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

हर दिन, दुनिया जैविक कचरे का एक पहाड़ पैदा करती है, हमारे रसोईघरों के खाद्य अवशेषों से लेकर पशुधन द्वारा छोड़े गए गोबर तक। जब इस सामग्री को केवल ढेर लगाकर या दबाकर रखा जाता है, तो यह अक्सर इस तरह से सड़ती है जिससे हानिकारक गैसें निकलती हैं और मिट्टी प्रदूषित होती है। दशकों से, वैज्ञानिकों ने इस समस्या को समाधान में बदलने के तरीके खोजने की कोशिश की है, ऐसे तरीकों की तलाश की है जो न केवल गंदगी को साफ करें बल्कि इसके भीतर फंसी ऊर्जा को भी पकड़ सकें। एक आशाजनक दृष्टिकोण ब्लैक सोल्जर फ्लाई (ब्लैक सोल्जर मक्खी) से संबंधित है, जो एक छोटा कीट है जिसके लार्वा बहुत अधिक खाने वाले होते हैं। ये लार्वा भारी मात्रा में जैविक कचरे का सेवन कर सकते हैं, जिससे इसे 'फ्रास' नामक पोषक तत्वों से भरपूर मृदा संशोधक (soil amendment) में तोड़ दिया जाता है। हालांकि यह फ्रास फसलों को उर्वरक देने के लिए उत्कृष्ट है, लेकिन ताजा फ्रास अक्सर अस्थिर होता है और इसमें रोगजनक हो सकते हैं जो इसे तुरंत खेतों में फैलाने के लिए जोखिम भरा बनाते हैं। चुनौती इस सामग्री को सुरक्षित रूप से स्थिर करने के साथ-साथ इसके भीतर बची हुई ऊर्जा को पुनः प्राप्त करने का तरीका खोजने की रही है।

केन्या के जोमो केन्याटा यूनिवर्सिटी ऑफ एग्रीकल्चर एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह परीक्षण करके इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया कि क्या इस कीट-उत्पादित कचरे को एक 'एनायरोबिक डाइजेस्टर' (ऑक्सीजन रहित पाचन यंत्र) में डाला जा सकता है। यह प्रक्रिया, जो ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में होती है, एक दलदल में या गाय के पेट के अंदर होने वाली प्रक्रिया के समान है, जहाँ सूक्ष्मजीव कार्बनिक पदार्थों को तोड़कर मीथेन से भरपूर गैस का उत्पादन करते हैं। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या वे ब्लैक सोल्जर फ्लाई लार्वा से प्राप्त उस फ्रास का उपयोग कर सकते हैं जिसे तीन अलग-अलग प्रकार के कचरे: मानव मल, सुअर के गोबर और मुर्गी के खाद (चिकन मैन्योर) पर पाला गया था। उनका लक्ष्य यह निर्धारित करना था कि क्या इस बचे हुए पदार्थ को एक स्वच्छ ईंधन स्रोत में बदला जा सकता है और साथ ही इस कचरे को पर्यावरण के लिए सुरक्षित बनाया जा सकता है।

अपने अन्वेषण को शुरू करने के लिए, टीम ने स्थानीय स्रोतों से ताजा कचरा एकत्र किया और पांच दिन के ब्लैक सोल्जर फ्लाई लार्वा को इसमें डाला। कीटों को तब तक बढ़ने दिया गया जब तक कि वे पूरी तरह से परिपक्व नहीं हो गए, जिसके बाद शोधकर्ताओं ने परिणामी फ्रास को एकत्र किया। उन्होंने प्रत्येक तीन प्रकार के कचरे के नमूनों को सावधानीपूर्वक तैयार किया, उन्हें एक समान आकार में पीसा और उन्हें ताजा रखने के लिए एक ठंडी जगह पर संग्रहित किया। ईंधन क्षमता का परीक्षण करने से पहले, वैज्ञानिकों ने प्रत्येक नमूने की भौतिक और रासायनिक संरचना का विश्लेषण किया। उन्होंने पाया कि तीनों प्रकार के फ्रास काफी सूखे और क्षारीय (alkaline) थे, जिसका अर्थ है कि उनका पीएच (pH) स्तर उच्च था। हालांकि, लार्वा ने जो खाया था, उसके आधार पर संरचना में महत्वपूर्ण भिन्नता थी। सुअर के गोबर से प्राप्त फ्रास में उस कार्बनिक पदार्थ की उच्चतम मात्रा थी जिसे तोड़ा जा सकता था, जबकि मुर्गी के खाद वाला फ्रास सबसे सूखा था और इसमें कम अपघटनीय (degradable) पदार्थ था।

शोधकर्ताओं ने इन नम memenuhi को एक सक्रिय डाइजेस्टर से लिए गए सूक्ष्मजीवों के एक विशेष मिश्रण के साथ सीलबंद कांच की बोतलों में रखा। उन्होंने एक नियंत्रित वातावरण बनाया जहाँ ऑक्सीजन को बाहर रखा गया था, जिससे सूक्ष्मजीव फ्रास पर प्रहार कर सके और बायोगैस का उत्पादन कर सकें। पचास-पाँच दिनों की अवधि में, उन्होंने हर एक दिन गैस के उत्पादन को मापा। परिणामों ने मूल खाद्य स्रोत के आधार पर प्रदर्शन में स्पष्ट अंतर दिखाया। सुअर के गोबर से प्राप्त फ्रास ने सबसे अधिक ऊर्जा उत्पन्न की, जो प्रति ग्राम वोलेटाइल सॉलिड्स के लिए 619 मिलीलीटर बायोगैस और 347 मिलीलीटर मीथेन पैदा कर। मानव मल से प्राप्त फ्रास ने बीच में अच्छा प्रदर्शन किया, जिसने 378 मिलीलीटर बायोगैस और 205 मिलीलीटर मीथेन का उत्पादन किया। इसके विपरीत, मुर्गी के खाद वाले फ्रास ने काफी संघर्ष किया, जिसने केवल 185 मिलीलीटर बायोगैस और 100 मिलीलीटर मीथेन का उत्पादन किया।

टीम ने पाया कि मुर्गी के खाद के फ्रास का खराब प्रदर्शन इसके रासायनिक स्वभाव के कारण था। इसमें सल्फर का स्तर उच्च था और इसका पीएच (pH) बहुत अधिक था, जो मीथेन पैदा करने वाले सूक्ष्मजीवों के लिए विषाक्त हो सकते हैं। इसके अतिरिक्त, मुर्गी के खाद वाले पदार्थ में बिछावन (bedding) के अवशेष शामिल थे जिन्हें तोड़ना सूक्ष्मजीवों के लिए कठिन है, जो ऊर्जा की प्राप्ति में एक बाधा के रूप में कार्य करता है। दूसरी ओर, सुअर के गोबर वाला फ्रास आसानी से पचने योग्य कार्बनिक पदार्थों से समृद्ध था, जिससे सूक्ष्मजीव कुशलतापूर्वक कार्य कर सके। शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि सुअर के गोबर के फ्रास को तोड़ने की प्रक्रिया शुरू होने में थोड़ा अधिक समय लगा, जिसमें उत्पादन चरम पर पहुँचने से पहले लगभग तीन दिनों की देरी हुई, लेकिन एक बार शुरू होने के बाद, इसने अन्य नमूनों की तुलना में तेजी से ऊर्जा उत्पन्न की।

ऊर्जा उत्पादन की गति और पैटर्न को समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने अपने डेटा को फिट करने के लिए गणितीय मॉडलों का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि सुअर और मानव अपशिष्ट से मीथेन का उत्पादन एक विशिष्ट वक्र (curve) का पालन करता है जो एक धीमी शुरुआत के बाद तीव्र वृद्धि को दर्शाता है। हालांकि, मुर्गी के खाद के लिए, प्रक्रिया बहुत धीमी और रैखिक (linear) थी, जो यह सुझाव देती है कि सामग्री का टूटना ही मुख्य बाधा थी। अध्ययन ने पुष्टि की कि हालांकि तीनों प्रकार के फ्रास का उपयोग ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है, लेकिन सुअर के गोबर वाला प्रकार सबसे प्रभावी था। इस प्रक्रिया ने बोतलों में कार्बनिक कचरे की मात्रा को 55 प्रतिशत तक सफलतापूर्वक कम कर दिया, जो यह दर्शाता है कि पाचन प्रक्रिया ने सामग्री को स्थिर किया और इसके पर्यावरणीय नुकसान की क्षमता को कम किया।

यह शोध चक्रीय अर्थव्यवस्था (circular economy) में जैविक कचरे के प्रबंधन के लिए एक व्यावहारिक मार्ग को रेखांकित करता है। ब्लैक सोल्जर फ्लाई लार्वा को सुअर के गोबर खिलाकर, समुदाय एक ऐसी प्रणाली बना सकते हैं जो नवीकरणीय ऊर्जा का उत्पादन करती है और साथ ही कचरे का उपचार करती है और बीमारियों के जोखिम को कम करती है। अध्ययन बताता है कि यह विधि विशेष रूप से सुअर के गोबर के लिए उपयुक्त है, जो कई कृषि क्षेत्रों में प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है। हालांकि मुर्गी के खाद वाला फ्रास कम प्रभावी साबित हुआ, लेकिन उनके निष्कर्षों ने किसानों और कचरा प्रबंधकों को एक स्पष्ट मार्ग प्रदान किया है कि कौन से कचरे के प्रवाह इस दोहरे उद्देश्य वाले दृष्टिकोण के लिए सबसे उपयुक्त हैं। यह कार्य प्रदर्शित करता है कि सही संयोजन के साथ कीट जैव-रूपांतरण (insect bioconversion) और सूक्ष्मजीवी पाचन, जटिल रासायनिक उपचारों की आवश्यकता के बिना एक कठिन अपशिष्ट उत्पाद को एक स्थिर, ऊर्जा-समृद्ध संसाधन में बदलना संभव है।