This doctoral thesis studies the physical properties of polymeric composite materials, with the addition of ground tire rubber particles (GTR) and the use of any of these compounds for the electrical industry, either as a semiconductor, roofing, piping, insulation and stuffed in the world of electric cables or electric industry in general to provide an outlet for reusable materials from tires and give a new application is interesting for industry and also provide a solution to the serious problem of recycling such waste are as difficult to reuse the tires out of use. The difficulty to eliminate stocks of abandoned tires or store is a serious environmental problem. At present, various methods for recycling used tires, such as mechanical grinding, which separates the vulcanized rubber and steel fibers, using the rubber in many applications such as flooring, insulation, shoes, etc.. The carbon black is an important component in the tires with rates up to 30%, which is used to improve the behavior of these abrasive. This thesis investigates the electrical behavior (conductivity, permittivity, electric module, ...) of different composite materials obtained by mixing different polymers with different percentages of GTR (up to 70%) see their response depending on the amount of GTR, also depending on the frequency and temperature and see the potential feasibility for use in specific applications in the electric field. For this thesis are done different mixtures of materials (polymer insulators) with GTR to study the microstructural properties, thermal, mechanical and dielectric, by performing several tests: test DEA (impedance), test Drive Strain, Young's modulus, elongation at break, tensile strength, hardness, microstructure analysis by electron microscopy and thermal analysis by DSC testing of all compounds that have been made and conclusions drawn as to affect the incorporation tire dust in different proportions of GTR(0-5-10-20-40-50 and 70% ) and with different particle sizes (<200 µm, 200-500 µm,>500 µm). From then analyzes the information obtained from all the research done to extract conclusions, then analyzes the current regulations and how they might use some of the compounds analyzed by the electrical industry, and thus recovered difficult to recycle waste while helping to lower production costs by adding powder tires. In addition, this can mean that quantifies savings in the global market and the Spanish market while environmental factors are weighted, such as the CO2 emissions and the storage of this waste. / A la present Tesi doctoral s'aborda l'estudi de propietats físiques de materials polimèrics compostos, amb l’addició de partícules neumàtic fora d’ús (NFU o GTR –en anglès-) triturat i l'aprofitament d'algun d'aquests compostos per a la indústria elèctrica, ja sigui com a semiconductor, cobertes, canalitzacions, aïllament i farcits, en el món dels cables elèctrics o la indústria elèctrica en general per donar sortida a materials reutilitzables provinents de pneumàtics fora d'ús i donar una nova aplicació que sigui interessant per a la indústria i alhora donar una solució al greu problema del reciclatge d'aquest tipus de residus de difícil reutilització com son els neumàtics fora d’ús. La dificultat per eliminar els estocs de pneumàtics abandonats o emmagatzemar constitueix un greu problema mediambiental. En l'actualitat, s'utilitzen diversos mètodes per al reciclatge de pneumàtics, com la trituració mecànica, en la qual se separa el cautxú vulcanitzat de l'acer i les fibres, utilitzant aquest cautxú en nombroses aplicacions com paviments, aïllants, calçat, etc. El negre de fum és un component important en els pneumàtics amb percentatges de fins al 30%, que s'utilitza per millorar el comportament abrasiu d'aquests. En aquesta tesi doctoral s'investiga el comportament elèctric (conductivitat, permitivitat, mòdul elèctric, ...) de diferents materials compostos obtinguts mitjançant la barreja de diferents polímers amb diferents percentatges de NFU (fins a un 70%), veure la seva resposta en funció de la quantitat de NFU, en funció també de la freqüència i de la temperatura i veure la possible viabilitat per a ser utilitzats en aplicacions concretes en l'àmbit elèctric. Per a la present tesi doctoral es realitzen diferents mescles de materials (polímers aïllants), amb NFU per estudiar les propietats microestructurals, tèrmiques, mecàniques i dielèctriques, mitjançant la realització de diversos assaigs: assaig DEA (espectroscòpia d'impedàncies), assaig Tracció-Deformació , Mòdul de Young, Allargament a la ruptura, Resistència a la Ruptura, Duresa, Anàlisi de Microestructura mitjançant Microscòpia Electrònica i anàlisi tèrmica mitjançant assaig DSC de tots els compostos que s'han realitzat, i s'extreuen conclusions de com afecta la incorporació de pols de pneumàtic en diferents proporcions (0-5- 10-20-40-50 i 70% de NFU) i amb mides de partícula diferents (<200 μm, 200-500 μm, >500 μm). A partir d'aquí s'analitza la informació obtinguda de tota la investigació realitzada per extreure conclusions, tot seguit s'analitza la normativa vigent actual i de quina manera es podria utilitzar algun dels compostos analitzats per a la indústria elèctrica, i així es valoritza un residu de difícil reciclatge al mateix temps que es contribueix a baixar costos de producció per addició de pols de Pneumàtic Fora d'Ús. A més es quantifica en que pot suposar aquest estalvi a nivell mundial i espanyol a la vegada que es ponderen factors mediambientals, com pot ser l'emissió de CO2 i l'emmagatzematge d'aquest residu.

Les escòries són el subproducte més abundant que s'obté en el procés d'incineració de residus sòlids urbans; constitueixen al voltant del 90 % en pes del producte sòlid resultant de la combustió. La producció anual a Catalunya és d'unes 150000 tones d'escòries, generades en set plantes incineradores localitzades a Tarragona, Mataró, Sant Adrià de Besòs, Montcada i Reixac, Malla, Girona i Vielha. El seu destí final és l'abocament, juntament amb la utilització puntual en petites obres menors d'àmbit local i de manera poc regulada. Pel seu caràcter a primera vista inert i l'aspecte granular es considera que les escòries es podrien utilitzar en l'àmbit de la construcció. En aquest estudi es pretén avaluar la viabilitat de la valorització de les escòries d'incineració de residus sòlids urbans produïdes a Catalunya en capes granulars de ferms de carreteres, com a substitut d'àrids naturals. La valoració de la idoneïtat de les escòries ha de tenir en compte l'adequació a les normatives tècniques que regeixen aquesta possible aplicació: l'Ordre de 15 de febrer de 1996, sobre valorització d'escòries del Departament de Medi Ambient i l'article 510 sobre tot-u del PG-3 (2004). Més enllà de les prescripcions, tanmateix, s'ha considerat necessària una caracterització de les escòries des de diverses perspectives per tenir un coneixement integral del material que permeti gestionar-lo correctament. Finalment l'estudi es completa amb un tram experimental de camp a Tagamanent, amb l'objectiu de contrastar els resultats obtinguts al laboratori i al camp.A les escòries hi coexisteixen tres paragènesis: els constituents preexistents (preincineració) com el vidre domèstic; els productes de fusió (sinincineració), característics de les escòries i equiparables a una roca ultrabàsica, i la paragènesi postincineració, constituïda per productes de neoformació que es formen a causa de l'elevada reactivitat del residu en sortir del forn i posen de manifest que la mineralogia de les escòries és dinàmica. Les proporcions entre les tipologies de materials són diferents i variables segons la mida de partícula considerada; aquesta particularitat és la clau de l'heterogeneïtat de les escòries.Les escòries tenen una granulometria contínua, poden assolir alts graus de compactació i capacitats portants molt notables, comparables a les que mostren àrids naturals, mentre que són lleugerament menys denses, més poroses i més fràgils que aquests. Cal destacar l'escassa sensibilitat a l'aigua i l'elevada estabilitat volumètrica.Si bé s'han determinat els continguts de més de 50 elements a les escòries, el principal component és el SiO2 (45 %). La resta d'elements majoritaris són Ca, Fe, Al, Na, C, Mg i K, comuns a materials naturals. Entre els minoritaris, alguns també són comuns en àrids naturals com S, Ti, Ba i Mn, però en canvi les escòries estan molt enriquides en Cu, Zn i Pb. Pel seu interès ambiental destaquen els baixos continguts en Ni, Co, As, Se, Mo, Cd i Hg.El comportament ambiental de les escòries s'ha avaluat mitjançant els tests de laboratori DIN 38414, CEN 12457, NEN 7341 i els sots experimentals del tram de camp de Tagamanent. Els tests CEN permeten fer previsions realistes i ajustades de la fracció lixiviable de les escòries en un marc temporal relativament limitat. Les lixiviacions més elevades són les d'elements que constitueixen sals solubles; les de la resta d'elements són més baixes. L'aplicació del Decret de materials de construcció holandès indica que Cu, Mo, Se, Sb, Cl- i SO42- són els constituents potencialment conflictius a les escòries, amb immissions que farien necessàries algunes mesures de protecció en la valorització. La resta d'elements no han de suposar cap problema ambiental.Addicionalment es proposen algunes recomanacions sobre mesures correctores que incideixen tant sobre la millora de la qualitat del material com en el possible escenari d'aplicació, i es fa un breu comentari sobre aspectes metodològics de l'estudi de les escòries.

Tesis por compendio / [ES] La presente tesis doctoral está basada en el aprovechamiento de residuos de biomasa para la obtención de celulosa y otros compuestos de interés con el objetivo de desarrollar estructuras aplicables en el envasado alimentario. El uso masivo de los plásticos convencionales derivados del petróleo genera una cantidad ingente de residuos debido a su mínima degradabilidad y baja eficacia de las estrategias de reciclaje actuales, provocando así su acumulación en los ecosistemas terrestres y marinos. En este contexto, el uso de biopolímeros (y más en concreto, la celulosa) juega un papel crucial puesto que ofrecen una alternativa abundante, renovable y biodegradable que permite reducir y reemplazar el uso de estos materiales tradicionales. Para ello, se ha seleccionado como fuente de celulosa los residuos de hojas de Posidonia oceanica (planta acuática endémica del mar Mediterráneo) debido a su abundancia y problemática asociada: sus hojas se acumulan en las playas generando mal olor, teniendo las autoridades locales que retirarlas sin un uso específico posterior. Por tanto, además de proponer una solución a un problema de gestión, el aprovechamiento de dicho residuo está en línea con las políticas actuales de economía circular y "residuo cero" que permiten una utilización más sostenible de los recursos naturales. De esta forma, la valorización de residuos de biomasa respecto a otras fuentes tradicionales de celulosa como la madera u otros cultivos específicos es beneficiosa por ambas partes. En la primera parte de la tesis, se demuestra el potencial de las hojas de P. oceanica como fuente de celulosa (¿30% contenido). Dicha celulosa, así como otras dos fracciones celulósicas intermedias se utilizaron para formar films mediante filtrado a vacío y como aditivos de refuerzo en matrices de almidón comercial mediante mezclado en fundido y prensa. En paralelo, tanto la celulosa como las fracciones celulósicas de interés fueron sometidas a un tratamiento ácido para la obtención de nanocristales. La presencia de compuestos adicionales recalcitrantes tuvo un efecto positivo en las propiedades de estos, cuya obtención fue escalada a nivel planta piloto para la producción de bandejas mediante termoformado de mezclas con almidón. Por último, se obtuvieron extractos bioactivos mediante técnicas en base acuosa (ultrasonidos y calor) para una valorización integral del residuo de hojas de P. oceanica con el objetivo de reducir el uso de disolventes orgánicos. En una segunda parte de la tesis, se aplicaron los protocolos simplificados de extracción de celulosa a otros residuos de biomasa como los sarmientos de vid, la paja de arroz y la cáscara de arroz. Cabe destacar que se purificaron con éxito fracciones y nanocristales celulósicos en todas las biomasas evaluadas. Esto demostró que es posible simplificar los procesos de extracción de celulosa para disminuir costes y aumentar la sostenibilidad de la metodología pese a la posible heterogeneidad de la(s) fuente(s) de partida. En la última parte de la tesis, estos nanocristales celulósicos se utilizaron como material de partida para la formación de aerogeles mediante un proceso de liofilización. Para paliar la baja resistencia mecánica y al agua de estos materiales, se diseñó un método patentado de inmersión en una disolución de ácido poliláctico (PLA) que recubría el aerogel celulósico mejorando tanto su resistencia mecánica como su resistencia al agua. Estos aerogeles puramente biopoliméricos fueron ampliamente caracterizados mediante distintas metodologías, destacando la microscopía Raman y confocal. Finalmente, se obtuvieron aerogeles bioactivos mediante la incorporación de los extractos de P. oceanica más prometedores (previamente obtenidos y caracterizados). Por tanto, la presente tesis muestra la valorización de residuos de biomasa mediante protocolos simplificados para el desarrollo de estructuras de envasado alimentario. / [CA] La present tesi doctoral està basada amb l'aprofitament de residus de biomassa per a l'obtenció de cel·lulosa i altres compostos d'interès amb l'objectiu de desenvolupar estructures aplicables a l'envasat alimentari. L'ús massiu de plàstics convencionals derivats del petroli genera una quantitat ingent de residus degut a la seua mínima degradabilitat i baixa eficàcia de les estratègies de reciclatge actuals, provocant d'aquesta manera la seua accumlació als eocisistemes terrestres i marins. Dins d'aquest context, l'ús de biopolímers (i més concretament, la cel·lulosa) juga un paper crucial ja que oferix una alternativa abundant, renovable i biodegradable que permet reduir i reemplaçar l'ús d'aquests materials tradicionals. Per a aquest fet, s'ha seleccionat com a font de cel·lulosa els residus de fulles de Posidonia oceanica (planta aquàtica endèmica del mar Mediterrani) degut a la seua abundància i a la problemàtica associada: les seues fulles s'acumulen a les platges generant mal olor i tenint que retirar-les les autoritats locals sense u ús posterior. Per tant, a més de proposar un solució a un problema de gestió, l'aprofitament del residu en qüestió està en la línia de les polítiques actuals d'economia circular i "residu zero" que permeten una utilització més sostenible dels recursos naturals. D'aquesta manera, la valorització de residus de biomassa respecte d'altres fonts tradicionals de cel·lulosa com la fusta i altres cultius específics és beneficiosa per ambdues parts. En la primera part de la tesi, es demostra el potencial de les fulles de P. Oceanica com a font de cel·lulosa (30% del contingut) al purificar-se amb èxit mitjançant l'aplicació d'un protocol convencional. Aquesta cel·lulosa, així com altres dues fraccions cel·lulòsiques intermitges es van emprar per a formar pel·lícules mijançant mescla en fos i premsa. Paral·lelament, tant la cel·lulosa com les fraccions cel·lulòsiques d'interès van ser sotmeses a un tractament àcid per a l'obtenció de nanocristals. La presència de compostos adicionals recalcitrants va tenir un efecte positiu en les seues propietats. La obtenció resultant va ser escalada a nivell de planta pilot per a la producció de safates a través termoformat de mescla amb almidó. Per últim, es van obtenir extractes bioactius amb tècniques amb base d'aigua (ultrasons i calor) per a la valorització integral del residu de fulles de P. Oceanica amb l'objectiu de reduir la utilització de dissolvents orgànics. En la segona part de la tesi es van aplicar els protocols simplificats d'extracció de cel·lulosa a altres residus de biomasa com els sarments de vinya, la palla d'arròs i la closca de l'arròs. Hem de destacar que es van purificar amb èxit les fraccions i els nanocristals cel·lulòsics en totes les biomasses avaluades. Es va demostrar que és possible simplificar els procesos d'extracció de cel·lulosa per a disminuir costos i augmentar la sostenibilitat de la metodologia malgrat la possible heterogeneïtat de le(s) font(s) del punt de partida. En la última part de la tesi, aquestos nanocristals cel·lulòsics es va emprar com a material de partida per a la formació de aerogels mitjançant un procés de liofilització. Per a paliar la baixa resistència mecànica i l'aigua d'aquests materials, es va dissenyar un mètode patentat de immersió en una dissolució d'àcid polilàctic (PLA) que recobria l'aerogel cel·lulòsic millorant tant la seua resistència mecànica com la seua resistència a l'aigua. Aquestos aerogels purament biopolimèrics van ser ampliament caracteritzats a través distintes metodologies, destacant la microscopia Raman i confocal. Finalment, es van obtenir aerogels bioactius mitjançant la incorporació dels extractes de P. Oceànica més prometedors (prèviament obtinguts i caracteritzats). Per tant, la present tesi mostra la valoració de residus de biomassa mitjançant protocols simplificats per al de / [EN] The following Ph. D thesis is based on the waste biomass valorization for obtaining cellulose and other relevant compounds aimed to develop food packaging structures. The massive use of fossil-fuel derived conventional plastics generates an excessive number of residues due to their low degradation rates and inefficient current recycling strategies, which makes them accumulate in both terrestrial and marine ecosystems. In this context, the use of biopolymers (concretely cellulose) plays a key role in offering an abundant, renewable and biodegradable alternative that allows to reduce and even replace the use of these conventional materials. For this aim, Posidonia oceanica (an endemic aquatic plant from the Mediterranean Sea) dead leaves have been selected as the main cellulose source due to their abundance and problematic associated: dead leaves are accumulated in beaches and seashores causing bad odours and must be removed by local authorities without any further use. Thus, the valorization of this residue provides a solution in line with current circular and "zero-waste" economy policies which enables more sustainable exploitation of natural resources. As a result, waste biomass valorization for obtaining cellulose with regards to other more conventional sources is doubly beneficial. In the first part of the thesis, the potential of P. oceanica leaves as a cellulosic source was shown (¿30% cellulose content) after successfully applying a conventional purification protocol. This cellulose, as well as two intermediate cellulosic fractions (with the presence of additional components such as hemicelluloses and/or lignin), were used for developing films both by vacuum filtration and melt mixing and hot pressing in starch composites. In parallel, both cellulose and cellulosic fractions were submitted to acid treatment in order to obtain nanocrystals, being these protocols upscaled at a pilot-plant level for the development of thermoformed trays by injection moulding. Interestingly, the presence of the aforementioned additional components had a positive effect on their performance. Lastly, water-based extracts were successfully obtained from P. oceanica dead leaves by ultrasounds and hot-water extraction methodologies, providing a complete valorization of the residue with the aim of minimizing the use of organic solvents. In a second part, simplified cellulose extraction protocols were applied to other waste sources such as vine shoots, rice straw and rice husks. Both cellulosic fractions and nanocrystals were successfully purified regardless of the source, being the initial composition (holocellulose, lignin, ashes, lipids and proteins) and the monosaccharide profile the key factors which defined the final properties of the materials (evaluated in film form). In the last part of the thesis, these cellulosic nanocrystals were used for developing aerogels by freeze-drying. In order to overcome their inherent poor mechanical performance and low water resistance, a novel and patented dipping method using polylactic acid (PLA) was designed. These biopolymeric aerogels were broadly characterized by means of several techniques such as Raman and Confocal microscopies. Finally, bioactive aerogels were developed by incorporating some of the most promising P. oceanica bioactive extracts (previously obtained and characterized). Then, the following Ph. D. thesis shows the valorization of several waste biomasses by applying simplified protocols for developing food packaging structures. The presence of additional compounds in the resulting materials has been shown not only to reduce associated costs by increasing the total mass yield but also to present improved performance in comparison to more conventional materials, being in line with current circular economy policies. As a result, a more sustainable and viable alternative for the massively used conventional plastics is proposed. / Benito González, I. (2021). Waste Biomass Valorization for the Production of Cellulosic Fractions of Interest in Food Packaging Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/177358 / TESIS / Compendio

La sang és un subproducte amb un alt potencial de valorització que s'obté en quantitats importants en els escorxadors industrials. Actualment, la majoria de sistemes de recollida de la sang no segueixen unes mesures d'higiene estrictes, pel que esdevé un producte de baixa qualitat microbiològica. Conseqüentment, l'aprofitament de la sang és una sortida poc estimulant des del punt de vista econòmic, ja que acostuma a perdre les qualitats que permetrien l'obtenció de productes d'alt valor afegit. El capítol I del present treball s'inclou dins d'un projecte que proposa la inoculació de bacteris de l'àcid làctic (LAB) com un cultiu bioconservador de la sang, un sistema senzill i de baix cost que cerca l'estabilitat de la sang, tant microbiològica com fisicoquímica, durant el període del seu emmagatzematge. El capítol II s'emmarca dins d'un projecte que cerca la millora de l'aprofitament integral de la sang que, en el cas de la fracció plasmàtica, es centra en l'estudi de la funcionalitat dels seus principals constituents. Conèixer la contribució dels components majoritaris ha de permetre la millora de la funcionalitat dels ingredients alimentaris derivats. Els resultats presentats en aquesta tesi poden ajudar a la valorització de la sang porcina d'escorxadors industrials, mitjançant els coneixements adquirits pel que fa a la millora del seu sistema de recollida i del desenvolupament d'ingredients alimentaris amb interessants propietats funcionals. / Blood is a by-product obtained in large amounts in industrial slaughterhouses with a high potential of valorisation. Currently, most of the blood collecting systems are not subjected to strict hygienic measures hence it becomes a product with low microbiological quality. As a result, the use of blood for consumption purposes is not a stimulating prospect from an economic point of view, because the intrinsic worth allowing the development of high value-added products is normally lost.Chapter I of the present dissertation is included within a research project that suggests lactic acid bacteria (LAB) as a blood biopreservative culture: a simple, inexpensive system to keep the stability of blood both in terms of microbiological and physicochemical quality, during its storage.Chapter II is framed within a research project that investigates ways to improve the use of blood as a food ingredient, which, in the case of plasma, is focused on the functionality of its main protein constituents. The knowledge of the contribution of each constituent can be used to improve the functional properties of plasma-based ingredients. The results presented in this thesis dissertation may help the valorisation of porcine blood from industrial slaughterhouses, thanks to the acquired knowledge about the improvement of blood preservation and the development of plasma-based food ingredients with interesting functional properties.