Селскостопанските и хранителните отпадъци често се разглеждат като проблем, но има все повече проекти, които показват, че при правилно управление те могат да се превърнат в... източник на храна, енергия и торовеЕдин от най-интересните начини за постигане на това е чрез използването на гъби, които са способни да трансформират органичните отпадъци в продукти с висока добавена стойност в рамките на т.нар. кръгова биоикономика.
През последните години различни европейски и американски изследователски екипи и проекти са изследвали как да използват силата на гъбите, за да... да се добави стойност към селскостопанските странични продукти, оборския тор и отпадъчните водиОт производството на годни за консумация протеини до гъбична ферментацияОт производството на пелетирани биоторове до пречистването на вода от термохимични процеси, основната идея е една и съща: да се затворят циклите, да се намалят отпадъците и да се създадат нови възможности за селскостопанския сектор.
Една от най-обещаващите области на изследване е използването на гъби за трансформиране на селскостопански и хранителни отпадъци в... храни, богати на протеини и други хранителни веществачрез процес, известен като гъбична ферментация. Този подход произтича от очевидна реалност: много странични продукти от селското стопанство и хранително-вкусовата промишленост все още съдържат много използваеми хранителни вещества, но в момента се оказват недоизползвани или просто изхвърлени.
В този контекст, гъбички, способни да колонизират отпадъци, като например плодови остатъцистранични продукти от културите, отпадъци от преработката на храни или дори по-сложни смеси от различни агрохранителни вериги. Гъбата използва тези материали като източник на въглерод и енергия, разлага ги и същевременно образува гъбна биомаса, богата на протеини, фибри и други интересни съединения.
Следователно, гъбичната ферментация позволява преобразуването на отпадъчния поток в нови устойчиви хранителни суровиниТе биха могли да се използват както за консумация от човека (например под формата на съставки, богати на гъбични протеини), така и за висококачествена храна за животни, при условие че са спазени изискванията за безопасност на храните, контрол на замърсителите и стандартизация на процесите.
Тази стратегия се вписва идеално в концепцията за кръгова биоикономикапри която отпадъците от една система се трансформират в ресурси за друга. Изследователите обаче посочват, че остават значителни предизвикателства: необходимо е да се оптимизират процесите на техническо ниво, да се гарантира безопасността на крайните продукти, да се мащабират съоръженията до индустриално ниво и най-вече производствените разходи да станат конкурентоспособни с конвенционалните алтернативи.
Друг ключов аспект е променливост на изходните остатъциСъставът му може да се променя в зависимост от времето на годината, вида на отглеждане или индустриалния процес, от който произхожда. Тази променливост налага проектирането на гъвкави системи, способни да регулират условия като температура, pH, аерация или време на ферментация, така че гъбите да работят в оптималния си диапазон и да поддържат постоянно качество на крайния продукт.
Гъбична ферментация: гъбички, които превръщат отпадъците в храна
Една от най-обещаващите области на изследване е използването на гъби за трансформиране на селскостопански и хранителни отпадъци в... храни, богати на протеини и други хранителни веществачрез процес, известен като гъбична ферментация. Този подход произтича от очевидна реалност: много странични продукти от селското стопанство и хранително-вкусовата промишленост все още съдържат много използваеми хранителни вещества, но в момента се оказват недоизползвани или просто изхвърлени.
В този контекст, гъбички, способни да колонизират отпадъци, като например плодови отпадъци, странични продукти от култури, отпадъци от преработка на храни или дори по-сложни смеси от различни агрохранителни вериги. Гъбата използва тези материали като източник на въглерод и енергия, разлага ги и същевременно образува гъбна биомаса, богата на протеини, фибри и други интересни съединения.
Следователно, гъбичната ферментация позволява преобразуването на отпадъчния поток в нови устойчиви хранителни суровиниТе биха могли да се използват както за консумация от човека (например под формата на съставки, богати на гъбични протеини), така и за висококачествена храна за животни, при условие че са спазени изискванията за безопасност на храните, контрол на замърсителите и стандартизация на процесите.
Тази стратегия се вписва идеално в концепцията за кръгова биоикономикапри която отпадъците от една система се трансформират в ресурси за друга. Изследователите обаче посочват, че остават значителни предизвикателства: необходимо е да се оптимизират процесите на техническо ниво, да се гарантира безопасността на крайните продукти, да се мащабират съоръженията до индустриално ниво и най-вече производствените разходи да станат конкурентоспособни с конвенционалните алтернативи.
Друг ключов аспект е променливост на изходните остатъциСъставът му може да се променя в зависимост от времето на годината, вида на отглеждане или индустриалния процес, от който произхожда. Тази променливост налага проектирането на гъвкави системи, способни да регулират условия като температура, pH, аерация или време на ферментация, така че гъбите да работят в оптималния си диапазон и да поддържат постоянно качество на крайния продукт.
Примерът с гъбния сектор: субстратите след култивиране като ресурс
Отглеждането на ядливи гъби, като например печурки, генерира след всеки производствен цикъл материал, известен като субстрат за посткултивиране на гъби (SPCH)Това е субстратът, върху който са растели гъбите, съставен главно от органични остатъци от селскостопански и животински произход (оборски тор, слама, растителни странични продукти), които са загубили голяма част от първоначалните си хранителни вещества след няколко реколти.
Този SPCH представлява огромен обем отпадъци за производителите, чието третиране и управление са скъпо и логистично сложноОбичайният вариант е бил превърнете го в компост за употреба като тор, но този материал има основен недостатък: има много високо съдържание на влага, около 70%, което прави транспорта му скъп и обработката му трудна в голям мащаб.
Досега най-лесният начин за изсушаване на този субстрат беше да го оставите на открито и да изчакате слънцето да свърши работата, метод... бавно, трудно за контролиране и зависимо от времетоТова усложнява планирането на производството на торове от SPCH и намалява икономическата му привлекателност за компаниите в сектора.
Изправен пред този проблем, европейският проект Smartmushroom е разработил иновативна техника за... рециклиране на селскостопански отпадъци от отглеждането на гъби, превръщайки ги в пелетиран биотор чрез екологично чист процес, интегриран в логиката на кръговата биоикономика.
Основната идея на Smartmushroom е да трансформира пресния SPCH в ценен ресурс, използвайки собствените си компоненти за генериране на енергия и същевременно създавайки... тор с висока агрономическа стойност които могат да се продават във всеки регион на Европа. По този начин един проблемен отпадъчен продукт се превръща в двоен източник на ползи: намаляване на разходите и нов поток от приходи.
Smartmushroom: биогаз, ефективно сушене и пелети от биотор
Технологията, предложена от Smartmushroom, започва с пресни SPCH, които първо преминават през процес на хидролиза, последвана от анаеробно разгражданеВ този процес на разграждане, органичната материя се разгражда от микроорганизми при липса на кислород, произвеждайки богат на метан биогаз и богат на хранителни вещества дигестат.
Генерираният биогаз се използва за захранване на сушилна система, специално проектирана за третиране на смес от дигестат и SPCH. Този процес намалява съдържанието на влага в материала до приблизително един процент. 28% съдържание на вода, много по-подходяща цифра за транспортирането му и последващото му преобразуване в пелети.
Сушенето се ускорява чрез комбиниране на кондензация на влага с адсорбция върху сепиолитови филтриМинерал с висок капацитет за задържане на вода. Тази комбинация позволява по-бързо и по-контролирано отстраняване на излишната влага, отколкото простото сушене на въздух, а също така прави процеса независим от метеорологичните условия.
След като изсъхне, SPCH може да се обогати с естествени торове, които осигуряват азот, фосфор и калийФормулата е съобразена със специфичните нужди на различните култури. След това обогатяване материалът се пелетизира, т.е. се уплътнява в малки, твърди цилиндри, които са лесни за съхранение, транспортиране и приложение на полето с помощта на конвенционална селскостопанска техника.
За да проверят жизнеспособността на процеса, екипът на Smartmushroom проведе опити в три основни области: оптимизиране на анаеробното разграждане, регулиране на системата за сушене и агрономическа оценка на гранулирания биотор. различни култури и полеви условия.
Оптимизация на биогаза и проектиране на пилотна инсталация
В лабораторната фаза SPCH беше използван като основна суровина за анаеробно разгражданетестване на различни смеси с други остатъчни субстрати от селското стопанство. Целта беше да се увеличи максимално производството на биогаз и по-специално да се увеличи съдържанието на метан, компонентът с най-висок енергиен потенциал.
След многобройни опити беше установено, че най-добрата комбинация е смес, състояща се от седем части SPCH, две части отпадъчни води от производството на сладко и една част глицеринТова съотношение позволи установяването на оптимални параметри на хранене за пилотната инсталация, осигурявайки адекватен баланс на лесно разградима органична материя и стабилност на биологичния процес.
Успоредно с това бяха коригирани ключови променливи на сушилнята, като например работна температура, време на престой на материала и скорост на конвейерната лентаТези параметри бяха оптимизирани, за да се извлече максимална полза от енергията, съдържаща се в биогаза, като същевременно се адаптират към евентуални колебания в състава на входящия материал.
Резултатът беше проектирането на система за сушене с автоматично регулиранеТой е способен да се адаптира към промените в сместа от дигестат и SPCH, без да губи ефективност. Тази автоматизация намалява необходимостта от постоянна човешка намеса и подобрява надеждността на процеса, което е от съществено значение, когато се обмисля евентуална индустриализация.
Що се отнася до инфраструктурата, Smartmushroom изгради пилотна сушилня SPCH в Sustratos de La Rioja, оторизирана компания за управление на отпадъци за отглеждане на гъби в региона. Анаеробните биореактори бяха инсталирани в контейнерни модули.Вместо използването на бетонни сгради, това позволява по-лесно адаптиране на капацитета за пречистване към различни обеми на SPCH в зависимост от сезона и търсенето.
Инсталацията включва и сушилня, оборудвана с горелка, захранвана от генерирания биогаз, способна да доведе SPCH до нивото на влажност, необходимо за производствената линия, отговорна за производството на пелети от биотор. Това води до относително компактна и интегрирана система, в която Енергията и торовете се генерират от един и същ поток от отпадъци.
Агрономически резултати и производствен капацитет на биотора
Получените SPCH пелети бяха тествани като биотор в широк спектър от културиОпитите са проведени както в оранжерии, така и на открити полета в Испания и Сърбия. Тестваните видове включват маруля, карфиол, чушки, домати, броколи, лозя и различни зърнени култури, което позволява оценка на ефективността на торовете в градинарски, дървесни и екстензивни земеделски системи.
Опитите показаха толкова убедителни резултати, че много от участващите фермери Те изразиха интерес да продължат да използват пелетите. след приключване на тестовете. Това ниво на приемане на място е ключов показател, че продуктът работи не само на хартия, но и при реални условия на управление на земеделието.
По отношение на капацитета, пилотната инсталация Smartmushroom е способна трансформират приблизително 36 000 тона пресен SPCH годишно в приблизително 8 500 тона пелети биотор. Това увеличение на обема ясно илюстрира високото съдържание на вода в първоначалния субстрат и значението на сушенето за концентриране на хранителните вещества в компактна форма.
От икономическа гледна точка, иновациите се превръщат в двойна полза за производителите на гъби. От една страна, те им позволяват спестете разходи за управление на отпадъцитеоценява се на около 29,2 милиона евро за целия европейски сектор. Освен това, тя открива нова бизнес линия, базирана на продажбата на биотор на други селскостопански предприятия.
В допълнение към всичко това, системата има положително въздействие върху околната среда. Тъй като това е процес, който вгражда органична материя в почвата и премахва CO₂ от атмосферата, биоторът действа като форма на улавяне на въглерод и средство срещу деградацията на почвата, тъй като осигурява до 50% органична материя на почвата, подобрявайки нейната структура и капацитет за задържане на вода.
Проектът вече е разработил симулации на индустриализация и взема предвид, че Пилотният завод е готов за разширяване Ако пазарните и логистичните условия позволяват. Освен това, консорциумът планира да организира технически посещения на съоръжението, така че други заинтересовани страни в селскостопанския сектор да могат да се запознаят с технологията от първа ръка, при условие че няма ограничения за мобилност, подобни на тези, наблюдавани по време на пандемията от COVID-19.
Гъби за пречистване на отпадъчни води и производство на торове
Освен случая със SPCH, използването на гъби се проучва и в друга област от огромен интерес: лечението на отпадъчни води от процеси на хидротермално втечняване (HTL), технология, която преобразува мократа биомаса в биосуров петрол, използвайки високи температури и налягане.
HTL се прилага върху суровини като свински тор, хранителни отпадъци или други органични странични продуктиПроцесът генерира биосуров петрол, който може да се използва като гориво, и водна фаза, известна като HTL-AP (хидротермална втечняваща водна фаза), която съдържа множество хранителни вещества, особено азот в органични форми, както и евентуални тежки метали и токсични съединения в зависимост от произхода на биомасата.
Досега тази водна фаза до голяма степен се смяташе за проблемни отпадъцизащото хранителното му съдържание не може да се използва директно в селското стопанство: голяма част от азота се намира в сложни органични молекули, които растенията не могат да абсорбират, а евентуалното му замърсяване представлява екологични рискове.
Две проучвания от Университета на Илинойс Урбана-Шампейн анализират потенциала на гъбичка, причиняваща бяло гниене, Versicolor trametesда се трансформират тези отпадъчни води в полезен разтвор като тор, като същевременно се намалят потенциално токсичните съединения, присъстващи в сместа.
Ролята на Trametes versicolor в подобряването на HTL-AP
В първото проучване, ръководено от изследователката Витория Леме, бяха разработени специфични методи за култивирайте Trametes versicolor и го приложете към разтвори, съдържащи 5% HTL-APТретирането продължи три дни, достатъчно време, за да се наблюдават значителни промени в химичния състав на отпадъчните води.
Резултатите показват, че действието на гъбата значително увеличава концентрации на нитрати и амонякС други думи, той трансформира част от органичния азот, присъстващ във водната фаза, в минерални форми, които растенията могат да абсорбират директно. По този начин, един труден за управление отпадъчен продукт се превръща в потенциален течен източник на тор.
Освен това, Trametes versicolor е известен със способността си да произвежда окислителни ензими, които разграждат сложни и често токсични молекуликато например някои устойчиви органични замърсители. В контекста на HTL-AP това отваря вратата за възможно намаляване на натоварването от токсини и свързани с тях метали, въпреки че този аспект изисква много внимателно наблюдение в зависимост от изходните отпадъци.
Когато Леме завърши работата си, изследването продължи с Карла Лопес, студентка по селскостопански системни технологии и мениджмънт, която се фокусира върху комбинирането на гъбичното третиране с... процес на бактериална нитрификацияВ това второ проучване, T. versicolor и нитрифициращи бактерии в HTL-AP.
Тази комбинация се оказа особено ефективна: увеличение до 17 пъти по-високи концентрации на нитрати в третираната водна фаза. Нитрифициращите бактерии окисляват генерирания (или вече присъстващ) амоняк до нитрат, докато гъбичките улесняват първоначалното освобождаване на органичен азот и спомагат за разграждането на съединения, които биха могли да инхибират други микроорганизми.
Проучването анализира и различни фактори, които влияят върху производителността на системата, като например pH на разтвораНай-добрите резултати, както за нитрати, така и за амоняк, са получени, когато микроорганизмите работят в диапазон на pH между 6 и 7,5, сравнително често срещан диапазон в много биологични процеси и относително лесен за поддържане чрез основни настройки.
Друго важно откритие беше производството на ензим, способен да разгражда токсинитеТова подкрепя пречистващата функция на гъбичките върху определени съединения, присъстващи в биоотпадъците. Това предполага, че третирането с гъбички може не само да подобри стойността на тора на HTL-AP, но и да го направи по-безопасен за селскостопанска употреба.
От пречистена вода до напояване на културите: кръгова икономика на практика
Въз основа на тези резултати, екипът на професор Пол Дейвидсън в момента работи върху използването на пречистени отпадъчни води за отглеждане на растения в хидропонни системиИдеята е да се тества до каква степен получената течност може да служи като хранителен разтвор, затваряйки напълно цикъла между органичните отпадъци, гъбично-бактериалното третиране и растителното производство.
В идеалния случай цялото лечение би се провело възможно най-близо до място, където се извършва хидротермално втечняванеНапример, ако свински тор се използва като мокра суровина, би било разумно да се разположи инсталацията за топлопречистване и системата за биологично третиране до ферма с хиляди свине, където потокът от тор е постоянен и обилен.
По този начин животинските отпадъци могат да бъдат събирани, обработвани с помощта на HTL за генериране на биосуров продукт и HTL-AP, а след това тази водна фаза може да бъде подложена на... третиране с Trametes versicolor и нитрифициращи бактерии в специално съоръжение. Пречистената вода, богата на нитрати и с по-ниско съдържание на проблемни съединения, може да се използва като тор за близките култури.
Този подход значително намалява необходимостта от транспортиране на тежка, влажна биомаса на дълги разстояния, което предполага спестявания на логистични разходи и емисии от транспортОсвен това, то пряко свързва управлението на отпадъците от добитъка с торенето на културите, създавайки териториални системи за кръгова икономика, където хранителните вещества се рециклират локално.
На практика, ако една свинеферма е заобиколена от земеделска земя, системата би могла да генерира течен тор, съобразен с нуждите на местните култури, намалявайки потреблението на синтетични торове, получени от изкопаеми горива. Всичко това би допринесло за по-устойчиво селскостопанско производство, по-малко зависимо от външни ресурси и с... по-нисък екологичен отпечатък.
Успоредно с това, развитието на тези технологии засилва идеята, че гъбите, независимо дали под формата на ферментация върху твърди отпадъци или като пречиствателни агенти в сложни отпадъчни води, могат да се превърнат в ключови компоненти на нови вериги за създаване на стойност в... селскостопанска кръгова биоикономикаКакто работата със SPCH, така и проучванията върху HTL-AP сочат в една и съща посока: трансформиране на проблемите с отпадъците в продуктивни решения.
Всички тези изследвания и проекти показват, че гъбите имат огромен потенциал за да се добави стойност към селскостопанските, животновъдните и хранителните отпадъци чрез относително ефективни процеси, които съчетават производство на енергия, производство на торове и производство на богата на хранителни вещества биомаса. Въпреки че техническите, регулаторните и икономическите предизвикателства остават, посоката е ясна: да се използва по-добре това, което преди това е било изхвърляно, и да се създадат по-кръгови селскостопански системи, в които отпадъците на един човек се превръщат в ресурс на друг.
