No description available.

No description available.

El camp europeu està canviant. Les transformacions socioeconòmiques i ambientals que està patint són molt nombroses. L'abandonament de l'agricultura és el més estès d'aquests canvis. De fet, l'abandonament de l'agricultura ha esdevingut la tendència de canvi d'ús i de cobertura del sòl més destacada de les societats industrials, especialment durant la segona meitat del segle XX. Aquesta tendència és particularment notòria a les zones muntanyoses. Força abundants han estat els intents d'explicar aquestes transformacions. Tanmateix, hi ha una manca de recerca exhaustiva i específica, que integri tant les ciències naturals com socials, així com també el coneixement expert i el local. Aquesta tesi utilitza aquest enfocament integrat i se centra en la regió dels Pirineus. Malgrat això, els resultats obtinguts han estat en tot moment contrastats amb els d'altres recerques realitzades a altres entorns, molt especialment a la resta de zones muntanyoses d'Europa. Aquesta tesi considera la situació crítica en què l'agricultura es troba actualment a les zones de muntanya, i l'emmarca dins un conjunt de dinàmiques complexes i transformacions que estan ocorreguent entre les esferes ambiental, econòmica i cultural: (1) creixent simplificació dels agroecosistemes, com palesen processos de degradació de praderies seminaturals; (2) reestructuracions econòmiques, reflectides en la coexistència de diferents estratègies d'ajustament entre les famílies grangeres; i (3) recomposicions socials i polítiques, expressades per les tensions existents entre diversos discursos de ruralitat sobre el paper de l'agricultura i les zones rurals en el seu conjunt. L'objectiu d'aquesta tesi és el d'explicar les raons i els efectes locals d'aquests canvis, així com també examinar el paper que l'agricultura pot jugar en el futur desenvolupament de la població que viu a zones de muntanya amb un elevat risc d'agandonament de l'agricultura. Amb aquest propòsit, es suggereix distingir entre les dues principals estratègies que les granges duen a terme com a resposta a la seva actual situació de vulnerabilitat. Aquestes són, per una banda, l'estil d'agricultura que preserva l'estoc, que a fi de garantir la continuïtat de la família grangera duu a terme sistemes de gestió i estratègies d'ajust que conserven i dinamitzen l'estoc intrínsec de recursos agrícoles (p.e. mà d'obra, bestiar o terra) i disminueixen la dependència de factors externs. I per l'altra, l'estil d'agricultura simplificada, que debilita i empobreix l'activitat agrícola, ja sigui tot degradant els recursos agrícoles, amb la implementació de sitemes de gestió de baix cost; o bé tot desplaçant-los de l'activitat agrícola cap a d'altres, com el turisme rural o altres menes de feina fora de la granja. En els debats polítics i científics sobre el desenvolupament rural a les regions muntanyoses d'Europa, com a conseqüència de les limitacions socioeconòmiques i ambientals estructurals que presenten aquestes zones, l'assoliment d'unes muntanyes vives i sostenibles sovint s'associa amb el canvi de motivació, d'estar centrada en la producció d'aliments a estar-ho en l'adopció de noves pràctiques multifuncionals. A les zones de muntanya amb un elevat risc d'abandonament de l'agricultura, se suggereix l'existència de dues concepcions diferents de la multifuncionalitat, en relació amb els dos estils d'agricultural abans esmentats: (a) la multifuncionalitat de l'agricultor, i (b) la multifuncionalitat de l'agricultura. Mentre la noció de multifuncionalitat de l'agricultor posa èmfasis en la polivalència del granger, com a estratègia de desenvolupament rural; la noció de multifuncionalitat de l'agricultura remarca els múltiples beneficis socials que la pràctica de l'agricultura comporta ja sigui directament o indirecta. L'agricultura, i particularment l'agricultura de muntanya, és certament multifuncional. Tanmateix, en les actuals circumstàncies a les zones de muntanya amb un risc elevat d'abandonament de l'agricultura, les estratègies de desenvolupament rural que fomenten una degradació encara major d'aquesta activitat i una fugida dels recursos agrícoles, com és el cas de l'estil d'agricultura simplificada i la concepció de la multifuncionalitat de l'agricultor, no són les adequades. Doncs, aquestes acceleren encara més el procés d'abandonament de l'agricultura i, conseqüentment, disminueixen la capacitat de l'activitat agrícola de garantir les 'múltiples' funcions a aquestes regions. Finalment, s'argumenta que és possible garantir a la vegada granges viables i una economia rural diversificada a les zones de muntanya, mitjançant l'apreciació del caràcter multifuncional de l'agricultura de muntanya i no de l'agricultor. Paraules clau: canvi rural, estratègies d'ajustament de la granja, discursos de ruralitat, diversificació, abandonament parcial, multifuncionalitat, prats de dall / The face of the European countryside is changing. The socioeconomic and environmental transformations that rural areas are undergoing are numerous. Agricultural abandonment is the most widespread of these changes. In fact, agricultural abandonment has become the most remarkable trend in land-use and land-cover change in industrialised societies, especially since second half of the 20th century. This tendency is particularly acute in mountainous areas. There have been many attempts to explain and shed light on such complex transformations. However, there is still a lack of in-depth and comprehensive research derived from the integration of both social and natural sciences, as well as from the integration of expert and local knowledge. This dissertation uses this integrative approach and focuses on an area of the Pyrenees, although its findings resonate and are contrasted with other results and research carried out in other contexts, especially with the rest of European mountains. This work considers the critical situation agriculture in mountains now encounters, and understands it as part of a set of complex dynamics and changes which occur between the environmental, economic and cultural spheres. Namely such transformations have to do with: (1) increasing agroecosystem simplifications, illustrated by processes of degradation of semi-natural grasslands; (2) economic restructuring, reflected by the coexistence among household farms of distinct adjustment strategies to secure their continuity; and (3) social and political recomposition, expressed by the tensions among diverse discourses of rurality about the role ascribed to agriculture and rural areas as a whole. This dissertation sets out to explain the reasons and the local effects of such changes and aims to examine the role that agriculture could play in the future development of people living in agricultural abandonment risk mountain regions. To this aim, a distinction between two main modes of farming is suggested, both of which appear as a reaction to their current vulnerable situation. These are, on the one hand, the stock¬preserving mode of farming, which to secure the continuity of farm households undertakes management regimes and adjustment strategies that enhance and preserve their stock of farming resources (e.g. labour, livestock or land) and decrease the dependence on external factors. And on the other, the simplified mode of farming, which weakens and impoverishes the agricultural activity by both degrading the farming resources, through undertaking low-cost management regimes, and moving them away from farming to other activities such as farm tourism or off-farm employment. In the policy and scientific debates on rural development in European mountain regions, given the structural socioeconomic and environmental constraints of these areas, the attainment of sustainable living mountains is often associated with a move away from the food-producing determination of farm households to adopt new multifunctional rural development practices. In agricultural abandonment risk mountain regions, it is suggested that two different conceptions of multifunctionality may be identified in connexion with the two modes of farming distinguished: (a) the multifunctionality of farmer, and (b) the multifunctionality of agriculture. While the notion of the multifunctionality of farmer puts emphasis on the farmer's polyvalence as a strategy of rural development, the notion of the multifunctionality of agriculture stresses the multiple alternative social benefits that the undertaking of the farming activity directly and indirectly brings about. Agriculture, and particularly mountain agriculture, is certainly multifunctional in nature. However, in the present circumstances of great risk of agricultural abandonment in mountain regions, strategies of rural development that encourage further degradation and moving of farming resources away from agriculture, as done by the simplified mode of farming and the conception of the multifunctionality of farmer, do not seem to be adequate. These accelerate even more the agricultural abandonment process, and consequently undermine the capability of mountain agriculture to guarantee the 'multiple' functions in these regions. It is thus argued that to guarantee at the same time both viable farms and a diversified rural economy in mountain regions is possible, through the appreciation of the multifunctional nature of mountain agriculture and not the farmer one. Keywords: rural change, farm adjustment strategies, discourses of rurality, farm diversification, partial abandonment, multifunctionality, hay meadows.

Durante los últimos años, la investigación y el desarrollo de tecnologías para la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en nuestro planeta ha incrementado. Varias soluciones se han propuesto, incluyendo la captura y secuestro de carbono (CCS en inglés). La aplicación de CCS se ha focalizado en las tecnologías de producción de energía a gran escala que utilizan combustibles fósiles. Recientemente, se ha trabajado en el uso de CCS en tecnologías de enriquecimiento de biogás. Esta práctica consiste en la eliminación del CO2 del biogás emitido por digestores anaeróbicos y vertederos con el fin de incrementar la concentración de CH4 en el biogás, generando así un potencial sustituto de gas natural. Dos innovadoras tecnologías en desarrollo almacén además el CO2 eliminado en una forma sólida, a través de un proceso llamado mineralización de carbono. Este proceso utiliza óxido cálcico de los residuos industriales para fijar el CO2 en forma de carbonato cálcico. Idealmente estas tecnologías innovadoras de enriquecimiento deberían mostrar mayores beneficios ambientales en comparación con las tecnologías convencionales ya que almacenan inmediatamente el CO2. La primera tecnología analizada es la regeneración de alcalino (AwR) que consiste en el uso de una solución alcalina para eliminar el CO2 y que es regenerada mediante su exposición a un residuo industrial rico en CaO. La segunda tecnología es enriquecimiento de biogás con cenizas (BABIU), basada en la interacción directa del biogás con las cenizas resultantes de incineradores de residuos municipales. Esta tesis pretende determinar si estas tecnologías innovadoras muestran beneficios ambientales respecto a las tecnologías convencionales de enriquecimiento de biogás, mediante la aplicación de herramientas de la ecología industrial. El análisis de ciclo de vida, el análisis de flujos materiales y el análisis de exergía son aplicadas para el análisis ambiental y de recursos. Asimismo, la viabilidad a largo plazo de las tecnologías es examinada desde el punto de vista económico y material. En general, los resultados indican que las tecnologías innovadoras no muestran un perfil ambiental notablemente mejor que las convencionales, especialmente para AwR donde el uso de la solución alcalina da lugar a un elevado impacto ambiental. Aún así, ambas tecnologías consiguen un significante ahorro de CO2 respecto a las tecnologías convencionales. Asimismo, dado que las dos tecnologías analizadas se encuentran en un período de prueba piloto, se identifican las potenciales mejoras para optimizar el perfil ambiental y económico, como incrementar la eficiencia de la regeneración de la solución alcalina en la tecnología AwR. El análisis económico realizado para AwR resaltó que reducir sus costes operacionales incrementaría la oportunidad de su implementación como negocio. Los resultados pueden ser usados tanto por promotores de estas innovadoras tecnologías para mejorar su viabilidad económica y ambiental a largo plazo, como por promotores y fabricantes de tecnologías similares, como aplicaciones de CCS o enriquecimiento de biogás. / Our world has been increasingly looking for solutions to reduce the greenhouse gas (GHG) emissions of our planet. Various solutions have been proposed, including carbon capture and sequestration (CCS). Focus for application of CCS has normally centered on large scale energy production that burns fossil fuel. Recently, developers have been working on applying CCS to biogas upgrading technology. This entails removing CO2 from biogas emitted from anaerobic digestors and landfills while also increasing the CH4 concentration to render the biogas suitable as natural gas substitute. Two novel technologies under review also stores the removed CO2 in a solid form, through a process called carbon mineralization. This process uses calcium oxides found in industrial waste to fix CO2 by forming calcium carbonate. Ideally these novel upgrading technologies should have more environmental benefit over conventional ones based on the fact that they immediately store CO2, while conventional ones do not. The first technology is called alkaline with regeneration (AwR) and consists of using an alkaline solution to strip the CO2. The alkaline solution is then regenerated by exposing it to a waste rich in CaO. The second is called bottom ash for biogas upgrading (BABIU) which relies on a direct gas-solid phase interaction with bottom ash from municipal solid waste incinerators. This thesis examines whether or not these two novel technologies have an environmental benefit over conventional upgrading technologies, based on industrial ecology tools. Life cycle assessment, material flow analysis, and exergy analysis were applied for the environmental and resource assessments. The thesis also examines the long term feasibility of applying these technologies, both from a material and economic point of view. Overall it was determined that the novel technologies generally do not have a better environmental performance over conventional technologies, especially AwR which was found to have a higher impact due to the use of the alkaline solution. Despite this, both novel technologies had significant CO2 savings over conventional technologies. As well since both novel processes are in the pilot plant stage it is possible to pinpoint what can be improved in order to increase the all around environmental benefit, for example by increasing the regeneration rate of the alkaline solution in AwR. The economic assessment was conducted on AwR and it was found that improving its operational costs would help create a business case for potential application. The results not only help the developers of the novel technologies to improve their long term environmental and economic viability but also can be used by developers and manufactures of similar technologies, such as other biogas upgrading or CCS technologies.

Los ecosistemas son propuestos como fuentes de bienestar humano. Sin embargo, las aproximaciones económicas principales han descuidado este esencial papel del capital natural (i.e. bienes y servicios de los ecosistemas) en el bienestar humano. Usando como marco teórico la aproximación de los servicios ecosistémicos y el paradigma de Desarrollo a Escala Humana, el objetivo de esta tesis doctoral es entender las relaciones entre bienestar humano y capital natural. La Tesis doctoral tiene tres principales objetivos, los cuales fueron abordados en tres diferentes capítulos. El primer capítulo analiza la correspondencia entre el instrumento de medición adoptado por los gobiernos para evaluar bienestar y los elementos definidos como importantes por la gente local para su propio bienestar, llamados aquí medios locales de bienestar. El segundo capítulo tiene el proposito de evaluar las percepciones locales de servicios ecosistémicos y los factores socioeconómicos que afectarían las percepciones de las personas. Por último, el tercer capítulo evalúa los vínculos entre bienestar humano y dos formas de capital: capital natural y económico. El tercer capítulo también analiza los vinculos entre los capitales y tres dimensiones del bienestar humano (i.e. subsistencia, seguridad, y reproducción y cuidado). Como caso de estudio, la Tesis se enfoca en una sociedad a nivel local ubicada en el distrito de Kodagu (Estado de Karnataka), India. La Tesis es basada en datos transversales recolectados a través de métodos cualitativos y cuantitativos de investigación. Para la recolección de datos del primer artículo, se desarrolló una técnica de listados libres (Free-listings) y así obtener información sobre los medios locales de bienestar. Para esto, se visitaron a 114 individuos de Kodagu. Los medios locales de bienestar reportados por los individuos fueron comparados con los criterios usados por el Informe de Desarrollo Humano (HDR, del nombre en inglés Human Development Report) del Estado de Karnataka. El HDR es la herramienta oficial de medición de bienestar usado por el gobierno de Kodagu. Se encontró que el HDR no captura los medios de bienestar definidos por las personas. El resultado sugiere que existe una importante brecha entre los actuales indicadores de bienestar considerados por las políticas públicas y los medios locales de bienestar definidos por las personas. En el segundo capítulo también se llevó a cabo listados libres para identificar los servicios ecosistémicos percividos por las personas locales. Se visitaron a 91 individuos, todos distintos a los visitados para el primer capítulo. Además, a través de una entrevista estructurada, se recolectaron datos de atributos socioeconómicos de cada individuo participante del estudio. Los servicios ecosistémicos se clasificaron en las cuatro categorías de servicios definidos por la literatura (i.e. servicios de privisión, regulación, culturales, y de apoyo, según la clasificación de la iniciativa de Evaluación de Ecosistemas del Milenio). En base a la clasificación, se calcularon los números de servicios listados en cada categoría. Los resultados sugieren que los ecosistemas son localmente percibidos como una fuente de bienes y servicios diversos, y no sólo vinculados a la producción de alimento. Usando regresiones multivariadas para estimar las asociaciones entre el número de servicios ecosistémicos y las características socioeconómicas de los individuos, se encontró que individuos jóvenes, más ricos, y más educados perciben más servicios ecosistémicos que los individuos con caracteristicas socioeconómicas diferentes. Asimismo, se encontró que origenes culturales distintos están asociados a diferentes percepciones de los servicios ecosistémicos. Para abordar los objetivos del tercer capítulo, se contruyó un cuestionario estructurado en base a la información de los dos capítulos previos. Se visitarón 171 individuos adivasi y habitantes de los bosques de Kodagu, todos distintos a los individuos visitados en los dos capítulos previos. El cuestionario capturó información individual sobre el nivel de bienestar general y satisfacción con las tres dimensiones de bienestar incluidas en el estudio (variables dependientes), y el nivel de capital natural y económico (variables explicatorios). Usando modelos de regresiones multivariados, se encontró una asociación positiva entre bienestar y ambas formas de capital. No obstante, también se encontró que los capitales natural y económico varían entre ellos en relación a sus asociaciones con el bienestar general y entre las dimensiones del bienestar. Los resultados sugieren que, en sociedades de adivasis y habitantes del bosque, el capital natural puede llegar a ser más importante que el capital económico en la satisfacción del bienestar general y sus dimensiones. Para finalizar, quisiera concluir exploniendo algunas sugerencias para políticas públicas. En base a los resultados, la Tesis contribuye con información para un conjunto de indicadores locales útiles que aseguren un equilibrio entre los enfoques descendentes y ascendentes en las políticas públicas de Kodagu. Además, ya que las dos formas de capital juegan un papel diferente como fuentes de satisfacción de las dimensiones de bienestar, la Tesis aporta información para posibles estrategias sobre cómo complementar el capital natural y económico cuando se diseñan políticas de mejora de particulares dimensiones del bienestar. La Tesis apoyan las recomendaciones actuales sobre la necesidad de incorporar explícitamente los servicios ecosistémicos en el diseño de políticas públicas relacionadas con medir y mejorar el bienestar humano. / Ecosystems are proposed as sources of human well-being. However, standard economic approaches have traditionally neglected the role of natural capital (i.e. good and services of ecosystems) as a fundamental source of human well-being. Drawing on the ecosystem services approach and on the Human Scale Development paradigm as frameworks to conceptualize natural capital and human well-being, this doctoral dissertation aims to understand the relationships between human well-being and natural capital. The Thesis has three main objectives which are addressed in three different chapters. The first chapter analyses the correspondence between the measurement tool adopted by governments to assess well-being and the elements defined by local people as important in their own well-being, called here local means. The second chapter aims to assess the local perception of ecosystem services and the socioeconomic determinants affecting individual perceptions. Last, the third chapter estimates the linkages between human well-being and natural and economic capital. This third chapter also analyses the linkages of capitals with three dimensions of human well-being (i.e. subsistence, security, and reproduction and care). As case study, the Thesis focuses on a small-scale society from Kodagu district (Karnataka State), India. The Thesis is based on cross-sectional data collected through qualitative and quantitative methods during a period of nine months. To collect data for the first chapter, free-listing technique was administrated in order to provided information on local means defining well-being among 114 individuals from Kodagu. The local means reported by local individuals were compared with the criteria used by the Human Development Report (HDR) of Karnataka, the main measurement tool of well-being used officially in Kodagu. Results suggest that HDR does not capture the means defined by people as main indicators of their well-being. The finding suggests an important gap between current well-being indicators considered by public policies and the means of well-being defined by people. For the second chapter, another free-listing was carried out to capture what ecosystem services were perceived by local people. Additionally, a structured survey was conducted to capture information on socioeconomic characteristics of 91 informants. The ecosystem services were classified into four categories of services defined by literature (i.e. provisioning, regulating, cultural, and supporting services, cf. Millennium Ecosystem Assessment). The number of services listed was calculed in each category. Results suggest that ecosystems are locally perceived as a source of multiple goods and services that go beyond the production of food (for subsistence or for cash). Multivariate regressions were used to estimate the associations between number of ecosystem services and socio-economic characteristics. Results suggest that younger, wealthier, and more educated individuals perceive more ecosystem services than people without those characteristics. People from different cultural backgrounds also have different perceptions from local ecosystems services. For the third chapter, a questionnaire structured was designed on the base of information collected on the two previous chapters. The questionnaire was administrated to 171 adivasi and forest dweller individuals from Kodagu, different from people interviewed in previous samples. The questionnaire captured individual reports on levels of satisfaction with the overall well-being and satisfaction with three dimensions of well-being (dependent variables), and level of natural and economic capital (explanatory variables). Results of multivariate regressions suggest positive associations between well-being and both forms of capitals. Nevertheless, results also suggest that natural and economic capitals differed one from each other on their relative contributions to overall well-being as well as across dimensions of well-being. Results suggest that natural capital can become more important than economic capital on the fulfilment of overall well-being and its dimensions among adivasi and forest dwellers society. Last, I would like to conclude by outlining some policy suggestions. The Thesis provides insights for a set of plausible local indicators useful to achieve a balance between top-down and bottom-up approaches for the local public policies. Furthermore, since natural and economic capital play a different role as sources of satisfiers across dimensions, results give insights for possible strategies on how to complement natural and economic capital assets when designing policies to improve particular dimensions of well-being. The Thesis support ongoing calls for explicitly incorporating ecosystem services in the policy design focused on measuring and improving human well-being.

En los tiempos modernos, la ciencia se enfrenta al desafío de cómo representar la interacción entre el sistema socioeconómico y el sistema ecológico, considerados en conjunto como sistema socioecológico, con la finalidad de analizar cuantitativamente su sostenibilidad. Sin embargo, esto supone necesariamente romper con el paradigma tradicional reduccionista de la ciencia para construir otro paradigma alternativo que sea consciente de las limitaciones inevitables de la representación cuantitativa de estos sistemas. Estas limitaciones nacen del razonamiento de entender este sistema socioecológico como un sistema complejo organizado a través de distintas escalas y niveles. Desde esta perspectiva, el sistema socioeconómico y el sistema ecológico se pueden observar solamente mediante distintas escalas y niveles. Precisamente, las dinámicas de estas interacciones ocasionan que cualquier actividad que suceda en una repercutirá en la otra y viceversa, dando así un marco de análisis para la sostenibilidad. A partir de estas limitaciones, el Análisis Integrado Multi-Escala del Metabolismo de la Sociedad y el Ecosistema (MuSIASEM, por sus siglas en inglés) introduce el concepto de gramática como medio para superar el desafío epistemológico de representar los sistemas complejos. Entendiéndose este concepto como un conjunto de relaciones que se establecen entre categorías semánticas y categorías formales, previamente definidas, con la finalidad de obtener una representación capaz de ser operacionalizada en términos cuantitativos a través de diferente escalas y dimensiones. De este modo, la gramática se propone como un instrumento de análisis capaz de evaluar la sostenibilidad del sistema socioecológico sin caer en una excesiva simplificación de un reduccionismo cuantitativo. Un aspecto fundamental de la sostenibilidad de cualquier sociedad es la adecuada satisfacción de sus necesidades básicas, como por ejemplo la alimentación. En este sentido, a pesar de que el Planeta produce la suficiente cantidad de alimentos para todos, existen alrededor de 805 millones de personas que padecen hambre y un tercio de esta producción se pierde o se desperdicia. Asimismo, se espera que en el futuro estas condiciones empeoren a consecuencia de la dependencia de los insumos tecnológicos utilizados en la producción de alimentos, el cambio de la dieta de la población (con un mayor consumo de productos de origen animal), el agotamiento de los recursos biofísicos y el cambio climático. Ante esta trágica realidad, las instituciones y las autoridades que toman las decisiones han remarcado la imperiosa necesidad de plantear estrategias dirigidas hacia la seguridad alimentaria. Pero ello amerita disponer de un panorama general que incluya la visión interna de su metabolismo - lo que la sociedad consume- y la visión externa de su metabolismo - de dónde proviene y cómo se produce lo que se consume. Sólo así se podrá tener un conocimiento holístico para discutir y plantear este tipo de estrategias. Por lo tanto, en esta tesis se prueba la utilidad de la gramática del MuSIASEM como instrumento de representación del sistema socioecológico, capaz de identificar las vulnerabilidades de los sistemas alimentarios de las sociedades. Así como también, su potencial como generador de información -basado en la integración coherente de las diferentes variables demográficas, económicas y biofísicas- para la toma de decisiones. Esta utilidad y este potencial queda demostrado en los tres casos de estudio presentados: las Islas Mauricio, el Archipiélago de Galápagos y el Ecuador como país. / In modern times, science is facing the challenge of how to represent the interaction between socio-economic systems and ecological systems, which together can be regarded as socio-ecological systems, in order to quantitatively analyze their sustainability. To face this challenge it is necessary to break the traditional reductionist approaches of science, to build an alternative paradigm that is aware of the unavoidable limitations in quantitative representations of these systems. These limitations arise from the lack of understanding that socio-ecological systems are complex systems organized across different levels of organization. From this perspective, socio-economic system and ecological systems can only be observed across different scales and dimensions. Indeed, the dynamics of these interactions cause any activity that happens in one to affect the other and vice versa, thus providing an analytical framework for sustainability. From an acknowledgment of these limitations, the Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM) introduces the concept of grammar as a means to overcome the epistemological challenge of representing complex systems. A grammar is defined as a set of relations established between semantic categories, previously defined, and formal categories in order to obtain a representation able to be operationalized in quantitative terms across different scales and dimensions. Thus, grammar is proposed as an analytical tool capable of assessing the sustainability of the socio-ecological system without falling in the risk of an excessive simplification of quantitative reductionism. A key aspect of the sustainability of any society is the proper fulfillment of basic needs such as food. In this regard, although the planet produces enough food for all, there are about 805 million people suffering from hunger and a third of production is lost or wasted. It is also expected that in the future these conditions will worsen as a result of reliance on technological inputs used in food production, changes in the diet of the population (with more animal products), biophysical resource depletion and climate change. Faced with this tragic reality, institutions and decision-making authorities have stressed the urgent need to devise strategies aimed at food security. There is a need to have an overview, which includes what society consumes; the inner vision of the metabolism, and where food comes from, how it is produced and what is consumed; the external view of the metabolism. Only then, can you have a holistic knowledge to discuss and improve strategies aimed at food security. In this thesis I tested the utility of the grammar renderer MuSIASEM as socio-ecological instrument, able to identify vulnerabilities in the food systems of societies and its potential as a source of information -based on the coherent integration of demographic, economic and biophysical variables- for decision-making. Three case studies - Mauritius, the Galapagos Islands and Ecuador as a whole – were used for such a test.

L’exposició als contaminants atmosfèrics s’ha relacionat amb efectes negatius a la salut i els infants constitueixen un subgrup de la població particularment vulnerable. Es determinà la qualitat de l’aire a l’interior i exterior de 39 escoles de Barcelona i Sant Cugat del Vallès. El mateixos contaminants mesurats a les escoles també es monitoritzaren a una estació de fons urbà a Barcelona (UB-PR). Les concentracions de carboni negre equivalent (EBC), NO2 i partícules ultrafines (UFP) mostraren un gradient ascendent cap al centre de la ciutat, seguint el patró de densitat de trànsit rodat. En canvi, l’impacte de fonts locals de les escoles van impedir que el material particulat amb diàmetre aerodinàmic inferior a 2.5 µm (PM2.5) pugui ser considerat un bon indicador d’emissions de trànsit. Les concentracions mesurades al pati van ser 1.6 vegades més altes que les de la classe per al NO2 i 1.5 vegades per a les UFP, mentre que les d’EBC foren similar als dos ambients. Contràriament, el PM2.5 va tenir concentracions 1.6 vegades més altes a l’interior perquè el carboni orgànic (OC; component que més va contribuir al PM2.5 interior), el Ca i el Sr van ser generats principalment a l’interior. El NO2 va mostrar una infiltració similar durant l’estació càlida i freda, independentment de l’obertura de finestres. Correlacions entre les concentracions interiors i exteriors mostraren R2 i factors d’infiltració (Finf) baixos per les UPF degut a la presència de fonts interiors d’aquestes partícules (els interceptes eren alts). No obstant, els nivells a l’interior també es troben influenciats pels exteriors. Una anàlisi de contribució de fonts mitjançant un model de Positive Matrix Factorisation (PMF) va permetre identificar vuit factors (mineral, trànsit, pols de carretera, sulfat secundari i orgànics, nitrat secundari, aerosol marí, combustió de fuel-oil, metal·lúrgia) corresponents a fonts de PM2.5 conegudes de l’àrea d’estudi, més un novè factor observat per primera vegada. Aquest va ser anomenat orgànic/tèxtil/guix i caracteritzat per OC (fibres de cotó, cèl·lules de la pell, etc.), Ca i Sr (del guix de les pissarres). El factor mineral va ser especialment dependent del tipus de pati (de sorra o pavimentat). Les contribucions a UB-PR van ser molt més baixes, indicant un origen local de les escoles. Per tant, les fonts mineral i orgànic/tèxtil/guix van ser les responsables de que les concentracions de PM2.5 fossin molt altes a les aules (37 µg·m-3) i de que als patis (29 µg·m-3) fossin quasi el doble de les de UB-PR (17 µg·m-3). Les contribucions de les emissions de trànsit van ser similars als tres ambients estudiats: aules (4.8 µg·m-3), patis (5.5 µg·m-3) i UB-PR (4.1 µg·m-3). L’EBC presentà un dels majors Finf, amb el 92% de la concentració interior provinent de l’exterior durant l’estació càlida i el 75% durant la freda. Aquests resultats ressalten la necessitat d’allunyar les escoels de carrers amb molt de trànsit. Les mesures personals d’EBC de 45 alumnes mostraren concentracions més altes d’EBC en comparació a les de l’escola i l’UB-PR, degut a pics de concentració que van tenir lloc principalment durant els desplaçament. L’exposició pot ser molt diferent inclús entre alumnes de la mateixa escola, i aquesta variabilitat no es té en compte només amb estacions fixes. Els alumnes passaren el 6% del seu temps fent desplaçaments en els que reberen el 20% de la seva dosi integrada diària d’EBC. Els ambients interiors (escola i casa) van ser responsables del 56% (21%+35%) de la dosi d’EBC. Aquesta tesi aporta una anàlisis en profunditat de la qualitat de l’aire a les escoles i de l’exposició i dosi dels infants i pot ser molt valuosa per als responsables polítics i planificadors urbans. / Exposure to air pollutants has been widely linked to negative health effects. Children are particularly vulnerable since they have higher ventilation rates and levels of physical activity and, therefore, they receive higher doses of air pollutants than adults. In the framework of BREATHE Project, a sampling campaign in the indoor and outdoor environments of 39 schools in Barcelona and Sant Cugat del Vallès was carried out to characterise air quality in schools. The same pollutants were also monitored in an urban background station in Barcelona (UB-PR). The results evidence that concentrations of equivalent black carbon (EBC), NO2 and ultrafine particles (UFP) in schools showed an increasing gradient towards the city centre, following the traffic density in the city. However, the impact of local school sources prevent the particulate matter with an aerodynamic diameter<2.5 µm (PM2.5) from being a good indicator of traffic emissions in schools. Concentrations in the playgrounds were 1.6 times higher than indoors for NO2 and 1.5 times higher for UFP, while EBC concentrations were similar in both environments. On the contrary, PM2.5 had 1.6 times higher concentration indoors because organic carbon (OC; the most important contributor to indoor PM2.5), Ca, and Sr were mainly generated indoors. NO2 showed a similar infiltration degree in the warm and cold seasons, thus independently of the windows opening or closing. Indoor-to-outdoor correlations showed low R2 and infiltration factors (Finf) for UFP because of indoor particle sources (the intercepts were high). However, indoor levels of UFP were still influenced by those outdoors. A source apportionment analysis by Positive Matrix Factorization (PMF) allowed the identification of eight factors or sources (mineral, traffic, road dust, secondary sulphate and organics, secondary nitrate, sea spray, heavy oil combustion, metallurgy) which corresponded to well-known sources of PM in the study area, plus a ninth factor which was observed for the first time. This factor was named organic/textile/chalk and characterised by OC (from cotton fibres, skin flakes, etc.), Ca and Sr (from blackboard chalk). The mineral factor was especially dependant on the type of playground (sandy or paved). Much lower mineral contributions were found in UB-PR than in schools, also indicating that this is a mainly local source. Mineral and organic/textile/chalk sources were responsible for the very high concentrations in the indoor environment (37 µg·m-3) and for almost doubling concentrations in playgrounds (29 µg·m-3) than in UB-PR (17 µg·m-3). Contributions from traffic emissions were quite similar at the three studied environments: classrooms (4.8 µg·m-3), playgrounds (5.5 µg·m-3) and UB-PR (4.1 µg·m-3). EBC showed one of the highest Finf, with the 92% of indoor EBC coming from the outside during the warm season and 75% during the cold one. These results point out the necessity to locate future schools far away from trafficked streets. Simultaneously to school measurements, EBC personal measurements of 45 children were carried out. The EBC concentrations were higher in personal measurements than in schools owing to peak concentration events that took place mainly during commuting time. Children spent 6% of their time on commuting but received 20% of their daily EBC dose, due to co-occurrence with road traffic rush hours and the proximity to the source. Exposure could be significantly different, even between children attending the same school, and this variability could not be taken into account only with the fixed stations. Children received 37% of their daily-integrated EBC dose at school. Indoor environments (classroom and home) were responsible for the 56% EBC dose. This thesis provides an in-depth analysis of air quality in schools and children’s exposure and dose. The results obtained are thought to be valuable for policy makers and urban planners.

Tant a nivell acadèmic com a les indústries energètiques involucrades en la captura i emmagatzematge geològic de CO2 (CCS) actualment s’està discutint l’impacte sobre el medi ambient de potencials fuites a conseqüència de la injecció d’aquest cas en aqüífers profunds. Els efectes de la interacció aigua-gas-roca durant la injecció, emmagatzematge i fuita estan encara en el camp del debat científic. Els estudis duts a terme en sistemes natures poden proporcionar una informació molt valuosa sobre els processos físico-químics que tenen lloc en profunditat. Un dels aspectes més preocupants pel que fa a l’anàlisi de risc en el CCS és el potencial impacte en els recursos hídrics degut a fuites de gas, especialment sobre aqüífers somers. La investigació sobre els efectes del CO2 dissolt en la mobilitat de metalls en aquests aqüífers ha estat focalitzada en la solubilitat del Fe(III), i els assajos experimentals en laboratori permeten explicar les observacions fetes a la natura on concentracions molt altes de Fe han estat detectades en solucions oxidants i de pH neutre. El principal objectiu de la recerca en aquesta tesi doctoral és l’estudi de la capacitat dels aqüífers per alliberar metalls i metal·loides a partir de reaccions amb fluids rics amb CO2 i analitzar la seva persistència com a fases solubles. Aquesta recerca ha estat dividida en tres parts diferents. La primera part és una revisió dels mecanismes que permeten la mobilitat dels metalls en fluids amb concentracions elevades de CO2 dissolt i amb pH pròxims a la neutralitat. Des de 1990, la comunitat científica ha postulat que l’increment de la concentració d’aquest gas en l’aigua dels oceans afectaria la mobilitat de metalls traça, i des de llavors, un nombre important d’experiments de laboratori han estat dissenyats per tal de determinar la influència d’aquest increment sobre metalls com ara Fe(II), Fe(III) i U(VI). En el present treball, alguns d’aquests experiments duts a terme i publicats en la literatura científica han estat seleccionats, revisats i comparats amb dades procedents de sistemes naturals. Aquests sistemes naturals, sovint anomenats anàlegs naturals, proporciones de fet una informació molt rellevant sobre la interacció gas-aigua-roca i el conseqüent alliberament de metalls des de la roca cap a l’aigua de l’aqüífer. Així, per tal de complementar aquesta revisió bibliogràfica, s’ha estudiat en detall un rierol de la comarca de La Selva (Girona), anomenat Font Groga com a anàleg natural de transport de metalls en aigües amb alts continguts de CO2 dissolt. L’objectiu d’aquest estudi ha estat entendre el canvi en la solubilitat del ferro com a conseqüència de la desgasificació del CO2. La desgasificació comporta canvis en el pH de l’aigua que, en el seu torn, controla l’especiació aquosa de molts del metalls en solució. El mostreig dut a terme a la Font Groga consta de 8 estacions de mostreig dividides equidistantment des del punt d’emissió fins al final del rierol, considerant cada un d’aquests punts de mostreig com equilibris aigua-roca aïllats. Per a cada punt de mostreig s’ha analitzat la concentració d’anions, cations, metalls traça, CO2 “lliure” i gasos dissolts. La química de l’aigua ha estat interpretada i modelada amb l’ajuda del codi PHREEQC. Els resultats indiquen que a mida que la concentració del gas decreix degut a la desgasificació, el pH s’incrementa. En el rierol, el impacte de la desgasificació s’evidencia per la precipitació de ferrihidrita, i, després, de calcita aigües avall. A més, la concentració de Fe correlaciona positivament amb la pressió de CO2 mesurada, indicant un fort lligam entre els dos paràmetres. L’anàlisi termodinàmica indica que la dissolució de CO2 permet la solubilització del Fe(III) mitjançant la formació de complexes aquosos carbonatats. L’impacte d’aquests complexes, especialment FeOHCO3, és l’increment de la solubilitat del Fe(III) d’uns tres ordres de magnitud. Aquest impacte és ben evident observant l’índex de saturació de la ferrihidrita calculat considerant o no la formació d’aquests complexes. La desgasificació del CO2 a mida que el rierol avança implica la desestabilització d’aquests complexes i el ferro re-precipita en forma de partícules col·loïdals de ferrihidrita i per aquest motiu el sediment del rierol presenta una característica coloració vermellosa. A més del ferro, l’increment de la solubilitat d’altres metalls per la formació de complexes ha estat estudiat al detall i reportat en la literatura, principalment en el cas de l’urani. Altres metalls, com ara Hg(II), Pb(II), Zn(II), Ce(III) i Ce(IV), l’increment de pCO2 implica l’estabilització de les seves fases sòlides carbonatades o hidroxicarbonatades, ja que són més estables que els complexos carbonatats aquosos. Finalment, en el cas del Cr(III), no s’ha observat cap efecte ja que no es coneixen complexes carbonatats per aquest metall. La segona part de la tesi tracta de la solubilització i transport de metalls com a conseqüència de la intrusió de fluxos de CO2 en aqüífers somers. Aquest és un aspecte molt rellevant en l’anàlisi de risc del CCS, en especial en la persistència de plomalls amb concentracions elevades de metall ja que pot posar en risc la qualitat de recursos hídrics. Aquest treball ha estat desenvolupat a la regió de Campo de Calatrava, a la província de Ciudad Real, que constitueix un antic camp volcànic on fluxos de CO2 des del mantell terrestre interaccionen amb aqüífers poc profunds, resultant en una important solubilització de metalls des de la roca encaixant dels aqüífers. En aquesta zona s’han seleccionat 12 estacions de mostreig de gas i aigua, 10 de les quals eren “bullidors” (basses on el CO2 fa borbollejar l’aigua) i dues eren guèisers freds ocorreguts ocasionalment durant canvis en la pressió de gas en l’aqüífer i canalitzats en pous d’extracció d’aigua. Les aigües estudiades estan característicament molt enriquides amb metalls comparades amb els aqüífers que no han interaccionat amb CO2. En tots els casos, el ferro és el metall de transició més abundant (fins a 6.08×10-4 mol·L-1). A més, concentracions altes de Mn (fins a 8.01×10-5 mol·L-1), Zn (fins a 1.46×10-6 mol·L-1), Ni (fins a 1.19×10-6 mol·L-1), Co (fins a 7.1×10-7 mol·L-1), Cu (fins a 3.3×10-7 mol·L-1) i As (fins a 1.4×10-7 mol·L-1) han estat observades. El rang de pH és molt proper a 6 i l’Eh és força oxidant. La composició del gas revela que els fluxos són gairebé de CO2 pur, i no s’han detectat concentracions analíticament significatives de CH4 and H2S. Els càlculs termodinàmics indiquen que la formació de complexos aquosos carbonatats de Fe(III), principalment FeCO3OH, com a conseqüència de la interacció del gas amb l’aqüífer, causa la dissolució de partícules de hidròxids de ferro (ferrihidrita) presents en la roca alliberant ferro i tots els metalls traça adsorbits en la seva superfície. En conseqüència, ni l’acidificació, ni la presència de impureses de gasos reductors en el flux de gas, ni la formació de condicions reductores, poden ser considerades com els principals causants del desenvolupament de plomalls de metalls en els aqüífers afectats. La persistència d’aquests plomall amb concentracions altes de metalls, molt important en l’anàlisi de risc del CCS, es preveu que sigui llarga ja que la ferrihidrita és la fase sòlida que limita la solubilitat no només del ferro sinó d’aquells altres metalls dels que s’ha observat un increment en la seva concentració. L’efecte de la formació de complexes aquosos carbonatats resulta poc rellevant en metalls com ara el Mn, Zn, Cu, Co, Ni, i excepte pel Mn, les concentracions mesurades a la zona del Campo de Calatrava es troben lluny de la saturació de les seves corresponents fases sòlides carbonatades. La darrera part de la tesi té per objectiu l’avaluació del potencial ús dels metalls com a eina de detecció precoç de fuites de gas de baixa intensitat en projectes d’emmagatzematge geològic. Els anomenats DGT (Diffusive gradients in thin films) han estat provats en algunes de les déus d’aigua amb CO2 per tal de determinar la seva eficiència com a detectors de canvis en la concentració d’aquest gas. Aquests films són capaços d’absorbir i registrar canvis en la concentració de metalls en aigües, sediments i sòls. Considerant que la dissolució de CO2 incentiva la solubilització i el transport de metalls, el seu ús pot resultar en una eficient metodologia de control de fuites. En aquest treball, un conjunt de DGT han estat instal·lats en déus seleccionades a la regió del Campo de Calatrava, que presenten concentracions molt altes de metalls. Els resultats indiquen que, comparant la concentració de cada metall en els DGT amb la corresponent concentració en l’aigua, es poden distingir dos comportaments diferents. En el primer cas, s’observa una sorció lineal mentre que el segon no és lineal registrant en alguns casos un enriquiment de metall en el DGT comparat amb l’aigua. En el primer grup s’inclouen el Fe, Mn, Co, Ni, i l’U, mentre que en el segon hi trobem el Zn, Pb, Cr, Cu, i l’Al. Les conclusions d’aquest estudi permeten afirmar que els metalls en el primer grup poden ser utilitzats per monitoritzar fuites de CO2 mitjançant els DGT, proporcionant una detecció efectiva fins i tot considerant variacions petites en la seva concentració, a un cost relativament reduït en comparació a altres mètodes com ara el mostreig periòdic d’aigües. / Researchers and energy companies involved in CO2 capture and storage (CCS) are presently discussing the impact on the environment of potential leakage after the injection of CO2 in deep aquifers. The effects of gas-water-rock interaction occurring during the injection, storage and leakage are still under debate. Studies based on natural systems can provide valuable information on physical and geochemical processes occurring underground. One of the most concerning aspects of the risk assessment of CCS is the potential impact on water resources in case of leakage, especially on shallow aquifers. The research on the effects of dissolved CO2 on the mobility of some metals in aquifers has been mainly focused on Fe(III) solubility, and experimental results match observations in naturals systems, where high Fe concentration can be found under oxic, circum-neutral solutions. The main research objective of this Ph.D. project is the study of the capacity of aquifers to supply metals and metalloids from reactions with CO2-bearing fluids, and their persistence in solution in the impacted aquifers. The research has been divided into three different parts. The first part is a review of the variety of mechanisms for metal mobilization and transport in fluids characterized by a high amount of dissolved CO2 and by circum-neutral pH. Since 1990, it is postulated that increased CO2 concentrations in seawater would affect trace element mobility, and a large number of laboratory experiments have been performed in order to determine the influence of increased CO2 concentrations in the mobility of a number of key trace metals, including Fe(II), Fe(III) and U(VI). In this work, a number of these laboratory experiments from literature have been selected, revisited and compared with data from some natural systems. Natural analogues, in fact, provide valuable information on the gas-water-rock interaction and subsequent metal release and transport. In addition, to complement literature data, a detailed systematic sampling along a stream in North Spain, called Font Groga, was performed from the source point to the end. The aim of this sampling was to understand the change on the dissolved metal load as a consequence of a steady degassing state. The degassing leads to changes in the water pH-Eh state that control the chemical speciation of most elements in solution. The sampling was carried out dividing the stream into a number of equidistant sampling points starting from the spring and then considering each point as a separated system in equilibrium with a given CO2 pressure. From each sampling site, the concentrations of anions, cations, trace metals, ”free” CO2 and dissolved gaseous species in aqueous phase were determined. Water chemistry was interpreted by using the equilibrium chemical-speciation/mass transfer model PHREEQC-3. The results show that as the gas concentration decreases, as a consequence of the degasification, the pH increases. In the field, the impact of degassing is well evidenced by the precipitation of ferrihydrite and, later, calcite throughout the course stream. Also, the concentration of Fe is positively correlated with pCO2, indicating a strong link between both parameters. The thermodynamic analysis indicate that the dissolved CO2 allows the solubilisation of Fe(III) by the forming aqueous Fe(III) carbonate complexes. The impact of these complexes, especially FeOHCO3, is the increase of the solubility of Fe(III) by three orders of magnitude. Such an impact is very well illustrated by looking at the ferrihydrite saturation index (SI) with or without considering the formation of the aqueous Fe-carbonate complexes. CO2 degassing makes these complexes unstable and iron is back in to solid phase by precipitating colloidal particles of ferrihydrite. From experiments in literature, the enhanced solubility of iron and other metals such as U in CO2-bearing fluids has also been confirmed looking at the available thermodynamic data due to the formation of aqueous carbonate complexes. Other metals (e.g., Hg(II), Pb(II), Zn(II), Ce(III) and Ce(IV)) the increased pCO2 has a positive effect in terms of stabilising their carbonate or hydroxocarbonato solid phases. This is the result of the formation of carbonate containing solid phases, which are more stable than the aqueous carbonate complexes. In the case of Cr(III) the increased pCO2 has no effect, as no Cr(III) carbonate complexes have been reported in the literature. The second part of the Ph.D. project deals with the release and transport of metals as a result of the intrusion of CO2 flows into shallow aquifers. This is an important aspect in the risk assessment associated with CO2 sequestration, and the understanding of the persistence of metal plumes is a very concerning aspect. This work has been carried out in the Campo de Calatrava region, an old volcanic field in central Spain, where CO2 flows from mantle interact with shallow aquifers resulting in remarkable metal release. 12 sampling stations have been selected for gas and water analysis, 10 as bubbling pools and 2 as episodic “cold” geysers. These samples are characteristically much enriched in trace metals compared to CO2-free aquifers, being Fe the most abundant, (up to 6.08×10-4 mol·L-1). Also, high concentrations of Mn (up 8.01×10-5 mol·L-1), Zn (up to 1.46×10-6 mol·L-1), Ni (up to 1.19×10-6 mol·L-1), Co (up to 7.1×10-7 mol·L-1), Cu (up to 3.3×10-7 mol·L-1) and As (up to 1.4×10-7 mol·L-1). pH range is very close to 6 and Eh is quite oxidising. Gas composition is almost pure CO2, with no detectable amounts of CH4 and H2S. Thermodynamic calculations reveal that the formation of aqueous Fe(III) carbonate complexes, mainly FeCO3OH, as a result of the CO2-shallow aquifer interaction causes the dissolution of native Fe(OH)3 releasing iron and all trace metals sorbed onto its charged surface. Then, neither acidification, “reducing” gas impurities, nor low Eh environments (i.e., making Fe(II) as predominant iron form) can be considered as the main drivers for the development of the metal plumes associated to gas inflows into shallow aquifers. The persistence of these metal plumes, which is crucial in the risk assessment studies of CO2 underground storage, is predicted to be potentially long since Fe(OH)3 is the solubility-limiting phase not only for Fe but also for the other metals with an observed increase in concentration. The effect of the formation of aqueous metal carbonate is not as relevant in metals like Mn, Zn, Cu, Co, Ni, and except for Mn, the measured concentration in samples from the Campo de Calatrava are far from the saturation in solid carbonates. The last part of the thesis is aimed to assess the potential use of metals as an early detection tool of low-intensity leakage from CO2 storage. Diffusive gradients in thin films (DGT) have been tested in some CO2-rich, metal-bearing fluids to assess their applicability as a monitoring tool in onshore CO2 storage projects. These films are capable of adsorbing metals and recording changes in their concentration in water, sediments, and soils. Considering that CO2 dissolution promotes metal solubilization and transport, the use of these films could be valuable as a monitoring tool of early leakage. A number of DGT have been deployed in selected springs with constant metal concentration in the Campo de Calatrava region. The studied waters show high concentrations of Fe, as high as 1 × 104 μg·L–1, Ni, Co, Zn, Cu, and Mn. Comparing re-calculated metal concentration in DGT with metal water concentration, two different metal behaviours are observed: (i) metals with sorption consistent with the metal concentration (i.e. plotting close to the 1:1 line in a [Me]DGT: [Me]water plot), and (ii) metals with non–linear sorption, with some data showing metal enrichment in DGT compared with the concentration in water. Metals in the first group include Fe, Mn, Co, Ni, and U, and metals in the second group are Zn, Pb, Cr, Cu, and Al. From this research, it is concluded that the metals in the first group can be used to monitor potential leakage by using DGT, providing effective leakage detection even considering low variations of concentrations, episodic metal release, and reducing costs compared with conventional, periodic water sampling.

El aprovechamiento de agua de lluvia, a pesar de ser una antigua técnica para recoger escorrentía para uso doméstico, agricultura y gestión ambiental, no tiene una amplia aplicación. Potencialmente, los sistemas de aprovechamiento de agua de lluvia (RWH) pueden jugar un papel clave en el abastecimiento de la demanda de agua urbana como una alternativa a las tecnologías convencionales de tratamiento de agua como son la desalinización y otras tecnologías costosas Esta tesis doctoral pretende encontrar las configuraciones de RWH más eficientes, primero cuantificando el consumo de recursos e impactos ambientales asociados con RWH en áreas urbanas, y, después, estudiando las diferentes configuraciones para abastecimiento doméstico considerando condiciones climáticas mediterráneas y desérticas. La investigación está motivada por el incremento en la necesidad de encontrar medidas correctoras y preventivas que ayuden a gestionar los problemas de abastecimiento de agua, especialmente considerando los efectos del cambio climático en el área mediterránea y los del abastecimiento de agua en las zonas áridas. En línea con este planteamiento, la hipótesis se basa en el hecho de que el agua pluvial es agua blanda y, por lo tanto, requiere menos detergente y aditivos suavizantes. De ahí que represente un sustituto ventajoso para el agua utilizada en lavandería, especialmente en lugares donde el agua de grifo presenta altos niveles de dureza, así como cuando la disponibilidad de agua es limitada. Para analizar las diferentes configuraciones de RWH, se aplicaron las siguientes metodologías: análisis de exergía y análisis de eficiencia exergética para determinar el consumo de recursos y eficiencia; análisis de ciclo de vida (LCA) para identificar los impactos ambientales; análisis de coste de ciclo de vida (LCC) para encontrar la viabilidad económica, y análisis envolvente de datos (DEA) para identificar la frontera de mejores-prácticas hacia la sostenibilidad. En general, los resultados evidencian que configuraciones en clúster son más eficientes en el uso de recursos que las individuales, en términos exergéticos y económicos. Se encontró que los impactos ambientales son inversamente proporcionales al incremento en el abastecimiento de agua de lluvia. Los escenarios de mejores prácticas son mayoritariamente dependientes al área de recogida. Asimismo, los ahorros en el consumo de aditivos de lavandería resultan en una mejor conducta ambiental y económica en zonas con alta dureza en agua de grifo. / Rainwater harvesting, though is an ancient technique to collect run-off rainwater for domestic water supply, agriculture and environmental management, it is not widely applied. Rainwater harvesting (RWH) systems could potentially play a key role in helping cities meet their water demand, as an alternative to conventional water treatment technologies such as desalination and other costly technologies. This doctoral thesis aims to find the most efficient configuration of RWH, first by quantifying the resource consumption and environmental impacts associated to RWH in urban areas and then studying different configurations for domestic water supply considering Mediterranean and desert climate conditions. The query is motivated by the increasing necessity to find preventive and corrective measures that help cope with water supply problems, especially considering climate change effects in the Mediterranean area and water supply problems in arid areas. Along with this, the hypothesis is based on the fact that rainwater is soft water, thus, requires less detergent and softener additives. Therefore, it represents an advantageous substitute for water used for laundry, especially where tap water presents high levels of water hardness and also whenever water availability is limited. To analyze the different RWH configurations, the following methodologies were applied: exergy analysis and exergetic efficiency analysis to find resource consumption and efficiency; life cycle assessment (LCA) to identify environmental impacts; life cycle costing (LCC) to find economic feasibility and; data envelopment analysis (DEA) to identify best-practice frontier towards sustainability. The results evidence that generally cluster configurations are more resource efficient than those in individual configurations, in exergetic and economic aspects. Environmental impacts were found to be inversely proportional to the increase in rainwater supply. Best-practice scenarios were found mostly dependent on the area of rainwater collection. Furthermore, savings from laundry additive consumption result in much improved economic and environmental performances in areas with hard tap water.

Aquest projecte de Tesi té per objectiu estudiar els antecedents del comportament de viatge diari a fi d’informar el disseny de polítiques. Es compon de dues parts, una teòrica i una altra empírica. La primera part estudia els desplaçaments sostenibles a la feina, n’avalua els factors fonamentals, i examina el paper de la racionalitat limitada en el comportament de viatge. El coneixement adquirit s'aplica després a Barcelona (segona part). Tots els estudis inclosos en la Tesi se centren en l'alleujament de la pressió ambiental que exerceix el transport mitjançant polítiques eficaces i equitatives. Per aquest motiu, es posa un especial èmfasi en l'elecció del mode de transport. La primera part de la investigació desenvolupa un marc conceptual que inclou set factors de les emissions de GEH que operen a través de l’afectació de les variacions en les distàncies de viatge i l'elecció modal (estudi 1). El marc va ser aplicat a la Regió Metropolitana de Barcelona (RMB). Els resultats indicaren que els aspectes conductuals dels viatgers no són prou reconeguts, el que significa que no són prou efectives les intervencions polítiques tradicionals destinades a alleujar la pressió ambiental (per exemple, la planificació física i la provisió d'infraestructura, els estàndards de contaminació, els mecanismes de fixació de preus i la provisió d'informació). Els viatgers estan sovint limitats per com la informació és comunicada (framing, emmarcament o enquadrament) i per processos cognitius propis (com ara hàbits, emocions i qüestions relacionades amb l’estatus). Per tal d’augmentar la seva eficàcia, les polítiques ambientals de transport han de tenir en compte, doncs, la racionalitat limitada i l'heterogeneïtat de les preferències dels viatgers (per exemple, les preferències temporals i socials). En un segon estudi, aquesta Tesi estudia precisament l'aplicació de la perspectiva conductual per la formulació de polítiques de transport més eficaces. En la segona part de la recerca, estudiem en detall la forma en què els hàbits influeixen en l'elecció del mode de transport (estudi 3). A partir d'una mostra representativa de viatgers de la RMB, es van identificar dos grups d'usuaris habituals dels vehicles privats (motos i cotxes), que necessiten de polítiques específiques per trencar els seus hàbits insostenibles i formar-ne altres de sostenibles. Un tercer grup de viatgers, l’anomenat Potential mode switchers, pot considerar-se un objectiu estratègic de les polítiques ambientals; es tracta principalment d’un grup d’usuaris d'automòbils, encara que familiaritzats amb el transport públic i que sovint s’informen sobre les alternatives modals. Finalment, en un quart estudi es va testar empíricament l'efecte relatiu de diversos antecedents de l’elecció i l'ús dels mitjans de transport (incloent-hi els hàbits) per als desplaçaments a la feina. Es va desenvolupar un model de comportament que integra el coneixement recollit en els estudis previs que conformen aquesta Tesi. El model dóna compte de la influència de les actituds (és a dir, les preferències formades de manera racional), els obstacles ―tant els percebuts pels individus com els reals (per exemple, els que fan referència a les característiques de la forma urbana)―, i els hàbits. Els resultats mostraren la gran capacitat predictiva dels hàbits, tant pel que fa a l'elecció del mitjà de transport (vehicle privat vs. transport públic), com pel que fa a la variació en el seu ús. En conclusió, aquesta Tesi posa en relleu la importància de les aproximacions conductuals en la identificació d’aquests altres antecedents del comportament de viatge (in)sostenible. Tenir-los en compte en dissenyar la política ambiental per al transport augmentaria l'eficàcia dels instruments tradicionals, alhora que proporcionaria formes alternatives de participació i motivació de les persones per tal que ens comportéssim de manera pro-ambiental. / This Thesis project aims to study the antecedents of daily travel behaviour in order to inform policy design. It consists of two parts, one theoretical and another more empirical. The first part studies sustainable commuting, assesses core factors and examines the role of bounded rationality in travel behaviour. In the second part these insights are then applied to Barcelona. All studies included within the Thesis focus on alleviating the pressure that transport exerts on the environment through effective and equitable policies. For this reason a special focus is put on travel mode choice. The first part of the research developed a framework involving seven factors of GHG emissions that operate through affecting variations in commuting distances and travel mode choice (study 1). The framework was applied to the Barcelona Metropolitan Region (BMR). The results indicated that behavioural aspects of travellers are insufficiently recognized, which has led to an insufficient effectiveness of traditional policy interventions aimed at alleviating environmental pressure (e.g. physical planning and infrastructure supply, pollution standards, pricing mechanisms and information provision). Travellers are often limited by information frames and cognitive processes (e.g. habits, emotions and concern about reputation or status). In order to be more effective, environmental-transport policies need to better account for the bounded rationality and heterogeneity of travellers’ preferences (e.g. time and social preferences). In the second study this Thesis investigates the application of insights from behavioural research to formulate more effective transport policies. In the second part of the research, we looked in more detail at the way habits play a role in travel mode choice (study 3). From a representative sample of travellers in the BMR we identified two groups of habitual private vehicle users (motorcycle and car), which need specific policies to break down their unsustainable habits and form more sustainable ones. A third group of travellers, namely Potential mode switchers, can be considered a strategic target of policies; they are mainly car users, though familiar with public transport making a regular use of travel information. Finally, in a fourth study the relative effect of several antecedents of travel mode choice and usage (including habits) for commuting journeys was empirically tested. A behavioural model was developed, which encompassed the insights collected throughout the previous studies forming this Thesis. It took into account the influence of attitudes (i.e. rationally formed preferences), constraints ―those perceived by the individual and actual constraints (e.g. based on urban form features)― and habits. Results showed the superior explanatory power of habits in predicting both travel mode choice (private vehicle vs. public transport) and the variation in its usage. In conclusion, the present Thesis highlighted the relevance of behavioural approaches in unfolding these other antecedents of (un)sustainable travel behaviour. Taking these approaches into account when designing environmental-transport policy would raise the effectiveness of traditional policy, while providing alternative ways to engage and motivate people to behave in an environmentally-friendly way.