Biomethane Recovery for Hermetia illucens Larval Frass Derived from Faecal matter, Swine Manure and Chicken Manure

Cada día, el mundo genera una montaña de desechos orgánicos, desde los restos de comida en nuestras cocinas hasta el estiércol dejado por el ganado. Cuando este material simplemente se amontona o se entierra, a menudo se pudre de una manera que libera gases nocivos y contamina el suelo. Durante décadas, los científicos han buscado formas de convertir este problema en una solución, buscando métodos que no solo limpien el desastre, sino que también capturen la energía atrapada dentro de la materia en descomposición. Un enfoque prometedor involucra a la mosca soldado negra, un pequeño insecto cuyas larvas son comedores voraces. Estas larvas pueden consumir vastas cantidades de desechos orgánicos, descomponiéndolos en un enmienda de suelo rica en nutrientes conocida como frass. Si bien este frass es excelente para fertilizar cultivos, el frass fresco suele ser inestable y puede contener patógenos que lo hacen riesgoso para esparcir en los campos de inmediato. El desafío ha sido encontrar una manera de estabilizar este material de forma segura mientras también se recupera la energía que permanece bloqueada dentro de él.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Agricultura y Tecnología Jomo Kenyatta en Kenia se propuso resolver este rompecabezas probando si este residuo producido por insectos podía ser alimentado en una máquina biológica llamada digestor anaeróbico. Este proceso, que ocurre sin oxígeno, es similar a lo que ocurre en lo profundo de un pantano o dentro del estómago de una vaca, donde los microbios descomponen la materia orgánica para producir un gas rico en metano. Los investigadores querían ver si podían usar el frass de la mosca soldado negra que había sido alimentada con tres tipos diferentes de desechos: materia fecal humana, estiércol de cerdo y estiércol de pollo. Su objetivo era determinar si este material sobrante podía transformarse en una fuente de combustible limpia mientras simultáneamente hacía que el residuo fuera seguro para el medio ambiente.

Para comenzar su investigación, el equipo recolectó desechos frescos de fuentes locales e introdujo larvas de mosca soldado negra de cinco días de edad en ellos. Los insectos fueron permitidos crecer hasta que estuvieron completamente maduros, momento en el cual los investigadores cosecharon el frass resultante. Prepararon cuidadosamente muestras de cada uno de los tres tipos de desechos, moliéndolos hasta alcanzar un tamaño uniforme y almacenándolos en un lugar fresco para mantenerlos frescos. Antes de probar el potencial de combustible, los científicos analizaron la composición física y química de cada muestra. Encontraron que los tres tipos de frass eran bastante secos y alcalinos, lo que significa que tenían un nivel de pH alto. Sin embargo, la composición variaba significamente dependiendo de lo que las larvas habían comido. El frass proveniente del estiércol de cerdo contenía la mayor cantidad de material orgánico que podía ser descompuesto, mientras que el frass del estiércol de pollo era el más seco y contenía la menor cantidad de materia degradable.

Los investigadores luego colocaron estas muestras en botellas de vidrio selladas junto con una mezcla especial de microbios tomados de un digestor activo. Crearon un entorno controlado donde se excluyó el oxígeno, permitiendo que los microbios se alimentaran del frass y produjeran biogás. Durante un periodo de cincuenta y cinco días, midieron el gas producido cada uno de los días. Los resultados mostraron una diferencia clara en el rendimiento basada en la fuente de alimento original. El frass derivado del estiércol de cerdo produjo la mayor energía, generando un total de 619 mililitros de biogás por cada gramo de sólidos volátiles, con un rendimiento de metano de 347 mililitros. El frass de la materia fecal humana funcionó bien en el medio, produciendo 378 mililitros de biogás y 205 mililitros de metano. En marcado contraste, el frass del estiércol de pollo tuvo dificultades significativas, produciendo solo 185 mililitros de biogás y 100 mililitros de metano.

El equipo descubrió que el bajo rendimiento del frass de estiércol de pollo se debía a su naturaleza química. Contenía niveles altos de azufre y tenía un pH muy alto, ambos de los cuales pueden ser tóxicos para los microbios responsables de producir metano. Además, el material del estiércol de pollo incluía residuos de cama que son difíciles de descomponer para los microbios, actuando como una barrera para la recuperación de energía. El frass del estiércol de cerdo, por otro lado, era rico en materia orgánica fácilmente digerible, permitiendo que los microbios trabajaran eficientemente. Los investigadores también observaron que el proceso de descomposición del frass de estiércol de cerdo tardó un poco más en comenzar, con un retraso de casi tres días antes de que la producción alcanzara su punto máximo, pero una vez que comenzó, produjo energía a un ritmo más rápido que las otras muestras.

Para comprender la velocidad y el patrón de esta producción de energía, los científicos utilizaron modelos matemáticos para ajustar sus datos. Encontraron que la producción de metano de los desechos de cerdo y humanos seguía una curva específica que explicaba un inicio lento seguido de un aumento rápido. Para el estiércol de pollo, sin embargo, el proceso fue mucho más lento y más lineal, sugiriendo que la descomposición del material en sí era el principal cuello de botella. El estudio confirmó que, si bien los tres tipos de frass podrían usarse para generar energía, la variedad de estiércol de cerdo era, por mucho, la más efectiva. El proceso también redujo con éxito la cantidad de residuo orgánico en las botellas hasta en un 55 por ciento, indicando que el proceso de digestión estabilizó el material y redujo su potencial para causar daño ambiental.

Esta investigación destaca un camino práctico hacia adelante para la gestión de los desechos orgánicos en una economía circular. Al alimentar a las larvas de mosca soldado negra con estiércol de cerdo y luego digerir el frass resultante, las comunidades pueden crear un sistema que produzca energía renovable mientras trata simultáneamente los desechos y reduce los riesgos de enfermedades. El estudio sugiere que este método es particularmente adecuado para el estiércol de cerdo, el cual es abundante en muchas regiones agrícolas. Aunque el frass de estiércol de pollo demostró ser menos efectivo, los hallazgos proporcionan una guía clara para agricultores y gestores de residuos sobre qué flujos de desechos son más adecuados para este enfoque de doble propósito. El trabajo demuestra que, con la combinación adecuada de bioconversión por insectos y digestión microbiana, es posible convertir un producto de desecho difícil en un recurso estable y rico en energía sin la necesidad de tratamientos químicos complejos.