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[ES] El acceso a fuentes de energía moderna en las áreas rurales de la región andina es uno de los factores principales para disminuir la pobreza ya que su acceso proporcionaría beneficios ambientales, económicos y sociales. Pese a los esfuerzos de buscar fuentes alternativas para subsanar el déficit energético, aún existen millones de personas que sufren la falta de accesibilidad a fuentes de energía moderna, situación que se debe a los altos niveles de pobreza bajo los cuales se encuentran inmersos. Junto a este inconveniente se suma el enorme incremento de residuos agrícolas en las comunidades andinas. Residuos que provienen de las actividades agrícolas, y que podrían ser perjudiciales para el medio ambiente si no se toman medidas adecuadas. Lamentablemente, en muchos países en desarrollo donde se generan grandes cantidades de estos residuos, se sabe poco sobre sus posibles riesgos y beneficios si no se gestionan adecuadamente. Uno de los enfoques más interesantes para abordar esta problemática, es el desarrollo de la gestión sostenible de los residuos orgánicos agrícolas de la región, transformándolos en recursos para la generación de energía renovable (biogás) y fertilizantes orgánicos (digestato). Esta solución permitiría dar una valorización energética a los residuos de la agricultura de la zona, sobre la cual basan su economía, y a la vez contribuiría a una mayor gestión de los residuos evitando el incremento de la contaminación ambiental. Con la finalidad de contribuir al desarrollo energético y mejorar el paradigma de la gestión de residuos en el área andina de Guaranda (Ecuador), la presente Tesis Doctoral aborda la evaluación del potencial bioquímico de metano (BMP) de los residuos orgánicos agrícolas de la región. Se realiza una cuantificación sistemática de la producción de biogás mediante la transformación bioquímica de residuos orgánicos agrícolas, que comprenden: sustratos principales (residuos de estiércol de vicuña, llama y cuy, y residuos de matadero de ganado vacuno) y cosustratos (residuos de paja de amaranto, quinua y trigo). El objetivo general de esta investigación de doctorado se ha llevado a cabo en cuatro fases: (I) Caracterización de la materia prima mediante el análisis elemental y proximal a través de los cuáles se estimó el rendimiento teórico y la biodegradabilidad de los sustratos y cosustratos, (II) Rendimiento de la codigestión de residuos orgánicos agrícolas con mezclas de lodos de aguas residuales en biodigestores batch, (III) Análisis de los efectos sinérgicos y antagónicos durante la monodigestión y codigestión de las materias primas y (IV) Evaluación de la cinética microbiana de la digestión anaerobia mediante los modelos de Gompertz modificado, transferencia, ecuación logística, modelo del cono y Richards modificado. En la caracterización fisicoquímica se determinó que las relaciones SV/ST de los sustratos y cosustratos oscilaron entre 58 y 77% con una relación C/N entre 12 y 102, lo que indicó que estos residuos son materias primas adecuadas para la producción de metano. En todos los ensayos un aumento de la cantidad de inóculo mejoró la biodegradabilidad de los sustratos y por consiguiente la producción metano; así, en la monodigestión se tuvo incrementos de hasta 90% y en la codigestión incrementos del 71%. Todas las mezclas produjeron efectos sinérgicos, donde los mayores porcentajes de metano se dieron cuando las mezclas de residuos de amaranto, quinua y trigo fueron del 50 y 75% de sólidos volátiles. Independientemente de la SIR1:1 y la SIR 1:2 se mejoró la producción de metano de la codigestión al incrementar el porcentaje de cosustrato especialmente de residuos de amaranto y quinua. Los mejores resultados de todos los ensayos realizados se obtuvieron en los biodigestores compuestos por residuos de matadero y residuos de quinua, donde se obtuvieron producciones de metano entre 581 y 555 ml, [CA] L'accés a fonts d'energia moderna en les àrees rurals de la regió andina és un dels factors principals per a disminuir la pobresa ja que el seu accés proporcionaria beneficis ambientals, econòmics i socials. Malgrat els esforços de buscar fonts alternatives per a esmenar el dèficit energètic, encara existeixen milions de persones que pateixen la falta d'accessibilitat a fonts d'energia moderna, situació que es deu als alts nivells de pobresa sota els quals es troben immersos. Al costat d'aquest inconvenient se suma l'enorme increment de residus agrícoles en les comunitats andines. Residus que provenen de les activitats agrícoles, i que podrien ser perjudicials per al medi ambient si no es prenen mesures adequades. Lamentablement, en molts països en desenvolupament on es generen grans quantitats d'aquests residus, se sap poc sobre els seus possibles riscos i beneficis si no es gestionen adequadament. Un dels enfocaments més interessants per a abordar aquesta problemàtica, és el desenvolupament de la gestió sostenible dels residus orgànics agrícoles de la regió, transformant-los en recursos per a la generació d'energia renovable (biogàs) i fertilitzants orgànics (digestato). Aquesta solució permetria donar una valorització energètica als residus de l'agricultura de la zona, sobre la qual basen la seua economia, i alhora contribuiria a una major gestió dels residus evitant l'increment de la contaminació ambiental. Amb la finalitat de contribuir al desenvolupament energètic i millorar el paradigma de la gestió de residus en l'àrea andina de Guaranda (l'Equador), la present Tesi Doctoral aborda l'avaluació del potencial bioquímic de metà (BMP) dels residus orgànics agrícoles de la regió. Es realitza una quantificació sistemàtica de la producció de biogàs mitjançant la transformació bioquímica de residus orgànics agrícoles que comprenen: substrats principals (residus de fem de vicunya, flama i cuy, i residus d'escorxador de bestiar boví), *cosustratos (residus de palla d'amarant, quinua i blat). L'objectiu general d'aquesta investigació de doctorat s'ha dut a terme en quatre fases: (I) caracterització de la matèria primera mitjançant l'anàlisi elemental i proximal a través dels quals es va estimar el rendiment teòric i la biodegradabilitat dels substrats i cosustratos, (II) Rendiment de la codigestión de residus orgànics agrícoles amb mescles de llots d'aigües residuals en biodigestores batch, (III) Anàlisis dels efectes sinèrgics i antagònics durant la monodigestión i codigestión de les matèries primeres i (IV) Avaluació de la cinètica microbiana de la digestió anaeròbia mitjançant els models de Gompertz modificat, transferència, equació logística, model del con i Richards modificat. En la caracterització fisicoquímica es va determinar que les relacions SV/ST dels substrats i cosustratos van oscil·lar entre 58 i 77% amb una relació C/N entre 12 i 102, la qual cosa va indicar que aquests residus són matèries primeres adequades per a la producció de metà. En tots els assajos un augment de la quantitat d'inòcul va millorar la biodegradabilitat dels substrats i per consegüent la producció metà; així, en la monodigestión es va tindre increments de fins a 90% i en la codigestión increments del 71%. Totes les mescles van produir efectes sinèrgics, on els majors percentatges de metà es van donar quan les mescles de residus d'amarant, quinua i blat van ser del 50 i 75% de sòlids volàtils. Independentment de la SIR1:1 i la SIR 1:2 es va millorar la producció de metà de la codigestión en incrementar el percentatge de cosustrato especialment de residus d'amarant i quinua. Els millors resultats de tots els assajos realitzats es van obtindre en els biodigestores compostos per residus d'escorxador i residus de quinua, on es van obtindre produccions de metà entre 581 i 555 ml/g VS., [EN] Access to modern energy sources in rural areas of the Andean region is one of the main factors to reduce poverty, since its access would provide environmental, economic and social benefits. Despite efforts to find alternative sources to correct the energy deficit, there are still millions of people who suffer from the lack of accessibility to modern energy sources, a situation that is due to the high levels of poverty under which they are immersed. Along with this inconvenience is added the enormous increase in agricultural residues in the Andean communities. Waste that comes from agricultural activities, and that could be harmful to the environment if adequate measures are not taken. Unfortunately, in many developing countries where large amounts of these wastes are generated, little is known about their potential risks and benefits if not managed properly. One of the most interesting approaches to address this problem is the development of sustainable management of agricultural organic waste in the region, transforming it into resources for the generation of renewable energy (biogas) and organic fertilizers (digestate). This solution would allow to give an energetic recovery to the agricultural residues of the area, on which they base their economy, and at the same time would contribute to a better management of the residues avoiding the increase of environmental pollution. To contribute to energy development and improve the paradigm of waste management in the Andean area of Guaranda (Ecuador), this Doctoral Thesis addresses the evaluation of the biochemical potential of methane (BPM) of agricultural organic waste in the region. A systematic quantification of biogas production is carried out through the biochemical transformation of agricultural organic waste that includes main substrates (vicuña, llama and guinea pig manure residues, and cattle slaughterhouse residues) and co-substrates (amaranth straw residues), quinoa and wheat). The general objective of this doctoral research has been carried out in four phases: (I) characterization of the raw material through elemental and proximal analysis through which the theoretical performance and biodegradability of substrates and co-substrates were estimated, (II) Performance of the co-digestion of agricultural organic waste with mixtures of sewage sludge in batch biodigesters, (III) Analysis of synergistic and antagonistic effects during monodigestion and co-digestion of raw materials and (IV) Evaluation of microbial kinetics of anaerobic digestion using modified Gompertz models, transfer, logistic equation, cone model and modified Richards. In the physicochemical characterization it was determined that the VS/TS ratios of the substrates and co-substrates ranged between 58 and 77% with a C/N ratio between 12 and 102, which indicated that these wastes are suitable raw materials to produce methane. In all the tests an increase in the amount of inoculum improved the biodegradability of the substrates and consequently the methane production; thus, in monodigestion there were increases of up to 90% and in co-digestion increases of 71%. All the mixtures produced synergistic effects, where the highest percentages of methane occurred when the mixtures of amaranth, quinoa and wheat residues were 50 and 75% volatile solids. Regardless of SIR1:1 and SIR 1:2, the production of methane from co-digestion was improved by increasing the percentage of co-substrate, especially amaranth and quinoa residues. The best results of all the tests carried out were obtained in the biodigesters composed of slaughterhouse waste and quinoa waste, where methane productions between 581 and 555 ml/g VS were obtained. Regarding the kinetic modelling of the anaerobic digestion process, it was found that all the models fit the experimental values quite well with the predicted ones. In the monodigestion, in all the logistic models, the calculated asymptotes were adjusted very precisely for the specific yield (Me, This work has been carried out within the framework of the project “Analysis of the implementation of biomass exploitation chains in rural communities in the province of Bolívar (Ecuador)” of the ADSIEO-COOPERATION program of the Universitat Politècnica de València (UPV). The Ecuadorian Energy Exploitation Research Network of Biomass (ECUMASA) and the IBEROMASA Network (719RT0586) of the IberoAmerican Program of Science and Technology for Development (CYTED) have participated in this program

[ES] Una de las necesidades críticas de un modelo de catalizador de tres vías (TWC) es poder predecir la activación del catalizador para la conversión de las especies contaminantes. Esto es crucial para los estudios de aplicación y estudios de arquitectura de vehículos porque la mayoría de las emisiones de un TWC ocurren antes de que se alcance el light-off (llamadas emisiones de arranque en frío). Los experimentos de laboratorio brindan información detallada sobre el mecanismo de reacción y las formas analíticas de las expresiones de velocidad, ya que están mejor controladas que las pruebas de vehículos. En este trabajo, se utilizaron ocho conjuntos de datos para dos regímenes de giro diferentes, correspondientes a 1200 rpm y 1500 rpm respectivamente, a relaciones entre combustible y aire (FAR) variadas para calibrar y validar el modelo cinético global TWC. Nuestro énfasis en este trabajo se limita a predecir el comportamiento de un catalizador de tres vías para un motor de gas licuado del petróleo (GLP) de manera de poder diseñar un sistema óptimo de postratamiento de gases de escape para este tipo de automóviles que cumpla con las especificaciones de la Euro VI. El modelo cinético se calibra mediante una base de datos experimentales a partir de un sistema cíclico el cual estuvo conformado por fases ricas y pobres a fin de validar el modelo computacional propuesto para la eliminación de CO, HC y NOx. Finalmente, se logró alcanzar un ajuste que reproduce el comportamiento de las especies a lo largo del tiempo en el catalizador. Los resultados obtenidos muestran el potencial del modelo para representar los fenómenos que ocurren en un catalizador de tres vías con una composición de gas proveniente de la combustión de gas licuado, muy rica en propano, incluyendo la oxidación de CO y HC en presencia de NOx así como O2, cuyo mecanismo de almacenamiento y liberación durante las fases pobres y ricas también es considerado., [EN] One of the critical needs of a three-way catalyst (TWC) model is to be able to predict the catalyst activation for the conversion of the pollutant species. This is key for vehicle architecture and application studies because most emissions from a TWC occur before light-off is reached (called cold-start emissions). Laboratory experiments provide detailed information on the reaction mechanism and analytical forms of velocity expressions, as they are better controlled than vehicle tests. In this work, eight data sets were used for two different engine speeds, corresponding to 1200 rpm and 1500 rpm respectively, at varied fuel-air ratios (FAR) to calibrate and validate the global TWC kinetic model. Our emphasis in this work is limited to predict the behavior of a three-way catalyst for a liquefied petroleum gas (LPG) engine in order to design an optimal exhaust gas after-treatment system for this type of car that complies with the Euro VI specifications. The kinetic model is calibrated through an experimental database from a cyclic tests consisting of rich and poor phases to validate the proposed computational model for the removal of CO, HC and NOx. Finally, a setup was achieved that reproduces the behavior of the species over time in the catalyst. The results show the potential of the model to represent the phenomena that occur in a three-way catalyst with a gas composition from the combustion of liquefied gas, very rich in propane, including the oxidation of CO and HC in the presence of NOx as well as O2, whose storage and release mechanism during the rich and lean phases is also considered.

[ES] El ozono es un agente de alto poder oxidante cuyo uso a nivel industrial ha aumentado considerablemente en los últimos años. Presenta multitud de aplicaciones como desodorizante, desinfectante (sobre todo, en aguas residuales) y blanqueante, ya que, durante su descomposición, además de oxígeno, se generan varios tipos de radicales con una alta capacidad oxidante. Por esta razón, el ozono también está siendo ampliamente investigado para su aplicación en la desinfección frente al SARS-CoV-2. Concretamente, en la desinfección de diferentes medios de transporte público como el metro, tren, autobús y avión. A nivel estratosférico, actúa como agente protector mediante el filtrado de los rayos ultravioleta provenientes del sol. Sin embargo, a nivel troposférico, provoca daños severos tanto en el ámbito animal como en el vegetal. Además, es uno de los causantes del smog fotoquímico, contribuyendo a un calentamiento de la Tierra junto a otros agentes contaminantes. Al tener multitud de aplicaciones, la emisión del ozono no consumido en los procesos donde se usa, aún en cantidades residuales, supone un problema de contaminación atmosférica importante. Por tanto, el objetivo del presente proyecto final de máster (TFM) consiste en desarrollar formulaciones catalíticas basadas en óxido de manganeso que permitan llevar a cabo la descomposición catalítica del ozono no consumido, evitando su emisión indiscriminada a la atmósfera. Para ello, se sintetizarán diversos catalizadores basados en óxido de manganeso (IV) soportados y ¿bulk¿ de alta área superficial. Asimismo, se estudiarán sus propiedades fisicoquímicas más relevantes con una amplia variedad de técnicas disponibles en el ITQ (DRX, TGA y área BET, principalmente). Finalmente, se llevará a cabo una revisión bibliográfica de los modelos cinéticos de descomposición catalítica de ozono más representativos, con el objetivo de establecer parámetros cinéticos como la velocidad de reacción., [EN] Ozone is a highly oxidizing agent whose use at an industrial level has increased considerably in recent years. It has many applications as a deodorizer, disinfectant (especially in wastewater treatment) and bleach. During its decomposition, in addition to oxygen, several types of radicals with a high oxidizing capacity are generated. For this reason, ozone is also being widely researched for its application in disinfection against SARS-CoV-2. Specifically, its application in the disinfection of different means of public transportation such as subway, train, bus and airplane. At a stratospheric level, it acts as a protective agent by filtering out ultraviolet rays from the sun. However, at a tropospheric level, it causes severe damage to both animal and plant environments. In addition, it is one of the causes of photochemical smog, contributing to global warming along with other contaminating agents. As it has many applications, the emission of unconsumed ozone in the processes where it is used, in residual amounts, is a major air pollution problem. Therefore, the aim of this final project of master¿s degree is to develop catalytic formulations based on manganese oxide to carry out the catalytic decomposition of unconsumed ozone, avoiding its indiscriminate emission into the atmosphere. For this purpose, several catalysts based on manganese oxide (IV) supported and high surface area "bulk" will be synthesized. Likewise, their most relevant physical-chemical properties will be studied with a wide variety of techniques available at the ITQ (mainly XRD, TGA and BET area). Finally, a literature review of the most representative kinetic models of catalytic ozone decomposition will be carried out, with the aim of establishing kinetic parameters such as reaction rate., [CA] L'ozó és un agent d'alt poder oxidant l'ús a nivell industrial ha augmentat considerablement en els últims anys. Presenta multitud d'aplicacions com desodoritzant, desinfectant (sobretot, en aigües residuals) i blanquejant, ja que, durant la seva descomposició, a més d'oxigen, es generen diversos tipus de radicals amb una alta capacitat oxidant. Per aquesta raó, l'ozó també està sent àmpliament investigat per la seva aplicació en la desinfecció davant de la SARS-CoV-2. Concretament, a la desinfecció de diferents medis de transport públic com el metro, tren, autobús i avió. A nivell estratosfèric, actua com a agent protector mitjançant el filtrat dels raigs ultraviolats provinents del sol. No obstant això, a nivell troposfèric, provoca danys severs tant en l'àmbit animal com en el vegetal. A més, és un dels causants del smog fotoquímic, contribuint a un escalfament de la Terra al costat d'altres agents contaminants. Al tindre multitud d'aplicacions, l'emissió d'ozó no consumit en els processos on s'usa, encara en quantitats residuals, suposa un problema de contaminació atmosfèrica important. Per tant, l'objectiu d'aquest projecte final de màster consisteix a desenvolupar formulacions catalítiques basades en òxid de manganès que permeteixen dur a terme la descomposició catalítica de l'ozó no consumit, evitant la seua emissió indiscriminada a l'atmosfera. Per a això, es sintetitzaran diversos catalitzadors basats en òxid de manganès (IV) suportats i "bulk" d'alta àrea superficial. Així mateix, s'estudiaran les propietats fisicoquímiques més rellevants amb una àmplia varietat de tècniques disponibles en l'ITQ (DRX, TGA i àrea BET, principalment). Finalment, es revisaran els models cinètics de descomposició catalítica d'ozó utilitzant com a catalitzador òxid de manganès (IV) tenint en compte la bibliografia vigent, amb l'objectiu d'establir paràmetres cinètics com la velocitat de reacció.

Proyecto confidencial (Riunet)

La evaluación en laboratorio de los catalizadores de FCC necesita el empleo de unidades de laboratorio propias a este proceso debido a la desactivación muy rápida del catalizador. En el presente trabajo se plantea la construcción, optimización y aplicación al ensayo de catalizadores de FCC de un nuevo sistema de reacción de laboratorio denominado MicroDowner, que funciona con un reactor de lecho transportado descendente y cortos tiempos de residencia. Su aplicación principal va dirigida al ensayo de catalizadores de FCC, pero también puede ser utilizado en otros procesos que requieran tiempos de reacción cortos como por ejemplo procesos de oxidación selectiva. Después de estudiar la influencia de las condiciones de operación sobre los rendimientos experimentales proporcionados por la unidad y establecer un protocolo experimental estándar, se comparó con otras unidades de ensayo de catalizador como la unidad de laboratorio MAT y la planta piloto DCR. Los experimentos realizados han mostrado que el reactor construido permite obtener resultados muy similares a los obtenidos en la planta piloto, y lógicamente destacando las diferencias ya conocidas entre planta piloto y reactor MAT, en especial en el rendimiento a olefinas y a coque. La unidad MicroDowner se ha utilizado para evaluar el procesamiento de nafta en una unidad de FCC con el objetivo de incrementar la producción de olefinas cortas. Al contrario de la nafta LSR, que sólo craquea a temperaturas muy altas, la nafta de FCC reacciona apreciablemente incluso a temperaturas moderadas. El rendimiento a olefinas cortas aumenta con el incremento de la temperatura de reacción mientras que la selectividad disminuye, siendo la adición de zeolita ZSM5 siempre beneficiosa para la obtención de olefinas cortas. En todos los esquemas considerados se consigue una amplia reducción del contenido en olefinas de la gasolina alimentada., Sauvanaud ., LL. (2004). Desarrollo de un micro-reactor de lecho transportado y su aplicación al estudio craqueo catalítico [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. doi:10.4995/Thesis/10251/8641.