degradación de contaminantes en el agua. El WO3 destaca como fotoánodo debido a su fotoestabilidad, alta conductividad eléctrica y capacidad de absorción de la luz visible. En el campo energético, el WO3 muestra un gran potencial como ánodo en baterías de ion de litio ya que su estructura cristalina permite la inserción y extracción eficiente de iones de litio, mejorando la capacidad de almacenamiento y la durabilidad de las baterías gracias a su estabilidad electroquímica. Para mejorar las nanoestructuras de WO3, se ha estudiado su combinación con óxido de molibdeno (MoO3). El molibdeno, con propiedades químicas y estructurales similares al wolframio, facilita la deposición efectiva en las nanoestructuras de WO3, ajusta el ancho de banda prohibida, mejora la conductividad, la difusión iónica y reduce la recombinación de portadores de carga. Esta combinación de óxidos resulta en una mayor eficiencia electroquímica, haciendo de las nanoestructuras híbridas WO3-MoO3 una solución prometedora para aplicaciones energéticas. En primer lugar, se sintetizaron las nanoestructuras de WO3, estudiando la influencia de la temperatura de calentamiento tras la síntesis y la adición de disolventes en el electrolito de síntesis. La temperatura óptima fue de 600 °C, obteniendo nanoestructuras cristalinas con excelentes propiedades fotoelectroquímicas. Además, se demuestra que la incorporación de disolventes en el electrolito de síntesis influye significativamente en las propiedades de las nanoestructuras, obteniendo que la adición de un 50 % de isopropanol en el electrolito mejora notablemente sus propiedades electroquímicas. En segundo lugar, se sintetizaron nanoestructuras híbridas de WO3- MoO3·añadiendo diferentes concentraciones de molibdato al electrolito de síntesis. La concentración de 0,1 M de molibdato produjo nanoestructuras con propiedades electroquímicas superiores, destacándolas como prometedoras para su uso como ánodo en baterías. Las nanoestructuras fueron exhaustivamente caracterizadas morfológica, estructural, química, electroquímica y fotoelectroquímicamente. Por último, las nanoestructuras con mejores propiedades fotoelectroquímicas y electroquímicas se emplearon como ánodo en aplicaciones medioambientales y energéticas, respectivamente. En el ámbito medioambiental, se evaluó la eficiencia de las nanoestructuras en la degradación de disruptores endocrinos pertenecientes a diferentes familias químicas, así como sus mezclas y su toxicidad. Las nanoestructuras de WO3 demostraron ser efectivas, logrando una degradación del 100 % de pesticidas, parabenos y fenoles en menos de 4 horas. Sin embargo, la técnica no fue eficiente para eliminar ftalatos, generando productos finales más tóxicos. En el ámbito energético, se estudió el rendimiento de las nanoestructuras como ánodos en baterías de ion de litio, considerando también el impacto del electrolito. La nanoestructura híbrida WO3-MoO3 mostró el mejor rendimiento cuando se utilizó un electrolito que combinaba bisoxalato borato de litio (LiBOB) con aditivos y solventes adicionales. Este trabajo ofrece una contribución significativa al desarrollo de soluciones sostenibles para problemas medioambientales y energéticos, subrayando el potencial de las nanoestructuras de WO3 y WO3-MoO3. / [CA] La present Tesi Doctoral se centra en la síntesi, caracterització i optimització de nanoestructures d'òxid de wolframi (WO3) i nanoestructures híbrides de WO3-MoO3 mitjançant anodització electroquímica. Aquestes nanoestructures s'utilitzen com a fotocatalitzadors per a la degradació de contaminants i com a ànodes per a bateries d'ió de liti. El WO3 destaca per les seues propietats semiconductores, òptiques i elèctriques excepcionals. En aplicacions mediambientals, les nanoestructures de WO3 són de gran interès per a la fotoelectrocatalisi, un procés prometedor per a la degradació de contaminants en l'aigua. El WO3 destaca com a fotoànode per la seua fotoestabilitat, alta conductivitat elèctrica i capacitat d'absorció de la llum visible. En el camp energètic, el WO3 mostra un gran potencial com a ànode en bateries d'ió de liti ja que la seua estructura cristal·lina permet la inserció i extracció eficient d'ions de liti, millorant la capacitat d'emmagatzematge i la durabilitat de les bateries gràcies a la seua estabilitat electroquímica. Per a millorar les nanoestructures de WO3, s'ha estudiat la seua combinació amb òxid de molibdè (MoO3). El molibdè, amb propietats químiques i estructurals similars al wolframi, facilita la deposició efectiva en les nanoestructures de WO3, ajusta l'amplada de banda prohibida, millora la conductivitat, la difusió iònica i redueix la recombinació de portadors de càrrega. Això resulta en una major eficiència electroquímica, fent de les nanoestructures híbrides WO3-MoO3 una solució prometedora per a aplicacions energètiques. En primer lloc, es van sintetitzar les nanoestructures de WO3, estudiant la influència de la temperatura de calentament després de la síntesi i l'addició de dissolvents en l'electròlit de síntesi. La temperatura òptima va ser de 600 °C, obtenint nanoestructures cristal·lines amb excel·lents propietats fotoelectroquímiques. A més, es demostra que la incorporació de dissolvents en l'electròlit de síntesi influeix significativament en les propietats de les nanoestructures, obtenint que l'addició d'un 50 % d'isopropanol en l'electròlit millora notablement les seues propietats electroquímiques. En segon lloc, es van sintetitzar nanoestructures híbrides de WO3-MoO3 afegint diferents concentracions de molibdat a l'electròlit de síntesi. La concentració de 0,1 M de molibdat va produir nanoestructures amb propietats electroquímiques superiors, destacant-les com a prometedores per al seu ús com a ànode en bateries. Les nanoestructures van ser exhaustivament caracteritzades morfològicament, estructuralment, químicament, electroquímicament i fotoelectroquímicament. Finalment, les nanoestructures amb millors propietats fotoelectroquímiques i electroquímiques s'utilizaren com a ànode en aplicacions mediambientals i energètiques, respectivament. En l'àmbit mediambiental, s'avaluà l'eficiència de les nanoestructures en la degradació de disruptors endocrins pertanyents a diferents famílies químiques, així com una mescla d'ells i la seua toxicitat. Les nanoestructures de WO3 demostraren ser efectives, aconseguint una degradació del 100 % de pesticides, parabens i fenols en menys de 4 hores. No obstant això, la tècnica no va ser eficient per a eliminar ftalats, generant productes finals més tòxics. En l'àmbit energètic, s'estudià el rendiment de les nanoestructures com a ànodes en bateries d'ió de liti, considerant també l'impacte de l'electròlit. La nanoestructura híbrida WO3-MoO3 mostrà el millor rendiment quan s'utilitzà un electròlit que combinava bis(oxalat)borat de liti (LiBOB) amb additius i dissolvents addicionals. Aquest treball ofereix una contribució significativa al desenvolupament de solucions sostenibles per a problemes mediambientals i energètics, subratllant el potencial de les nanoestructures de WO3 i WO3-MoO3. / [EN] This Doctoral Thesis focuses on the synthesis, characterization, and optimization of tungsten oxide (WO3) nanostructures and hybrid WO3-MoO3 nanostructures through electrochemical anodization. These nanostructures are used as photocatalysts for contaminant degradation and as anodes for lithium-ion batteries. WO3 stands out for its exceptional semiconductor, optical, and electrical properties. In environmental applications, WO3 nanostructures are of great interest for photoelectrocatalysis, a promising process for contaminant degradation in water. WO3 is highly effective as a photoanode due to its photostability, high electrical conductivity, and visible light absorption capacity. In the energy field, WO3 shows great potential as an anode in lithium-ion batteries because its crystalline structure allows efficient insertion and extraction of lithium ions, improving storage capacity and battery durability thanks to its electrochemical stability. To improve WO3 nanostructures, their combination with molybdenum oxide (MoO3) has been studied. Molybdenum, with chemical and structural properties similar to tungsten, facilitates effective deposition in WO3 nanostructures, adjusts the bandgap, improves conductivity, ionic diffusion, and reduces charge carrier recombination. This results in greater electrochemical efficiency, making hybrid WO3-MoO3 nanostructures a promising solution for energy applications. Firstly, WO3 nanostructures were synthesized, studying the influence of the annealing temperature and the addition of solvents to the synthesis electrolyte. The optimal temperature was 600 °C, obtaining crystalline nanostructures with excellent photoelectrochemical properties. Additionally, it was demonstrated that the incorporation of solvents in the synthesis electrolyte significantly influences the properties of the nanostructures, showing that the addition of 50 % isopropanol in the electrolyte notably improves their electrochemical properties. Secondly, hybrid WO3-MoO3 nanostructures were synthesized by adding different concentrations of molybdate to the synthesis electrolyte. The concentration of 0.1 M molybdate produced nanostructures with superior electrochemical properties, making them promising for use as anodes in batteries. The nanostructures were exhaustively characterized morphologically, structurally, chemically, electrochemically, and photoelectrochemically. Finally, the nanostructures with the best photoelectrochemical and electrochemical properties were used as anodes in environmental and energy applications, respectively. In the environmental field, the efficiency of the nanostructures in the degradation of endocrine disruptors from different chemical families, as well as their mixtures and toxicity, was evaluated. WO3 nanostructures proved to be effective, achieving 100 % degradation of pesticides, parabens, and phenols in less than 4 hours. However, the technique was not efficient in eliminating phthalates, generating more toxic final products. In the energy field, the performance of the nanostructures as anodes in lithium-ion batteries was studied, also considering the impact of the electrolyte. The hybrid WO3-MoO3 nanostructure showed the best performance when an electrolyte combining Lithium bis(oxalate)borate (LiBOB) with additional additives and solvents was used. This work offers a significant contribution to the development of sustainable solutions for environmental and energy problems, highlighting the potential of WO3 and WO3-MoO3 nanostructures. / Agradezco al Ministerio de Universidades por la ayuda predoctoral recibida para la realización de la presente Tesis Doctoral (FPU19/02466). También al Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, por la concesión de los proyectos CTQ2016-79203-R (2016) y PID2019-105844RB-I00 (2019) en los cuales he podido participar durante la Tesis Doctoral. Además, agradezco la financiación a la Red Española de Investigación E3TECH-PLUS (RED2022- 134552-T, MICINN/AEI). / Cifre Herrando, M. (2024). Nanotecnología con WO3 y aplicaciones: Degradación fotoelectroquímica de disruptores endocrinos y ánodos avanzados para baterías de ion de litio [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/211319

[ES] La amenaza para la prevención y tratamiento de las infecciones bacterianas provocada por la resistencia a los antibióticos es cada vez mayor. En este trabajo hemos estudiado distintos tipos de agua, a fin de obtener información integrada de la contaminación y los patrones locales de resistencia a antibióticos de bacterias indicadoras, con el objetivo de determinar el potencial de estos sistemas acuáticos para actuar como medios de dispersión de determinantes de resistencias a antibióticos en el ambiente, dentro de la perspectiva "One Health". Nuestro objetivo era obtener información acerca del nivel de contaminación por bacterias resistentes a antibióticos (ARB) y la presencia de genes determinantes de resistencias (ARG) en distintos tipos de aguas ambientales, evaluando el origen de esta resistencia, relacionando los patrones de resistencia presentes, valorando los posibles riesgos para la población y proponiendo medidas para combatir el problema. En las muestras de agua recogidas en diversas localizaciones realizamos recuentos bacterianos selectivos de bacterias consideradas indicadores de contaminación fecal, tales como los coliformes totales, Escherichia coli y Enterococcus spp. (enterococos), seleccionados dependiendo del origen de la muestra, con el fin de conocer su calidad higiénico-sanitaria. Empleando E. coli como microorganismo monitor de la resistencia en todos los tipos de agua, junto con Enterococcus spp. en el caso de aguas continentales y marinas, seleccionamos y aislamos un número significativo de cepas, valorando su concentración mínima inhibitoria (CMI) frente a antibióticos de uso frecuente para el tratamiento de infecciones en humanos. Por último, verificamos mediante PCR la presencia o ausencia de diferentes genes de resistencia, tanto en el medio acuático como en las cepas seleccionadas. Los resultados obtenidos reflejan que la calidad higiénico-sanitaria de las aguas procedentes de los efluentes de dos EDAR, aguas de mar y aguas continentales, están dentro de los estándares de calidad establecidos por la normativa española. No ocurre lo mismo con las aguas de riego y las aguas de una de las EDAR, las cuales estaban muy por encima de esos límites. Mediante recuento en medios selectivos adicionados con distintos antibióticos, se observó que un elevado porcentaje de las cepas provenientes de EDAR y aguas de riego eran resistentes a ampicilina, eritromicina, y sulfametoxazol, siendo la resistencia a la ampicilina la más prevalente. Estos resultados fueron confirmados por la CMI en los aislados de E. coli, los cuales mostraron un patrón global de resistencia independientemente del origen de la muestra, siendo la resistencia a ampicilina la más prevalente, seguida de tetraciclina y sulfametoxazol, con un porcentaje muy alto de cepas multirresistentes, especialmente en EDAR y aguas de riego. La mayoría de las cepas presentaron resistencia a los antibióticos betalactámicos, sulfonamidas y tetraciclinas, siendo los perfiles predominantes de multirresistencia similares en todos los tipos de agua. En el caso de Enterococcus spp., el número de cepas resistentes y multirresistentes fue escaso, siendo las resistencias a la eritromicina y tetraciclina las más prevalentes. La determinación por PCR de la presencia de diversos genes de resistencia confirmó que su dispersión en el medio acuático es muy elevada, encontrándose casi todos ellos en todas las muestras de agua, aunque en un menor porcentaje en el agua de mar. Se pudo determinar la existencia de un patrón genómico homogéneo de resistencias en las cepas de E. coli en esta área geográfica. La elevada prevalencia de determinantes de resistencia a los antibióticos encontrados en los distintos tipos de agua supone un riesgo elevado de transferencia horizontal de genes a otras bacterias, y contribuye de forma determinante a su llegada al ser humano. / [CA] L'amenaça per a la prevenció i el tractament de les infeccions bacterianes provocada per la resistència als antibiòtics és cada vegada més gran. En aquest treball hem estudiat diferents tipus d'aigua per obtenir informació integrada de la contaminació i els patrons locals de resistència a antibiòtics de bacteris indicadors, amb l'objectiu de determinar el potencial d'aquests sistemes aquàtics per actuar com a mitjans de dispersió de determinants de resistències a antibiòtics a l'ambient, dins de la perspectiva "One Health". El nostre objectiu era obtenir informació sobre el nivell de contaminació per bacteris resistents a antibiòtics (ARB) i la presència de gens determinants de resistències (ARG) en diferents tipus d'aigües ambientals, avaluant l'origen d'aquesta resistència, relacionant els patrons de resistència presents, valorant els possibles riscos per a la població i proposant mesures per combatre el problema. A les mostres d'aigua recollides en diverses localitzacions realitzem recomptes bacterians selectius de bacteris considerats indicadors de contaminació fecal, com ara els coliformes totals, Escherichia coli i Enterococcus spp. (enterococs), seleccionats depenent de l'origen de la mostra, per tal de conèixer-ne la qualitat higienicosanitària, i valorem el nivell de resistències d'aquests microorganismes davant de diferents antibiòtics d'ús freqüent, mitjançant recomptes en plaques amb medi selectiu a les quals s'havia afegit concentracions estàndard dels mateixos. Emprant E. coli com a microorganisme monitor de la resistència en tots els tipus d'aigua, juntament amb Enterococcus spp. en el cas d'aigües continentals i marines, seleccionem i aïllem un nombre significatiu de ceps, valorant-ne la concentració mínima inhibitòria (CMI) davant d'antibiòtics d'ús freqüent per al tractament d'infeccions en humans. Finalment, verifiquem mitjançant PCR la presència o absència de diferents gens de resistència, tant al medi aquàtic com als ceps seleccionats. Els resultats obtinguts reflecteixen que la qualitat higienicosanitària de les aigües procedents dels efluents de dues EDAR, aigües de mar i aigües continentals, estan dins dels estàndards de qualitat establerts. No passa el mateix amb les aigües de reg i les aigües d'una de les EDAR, que estaven molt per sobre d'aquests límits. Mitjançant recompte en mitjans selectius addicionats de diferents antibiòtics, es va observar que un elevat percentatge dels ceps provinents d'EDAR i aigües de reg eren resistents a ampicil·lina, eritromicina, i sulfametoxazol, sent la resistència a l'ampicil·lina la més prevalent. Aquests resultats van ser confirmats per la CMI als aïllats d' E. coli, els quals van mostrar un patró global de resistència independentment de l'origen de la mostra, sent la resistència a l'ampicil·lina la més prevalent, seguida de tetraciclina i sulfametoxazol, amb un percentatge molt alt de ceps multiresistents, especialment a EDAR i aigües de reg. La majoria de les ceps van presentar resistència als antibiòtics betalactàmics, sulfonamides i tetraciclines, sent els perfils predominants de multiresistència similars en tots els tipus d'aigua. En el cas d' Enterococcus spp., el nombre de ceps resistents i multiresistents va ser escàs, sent les resistències a l'eritromicina i tetraciclina les més prevalents. La determinació per PCR de la presència de diversos gens de resistència va confirmar que la seva dispersió en el medi aquàtic és molt elevada, i gairebé tots es troben en totes les mostres d'aigua, encara que en un menor percentatge a l'aigua de mar. Es va poder determinar l'existència d'un patró genòmic homogeni de resistències als ceps d' E. coli en aquesta àrea geogràfica. L'elevada prevalença de determinants de resistència als antibiòtics trobats en els diferents tipus d'aigua suposa un risc elevat de transferència horitzontal de gens a altres bacteris, i contribueix de manera determinant a l'arribada a l'ésser humà. / [EN] The threat to prevention and treatment of bacterial infections caused by antibiotic resistance is increasing. In this work we have studied different types of water, in order to obtain integrated information on pollution and local antibiotic resistance patterns of indicator bacteria, with the aim of determining the potential of these aquatic systems to act as means of dispersion of determinants of antibiotic resistance in the environment, within the "One Health" perspective. Our objective was to obtain information about the level of contamination by antibiotic-resistant bacteria (ARB) and the presence of resistance-determining genes (ARG) in different types of environmental waters, evaluating the origin of this resistance, relating the present resistance patterns, assessing the possible risks for the population and proposing measures to combat the problem. In water samples collected at various locations, we performed selective bacterial counts of bacteria considered indicators of fecal contamination, such as total coliforms, Escherichia coli and Enterococcus spp. (enterococci), selected depending on the origin of the sample, in order to know its hygienic-sanitary quality, and we assess the level of resistance of these microorganisms against different frequently used antibiotics, through counts on plates with selective medium to which standard concentrations of them had been added. Using E. coli as a monitoring microorganism of resistance in all types of water, together with Enterococcus spp. in the case of continental and marine waters, we selected and isolated a significant number of strains, assessing their minimum inhibitory concentration (MIC) against antibiotics frequently used for the treatment of infections in humans. Finally, we verified by PCR the presence or absence of different resistance genes, both in the aquatic environment and in the selected strains. The results obtained reflect that the hygienic-sanitary quality of the waters from the effluents of two WWTPs, sea waters and continental waters, are within the quality standards established by the Spanish. The same does not occur with irrigation water and water from one of the WWTPs, which were well above those limits. By counting in selective media added with different antibiotics, it was observed that a high percentage of the strains from WWTP and irrigation water were resistant to ampicillin, erythromycin, and sulfamethoxazole, with resistance to ampicillin being the most prevalent. These results were confirmed by the MIC in the E. coli isolates, which showed a global pattern of resistance regardless of the origin of the sample, with resistance to ampicillin being the most prevalent, followed by tetracycline and sulfamethoxazole, with a very high percentage. of multi-resistant strains, especially in WWTP and irrigation water. Most strains presented resistance to beta-lactam antibiotics, sulfonamides and tetracyclines, with the predominant multiresistance profiles being similar in all types of water. In the case of Enterococcus spp., the number of resistant and multiresistant strains was low, with resistance to erythromycin and tetracycline being the most prevalent. The determination by PCR of the presence of various resistance genes confirmed that their dispersion in the aquatic environment is very high, almost all of them were found in all water samples, although in a lower percentage in seawater. It was possible to determine the existence of a homogeneous genomic pattern of resistance in E. coli strains in this geographical area. The high prevalence of antibiotic resistance determinants found in different types of water represents a high risk of horizontal gene transfer to other bacteria, and contributes decisively to their arrival in humans. / Dasí Camaró, DM. (2024). Estudio del agua como fuente de entrada y dispersión de determinantes de resistencia a antibióticos al medio ambiente en el área metropolitana de Valencia y alrededores [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/210135

Tesis por compendio / [ES] El rápido crecimiento de la acuicultura ha generado una serie de problemas relacionados con la disponibilidad de ingredientes marinos esenciales en la alimentación de peces, debido a su alto contenido en ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga (LC-PUFAs) omega-3. Una estrategia altamente innovadora para la obtención de nuevos ingredientes ricos en LC-PUFAs, consiste en el cultivo intensivo de organismos que sean capaces de producirlos a partir de fuentes que carecen de éstos, como son los subproductos de industrias agroalimentarias. Este enfoque requiere entender la capacidad biosintética del organismo en cuestión, y cómo ésta se puede modular para aumentar la acumulación de estos compuestos. Esta Tesis Doctoral plantea una serie de estudios dirigidos a esclarecer el potencial de los gamáridos para aplicar esta estrategia. La biosíntesis de LC-PUFAs en animales requiere de la acción coordinada de enzimas elongasas y desaturasas, implicadas en la conversión de ácidos grasos relativamente cortos y poco insaturados, en LC-PUFAs de alto valor nutricional. Así pues, esta Tesis Doctoral ha investigado, por un lado, la presencia y la actividad de genes involucrados en la biosíntesis de LC-PUFAs en gamáridos tanto marinos como dulceacuícolas. Por otro lado, ha estudiado cómo diferentes dietas y temperaturas afectan al metabolismo de ácidos grasos, crecimiento y supervivencia, en el gamárido marino Gammarus locusta, tanto a nivel fisiológico y composicional, como a nivel molecular. Los resultados de la primera parte demuestran que los gamáridos tienen varias elongasas, pero carecen de desaturasas. Se identificaron tres tipos de elongasas (elovl4, elovl6, y elovl1/7-like) en el gamárido marino Echinogammarus marinus, siendo elovl4 y elovl1/7-like clave para la elongación de LC-PUFAs. Este mismo patrón de elongasas se repite también para los gamáridos dulceacuícolas. Sorprendentemente, se han encontrado desaturasas front-end (fed), methyl-end (wx-des), y una elongasa del tipo Elovl2/5 únicamente en transcriptomas de gamáridos dulceacuícolas. Posteriores análisis moleculares y filogenéticos han podido determinar que estas secuencias fed, wx-des, y elovl2/5 son propias de rotíferos bdeloideos, epibiontes de gamáridos dulceacuícolas. Estos hallazgos, más allá de apuntar el potencial biosintético de los rotíferos bdeloideos, revela una relación constante entre éstos y los gamáridos en ecosistemas dulceacuícolas. La segunda parte de la Tesis analiza cómo dieta y temperatura modulan el metabolismo de ácidos grasos, crecimiento y supervivencia en Gammarus locusta. Los resultados han mostrado que G. locusta experimenta un mayor crecimiento, aunque también mayores tasas de mortalidad, cuando se cultiva a temperaturas elevadas. La mortalidad en G. locusta también aumenta cuando este se alimenta con una dieta rica en ácidos grasos saturados (SFAs) y carente de LC-PUFAs. Los perfiles de ácidos grasos en gamáridos reflejan las dietas consumidas, independientemente de la temperatura; aunque cabe destacar que los gamáridos alimentados con dietas carentes de LC-PUFAs conservan niveles apreciables de estos compuestos en sus lípidos corporales. A nivel molecular, una dieta sin LC-PUFAs y rica en SFAs disminuye el catabolismo de ácidos grasos y favorece su acumulación modulando la expresión de genes involucrados en estos procesos. Además, estas mismas condiciones afectan negativamente el desarrollo y supervivencia al influir en genes relacionados con el ciclo de muda. Además, se ha observado que temperaturas altas aceleran el desarrollo e incrementan la mortalidad. Según estos resultados, puede concluirse que las temperaturas elevadas y dietas carentes de LC-PUFAs no son adecuadas para el cultivo de G. locusta cuando el objetivo final es la obtención de biomasa rica en estos compuestos, ya que dichas condiciones afectan negativamente al perfil nutricional del animal y a su supervivencia. / [CA] El ràpid creixement de l'aqüicultura ha generat una sèrie de problemes relacionats amb la disponibilitat d'ingredients marins essencials en l'alimentació de peixos, a causa del seu alt contingut en àcids grassos poliinsaturats de cadena llarga (LC-PUFAs) omega-3. Una estratègia altament innovadora per a l'obtenció de nous ingredients rics en LC-PUFAs, consistix en el cultiu intensiu d'organismes que siguen capaços de produir-los a partir de fonts que no els ténen, com són els subproductes d'indústries agroalimentàries. Aquesta estratègia requerix entendre la capacitat biosintètica de l'organisme en qüestió, i com aquesta es pot modular per a augmentar l'acumulació d'estos compostos. Esta Tesi Doctoral planteja una sèrie d'estudis dirigits a esclarir el potencial dels gammàrids per a aplicar esta estratègia. La biosíntesi de LC-PUFAs en animals requerix de l'acció coordinada d'enzims elongases i desaturases, implicats en la conversió d'àcids grassos relativament curts i poc insaturats, en LC-PUFAs d'alt valor nutricional. Així doncs, esta Tesi Doctoral ha investigat, d'una banda, la presència i l'activitat de gens involucrats en la biosíntesi de LC-PUFAs en gammàrids tant marins com dulciaqüícoles. D'altra banda, ha estudiat com diferents dietes i temperatures afecten el metabolisme d'àcids grassos, creixement i supervivència, en el gammàrid marí Gammarus locusta, tant a nivell fisiològic i composicional, com a nivell molecular. Els resultats de la primera part demostren que els gammàrids ténen diverses elongases, però manquen de desaturases. Es van identificar tres tipus d'elongases (elovl4, elovl6, i elovl1/7-like) en el gammàrid marí Echinogammarus marinus, sent elovl4 i elovl1/7-like clau per a l'elongació de LC-PUFAs. Este mateix patró d'elongases es repetix també per als gammàrids dulciaqüícoles. Sorprenentment, s'han trobat desaturases front-end (fed), methyl-end (wx-des), i una elongasa del tipus Elovl2/5 únicament en transcriptomes de gammàrids dulciaqüícoles. Posteriors anàlisis moleculars i filogenètics han pogut determinar que estes seqüències fed, wx-des, i elovl2/5 són pròpies de rotífers bdeloides, epibionts de gammàrids dulciaqüícoles. Estes troballes, més enllà d'apuntar el potencial biosintètic dels rotífers bdeloides, revela una relació constant entre estos i els gammàrids en ecosistemes dulciaqüícoles. La segona part de la Tesi analitza com dieta i temperatura modulen el metabolisme d'àcids grassos, creixement i supervivència en Gammarus locusta. Els resultats han mostrat que G. locusta experimenta un major creixement, encara que també majors taxes de mortalitat, quan es cultiva a temperatures elevades. La mortalitat en G. locusta també augmenta quan este s'alimenta amb una dieta rica en àcids grassos saturats (SFAs) i sense LC-PUFAs. Els perfils d'àcids grassos en gammàrids reflectixen les dietes consumides, independentment de la temperatura; encara que cal destacar que els gamàrids alimentats amb dietes mancants de LC-PUFAs conserven nivells apreciables d'estos compostos en els seus lípids corporals. A nivell molecular, una dieta sense LC-PUFAs i rica en SFAs disminuïx el catabolisme d'àcids grassos i afavorix la seua acumulació modulant l'expressió de gens involucrats en estos processos. A més, estes mateixes condicions afecten negativament el desenvolupament i supervivència al influir en gens relacionats amb el cicle de muda. A més, s'ha observat que temperatures altes acceleren el desenvolupament i incrementen la mortalitat. Segons estos resultats, pot concloure's que les temperatures elevades i dietes mancants de LC-PUFAs no són adequades per al cultiu de G. locusta quan l'objectiu final és l'obtenció de biomassa rica en estos compostos, ja que estes condicions afecten negativament el perfil nutricional de l'animal i a la seua supervivència. / [EN] The rapid growth of aquaculture has generated a series of problems related to the availability of essential marine ingredients in fish feed, due to their high content of omega-3 long-chain polyunsaturated fatty acids (LC-PUFAs). A highly innovative strategy for obtaining new ingredients rich in LC-PUFAs relies on the intensive culture of organisms that are capable of producing LC-PUFAs from sources that lack them, such as the by-products of agri-food industries. This approach requires understanding the biosynthetic capacity of the organism, and how this can be modulated to increase the accumulation of these compounds. This Doctoral Thesis proposes a series of studies aimed at clarifying the potential of gammarids to apply this strategy. LC-PUFA biosynthesis requires the coordinated action of elongase and desaturase enzymes, involved in the conversion of relatively short and poorly unsaturated fatty acids into LC-PUFAs of high nutritional value. Thus, this Doctoral Thesis has investigated, on one hand, the presence and activity of genes involved in the LC-PUFAs biosynthesis in both marine and freshwater gammarids. On the other hand, we have studied how different diets and temperatures affect fatty acid metabolism, growth and survival, in the marine gammarid Gammarus locusta, both at a physiological and compositional level, and at a molecular level. The results of the first part demonstrate that gammarids have several elongases, but lack desaturases. Three types of elongases (elovl4, elovl6, and elovl1/7-like) were identified in the marine gammarid Echinogammarus marinus, being elovl4 and elovl1/7-like key for LC-PUFA elongation. This same pattern of elongases is also present in their freshwater counterparts. Surprisingly, front-end desaturases (fed), methyl-end (wx-des), and an Elovl2/5-type elongase have been found only in transcriptomes built from freshwater gammarids. Subsequent molecular and phylogenetic analyses have been able to determine that these fed, wx-des, and elovl2/5 sequences are typical of bdelloid rotifers, which are epibionts of freshwater gammarids. These findings, beyond pointing out the biosynthetic potential of bdelloid rotifers, reveal a constant relationship between them and gammarids in freshwater ecosystems. The second part of the Thesis focuses on how diet and temperature modulate fatty acid metabolism, growth and survival in Gammarus locusta. The results have shown that G. locusta experiences greater growth, but also higher mortality rates, when grown at higher temperatures. Mortality in G. locusta also increases when it is fed with a diet rich in saturated fatty acids (SFAs) and lacking LC-PUFAs. Fatty acid profiles in gammarids reflect the diets consumed, regardless of temperature; although it is worth noting that gammarids fed with diets lacking LC-PUFAs still show levels of these compounds in their body lipids. At a molecular level, a diet lacking LC-PUFAs and rich in SFAs decreases the catabolism of fatty acids and enhances their accumulation by modulating the expression of genes involved in these processes. Furthermore, these same conditions negatively affect development and survival by influencing genes related to the molting cycle. In addition, it has been observed that higher temperatures accelerate development and increase mortality. According to these results, it can be concluded that higher temperatures and diets lacking LC-PUFAs are not suitable for the culture of G. locusta when the final outcome is to obtain a biomass rich in these compounds, since these conditions negatively affect the nutritional profile of the animal and its survival. / This research was supported by the ERA-NET BlueBio COFUND Project SIDESTREAM (Grant ID 68), co-funded through national funds provided by the Agencia Estatal de Investigación, Spain, grant no. PCI2020-111960/MCIN/AEI/10.13039/501100011033, the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF), FKZ161B0950B, and the Fundação para a Ciência e a Tecnologia, Por- tugal (BLUEBIO/0005/2019). Additional funding was received through the project IMPROMEGA Agencia Española de Investigación, Spain, grant no. RTI2018-095119-B-100, MCIU/AEI/FEDER/UE/ MCIN/AEI/10.13039/501100011033/ and FEDER ‘A way to make Europe / Ribes Navarro, A. (2024). Biosíntesis de ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga en gamáridos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207006 / Compendio

[ES] En los últimos años, la preocupación mundial con el aumento de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero ha motivado a las industrias del transporte y la energía a moverse hacia el desarrollo de tecnologías sostenibles con bajas o nulas emisiones de contaminantes de plantas de generación de potencia. Con este escenario, la oxicombustión surge como uno de los métodos más prometedores para mitigar la huella ambiental de plantas de generación de potencia, al erradicar sus emisiones contaminantes del tubo de escape, además de permitir la captura de dióxido de carbono (CO2) de sus gases producidos en la combustión. De esta manera, el oxígeno puro (O2) se diluye con el gas de escape recirculado para que reaccione con el combustible en el proceso de combustión y, de este modo, la corriente de gases de escape, compuesta principalmente por CO2 y vapor de agua, puede ser sometida a etapas elementales de enfriamiento y presurización para capturar CO2 de alta pureza a temperatura ambiente. Dado este contexto, en esta tesis, se desarrolla un modelo de sistema autosostenible a oxicombustión con captura de carbono para un motor policilíndrico de encendido por compresión (MEC) de 2,2 litros turboalimentado y de inyección directa como demostración de viabilidad de este concepto propuesto, considerando su aplicación potencial para el desarrollo de plantas de potencia de altas prestaciones con cero emisiones. En tales circunstancias, se emplea una membrana conductora mixta iónica-electrónica para generar O2 a partir del aire local. Para ello, se recupera la energía residual de los gases de escape mediante un ciclo Brayton adaptado con el fin de proporcionar las condiciones adecuadas para el correcto funcionamiento de la membrana en términos de temperatura y relación de presión alimentación-permeado. Asimismo, se diseña un sistema de captura de carbono (CC) local, compuesto esencialmente por dos compresores alternativos, tres unidades de refrigeración con separación de líquidos (flashes) y un tanque de almacenamiento de CO2, teniendo en cuenta las temperaturas de salida de los flashes y la presión de funcionamiento de la última etapa de purificación del CO2. En primer lugar, se diseña el modelo del sistema de oxicombustión con el motor y sus componentes auxiliares (intercambiadores de calor y turbocompresores) y, a continuación, el sistema es evaluado bajo condiciones de oxicombustión para la curva de plena carga del motor desde 1250 rpm hasta 3500 rpm en ausencia del CC, contrastando sus resultados con el comportamiento del MEC convencional de referencia. En segundo lugar, se amplía el mapa de funcionamiento de carga del motor de oxicombustión hasta los límites de estabilidad del sistema modificando el dosado oxígeno-combustible y la temperatura de los gases de escape para tres regímenes del motor. Por último, se diseña el CC y se lo acopla a la unidad de generación de O2, reciclando el agua y el exceso de O2 del CC de nuevo a la admisión del motor. A este respecto, un barrido es llevado a cabo sobre el inicio de la inyección y el flujo másico de agua recirculada para encontrar el punto de funcionamiento óptimo a 3500 rpm con respeto a la compensación entre las prestaciones del motor y la potencia de refrigeración adicional. A continuación, se mejora y adapta el modelo del sistema completo de oxicombustión con captura de carbono para una aplicación realista a escala de laboratorio y una prueba de concepto experimental, siguiendo la misma filosofía de compensación. Aunque el diseño final del motor de oxicombustión con captura de carbono presenta un ligero empeoramiento de prestaciones comparado con el MEC convencional de referencia a 3500 rpm, este nuevo concepto propuesto puede seguir siendo competitivo desde el punto de vista de la eficiencia energética como tecnología emergente que puede contribuir a la concepción de plantas de generación de potencia con emisiones cero a escala industrial comercial. / [CA] En els darrers anys, la preocupació mundial amb l'augment de les emissions antropogèniques de gasos d'efecte hivernacle ha motivat les indústries del transport i l'energia a moure's cap al desenvolupament de tecnologies sostenibles amb baixes o nul·les emissions de contaminants de plantes de generació de potència. Amb aquest escenari, l'oxicombustió sorgeix com un dels mètodes més prometedors per mitigar l'empremta ambiental de plantes de generació de potència, en eradicar les emissions contaminants del tub d'escapament, a més de permetre la captura de diòxid de carboni (CO2) dels seus gasos produïts a la combustió. D'aquesta manera, l'oxigen pur (O2) es dilueix amb el gas d'escapament recirculat perquè reaccioni amb el combustible en el procés de combustió i així el corrent de gasos d'escapament, compost principalment per CO2 i vapor d'aigua , pot ser sotmesa a etapes elementals de refredament i pressurització per capturar CO2 d'alta puresa a temperatura ambient. Atès aquest context, en aquesta tesi, es desenvolupa un model de sistema autosostenible a oxicombustió amb captura de carboni per a un motor policilíndric d'encesa per compressió (MEC) de 2,2 litres turboalimentat i d'injecció directa com a demostració de viabilitat d'aquest concepte proposat , considerant la seva aplicació potencial per al desenvolupament de plantes de potència d'altes prestacions amb zero emissions. En aquestes circumstàncies, es fa servir una membrana conductora mixta iònica-electrònica per generar O2 a partir de l'aire local. Per això, es recupera l'energia residual dels gasos d'escapament mitjançant un cicle Brayton adaptat per tal de proporcionar les condicions adequades per al funcionament correcte de la membrana en termes de temperatura i relació de pressió alimentació-permeat. Així mateix, es dissenya un sistema de captura de carboni (CC) local, compost essencialment per dos compressors alternatius, tres unitats de refrigeració amb separació de líquids (flaixos) i un tanc d'emmagatzematge de CO2, tenint en compte les temperatures de sortida dels flaixos i la pressió de funcionament de l'última etapa de purificació del CO2. En primer lloc, es dissenya el model del sistema d'oxicombustió amb el motor i els seus components auxiliars (intercanviadors de calor i turbocompressors) i, a continuació, el sistema és avaluat sota condicions d'oxicombustió per a la corba de plena càrrega del motor des de 1250 rpm fins a 3500 rpm en absència del CC, contrastant els resultats amb el comportament del MEC convencional de referència. En segon lloc, s'amplia el mapa de funcionament de càrrega del motor d'oxicombustió fins als límits d'estabilitat del sistema modificant el dosatge oxigen-combustible i la temperatura dels gasos d'escapament per a tres règims del motor. Finalment, es dissenya el CC i l'acobla a la unitat de generació d'O2, reciclant l'aigua i l'excés d'O2 del CC de nou a l'admissió del motor. Quant a això, un escombrat és dut a terme sobre l'inici de la injecció i el flux màssic d'aigua recirculada per trobar el punt de funcionament òptim a 3500 rpm respecte a la compensació entre les prestacions del motor i la potència de refrigeració addicional. A continuació, es millora i s'adapta el model del sistema complet d'oxicombustió amb captura de carboni per a una aplicació realista a escala de laboratori i una prova de concepte experimental, seguint la mateixa filosofia de compensació. Tot i que el disseny final del motor d'oxicombustió amb captura de carboni presenta un lleuger empitjorament de prestacions comparat amb el MEC convencional de referència a 3500 rpm, aquest nou concepte proposat pot continuar sent competitiu des del punt de vista de l'eficiència energètica com a tecnologia emergent que pot contribuir a la concepció de plantes de generació de potència amb emissions zero a escala industrial comercial. / [EN] In recent years, a worldwide concern with respect to an increase in anthropogenic greenhouse gas emissions has pushed transport and energy industries towards the development of sustainable technologies with low or zero pollutant emissions from powerplants. Within this scenarios, oxy-fuel combustion arises as one of the most promising methods to mitigate the environmental footprint of powerplants, by eradicating their pollutant tailpipe emissions, in addition to enabling carbon dioxide (CO2) capture from their flue gas. In this case, pure oxygen (O2) is diluted with recirculated exhaust gas to react with fuel for the combustion process and, thereby, the exhaust stream, mainly composed of CO2 and water vapor, may be subjected to elementary cooling and pressurizing steps for capturing high-purity CO2 at ambient temperature. Therefore, in this thesis, a self-sustaining oxy-fuel carbon-capture layout model is developed for a 2.2 liter turbocharged and direct-injection multicylinder compression ignition engine (CIE) as a feasibility demonstration of this proposed concept considering its potential application for development of zero-emission high-duty powerplants. In such circumstances, a mixed ionicelectronic conducting membrane is employed to generate O2 from air in-situ. For this purpose, exhaust gas wasted energy is recovered via a tailored Brayton cycle in order to provide suitable conditions for proper membrane operation in terms of temperature and feed-permeate pressure ratio. Also, an in-situ carbon capture system (CC), composed essentially of two reciprocating compressors, three cooling units with liquid separation (flashes) and a CO2 storage tank, is designed taking into account the flash out temperatures and operating pressure of the last CO2 purification step. Firstly, the oxy-fuel layout model with engine and its auxiliary components (heat exchangers and turbochargers) is designed and then assessed under oxyfuel combustion conditions for the engine full-load curve from 1250 rpm to 3500 rpm in the absence of the CC, contrasting its outputs against the baseline conventional multi-cylinder CIE behavior. Secondly, the oxy-fuel powerplant load operation map is extended until system stability limits by modifying oxygen-fuel ratio and exhaust gas temperature for three engine speeds. Finally, the CC is designed and then coupled to the O2 generation unit, recycling water and excess of O2 from CC back to engine intake. In this regard, start of injection and recirculated water mass flow are swept in order to find out optimum operating point concerning the trade-off between powerplant performance and additional cooling power at 3500 rpm. Thereafter, the complete oxy-fuel carbon-capture layout model is enhanced and adapted for realistic application at laboratory scale and experimental proof of concept, following same trade-off philosophy. Although the final oxyfuel carbon-capture engine layout presents slight deterioration in performance if compared to the baseline conventional multi-cylinder CIE at 3500 rpm, this proposed novel concept may be still energy-efficient competitive as an emerging technology which might contribute for conception of zero-emission powerplant on commercial industrial scale. / Farias Da Silva, VH. (2024). Study of oxy-fuel combustion-based power plants with in-situ O2 production and carbon capture [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207281

[ES] En las últimas décadas, el Cambio Climático (CC) y la presión antrópica están comprometiendo el estado de salud de los hábitats marinos. Como resultado, los arrecifes de coral están retrocediendo, y en consecuencia, se reduce la capacidad que tienen estas formaciones naturales de proteger las costas. Adicionalmente, el aumento del nivel del mar (SLR, por sus siglas en inglés) a causa del CC incrementa los procesos de erosión en playas a nivel global. La erosión de los litorales y la degradación de los corales aumenta la vulnerabilidad de las comunidades costeras a temporales e inundaciones, además de los daños asociados a los ecosistemas. Para reducir o revertir el deterioro de los ecosistemas costeros, se necesitan acciones activas. En muchas situaciones, el uso de infraestructuras de defensa, como diques rompeolas de baja cota (LCS, por sus siglas en inglés), es la opción adecuada. Los LCS son adecuados para la protección del litoral costero al prevenir o mitigar la erosión. Estas estructuras proporcionan servicios ecosistémicos, beneficiosos para la biodiversidad y que favorecen la colonización y regeneración de entornos degradados. No obstante, estas estructuras transforman el entorno y generan significativos impactos ambientales. Por esta razón, estructuras multi-propósito, como los diques homogéneos LCS formados por Cubípodos® (HLCS, por sus siglas en inglés), son preferibles respecto a los LCS para proveer los mismos servicios. Esta tipología está solo formada por Cubípodos®, construyéndose alineando múltiples capas horizontalmente. Esta estructura genera menos impactos, y es una estructura más porosa y heterogénea que presenta una mayor exposición a la luz y mayor cantidad huecos que favorece la colonización marina. Los HLCS presentan claras ventajas ambientales y, en consecuencia, los proyectos de investigación HOLOBREAK (2019-2022) y HOLOBRACE (2022-2024) tienen como objetivo aumentar la base de datos experimental y el conocimiento relacionado con los HLCS de Cubipodos®. Esta disertación, enmarcada en estos proyectos de investigación, busca desarrollar nuevas metodologías para diseñar HLCS de Cubipodos®. Primeramente, es necesario caracterizar su respuesta frente a la acción del oleaje. Típicamente, esto se solventa con perfiladores mecánicos, que son aparatos muy extendidos en experimentación física a pequeña escala que no han evolucionado en décadas. En contraste, estos métodos pueden actualizarse con instrumentación más moderna, como escáneres láser 3D. Es más, se presenta un método que utiliza los escáneres láseres 3D como perfiladores digitales para caracterizar la respuesta a la acción del oleaje de los modelos físicos, incluso con la presencia de agua, corrigiendo la distorsión por refracción de la luz. Segundamente, la factibilidad de la construcción de una nueva tipología de dique se evalúa con ensayos de construcción realista a pequeña escala. El inconveniente es que consumen valioso tiempo y necesitan operadores especializados. En cambio, los modelos numéricos son potenciales alternativas para simular procesos de construcción, así poder reducir la incertidumbre por defectos de escala. Para ello, el Bullet Physics Engine (BPE, por sus siglas en inglés) se ha escogido; su uso está muy extendido en la industria de la animación y videojuegos. Aquí, el BPE se adapta para simular un gruista y, gracias a ello, la realización de multitud de simulaciones realistas de la construcción para evaluar la viabilidad de la constructiva de diques HLCS de Cubípodos®. / [CA] En les últimes dècades, el Canvi Climàtic (CC) i la pressió antròpica estan comprometent l'estat de salut dels hàbitats marins. Com a resultat, els esculls de coral estan retrocedint, i en conseqüència, es reduïx la capacitat que tenen estes formacions naturals de protegir les costes. Addicionalment, l'augment del nivell de la mar (SLR, per les seues sigles en anglés) a causa del CC incrementa els processos d'erosió en platges a nivell global. L'erosió dels litorals i la degradació dels corals augmenta la vulnerabilitat de les comunitats costaneres a temporals i inundacions, a més dels danys associats als ecosistemes. Per a reduir o revertir la deterioració dels ecosistemes costaners, es necessiten accions actives. En moltes situacions, l'ús d'infraestructures de defensa, com a dics de baixa cota de coronació (LCS, per les seues sigles en anglés), és l'opció adequada. Els *LCS són adequats per a la protecció del litoral costaner en previndre o mitigar l'erosió. Estes estructures proporcionen servicis ecosistèmics, beneficiosos per a la biodiversitat i que afavorixen la colonització i regeneració d'entorns degradats. No obstant això, estes estructures transformen l'entorn i generen significatius impactes ambientals. Per esta raó, estructures multi-propòsit, com els dics homogenis LCS formats per Cubipods® (HLCS, per les seues sigles en anglés), són preferibles respecte als LCS per a proveir els mateixos servicis. Esta tipologia està només formada per Cubipods®, construint-se alineant múltiples capes horitzontalment. Esta estructura genera menys impactes, i és una estructura més porosa i heterogènia que presenta una major exposició a la llum i major quantitat buits que afavorix la colonització marina. Els HLCS presenten clars avantatges ambientals i, en conseqüència, els projectes d'investigació HOLOBREAK (2019-2022) i HOLOBRACE (2022-2024) tenen com a objectiu augmentar la base de dades experimental i el coneixement relacionat amb els HLCS de Cubipods®. Esta dissertació, emmarcada en estos projectes d'investigació, busca desenrotllar noves metodologies per a dissenyar HLCS de Cubipods®. Primerament, és necessari caracteritzar la seua resposta enfront de l'acció de l'onatge. Típicament, això se soluciona amb perfiladors mecànics, que són aparells molt estesos en experimentació física a petita escala que no han evolucionat en dècades. En contrast, estos mètodes poden actualitzar-se amb instrumentació més moderna, com a escàners làser 3D. És més, es presenta un mètode que utilitza els escàners làsers 3D com a perfiladors digitals per a caracteritzar la resposta a l'acció de l'onatge en els models físics, fins i tot amb la presència d'aigua, corregint la distorsió per refracció de la llum. Segondament, la factibilitat de la construcció d'una nova tipologia de dic s'avalua habitualment amb assajos de construcció realista a escala reduïa. L'inconvenient és que són poc eficients en temp i necessiten operadors especialitzats. En canvi, els models numèrics són potencials alternatives per a simular processos de construcció, així poder reduir la incertesa per defectes d'escala. Per a això, el Bullet Physics Engine (BPE, per les seues sigles en anglés) s'ha triat; el seu ús està molt estés en la indústria de l'animació i videojocs. Ací, el BPE s'adapta per a simular un gruista i, gràcies a això, la realització de multitud de simulacions realistes de la construcció per a avaluar la viabilitat constructiva dels dics HLCS de Cubipods®. / [EN] In recent decades, Climate Change (CC) and the anthropogenic pressure are compromising the health of marine habitats. As a result, coral reefs are retreating, reducing the ability of these natural formations to protect coastlines. In addition, Sea Level Rise (SLR) due to CC increases beach erosion processes globally. Coastal erosion and coral degradation increase the vulnerability of coastal communities to storms and flooding, in addition to the associated damage to ecosystems. To reduce or reverse the deterioration of coastal ecosystems, active actions are needed. In many situations, the use of hard-defense structures, such as Low Level Breakwaters (LCS), is the appropriate option. LCS are suitable for shoreline protection by preventing or mitigating erosion. These structures provide ecosystem services, which are beneficial for biodiversity and favour the colonisation and regeneration of degraded environments. Nonetheless, these structures transform the environment and generate significant environmental impacts. For this reason, multi-purpose structures, such as homogeneous LCS made out of Cubipods® (HLCS), are preferable to LCS to provide the same services. This typology is only formed by Cubipods®, being built by aligning multiple layers horizontally. This structure generates fewer impacts, and is a more porous and heterogeneous structure that has greater exposure to light and more hollows that favour marine colonisation. HLCS present clear environmental advantages and, consequently, the HOLOBREAK (2019-2022) and HOLOBRACE (2022-2024) research projects aim to increase the experimental database and knowledge related to Cubipodos® HLCS. This dissertation, framed within these research projects, aims to develop new methodologies for designing Cubipod HLCS®. Firstly, it is necessary to characterise their response to wave action. Typically, this is solved with mechanical profilers, which are widely extended instruments in small-scale physical experimentation that have not evolved for decades. In contrast, these outdated methods can be upgraded with modern instrumentation, such as 3D laser scanners. Moreover, a method is presented that uses 3D laser scanners as digital profilers to characterise the response to wave action in physical models, even in the presence of water, correcting for light refraction distortion. Secondly, the feasibility of constructing a new type of breakwater is usually assessed with small-scale realistic construction tests. The drawback is that they are not very time efficient and require trained operators. In contrast, numerical models are potential alternatives to simulate construction prodedures in order to reduce uncertainty due to scale defects. For this purpose, the Bullet Physics Engine (BPE) has been chosen; widely used in the animation and video game industry. Here, the BPE is adapted to simulate a crawler crane, with the performance of the multitude of realistic construction simulations to evaluate the construction feasibility of Cubipods® HLCS breakwaters. / Muñoz Palao, S. (2024). Hydraulic Stability and Placement Grids for Homogeneous Low-Crested Structures (HLCS) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213914