Tesis Doctorals en Xarxa
Not a member yet
46997 research outputs found
Sort by
The role of urban biodiversity in green infrastructure multifunctionality and environmental justice
No full textA mesura que les àrees urbanes s'amplien, el contacte de la societat amb la natura es veu cada vegada més limitat als paisatges urbans, destacant la necessitat d'explorar les interaccions entre la biodiversitat urbana, la infraestructura verda urbana (IVU) i el benestar humà. La distribució espacial, accessibilitat i qualitat dels ecosistemes urbans són aspectes importants a considerar en avaluar aquestes interaccions. Reconèixer el paper fonamental de la biodiversitat en el suport de la IVU i la provisió de serveis ecosistèmics (SE) és clau. Això requereix un examen dels patrons espacials de la IVU i les característiques ecològiques que contribueixen a la producció de SE. Aquesta tesi examina la contribució de la biodiversitat urbana a la multifuncionalitat de la infraestructura verda des d'una perspectiva de justícia ambiental. La investigació es desenvolupa a través de tres capítols empírics independents, cadascun construint sobre els resultats de l'anterior i corresponent a un objectiu de recerca específic, utilitzant Vitoria-Gasteiz, la "Capital Verda Europea", com a estudi de cas, una ciutat de mida mitjana i la capital del País Basc. El Capítol II va avaluar la natura salvatge urbana i la qualitat de l'hàbitat de la IVU com a predictors de la biodiversitat adaptats als ecosistemes urbans. Per aconseguir-ho, adapto eines de modelatge espacial tradicionalment utilitzades en àrees amb mínima influència humana. Aquesta adaptació desafia la perspectiva tradicional que considera que els usos del sòl urbans són només fonts de amenaces per als paisatges no dominats per humans, enlloc de reconèixer el seu potencial com a fonts d'hàbitat. Els resultats de Vitoria-Gasteiz revelen nivells variables de qualitat relativa de l'hàbitat i natura salvatge, amb espais verds petits i fragmentats que no aconsegueixen donar suport efectivament a la biodiversitat urbana en comparació amb espais verds periurbans més grans i menys fragmentats. El Capítol III se centra en com els factors socioeconòmics i històrics donen forma als ecosistemes urbans i regulen la provisió de SE des d'una perspectiva de justícia ambiental distributiva. Utilitzant dades de teledetecció i censos, examino els efectes de luxe i llegat en la biodiversitat urbana, la cobertura vegetal i els SE, considerant efectes interactius entre variables sociodemogràfiques i biofísiques d'interès. Els resultats suggereixen que la biodiversitat urbana està impulsada principalment per factors socioeconòmics relacionats amb l'"estatut" social (és a dir, una alta educació), mentre que la cobertura vegetal i els SE reguladors estan influïts per llegats de gestió en interacció amb la densitat de població. Al Capítol IV, analitzo els patrons espacials de desajustos en l'oferta i demanda de regulació tèrmica de SE, considerant factors sociodemogràfics i de salut que impulsen desigualtats en l'exposició a la calor urbana com a risc ambiental. Això implica la integració de dades de teledetecció, salut i sociodemogràfiques amb eines d'intel·ligència artificial i sistemes d'informació geogràfica. Els resultats destaquen disparitats en la vulnerabilitat al calor, amb una major exposició observada entre comunitats desafavorides en contrast amb àrees més acomodades. Els tres capítols proporcionen coneixement sobre la qualitat ecològica dels espais urbans, la influència dels factors socioeconòmics en la natura urbana i el seu impacte cascada en el benestar humà, a través de disparitats en l'accés als SE. En conjunt, aquests tres estudis empírics ofereixen idees valuoses sobre la influència de factors socioeconòmics i de salut en la qualitat i distribució dels ecosistemes urbans, i el seu impacte cascada en el benestar humà i l'accés desigual als SE. Aquests descobriments contribueixen a una millor comprensió dels sistemes socioecològics urbans, proporcionant idees pràctiques per avançar en les agendes urbanes cap a un desenvolupament urbà equitatiu, tant a Vitoria-Gasteiz com més enllà.Conforme las áreas urbanas se expanden, el contacto de la sociedad con la naturaleza se ve cada vez más limitado a los paisajes urbanos, resaltando la necesidad de explorar las interacciones entre la biodiversidad urbana, la infraestructura verde urbana (IVU) y el bienestar humano. La distribución espacial, accesibilidad y calidad de los ecosistemas urbanos son aspectos importantes a considerar al evaluar estas interacciones. Reconocer el papel fundamental de la biodiversidad en el soporte de la IVU y la provisión servicios ecosistémicos (SE) es clave. Esto requiere un examen de los patrones espaciales de la IVU y las características ecológicas que contribuyen a la producción de SE. Esta tesis examina la contribución de la biodiversidad urbana a la multifuncionalidad de la infraestructura verde desde una perspectiva de justicia ambiental. La investigación se desarrolla a través de tres capítulos empíricos independientes, cada uno construyendo sobre los resultados del anterior y correspondiendo a un objetivo de investigación específico, utilizando Vitoria-Gasteiz, la "Capital Verde Europea", como estudio de caso, una ciudad de tamaño mediano y la capital del País Vasco. El Capítulo II evaluó la naturaleza silvestre urbana y la calidad del hábitat de la IVU como predictores de la biodiversidad adaptados a los ecosistemas urbanos. Para lograr esto, adapto herramientas de modelado espacial tradicionalmente utilizadas en áreas con mínima influencia humana. Esta adaptación desafía la perspectiva tradicional que considera que los usos del suelo urbanos son solo fuentes de amenazas para paisajes no dominados por humanos, en lugar de reconocer su potencial como fuentes de hábitat. Los resultados de Vitoria-Gasteiz revelan niveles variables de calidad relativa del hábitat y naturaleza silvestre, con espacios verdes pequeños y fragmentados que no logran apoyar efectivamente la biodiversidad urbana en comparación con espacios verdes periurbanos más grandes y menos fragmentados. El Capítulo III se centra en cómo factores socioeconómicos e históricos dan forma a los ecosistemas urbanos y regulan la provisión de SE desde una perspectiva de justicia ambiental distributiva. Utilizando datos de teledetección y censos, examino los efectos de lujo y legado en la biodiversidad urbana, la cobertura vegetal y los SE, considerando efectos interactivos entre variables sociodemográficas y biofísicas de interés. Los hallazgos sugieren que la biodiversidad urbana está impulsada principalmente por factores socioeconómicos relacionados con el "estatus" social (es decir, una alta educación), mientras que la cobertura vegetal y los SE reguladores están influenciados por legados de gestión en interacción con la densidad de población. En el Capítulo IV, analizo los patrones espaciales de desajustes en la oferta y demanda de regulación térmica de SE, considerando factores sociodemográficos y de salud que impulsan desigualdades en la exposición al calor urbano como riesgo ambiental. Esto implica la integración de datos de teledetección, salud y sociodemográficos con herramientas de inteligencia artificial y sistemas de información geográfica. Los resultados destacan disparidades en la vulnerabilidad al calor, con una mayor exposición observada entre comunidades desfavorecidas en contraste con áreas más acomodadas. Los tres capítulos proporcionan conocimiento sobre la calidad ecológica de los espacios urbanos, la influencia de los factores socioeconómicos en la naturaleza urbana y su impacto en cascada en el bienestar humano, a través de disparidades en el acceso a los SE. En conjunto, estos tres estudios empíricos ofrecen ideas valiosas sobre la influencia de factores socioeconómicos y de salud en la calidad y distribución de los ecosistemas urbanos, y su impacto cascada en el bienestar humano y el acceso desigual a los SE. Estos hallazgos contribuyen a una mejor comprensión de los sistemas socioecológicos urbanos, proporcionando ideas prácticas para avanzar en las agendas urbanas hacia un desarrollo urbano equitativo, tanto en Vitoria-Gasteiz como más allá.As urban areas expand, societal contact with nature is increasingly confined to cityscapes, highlighting the need to explore the interactions between urban biodiversity, urban green infrastructure (UGI), and human well-being. The spatial distribution, accessibility, and quality of urban ecosystems are important aspects to consider when assessing these interactions. For instance, the uneven distribution and accessibility to UGI may cause many urban dwellers to live in poor environmental conditions with direct impacts on their health. Recognising the critical role of biodiversity in supporting UGI and the provision of ecosystem services (ES) is key. This requires an examination of the UGI spatial patterns and ecological characteristics that contribute to the production of ES. This dissertation examines the contribution of urban biodiversity to the multifunctionality of green infrastructure from an environmental justice perspective. The research unfolds through three standalone empirical chapters, each building on the outcomes of the previous one and corresponding to a specific research objective, using the "European Green Capital" Vitoria-Gasteiz, a middle-sized city and the capital of the Basque Country, as a case study. Chapter II assessed the urban wildness and habitat quality of UGI as biodiversity predictors adapted to urban ecosystems. To achieve this, I adapt spatial modelling tools traditionally used in areas with minimal human influence. This adaptation challenges the traditional perspective that considers urban land uses solely sources of threats to non-human-dominated landscapes, rather than recognising their potential as habitat sources. Results from Vitoria-Gasteiz reveal varying levels of relative habitat quality and wildness, with small and fragmented green spaces failing to effectively support urban biodiversity compared with larger and less fragmented periurban green spaces. Chapter III focuses on how socioeconomic and historical factors shape urban ecosystems and regulate ES provision from a distributive environmental justice perspective. Using remote sensing and census data, I examine luxury and legacy effects on urban biodiversity, vegetation cover, and ES, considering interactive effects among sociodemographic and biophysical variables of interest. Findings suggest that urban biodiversity is primarily driven by socioeconomic factors related to social "status" (i.e. high education attainment), whereas vegetation cover and regulating ES are influenced by management legacies in interaction with population density. In Chapter IV, I analyse the spatial patterns of temperature regulation ES supply and demand mismatches, considering sociodemographic and health factors driving distributional inequalities in exposure to urban heat as an environmental hazard. The results highlight the existence of disparities in access to nature-based urban cooling and hence the level of heat vulnerability, with increased exposure observed in areas inhabited by disadvantaged communities in contrast to more affluent areas. Together, these three empirical studies provide valuable insights into the influence of socioeconomic and health factors on urban ecosystem quality and distribution, and their cascading impact on human well-being and inequitable access to ES. These findings contribute to a better understanding of urban socio-ecological systems, providing actionable insights for advancing urban agendas towards equitable urban development in both Vitoria-Gasteiz and beyond.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia Ambiental
Development of the Industrial Process to Manufacture a Highly Potent Active Pharmaceutical Ingredient
No full textComercialitzar nous medicaments és una inversió extremadament costosa i que requereix molt temps per a una empresa farmacèutica. L'optimització de la fabricació de medicaments s'ha tornat crítica per a l'èxit comercial d'aquests productes d'alt valor afegit. L'abast d'aquest projecte és el desenvolupament d'un procés de fabricació a escala comercial d'un API conegut per a la seva venda com a genèric.
Amb el pas dels anys, la indústria farmacèutica ha desenvolupat teràpies cada vegada més dirigides. Pel que fa les molècules petites, els principis actius farmacèutics (API) que mostren una selectivitat molt alta pel seu objectiu farmacològic i exhibeixen una activitat biològica en concentracions extremadament baixes, es coneixen com API d'alta potència (HPAPI).Comercializar nuevos medicamentos es una inversión extremadamente costosa y que requiere mucho tiempo para una empresa farmacéutica. La optimización de la fabricación de medicamentos se ha vuelto crítica para el éxito comercial de estos productos de alto valor añadido. El alcance de este proyecto es el desarrollo de un proceso de fabricación a escala comercial de un API conocido para su venta como genérico.
Con el paso de los años, la industria farmacéutica ha desarrollado terapias cada vez más dirigidas. En cuanto a las moléculas pequeñas, los principios activos farmacéuticos (API) que muestran una selectividad muy alta por su objetivo farmacológico y exhiben una actividad biológica en concentraciones extremadamente bajas, se conocen como API de alta potencia (HPAPI).Commercializing new drugs is an extremely costly and time-consuming investment for a pharmaceutical company. The optimization of drug manufacturing has become critical for the commercial success of these high added-value products. The scope of this project is the development of a manufacturing process to commercial scale of a well-known API to be sold as a generic.
With the pass of the years, the pharmaceutical industry has developed more and more targeted therapies. Regarding small molecules, the active pharmaceutical ingredients (APIs) that show a very highly selectivity for its pharmacological target and exhibit a biological activity at extremely low concentrations, are known as Highly Potent APIs (HPAPIs).Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Químic
Integrating Coastal Marine Zooarchaeology And Conservation Biology In Tropical South America
No full textEl canvi climàtic en ràpida evolució i les pressions antropogèniques han remodelat significativament el nostre entorn, i han requerit una comprensió integral dels seus impactes a mitjà i llarg termini. Aquesta comprensió és crucial per formular estratègies efectives per a la conservació i restauració del medi ambient. L'Ecologia Històrica, reconeguda i cada cop més utilitzada en la recerca acadèmica, ofereix una valuosa eina per a aquesta finalitat. Més enllà dels capítols introductoris (Capítol 1) i finals (Capítol 8), aquesta tesi inclou sis capítols diferents que utilitzen diferents enfocaments, com ara la revisió sistemàtica de la literatura, la zooarqueologia, la tafonomia i mètrica òssia, els isòtops estables i la paleoproteòmica. La investigació pretén investigar els vincles entre la pesca, la tecnologia i els esdeveniments històrics sobre els recursos aquàtics des dels períodes precolonials fins a la història al Brasil. Els capítols 2 i 3 van utilitzar revisions de la literatura sobre restes de fauna publicades per investigar els canvis a llarg termini i a gran escala en la diversitat de mamífers i peixos al sud del Brasil en l'època precolonial. En particular, el capítol 2 presenta el ZooarchBR, la primera base de dades de fauna arqueològica al Brasil, que mostra aplicacions potencials per a l'arqueologia i la ciència de la conservació, mentre que el capítol 3 examina les espècies de peixos ossis i cartilaginosos, explorant els canvis en la seva diversitat i trets funcionals al llarg del temps. El capítol 4 examina les composicions de les captures de peixos precolonials i els artefactes de pesca relacionats de jaciments arqueològics que abasten els últims 6.000 anys a la badia de Babitonga, un estuari important a la costa sud. El capítol 5 contribueix a omplir el buit de les dades zooarqueològiques dels períodes colonials i postcolonials al Brasil. Les troballes revelen el paper crucial dels peixos i dels mamífers terrestres autòctons en el consum domèstic i els mitjans de vida econòmics durant la colonització europea del sud del Brasil. El capítol 6 utilitza mètriques d'otòlits i anàlisi d'isòtops estables per comprendre els entorns explotats, els processos de pesca i l'ecologia de les espècies objectiu a les pesqueries precolonials (de subsistència) i històriques (de subsistència i comercials) a la badia de Babitonga. El capítol també explora els possibles canvis en la longitud total del cos, associats a les pressions humanes sobre les comunitats de peixos. Subratllant el paper fonamental dels processos històrics en la comprensió dels reptes ambientals contemporanis, en particular la sobrepesca, la desfaunació i els impactes antropogènics sobre les espècies i els hàbitats costaners, aquesta tesi subratlla la necessitat de perspectives històriques en els debats de conservació. A més, el capítol 7 presenta un fullet educatiu dissenyat per familiaritzar els lectors amb la zooarqueologia dins de la comunitat més àmplia. Aquest fullet posa l'accent en la importància de preservar els jaciments arqueològics i subratlla les seves contribucions potencials a les discussions en curs sobre la conservació del medi ambient.El cambio climático en rápida evolución y las presiones antropogénicas han remodelado significativamente nuestro entorno, requiriendo una comprensión integral de sus impactos a mediano y largo plazo. Esta comprensión es crucial para formular estrategias efectivas en conservación y restauración ambiental. La Ecología Histórica, reconocida y cada vez más utilizada en la investigación académica, ofrece una herramienta valiosa para este propósito. Más allá de los capítulos introductorio (Capítulo 1) y conclusivo (Capítulo 8), esta tesis abarca seis capítulos distintos que emplean diversos enfoques, como revisiones sistemáticas de literatura, zooarqueología, tafonomía ósea y métricas, isótopos estables y paleoproteómica. La investigación tiene como objetivo indagar sobre las relaciones entre la pesca, la tecnología y eventos históricos en recursos acuáticos desde períodos precoloniales hasta históricos en Brasil.Los capítulos 2 y 3 emplean revisiones de literatura sobre restos de fauna publicados para investigar cambios a largo plazo y a gran escala en la diversidad de mamíferos y peces en el sur de Brasil en tiempos precoloniales. En particular, el Capítulo 2 presenta ZooarchBR, la primera base de datos de fauna arqueológica en Brasil, mostrando aplicaciones potenciales para la arqueología y la ciencia de la conservación. El Capítulo 3 examina especies de peces óseos y cartilaginosos, explorando cambios en su diversidad y rasgos funcionales a lo largo del tiempo.El Capítulo 4 examina composiciones de capturas de peces precoloniales y artefactos de pesca relacionados en sitios arqueológicos que abarcan los últimos 6000 años en la Bahía de Babitonga, un importante estuario en la costa sur. El Capítulo 5 contribuye a llenar el vacío en datos zooarqueológicos de los períodos colonial y postcolonial en Brasil. Los hallazgos revelan el papel crucial de peces y mamíferos terrestres nativos en el consumo doméstico y los medios de vida económicos durante la colonización europea del sur de Brasil.El Capítulo 6 emplea métricas de otolitos y análisis de isótopos estables para comprender los ambientes explotados, los procesos de pesca y la ecología de las especies objetivo en las pesquerías precoloniales (subsistencia) e históricas (subsistencia y comerciales) en la Bahía de Babitonga. El capítulo también explora posibles cambios en la longitud corporal total, asociados con las presiones humanas sobre las comunidades de peces.Al enfatizar el papel crucial de los procesos históricos para comprender los desafíos ambientales contemporáneos, especialmente la sobrepesca, la desfaunación y los impactos antropogénicos en especies y hábitats costeros, esta tesis subraya la necesidad de perspectivas históricas en los debates sobre conservación. Además, el Capítulo 7 presenta un folleto educativo diseñado para familiarizar a los lectores con la Zooarqueología en la comunidad en general. Este folleto enfatiza la importancia de preservar los sitios arqueológicos y destaca sus posibles contribuciones a las discusiones en curso sobre la conservación ambiental.Rapidly evolving climate change and anthropogenic pressures have significantly reshaped our environment, requiring a comprehensive understanding of their medium- and long-term impacts. This understanding is crucial in formulating effective strategies for environmental conservation and restoration. Historical Ecology, recognized and increasingly used in academic research, offers a valuable tool for this purpose. Beyond the introductory (Chapter 1) and concluding (Chapter 8) chapters, this thesis encompasses six distinct chapters employing diverse approaches, including systematic literature review, zooarchaeology, bone taphonomy and metrics, stable isotopes and palaeoproteomics. The research aims to investigate links between fishing, technology and historical events on aquatic resources from pre-colonial to historical periods in Brazil. Chapters 2 and 3 used literature reviews on published fauna remains to investigate long-term and large-scale changes in mammal and fish diversity in southern Brazil in pre-colonial time. In particular, Chapter 2 introduces the ZooarchBR, the first database of archaeological fauna in Brazil, showcasing potential applications for archaeology and conservation science, while Chapter 3 examines bony and cartilaginous fish species, exploring changes in their diversity and functional traits over time. Chapter 4 examines pre-colonial fish catch compositions and related fishing artefacts from archaeological sites spanning the past 6000 years in Babitonga Bay, an important estuary on the south coast. Chapter 5 contributes to filling the gap in zooarchaeological data from colonial and post-colonial periods in Brazil. The findings reveal the crucial role of fish and native terrestrial mammals in household consumption and economic livelihoods during the European colonisation of southern Brazil. Chapter 6 employs otolith metrics and stable isotope analysis to comprehend the exploited environments, fishing processes and ecology of target species in pre-colonial (subsistence) and historical (subsistence and commercial) fisheries in Babitonga Bay. The chapter also explores potential changes in total body length, associated with human pressures on fish communities. Emphasising the pivotal role of historical processes in understanding contemporary environmental challenges, notably overfishing, defaunation, and anthropogenic impacts on coastal species and habitats, this thesis underscores the need for historical perspectives in conservation debates. In addition, Chapter 7 introduces an educational booklet designed to familiarise readers with Zooarchaeology within the broader community. This booklet emphasises the significance of preserving archaeological sites and underscores their potential contributions to ongoing discussions about environmental conservation.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia Ambiental
High-volume manufacturing of advanced composite parts: reducing waste and curing time while maintaining high performance
No full textHistorically, the manufacture of advanced composite parts has been characterised by low-volume production, but is increasingly moving towards mass production. This new scenario, where competitiveness is on the rise, requires more agile manufacturing of composite parts, which means shorter processes while maintaining the highest quality standards. At the same time, the industry is currently faced with the enormous challenge of minimising composite waste, while the high cost of raw materials threatens its economic stability if this issue is not properly addressed. An analysis of the relevant literature shows that there is no consensus on the definition of a systematic method of continuous improvement aimed at minimising composite waste in the manufacture of high-volume composite parts. Therefore, this thesis begins with the development and implementation of a systematic approach capable of minimising material waste and scrap rates while increasing process efficiency throughout the production of composite products. The Six Sigma DMAIC (Define, Measure, Analyse, Improve, Control) methodology has been used with the synergistic support of Value Stream Map (VSM) and Material Flow Analysis (MFA), both adapted to the specificities of composite manufacturing. After implementation on a real production line, the effectiveness of the proposed process is remarkable, as composite waste has been reduced by 21% in 22 weeks, reaching a waste rate below 25%, which is unprecedented in the industry. This has resulted in a cost saving of 18.5% while increasing the throughput of the process on the line by 15%.
Meanwhile, the industry is particularly interested in efficiently predicting the curing progress to reduce curing times. Most existing prediction methods can be accurate with certain thermal histories but usually limited to isothermal or constant heating rates. Furthermore, they are restricted to the applied temperature program, establishing then a particular temperature-time dependency that leads to predefining analytical functions adapted to a particular thermal history. This process of adapting the methods to the target temperature program takes massive time and resources. So, the end-user requires more versatile, agile, and simple prediction methods, while keeping acceptable reliability. Accordingly, the second part of this thesis focuses on investigating, applying, and assessing unexplored kinetic methods to flexibly predict epoxy-based composite curing under arbitrary thermal histories. Two specific isoconversional kinetic-based methods have been proposed to predict the course of the reaction for temperature programs composed of nonlinear evolutions such as that of real resin curing cycles. The validity of the prediction methods used to shorten cure cycles in an industrial environment was demonstrated through a thermo-mechanical test campaign. The results showed the feasibility of kinetic models to reduce the resulting cure time in shortened cycles by 72% while maintaining the high-performance properties of the material. The prediction methods involved not only allow designing cure cycles to maximize the degree of cure in the shortest time, but also to reduce heat flow from the exothermic reaction. However, the kinetic models do not consider the heat transfer and thermal conductivity throughout the composite part. Therefore, the accuracy of the predictions might be compromised for thick laminates. Consequently, the last part of the present thesis focuses on implementing complementary methods that consider heat transfer in their formulation to anticipate detrimental thermal effects such as overheating during the curing of composite materialsHistòricament, la fabricació de peces de material compost avançat s'ha emmarcat en una producció de baix volum, però progressivament s'està avançant cap a la fabricació en massa. Aquest nou escenari, on la competitivitat és cada vegada major, requereix una fabricació més àgil de peces de compòsit, el que comporta processos més curts tot mantenint els estàndards de qualitat més alts. Paral·lelament, el sector es troba actualment davant l'enorme repte de minimitzar els residus de material compost, mentre que l'elevat cost de les matèries primeres posa en perill la seva estabilitat econòmica si no s'aborda aquesta problemàtica adequadament. Una anàlisi de la literatura específica mostra que no hi ha consens sobre la determinació d'un mètode sistemàtic de millora contínua dirigit a minimitzar els residus (waste) de compostos en la fabricació de grans volums de peces de compòsit. Per tant, aquesta tesi comença desenvolupant i implementant un enfocament sistemàtic capaç de minimitzar el malbaratament de material i la taxa de rebuig (scrap) alhora que augmenta l'eficiència del procés al llarg de la producció de productes de material compost. S'ha utilitzat la metodologia Six-Sigma DMAIC (Define, Measure, Analyse, Improve, Control) amb el suport sinèrgic de Value Stream Mapping (VSM) i Material Flow Analysis (MFA), tots dos adaptats a les particularitats de la fabricació de peces de material compost. Després de la implementació en una línia de fabricació real, l'eficàcia del procediment proposat és destacable ja que els residus de material compost s'han reduït un 21% en 22 setmanes, assolint una taxa de waste per sota del 25%, essent una xifra sense precedents en la industria. Això ha suposat un estalvi de costos del 18.5% mentre que el rendiment del procés en la línia de producció també ha augmentat un 15%.
Mentrestant, la indústria està especialment interessada en predir de manera eficient el progrés del curat, procés que aplica a qualsevol peça de material compost, per reduir-ne els temps. La majoria dels mètodes de predicció existents poden ser precisos amb determinades històries tèrmiques concretes, però generalment es limiten al programa de temperatura aplicat, establint llavors una dependència temperatura-temps particular que condueix a la predefinició de funcions analítiques adaptades a una història tèrmica específica. Aquest procés d'adaptació dels mètodes al programa de temperatura objectiu requereix massa temps i recursos per part dels fabricants, requerint així mètodes de predicció més flexibles, àgils i senzills, tot mantenint una fiabilitat acceptable. En conseqüència, la segona part d'aquesta tesi se centra en investigar, aplicar i avaluar mètodes cinètics inexplorats amb la finalitat de àgilment predir el curat de compostos base epoxi sota històries tèrmiques arbitràries. S'han proposat dos mètodes específics basats en la cinètica isoconversional per predir el curs de la reacció per a programes de temperatura que disposen d'evolucions no lineals, com els dels cicles reals de curat de materials compostos. La validesa dels mètodes de predicció utilitzats per escurçar els cicles de curat en l'entorn industrial s'ha demostrat mitjançant una campanya de proves termomecàniques. Com a resultat, s’ha mostrat la viabilitat dels models cinètics per a reduir el temps de curat resultant en cicles escurçats en un 72%, tot mantenint les propietats d’alt rendiment del material. Els mètodes de predicció implicats no només permeten dissenyar cicles de curat maximitzant el grau del curat en el menor temps, sinó també reduir el flux de calor de la reacció exotèrmica. En aquesta tesi també s'han abordat les prediccions de sobreescalfament implementant mètodes tèrmics complementaris que consideren la transferència de calor en la seva formulació, per tant, essent capaços de predir efectes tèrmics negatius com el sobreescalfament durant el curat de material compostosPrograma de Doctorat en Tecnologi
Discovery and Validation of New Therapeutic Targets for Medulloblastoma Group 3 treatment
No full textEl Medul·loblastoma (MB) presenta un repte significatiu en l'oncologia pediàtrica, especialment amb les baixes taxes de supervivència associades al subtipus més agressiu MB Grup 3 (MB G3). Avui dia, no hi ha tractaments dirigits per al MB G3 i el tractament actual, basat en cirurgia, radiació i quimioteràpia, presenta limitacions com l’aparició de resistències a la quimioteràpia i efectes secundaris greus, posant de manifest la necessitat d'intervencions terapèutiques millorades.
Aquest estudi presenta els primers passos d'un procés de descobriment de fàrmacs per al MB G3, basat en dues estratègies: el Reposicionament de Fàrmacs i un programa tradicional de Descobriment de Fàrmacs.
Inicialment, es desenvolupen models in vitro per avaluar l'eficàcia i la toxicitat dels compostos en investigació, inclosos cultius en 2D i 3D, complint amb els estàndards de qualitat més alts i dissenyats per a ser usats en campanyes de cribratge d'alt rendiment. En l'estratègia de Reposicionament de Fàrmacs, s’identifiquen potencials dianes terapèutiques i els seus inhibidors mitjançant el cribratge d'una biblioteca de compostos comercials envers el panell d’assajos cel·lulars d’eficàcia i toxicitat. Vuit inhibidors de dianes relacionades amb el MB es prioritzen basant-nos en la seva activitat i el seu índex terapèutic preliminar, i s’avaluen per a possibles combinacions sinèrgiques. Els resultats, tot i proporcionar evidències del potencial de la plataforma de cribratge, s’han descartat per manca de novetat en el tractament del MB. En el programa tradicional de Descobriment de Fàrmacs es realitza una anàlisi de bioinformàtica per identificar target genes letals en presència d’una deficiència genètica específica (driver gene) per al MB G3. Utilitzant compostos químics per als assajos de validació, confirmem la dependència de les cèl·lules de MB per aquests gens, conduint a la identificació de parelles sinèrgiques de dianes prometedores. En col·laboració amb experts en modelatge in silico es realitza un disseny racional d'un inhibidor dual, seguit d’un cribratge virtual contra una biblioteca de compostos químics per identificar possibles hits, confirmats posteriorment en la nostra bateria d’assajos in vitro.
Els pròxims passos assenyalen a les teràpies dirigides, inclòs l’optimització dels hits identificats a través d’un procés hit-to-lead o l’ús de medicina de precisió usant molècules d’ARN d’interferència, amb resultats experimentals inicials reportats. En conclusió, aquest estudi contribueix als esforços en curs en el desenvolupament de teràpies dirigides per al MB G3, abordant la necessitat urgent de tractaments més efectius i menys tòxics per als tumors cerebrals pediàtrics.El meduloblastoma (MB) representa un desafío significativo en oncología pediátrica, especialmente debido a las bajas tasas de supervivencia asociadas al subtipo agresivo MB Grupo 3 (MB G3). Hoy en día, no existen terapias dirigidas para el MB G3 y el tratamiento actual, que incluye cirugía, irradiación y quimioterapia, presenta limitaciones como la aparición de resistencias a la quimioterapia y efectos secundarios graves, poniendo de manifiesto la necesidad de intervenciones terapéuticas mejoradas.
Este estudio presenta los primeros pasos de un proceso de descubrimiento de fármacos para tumores MB G3, basado en dos estrategias principales: el Reposicionamiento de Fármacos y un programa tradicional de Descubrimiento de Fármacos.
Inicialmente, se desarrollan modelos in vitro para evaluar la eficacia y la toxicidad de los compuestos en investigación, incluidos cultivo en 2D y 3D, cumpliendo con los más altos estándares de calidad y diseñados para campañas de cribado de alto rendimiento. En la estrategia de Reposicionamiento de Fármacos, se identifican potenciales dianas terapéuticas y sus inhibidores mediante el cribado de una biblioteca de compuestos comerciales frente al panel de ensayos celulares de eficacia y toxicidad. Se priorizan ocho inhibidores de dianas relacionadas con el MB basándose en su actividad y su índice terapéutico preliminar, y se evalúan para posibles combinaciones sinérgicas. Los resultados, a pesar de proporcionar evidencias del potencial de la plataforma de cribado, se han descartado por falta de novedad en el tratamiento del MB. En el programa tradicional de Descubrimiento de Fármacos, se realiza un análisis bioinformático para identificar target genes letales en presencia de una deficiencia genética específica (driver gene) para el MB G3. Utilizando inhibidores para los ensayos de validación, se confirma la dependencia de las células de MB en estos genes, conduciendo a la identificación de parejas sinérgicas de dianas prometedoras. En colaboración con expertos en modelos in silico, se realiza un diseño racional de un inhibidor dual, seguido de un cribado virtual contra una biblioteca de compuestos químicos para identificar posibles hits, posteriormente confirmados en nuestra batería de ensayos in vitro.
Los próximos pasos señalan a las terapias dirigidas, incluido la optimización de los hits identificados a través de un proceso hit-to-lead o el uso de medicina de precisión usando ARN de interferencia, con resultados experimentales iniciales informados. En conclusión, este estudio contribuye a los esfuerzos en el desarrollo de terapias dirigidas para el MB G3, abordando la necesidad urgente de tratamientos más efectivos y menos tóxicos para los tumores cerebrales pediátricos.Medulloblastoma (MB) presents a significant challenge in paediatric oncology, particularly with the low survival rates associated with the aggressive MB Group 3 (MB G3) subtype. To date, there are no targeted treatments for MB G3 and current treatment modalities, including surgery, irradiation, and chemotherapy, exhibit limitations such as treatment resistance development and severe side effects, emphasizing the critical need for improved therapeutic interventions.
This study presents the initial steps of a comprehensive drug discovery process targeting MB G3 tumours, based on two main strategies: a Drug Repurposing approach and a traditional Drug Discovery program.
First, essential in vitro translational models are developed to assess the efficacy and toxicity of investigational compounds, incorporating both 2D and 3D culture conditions. These models adhere to high-quality standards and are designed for use in high-throughput screening campaigns. In the Drug Repurposing strategy, potential therapeutic targets and their inhibitors are identified through the screening of a commercial chemical library against a panel of efficacy and toxicity cell-based assays. Eight hits, inhibiting MB-related targets, are prioritized based on their activity and in vitro therapeutic index, and evaluated for potential synergistic combinations. While providing supportive evidence for the screening platform's potential, this approach is deprioritized due to insufficient novelty in MB treatment. In the traditional Drug Discovery program approach, a thorough bioinformatics analysis to identify target genes that are lethal in the presence of specific genetic defects (driver genes) for MB G3 is performed. Validation assays with tool compounds confirm the dependency of MB cells on these genes, leading to the identification of promising synergistic target pairs. In collaboration with experts in in silico modelling a rational design of a dual inhibitor is performed, followed by virtual screening against a chemical library to identify potential hits, subsequently confirmed in a battery of in vitro assays.
Future steps outline precision medicine treatments, including the optimization of the identified hits through a hit-to-lead process, or the use of interference RNA, with initial experimental results reported. Overall, this study contributes to the ongoing efforts in developing targeted therapies for MB G3, addressing the urgent need for more effective and less toxic treatments for paediatric brain tumours
Chemical tools targeting proteases: design, synthesis, and biological evaluation for therapeutic use
No full textDoctorat internacionalThis PhD thesis focuses on the design, synthesis, and evaluation of chemical compounds that inhibit proteases and degrade proteins essential for cellular recycling. It is divided into two parts: the first explores protein degradation in lysosomes, while the second examines the Ubiquitin-Proteasome System (UPS). The first part investigates cysteine proteases, their inhibition, and the use of activity-based probes (ABPs). Enzyme inhibitors are developed and converted into probes applied to cellular models related to neuroinflammation. The second part introduces the UPS, its role in protein degradation, and its therapeutic potential. Proteasome inhibitors are designed and synthesized, and PROTACs—molecules that target specific proteins for degradation—are explored. A case study investigates their application in signaling regulation in plants. This research opens new avenues for disease treatment and biotechnology.Programa de Doctorat en Cièncie
A qualitative approach to CSR practices in Jordan's hospitality and tourism industry from the perspectives of stakeholders
No full textENG- The thesis focuses on corporate social responsibility (CSR) practices in the tourism and hospitality industry in Jordan, which consists of four chapters that examine CSR practices from different stakeholders' perspectives, highlighting the scarcity of research on CSR in this industry, particularly in the Middle East region.
The first chapter investigates how CSR practices were implemented by luxury 5-star hotels during the COVID-19 pandemic. It examines the implications and benefits of these practices, based on qualitative data from interviews with hotel representatives. The second chapter explores CSR practices adopted by small and medium-sized accommodation businesses (SMSAB) rated as 3-star or lower. It identifies CSR practices, factors of success, and challenges faced by SMSABs in their social, environmental, and economic dimensions, based on interviews with SMSAB representatives. The third chapter examines the CSR practices of tourism service providers (TSPs) and their collaboration with various stakeholders, including employees, the local community, clients, and other industry businesses. It explores the social, environmental, and economic impacts of these practices on stakeholders. The fourth chapter focuses on tourists' perspectives on CSR practices. It analyzes how tourism and hospitality businesses implement CSR practices and involve tourists in social, environmental, and economic initiatives. It also provides a critical perspective on CSR practices and suggestions for improvement.
The thesis aims to contribute to the understanding of CSR practices in the Jordanian tourism and hospitality industry. It highlights the role of CSR in development and identifies the circumstances, barriers, and effects of CSR practices for different stakeholders. It also offers practical and managerial insights, such as the need for a regulatory framework, cooperation between the industry and the government, and promotion of responsible practices. The text concludes by mentioning the limitations of the thesis and suggesting future research directions. It suggests studying other industry stakeholders, conducting cross-country comparisons, quantitatively analyzing the impact of CSR practices on tourist satisfaction, and mapping CSR practices to sustainable development goalsCAT- La tesi es centra en les pràctiques de responsabilitat social corporativa (RSC) en el sector turístic i de l'hoteleria a Jordània, i consta de quatre capítols que examinen les pràctiques de RSC des de diferents perspectives dels actors implicats, destacant la manca de recerca en RSC en aquest sector, especialment a la regió del Pròxim Orient.
El primer capítol investiga com les pràctiques de RSC es van implementar en hotels de luxe de 5 estrelles durant la pandèmia de la COVID-19. Examina les implicacions i beneficis d'aquestes pràctiques, basant-se en dades qualitatives obtingudes a través d'entrevistes amb representants d'hotels. El segon capítol explora les pràctiques de RSC adoptades per petites i mitjanes empreses d'allotjament (PMEA) amb una classificació de 3 estrelles o inferior. Identifica les pràctiques de RSC, els factors de l'èxit i els reptes als quals s'enfronten les PMEA en les seves dimensions socials, ambientals i econòmiques, basant-se en entrevistes amb representants de les PMEA. El tercer capítol examina les pràctiques de RSC dels proveïdors de serveis turístics (PST) i la seva col·laboració amb diferents actors, com ara els empleats, la comunitat local, els clients i altres empreses del sector. Explora els impactes socials, ambientals i econòmics d'aquestes pràctiques en els actors implicats. El quart capítol es centra en les perspectives dels turistes sobre les pràctiques de RSC. Analitza com les empreses turístiques i d'hoteleria implementen pràctiques de RSC i involucren els turistes en iniciatives socials, ambientals i econòmiques. També ofereix una perspectiva crítica sobre les pràctiques de RSC i suggeriments per a la millora.
La tesi té com a objectiu contribuir a la comprensió de les pràctiques de RSC en el sector turístic i d'hoteleria jordà. Posa de relleu el paper de la RSC en el desenvolupament i identifica les circumstàncies, barreres i efectes de les pràctiques de RSC per als diferents actors implicats. També ofereix idees pràctiques i de gestió, com ara la necessitat d'un marc regulador, la cooperació entre el sector i el govern i la promoció de pràctiques responsables. El text conclou mencionant les limitacions de la tesi i suggerint futures direccions de recerca, com ara l'estudi d'altres actors del sector, la realització de comparacions entre països, l'anàlisi quantitativa de l'impacte de les pràctiques de RSC en la satisfacció dels turistes i la vinculació de les pràctiques de RSC amb els objectius de desenvolupament sosteniblePrograma de Doctorat en Dret, Economia i Empres
Advancing plant-based seafood: nutritional and organoleptic improvement of raw tuna
No full textENG- Overfishing and the growing global demand for seafood, particularly tuna, are placing significant pressure on marine ecosystems. Although aquaculture has expanded as a partial solution, it remains heavily dependent on wild fish stocks and faces ongoing sustainability challenges. In response, plant-based seafood alternatives are emerging as a promising strategy to reduce environmental impact while continuing to meet consumer expectations for taste and nutrition.
This research focused on the development of a plant-based raw tuna analog that closely replicates the sensory and nutritional qualities of conventional animal-based tuna. By characterizing the physicochemical properties, texture, appearance, and flavor profile of raw tuna, this study established reference targets for developing a comparable plant-based product. A wide range of plant protein sources, including pea, rice, and potato proteins, were evaluated for their nutritional content, textural capabilities, and ability to replicate the translucent and delicate structure of raw tuna muscle.
Through iterative formulation and testing, several prototypes were developed. One formulation, based on pea protein hydrolysate, achieved successful internal testing and was launched commercially in 2022. Other prototypes explored higher protein content blends, combining plant protein hydrolysates and optimizing texture with hydrocolloid additions. These new formulations demonstrated significant improvements in protein levels, appearance, and mouthfeel compared to the first generation of products available on the market. Nutritionally, the plant-based formulations matched or exceeded essential amino acid requirements, with adjustments made to lipid profiles through the addition of algae-based omega-3 oils to replicate the health benefits of animal tuna.
While challenges remain—particularly in replicating the fibrous, anisotropic structure characteristic of tuna muscle—this research marks a significant step forward in advancing sustainable seafood alternatives. By aligning with existing production technologies, the proposed formulations have potential to be immediately introduced in the market. Continued innovation in ingredient selection and texturization strategies will further improve the quality of plant-based seafood products, helping to create a more sustainable, nutritious, and environmentally responsible future for food systemsCAT- La sobrepesca i la creixent demanda global de peix, especialment de tonyina, estan amenaçant la salut dels ecosistemes marins. Tot i que l’expansió de l’aqüicultura podria ser vista com a una potencial solució, és una activitat que continua depenent de les poblacions salvatges de peixos i segueix presentant reptes de sostenibilitat. Davant d'aquesta situació, les alternatives vegetals al peix sorgeixen com una estratègia esperançadora per reduir l'impacte ambiental del consum de tonyina, mantenint les expectatives dels consumidors pel que fa les seves característiques sensorials i nutricionals .
Aquesta tesi s’ha centrat en el desenvolupament d'un anàleg de tonyina crua d'origen vegetal que repliqui les qualitats sensorials i nutricionals de la tonyina convencional. Mitjançant la caracterització de les propietats fisicoquímiques, la textura, l’aparença i el perfil de sabor de la tonyina crua, aquest estudi ha establert valors de referència pel disseny d'un producte comparable basat en proteïna vegetal.
Es van avaluar diverses fonts de proteïna, com la de pèsol, arròs i patata, pel seu contingut nutricional, la seva capacitat de texturització i el seu potencial per replicar l’estructura translúcida i delicada del múscul de la tonyina crua. Mitjançant un procés iteratiu, es van desenvolupar diversos prototips. Una de les formulacions, basada en l'hidrolitzat de proteïna de pèsol, va superar amb èxit les expectatives de l’empresa i es va llançar comercialment l'any 2022. En altres prototips es van explorar fórmules amb un contingut proteic més elevat, combinant hidrolitzats de proteïnes vegetals, i optimitzant la textura amb l'ús d'hidrocol·loides. Aquestes noves formulacions van representar una millora important pel que fa a la qualitat nutricional, l'aparença i la sensació en boca en comparació amb la primera generació de productes disponibles al mercat. Nutricionalment, les formulacions vegetals van igualar o superar els requeriments d'aminoàcids essencials, i la incorporació d'olis d'algues rics en omega-3 van permetre ajustar el perfil lipídic per replicar els beneficis saludables atribuïts a la tonyina animal.
Tot i que encara queden reptes per superar, especialment replicar l'estructura fibrosa i anisotròpica pròpia del múscul de tonyina, aquesta recerca representa un avenç important en el desenvolupament d'alternatives sostenibles al peix tradicional. Les formulacions proposades en aquesta tesi tenen potencial d’introduir-se directament al mercat ja que es basen en tècniques ja existents. La innovació contínua en la selecció d'ingredients i les tècniques de texturització millorarà encara més la qualitat dels anàlegs de peix d'origen vegetal, contribuint a la creació d'un sistema alimentari més sostenible, nutritiu i respectuós amb el medi ambientPrograma de Doctorat en Tecnologi
Hypoglycosylation of Piezo1 and Cavα2δ subunit: relevance for neuronal excitability and neurological disorders associated to Phosphomannomutase 2 deficiency (PMM2-CDG)
No full textEls defectes congènits de la glicosilació (CDG) són una família de malalties causades per mutacions en gens involucrats en les vies de la glicosilació. La PMM2-CDG, associada a mutacions en la fosfomanomutasa 2 (PMM2), es el subtipus més comú de CDG i cursa amb alteracions neurològiques severes com els stroke-like episodes (SLEs). Malgrat els mecanismes patològics són desconeguts, s’ha descrit que la hipoglicosilació del canal iònic CaV2.1 indueix un guany de funció que podria contribuir a aquestes manifestacions neurològiques. Apart, els traumatismes cranials s’han identificat com un potencial desencadenant dels SLEs. En aquesta tesi descrivim que la hipoglicosilació de Piezo1, expressat heteròlogament en cèl·lules HEK293, augmenta la sensibilitat mecànica del canal en resposta a pressió negativa i polsos uniaxials d’estirament sense alterar la cinètica d’inactivació. A més, el tractament de neurones de ratolí en cultiu primari amb els inhibidors de la glicosilación swainsonine o kifunensine augmenta els nivells de Piezo1 al soma sense alterar el seu patró de localització sinàptica. Aquests tractaments també incrementen l’influx de calci en resposta a Yoda1 o polsos uniaxials d’estirament. Finalment, mostrem com la disrupció de l’expressió de la PMM2 redueix la glicosilació i el tràfic a membrana de la subunitat CaVα2δ en cèl·lules HEK293 mentre que en C. elegans augmenta la sensibilitat a aldicarb, indicatiu d’un increment en la neurotransmissió a la sinapsi neuromuscular. En conjunt, aquests resultats suggereixen que la hipoglicosilació de Piezo1 i el complex CaV2.1/α2δ indueixen un guany de funció que podria contribuir en les manifestacions neurològiques observades en els pacients PMM2-CDG en afavorir l’excitabilitat neuronal.The congenital disorders of glycosylation (CDGs) are a disease family caused by mutations in genes involved in the glycosylation pathways. PMM2-CDG, associated with mutations in the phosphomannomutase 2 (PMM2) gene, is the most common CDG subtype and presents with severe neurological alterations such as stroke-like episodes (SLEs). Although the pathomechanisms are not fully understood, hypoglycosylation of CaV2.1 has been shown to induce a gain-of-function in the channel that may contribute to the above-mentioned neurological symptoms. Additionally, head trauma has been recently identified as a potential trigger for SLEs. Here we report that hypoglycosylation of Piezo1 heterologously expressed in HEK293 cells increases its mechanosensitivity in response to negative pressure and 40% uniaxial stretch pulses without affecting the inactivation kinetics. Additionally, the treatment of murine cortical neurons in primary culture with the glycosylation inhibitors swainsonine or kifunensine increases Piezo1 levels at the soma without altering its synaptic localization pattern. These treatments also increase Ca2+ responses upon Yoda1 stimulation and 40% uniaxial stretch pulses. Also, we show that disruption of PMM2 expression impairs CaVα2δ glycosylation and membrane trafficking in HEK293 cells while also increases aldicarb sensitivity in C. elegans, indicative of an enhanced neurotransmission at the worm neuromuscular junction. Together, our results suggest that the hypoglycosylation-driven gain-of-function effect on Piezo1 and the CaV2.1/α2δ channel complex may contribute to the neurological manifestations observed in PMM2-CDG patients by favoring neuronal excitability.Programa de Doctorat en Biomedicin
3D printing of ceramic-based complex structures for SOFC/SOEC applications
No full textLa transició energètica és essencial en les estratègies de descarbonització del escenari actual. En aquest context, mostra especial interès la integració de les Cèl·lules d’Òxid Sòlid (SOCs) en la xarxa energètica global centrada en l’hidrogen verd. Les SOCs destaquen per la seva alta eficiència en la generació d’energia i la producció d’hidrogen. La seva naturalesa reversible les posiciona com a candidates clau per a rutes Power-to-Gas i Gas-to-Power. A més, la sinergia entre les SOCs i els reactors de metanització de CO₂ millora la seva compatibilitat amb xarxes de distribució de gas existents, com avantatge addicional.
Malgrat el potencial de les SOCs, el seu desenvolupament està limitat per tècniques convencionals de fabricació ceràmica, com el tape-casting, la serigrafia i l'extrusió, que restringeixen les geometries a formes simples, cosa que redueix la densitat de potència i l'estabilitat. Els processos manuals d’apilat, unió i segellat augmenten significativament els costos i els temps de producció de les SOCs.
En canvi, les tecnologies de fabricació additiva han demostrat un gran potencial per transformar la producció de ceràmiques funcionals, especialment en la fabricació de SOCs. L’ús de la impressió 3D permet augmentar la complexitat geomètrica mitjançant dissenys jeràrquics del sistema o l’addició de característiques atípiques a nivell de les cel·les ceràmiques, optimitzant simultàniament el procés de fabricació , reduint la inversió inicial i millorant l'eficiència en reduir els passos de producció. Aquest treball explora el potencial de la fabricació additiva en la producció de ceràmiques avançades, centrant-se en dos aspectes clau: (i) l’ús d’estereolitografia (SLA) per fabricar dispositius energètics i catalítics amb dissenys complexos i una alta relació d’aspecte; i (ii) el desenvolupament d’una tècnica híbrida multimaterial per a la fabricació en dos passos de SOCs autosuportades, combinant SLA i robocasting (RC), seguit d’una co-sinterització complexa dels materials.
La investigació aborda els principals reptes tecnològics i dels materials en la fabricació de SOCs autosostingudes mitjançant tecnologia híbrida multimaterial. La combinació de SLA i RC, seguida d’una co-sinterització optimitzada de dispositius multicapa, ha estat complexa però ha demostrat un alt nivell d'innovació ii impacte. La caracterització electroquímica de les SOCs impreses i co-sinteritzades en condicions d’operació tant de cèl·lula de combustible com d’electròlisi ha validat tots els passos optimitzats d’aquesta metodologia innovadora.
A més, s’han dissenyat i fabricat SOCs monolítiques basades en zirconi amb una configuració de doble espiral mitjançant SLA, demostrant la capacitat de la fabricació additiva per produir dispositius autosuportats sense unions i amb una complexitat jeràrquica, amb l’objectiu d’augmentar el rendiment electroquímic per unitat de massa i volum.
Com a alternativa a les SOCs, es van desenvolupar suports catalítics d’alúmina per a la reacció de metanització de CO₂. Aquests suports impresos en 3D van ser caracteritzats, mostrant una millora en el rendiment catalític gràcies a l’optimització de la geometria estructural.
En resum, aquest manuscrit presenta un estudi exhaustiu sobre l’aplicació de tecnologies de fabricació additiva en la producció de dispositius ceràmics funcionals innovadors per a diverses aplicacions energètiques. El desenvolupament i l’optimització de noves rutes basades en la impressió 3D ofereixen un gran potencial per superar les limitacions de les tècniques convencionals de processament ceràmic i obrir el camí cap a una major digitalització en la fabricació de SOCs.La transición energética es esencial en las estrategias de descarbonización del sector energético. En este contexto, se ha prestado especial atención a la integración de las Celdas de Óxido Sólido (SOCs) en una red energética global centrada en hidrógeno verde. Las SOCs destacan por su alta eficiencia en la generación de energía y la producción de hidrógeno. Su naturaleza reversible las posiciona como principales candidatas para las rutas de Power-to-Gas y Gas-to-Power. Además, la posible integración entre SOCs y reactores para la metanización de CO₂ garantiza su compatibilidad con las redes de distribución de gas existentes como ventaja adicional.
A pesar del potencial de las SOCs, su desarrollo está limitado por técnicas convencionales de fabricación cerámica, como el tape-casting, la serigrafía y la extrusión, que las restringen a geometrías simples, lo que termina por reducir su densidad de potencia y su estabilidad. Los procesos de apilado, unión y sellado, todavía manuales, aumentan significativamente los costes y tiempos de producción de las SOCs.En contraste, las tecnologías de fabricación aditiva han demostrado un gran potencial para transformar la producción de cerámicas funcionales, especialmente en la fabricación de SOCs. El uso de la impresión 3D permite aumentar la complejidad geométrica mediante el diseño jerárquico del sistema o la adición de características atípicas en las celdas, optimizando simultáneamente el proceso de fabricación cerámica, reduciendo la inversión inicial y mejorando la eficiencia al reducir el número de pasos de producción y su complejidad.
El presente trabajo explora el potencial de la fabricación aditiva para la producción de cerámicas avanzadas, enfocándose en dos aspectos clave: (i) el uso de estereolitografía (SLA) para fabricar dispositivos energéticos y catalíticos con diseños complejos; y (ii) el desarrollo de una técnica multimaterial para la fabricación en dos pasos de SOCs autosoportadas, híbridando SLA y robocasting (RC), seguido de una co-sinterización compleja de los materiales.
La investigación aborda los principales desafíos tecnológicos y materiales en la fabricación de SOCs autoportantes mediante tecnología híbrida multimaterial. La combinación de SLA y RC, seguida de una co-sinterización optimizada de dispositivos multicapa, ha sido innovadora y compleja. La caracterización electroquímica de las SOCs impresas y co-sinterizadas bajo condiciones de operación, tanto de celda de combustible como de electrolizador, ha permitido validar la propuesta innovadora del presente trabajo.
Además, se han diseñado y fabricado SOCs monolíticas basadas en circonia con una configuración en doble espiral mediante SLA, demostrando la capacidad de la fabricación aditiva para producir dispositivos autosoportadas sin juntas y con una complejidad jerárquica, con el objetivo de aumentar el rendimiento electroquímico por unidad de masa y volumen.
Como alternativa a las SOCs, se desarrollaron soportes catalíticos de alúmina para la reacción de metanización de CO₂. Estos soportes impresos en 3D fueron caracterizados, mostrando una mejora en el rendimiento catalítico debido a la optimización de la geometría estructural.
En resumen, el presente trabajo presenta un estudio exhaustivo sobre la aplicación de tecnologías de fabricación aditiva en la producción de dispositivos cerámicos funcionales innovadores para diferentes aplicaciones energéticas. El desarrollo y optimización de nuevas rutas basadas en impresión 3D ofrecen un gran potencial para superar las limitaciones de las técnicas convencionales de procesado cerámico y allanar el camino hacia una mayor digitalización en la fabricación de SOCs.The transition towards renewable energy has become a critical part of the strategies for decarbonizing the energy sector. In this context, significant attention has been paid towards integrating Solid Oxide Cells (SOCs) into a global energy network centered on green hydrogen. SOCs are particularly promising for future energy scenarios due to their high efficiency in both energy generation and hydrogen production. Furthermore, their reversible nature positions them as strong candidates for inclusion in Power-to-Gas and Gas-to-Power routes. The synergy between SOCs and CO₂ methanation reactors enhances their compatibility with existing gas distribution systems, offering additional advantages for these devices.
Despite the potential of SOCs, their development is currently hindered by conventional ceramic manufacturing techniques such as tape-casting, screen-printing, and extrusion. These methods constrain the cell geometries to relatively simple shapes, thereby limiting the power density output and stability of the devices under certain conditions. Moreover, the reliance on manual processes for stacking, joining, and sealing contributes significantly to the overall cost and production time of SOCs.
In contrast, additive manufacturing technologies have demonstrated exceptional potential to revolutionize the production of functional ceramics, particularly in the fabrication of SOCs. The use of 3D printing for SOC fabrication allows to increase their geometrical complexity through the hierarchical design of the systems or the addition of atypical features at cell level, while simultaneously optimizing the ceramic manufacturing process, minimizing the upfront investment, and augmenting the manufacturing efficiency owing to the reduction in production steps. Here presented work explores the potential of additive manufacturing to produce advanced functional ceramics, focusing on two main aspects: (i) the use of stereolithography (SLA) functional ceramic 3D printing for the fabrication of novel energy and catalytic devices with complex designs and high-aspect-ratio features; and (ii) the development of a reliable technological approach for the two-step fabrication of complete self-supported SOCs using a hybrid multimaterial 3D printing technique, which combines SLA and robocasting (RC), followed by a complex co-sintering of the different involved materials.
The research addresses main technological and material challenges for the development of complete self-supported SOCs fabricated in two steps using hybrid multimaterial technology. The hybridization of stereolithography SLA and RC followed by the optimized co sintering of a multilayered ceramic device has deserved special attention due to the high complexity and innovative nature of the work carried out. The electrochemical characterization of the printed and co-sintered SOCs under fuel cell and electrolyser operating conditions has been evaluated, validating all the developed and optimized steps of the here proposed innovative approach.
Moreover, zirconia-based monolithic SOCs featuring double spiral-shaped device configuration have been designed and fabricated by SLA, which proves the outstanding capabilities of the additive manufacturing in producing self-standing, joint-free devices with hierarchical complexity, aiming to increase the electrochemical performance per unit mass and volume of the device.
Alternative to the SOC devices, the thesis presents the work devoted to the development and study of alumina structured catalytic supports for CO2 methanation reaction. In the frame of this thesis, these supports are 3D printed and characterized, demonstrating a direct enhancement of the catalytic performance achieved by 3D structuration of the support geometry.
To sum up, this manuscript presents a comprehensive study on the application of additive manufacturing technologies for the production of highly innovative functional ceramic devices for different applications in the energy sector. The development and optimization of new production routes based on 3D printing offer significant potential to overcome current limitations in conventional functional ceramic processing and pave the way for further digitalization of SOCs manufacturing.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència de Material