APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

The main problem addressed in this work is the need to find sustainable solutions for managing livestock waste and recovering nutrients like phosphorus, which are essential for fertilizer production. This final degree project focuses on producing sulfuric acid from livestock waste, with a special focus on the biooxidation of residual biological sulfur to produce biogenic sulfuric acid and its use for the bioleaching of phosphorus contained in ashes for its valorization as fertilizer.

This study addresses the issue of greenhouse gas (GHG) emissions from the livestock sector in Nicaragua, proposing mitigation strategies and a framework for institutional interaction to implement these strategies. A documentary methodological approach was implemented to collect and analyze quantitative data from national and international sources, and guiding questions were formulated to guide the research. The main sources of emissions were identified, and mitigation actions based on international experiences were proposed. The conclusions highlight the importance of involving various actors and institutions in managing GHG emissions and the need to implement concrete actions to reduce the environmental and climatic impact of the cattle livestock sector in Nicaragua.

The project focuses on the design and implementation of an aerothermal air conditioning system for a single-family home in Santpedor, Bages, with the goal of replacing conventional heating technologies with more sustainable alternatives. This decision responds to the increasing need for energy efficiency and reduction of environmental impact. For a detailed analysis of the home's energy consumption, the specifications of the existing air conditioning system and the requirements needed for the installation of the aerothermal heat pump were considered. The selected model is a BAXI monoblock with a performance coefficient of 3.5, operating together with an underfloor heating system. The thermal loads were calculated based on the minimum monthly temperatures and the thermal performance of the building, using standardized equations for this type of analysis. The results show a significant reduction in annual energy consumption, from 42,829.24 kWh with the gas boiler to 10,568.7 kWh with the heat pump, as well as a 65% decrease in CO2 emissions, from 7,794.92 kg to 2,737.29 kg annually. This transformation represents an annual saving of 1,142.82 €, with an initial investment of 27,264.17 €, which is expected to be recovered in 24 years, considering the current prices of electricity and gas. The installation of the aerothermal system proves to be a viable and beneficial option from an environmental standpoint, especially in new constructions or significant renovations. Although the amortization of the initial investment is long-term, the available subsidies can help accelerate this return on investment. The environmental benefits, such as the reduction of CO2 emissions and the optimization of energy consumption, justify the transition to more sustainable air conditioning systems, although the economic and logistical challenges associated with the removal of previous systems must be weighed.

Aquest treball de fi de grau se centra en l'anàlisi exhaustiva dels lípids presents en microorganismes hidrogenotròfics metanogènics, destacant-ne la rellevància en els camps de la biotecnologia i la microbiologia a causa de la seva capacitat per fer servir l'hidrogen com a font d'energia. La investigació busca proporcionar informació crucial sobre la composició d'aquests bacteris i la seva aplicació en diversos camps. L'objectiu principal del projecte és dur a terme una anàlisi detallada de la mostra mitjançant una metodologia que implica la liofilització dels microorganismes, seguida de l'extracció de lípids. Aquest procés continua amb la concentració de la fracció orgànica i la derivatització de compostos que posseeixen grups funcionals polars. Posteriorment, s'utilitza una combinació de tècniques de cromatografia i espectrometria de masses per analitzar els diferents components lipídics. Finalment, l'estudi busca caracteritzar els compostos mitjançant la identificació de perfils distintius en els espectres generats pels grups funcionals, determinant la presència d'àcids, alcohols, alcans i altres compostos en aquests microorganismes , i comparar-los amb els obtinguts en articles científics. També es duu a terme una anàlisi semiquantitativa per aconseguir una representació visual dels compostos més abundants en la mostra, facilitant una comprensió més accessible de la composició lipídica i destacant aquells components rellevants per a possibles aplicacions pràctiques.

Currently, lithium-ion batteries have acquired a predominant position as a source of energy in electronic devices, especially in cell phones. However, the growth in demand for these devices also leads to an increase in the generation of waste from obsolete batteries, which contain valuable metals, thus raising the need to develop efficient recycling methods. Leaching is a chemical process whose main objective is the extraction of valuable metals. In this study, a leaching mechanism using 𝐹�𝑒�2+ as a leaching agent is proposed. The work focuses on optimizing this leaching process, with the purpose of recovering lithium and cobalt present in obsolete cell phone batteries. The study focuses specifically on two fundamental parameters: the presence of aluminum and the size of the cathode material. In this project, these parameters will be defined and optimized to improve the overall efficiency of the leaching process. The results confirm the efficiency of the mechanism. The incorporation of aluminum in the process has been rigorously validated as a highly efficient approach for the recovery of the valuable metals present in the batteries, achieving extraction values of 100%. Furthermore, it has been conclusively found that the size of the cathode material plays a fundamental role in the leaching process, showing a substantial improvement when using smaller particles.

En aquest treball s'ha estudiat la valorització de fangs procedents del tractament d'aigües residuals d'origen tèxtil per a la producció de biogàs com a mitjà de gestió d'aquest efluent residual. Aquest estudi es va dividir en 3 parts. En la primera part, es va determinar la viabilitat de l'ús de fangs procedents del tractament de l'aigua residual produïda en un industria d'acabats tèxtils per a la producció de biogàs, a través d'un procés de digestió anaeròbia. La viabilitat d'aquest procés es va avaluar comparant la producció de biogàs utilitzant fangs procedents del tractament d'aigües residuals d'origen urbà i d'origen tèxtil. Aquest estudi es va realitzar utilitzant 3 relacions diferents entre l'inòcul (quantitat de fangs procedents d'un procés de digestió anaeròbia) i el substrat (fangs procedents del tractament de les aigües residuals). Els resultats d'aquest estudi van demostrar que els fangs procedents del tractament d'aigües residuals del procés tèxtil podien ser utilitzats per a la producció de biogàs. En la segona part, es va avaluar la relació entre l'inòcul i substrat òptima per a la producció de biogàs. Amb aquesta finalitat, es van realitzar experiment variant la relació inòcul/substrat entre 1,0 i 2,0 g SSV inòcul/g SSV substrat. Els resultats van demostrar que, en les condicions de treball establertes, la relació òptima era de 1,75 g SSV inòcul/g SSV substrat . A més, es va estudiar la influència de la càrrega orgànica inicial en la producció de biogàs. Es van fixar dos escenaris: 0.648 g i 0.162 g de sòlids en suspensió volàtils inicials. En aquests resultats es va poder observar com la producció de biogàs augmentava amb l'increment de relació inòcul/substrat, fins la relació de 1,75 g SSV inòcul/g SSV substrat, i de la càrrega orgànica introduïda inicialment. D'una altra banda, es va avaluar la possibilitat d'incloure en el procés de valorització un efluent secundari del procés tèxtil. Per a quest estudi, es va seleccionar l'efluent del procés de descruat que presenta un elevat contingut d'alcohol polivinílic (PVA), que es un residu orgànic. La co-digestió dels fangs procedents del tractament d'aigües tèxtils i un efluent sintètic de PVA es va estudiar utilitzant els dos valors de càrrega orgànica inicials i amb una relació inòcul/substrat de 1,5 g SSV inòcul/g SSV substrat. La quantitat de biogàs produïda en el procés de co-digestió es va comparar amb la producció de biogàs en el procés de digestió de fangs, obtenint-se produccions equivalents. Finalment, es va analitzar la composició del biogàs produït al llarg dels diferents estudis mitjançant cromatografia de gasos. Els resultats van revelar el percentatge en volum de diòxid de carboni i metà augmentaven amb l'increment de la relació inòcul/substrat. Tot i això, es va comprovar que quan la càrrega orgànica inicial augmentava, la relació entre el metà i el diòxid de carboni disminuïa, per tant la riquesa del biogàs en metà era inferior

The increase in carbon dioxide (CO₂) emissions has raised worldwide concern about its environmental impact and global warming. In this study, the enhancement of CO2 uptake using organic compounds as gas-liquid transfer vectors has been investigated. The main objective was to determine which compounds and which operating conditions favor CO₂ uptake by means of batch experiments. The results open the door to several possibilities of valorization of this gas. The work is divided into different experiments. Preliminary tests were performed with infrared (IR) spectroscopy for CO₂ calibration. Then, the ability of four organic compounds (Heptamethyl Nonane, Hexadecane, Diethyl Sebacate and Silicone Oil) to absorb the so-called gas was evaluated. Tests were carried out in aqueous solution with two more promising compounds and different buffer concentrations, and finally the effect of various operating parameters on CO₂ uptake was studied. IR tests allowed obtaining an accurate calibration line for CO2. Although the IR allowed to calibrate a method for CO₂ quantification, the characteristics of the sample did not allow to apply it for monitoring experiments, therefore the characterization of NAP has been done with pressure monitoring to the gas phase. In the selection of compounds, heptamethyl nonane and hexadecane showed the highest CO₂ adsorption capacity. In tests in aqueous solution, it was determined that 10%, 15% and 20% concentrations of buffer with 5 ml of compound were the most efficient for CO₂ adsorption. The study of the operating parameters revealed the importance of agitation and the presence of NAP in CO₂ uptake. The results obtained provide a better understanding of the CO₂ adsorption processes and the optimal conditions for its uptake. This information can be used for the development of carbon dioxide capture and valorization technologies within the framework of environmental sustainability.

Abordar la crisi climàtica és un repte complex que requereix enfocaments nous i innovadors per reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle i mitigar els impactes de l'escalfament global. El desenvolupament i el desplegament de noves tecnologies que puguin compensar eficaçment les emissions de carboni és essencial per a aquesta problemàtica. Tanmateix, el desenvolupament de noves tecnologies és un procés que requereix molt de temps i una inversió de recursos important. L'objectiu d'aquest projecte és dissenyar i construir un bioreactor de membrana miniaturitzat. El projecte també implica el desenvolupament de membranes polimèriques que puguin capturar selectivament el CO2 i l'H2 alhora que l'optimització del rendiment de la permeabilitat. A més, es fa créixer un consorci d'arquees metanogèniques hidrogenotròfiques per estudiar la biometanització. El projecte inclou també la instal·lació i posada en marxa d'equips de cromatografia de gasos, crucial pel treball futur. L'extens cos del projecte descriu tots els experiments realitzats, incloses les condicions, les tècniques, els reactius, les condicions de pH, les mostres preses i les concentracions dels medis. Aquesta memòria recull tots els components necessaris per dur a terme una investigació exhaustiva sobre la biometanització i la metanogènesi hidrogenotròfica. El contingut textual presenta l'estratègia completa, l'estat de l'art, discuteix protocols importants amb cites extenses i presenta els resultats i evidències descobertes a través d'una discussió de resultats. Els resultats confirmen que les membranes polimèriques desenvolupades presenten diferents comportaments, amb diferents permeabilitats pel CO2 i l'H2 segons el material i la seva interacció. El creixement del consorci microbià conclou una alimentació òptima, ja que els seus resultats afirmen una conducta idèntica a les referències literàries. Finalment, la validació del mètode de cromatografia de gasos simplifica els procediments i experiments futurs.

Currently, circular economy and bioeconomy have garnered escalating interest worldwide due to their pursuit of promoting sustainability and resource recovery. In this context, the recovery of primary materials and the mitigation of anthropogenic gas emissions stands as crucial objectives. Notably, SOX emissions have emerged as a prominent focus among contaminant emissions, thereby prompting the exploration of their biological recovery method. This study endeavours to investigate the application of PVA immobilization as a technique for such recovery. The primary aim of this research is to operate a reactor employing diverse types of sulfate-reducing microorganisms. The overarching goal encompasses the selection and implementation of the most efficient immobilization method for these microorganisms, coupled with meticulous and systematic monitoring of their activity throughout reactor operation. Furthermore, the evaluation of the performance and efficiency of the reactors under controlled conditions becomes pivotal, entailing a vigilant assessment of potential interferences arising from the presence of different microorganism strains within the system. This project presents a comprehensive exposition of the materials and methods employed to investigate sulfate reduction. Elucidation of the procedures involved in cultivating sulfate-reducing bacteria are provided, encompassing the selection of microorganisms and the preparation of the mineral medium. Additionally, the process of immobilization utilizing polyvinyl alcohol (PVA) is explicated, along with the operational procedures of the experimental system featuring bioreactors and the calibration of the peristaltic pump. The monitoring of sulfate-reducing activity is pursued, aided by analytical methodologies for ascertaining parameters such as chemical oxygen demand (COD), sulfate, sulfur, pH, and volatile fatty acids. This wealth of information proves indispensable for comprehending the outcomes and conclusions derived from this study. This investigation yields a more profound understanding of reactor operation for SOX recovery within the context of bioeconomy and material reclamation. The findings showcase commendable elimination efficiencies achieved by microorganisms utilizing glycerol as a carbon source, attaining values close to 100%. Furthermore, the reactors exhibit an accumulation of volatile fatty acids, which diminishes when microorganisms utilizing acetate as a carbon source are inoculated into the reactor.

The study outlined in this grade thesis was conducted in order to determine the feasibility of using a biphasic partition bioreactor (TPPB) with non-aqueous phase solvents (NAPs) for the nitrogen monoxide absorption process.

Currently, lithium-ion batteries (LIBs) have a continuously growing market share, driven mainly by the electrification of mobility. More and more users are choosing electric vehicles as a means of transport, a fact that has translated into an exponential growth in their sales and, therefore, a growing need for battery manufacturing. Lithium-ion batteries are becoming the most favourable and widely used alternative for electric mobility applications thanks to their high energy density, low self-discharge level, useful life (between 10 and 15 years) and efficiency (Pagani 2021). The exponential worldwide growth in the demand for batteries will lead to an equivalent increase in the demand for raw materials, such as lithium and cobalt, which is why there is a need to recycle these elements in order to reduce their environmental impact. Moreover, their use generates a large amount of electronic waste once their useful life is over. For these reasons, there is a need to implement measures to minimise the environmental impact, such as defining recycling processes for these devices, thus moving towards a circular economy. This, together with the increase in public policies on the treatment of electronic waste in the country, has motivated the development of this work, which aims to recover metals, mainly lithium and cobalt, from lithium-ion batteries. In the present work, a mechanism for the leaching of lithium and cobalt from LIBs is proposed and confirmed. The optimal conditions of pH, sample concentration and leaching agent concentration (Fe2+) of the LIB leaching process are then studied. When the concentration of the leaching agent is in excess, 86% of Co and 45.3% of Li are recovered by working in discontinuous operation. However, when the concentration is not in excess, the recovery rate decreases to 27% Co and 33% Li. For this reason, a continuous process of recovery of lithium and cobalt is designed to recover 87,8% of Co and 45,6% of Li.

The current global energy system can be described by a significant reliance on fossil fuels, a paradigm that is beginning to face challenges as existing reserves are depleted and environmental costs are reduced. The integration of renewable energies, their distributed generation, and the promotion of electric vehicles, among other things, are promising milestones toward establishing a more efficient and sustainable model. The aim of this project lies in the definition and parametrization at the laboratory scale of the proper leaching methodology used to recover valuable metals in wasted Lithium-Ion batteries from end-of-life mobile phones. First, a comprehensive analysis of the environmental and social impact of energy storage technologies such as Lithium-Ion batteries has been carried out. Furthermore, an in-depth explanation has been conducted to back the numerous reasons for the development of such a project, appealing to sustainability and ethical and upright development. The study also contains bibliographical research in a review format to support its meaningful impact in the aforementioned areas. The lengthy body of the project defines all conducted experiments, their conditions and techniques –pH conditions, sample and leaching agents' concentration– to show the final chemical mechanism by which Cobalt and Lithium can be successfully recovered. Multiple variables are analysed to provide exact information and define experimental boundaries. The amount of clarity in the textual content is optimal, as it portrays the entire approach, discusses all key aspects of the mechanism, precisely those developed during the parametrization stages and is supported by results. Results exceed any expectations as the totality of Lithium and Cobalt available to recover has feasibly resulted in 100 & 96% extraction rates, respectively, using Fe2+ as the optimal leaching agent.

CO2 emissions and the environmental degradation are increasing. Combustion vehicles are a major emission source and as a solution it has been developed the world of electric mobility. There is a wide variety of batteries used in this sector, but currently the most effective one is called lithium-ion battery. The purpose of this project is the characterization of lithium-ion batteries used in the electric transport, specifically electric vehicles. Analyse its structure and operation, identify and quantify all the components of these batteries, and determine which percentage of metals are contained in one of the main parts of the battery, the cathode. With atomic absorption spectrometry, it has been possible to quantify the percentage of Lithium, Cobalt, Manganese and Nickel contained in the cathode. This project also includes a comparison with the typical values of the valuable metals present in lithiumion batteries for electric vehicles and shows the possibility in the future of recycling these metals, avoiding the depletion and massive use of natural resources, and supporting the global development of electric vehicles.

This project deals with different operating conditions to optimize sulfate-reduction in tubular flow anaerobic reactors inoculated with immobilized biomass, where several types of methods and analyses are carried out to extract conclusive results on the subject.

Les tècniques biològiques han adquirit molta importància en quant a la eliminació de contaminants. La part fonamental de les tècniques biològiques és la eliminació dels contaminants a través de microorganismes. Aquests microorganismes creixen en els biofiltres creant una biopel·lícula que és la part més essencial d'aquest tipus de tècniques, ja que és on tenen lloc tots els processos d'eliminació. Per poder aprofitar al màxim els avantatges que ens ofereix aquesta biopel·lícula s'ha mirat d'estudiar els paràmetres que li afecten, on l'oxigen és un dels més importants quan es tracta de processos aerobis on apareix com a agent oxidant en moltes de les reaccions que hi tenen lloc en el seu interior. La difusió del oxigen, és un paràmetre clau per determinar el seu efecte en l'interior de la biopel·lícula, ja que depenent de les condicions del medi en les que es trobi, sigui en estat endogen (sense substrat) o amb càrrega de substrat, les zones aeròbies i anaeròbies del sistema varien. Sabent les concentracions de l'oxigen podem modelitzar la biopel·lícula per esbrinar més sobre la transferència de matèria i sobre la biocinètica (són les reaccions que tenen lloc com a conseqüència de l'activitat metabòlica dels microorganismes). Per aconseguir les dades de l'oxigen dissolt en la biopel·lícula a escala laboratori, el grup de recerca ha desenvolupat uns microsensors molt avançats que permeten fer perfils al interior a la biopel·lícula d'una manera poc invasiva, els quals ens permeten obtenir els paràmetres químics que desitgem pel tractament de les biopel·lícules i, a més a més, tenen una bona resolució a l'hora d'obtenir les mesures. Els més utilitzats són els de tipus Clark, on la seva funció es detectar l'oxigen dissolt en la biopel·lícula. Encara que actualment s'ha desenvolupat una tecnologia nova anomenada MEMS, que supleixen les limitacions dinàmiques dels Clark i que en aquest treball s'evidencien. L'objectiu del present treball és desenvolupar una metodologia que permeti caracteritzar tot tipus de biopel·lícules. Per dur-lo a terme, necessitarem la utilització de microsensors que siguin capaços de mesurar dins de les biopel·lícules, en un sistema a escala laboratori. S'estudia l'efecte de diversos paràmetres que podrien afectar a la transferència de l'oxigen i mitjançant les dades obtingudes amb els diferents microsensors, podrem determinar paràmetres característics que defineixen el comportament de la biopel·lícula.