Influence of microbial consortia on the mitigation of greenhouse gas emissions during the automated composting of organic waste

Ogni giorno, città e mercati generano montagne di bucce di frutta, scarti di verdura e altri rifiuti organici. Lasciato a marcire in una discarica, questo materiale crea un potente mix di gas che intrappolano il calore nell'atmosfera, contribuendo al cambiamento climatico. Uno dei modi più antichi ed efficaci per gestire questo rifiuto è il compostaggio, un processo in cui i piccoli lavoratori della natura — batteri, funghi e lieviti — scompongono la materia in decomposizione in un terreno ricco e scuro. Tuttavia, anche questo processo benefico può rilasciare gas serra, specificamente anidride carbonica e metano, a seconda di quanto bene il cumulo viene gestito. La chiave per un cumulo di compost di successo risiede nel bilanciare tre cose: mantenerlo umido ma non inzuppato, garantire che riceva abbastanza aria e mantenere la temperatura corretta. Quando queste condizioni sono perfette, i microbi lavorano efficientemente, trasformando i rifiuti in fertilizzante con emissioni nocive minime. Ma quando l'equilibrio si altera, il processo può diventare lento o produrre gas indesiderati. Gli scienziati si sono spesso chiesti se aggiungere una specifica spinta di microbi benefici all'inizio potesse rendere questo processo più pulito, veloce e prevedibile, specialmente se eseguito all'interno di una macchina che controlla l'ambiente automaticamente.

Ricercatori in Ecuador si sono posti l'obiettivo di testare questa idea utilizzando una macchina per il compostaggio automatizzata e specializzata. Hanno costruito un sistema con due camere identiche, ciascuna contenente ventitré chilogrammi di scarti di mercato sminuzzati mescolati con altri materiali organici per creare il giusto equilibrio di nutrienti. In una camera, hanno introdotto una miscela speciale di microrganismi benefici, derivati da una pianta nota come Altamisa e immobilizzati su crusca di frumento per mantenerli attivi. Questa miscela includeva vari batteri e lieviti noti per scomporre le fibre vegetali dure e gli zuccheri. L'altra camera non ha ricevuto tale aggiunta, fungendo da controllo per vedere come il rifiuto si sarebbe comportato da solo. La macchina è stata progettata per imitare il ciclo naturale del compostaggio ma con un controllo preciso; ruotava il rifiuto quattro volte al giorno per mescolare l'ossigeno, e utilizzava sensori per monitorare costantemente la temperatura, l'umidità e i livelli di anidride carbonica, metano e ossigeno all'interno del cumulo. Questa configurazione ha permesso al team di osservare lo sviluppo del processo in tempo reale, catturando migliaia di punti dati ogni giorno per tre sessioni separate.

I risultati hanno mostrato una chiara differenza tra le due camere. La camera con l'aggiunta di microbi ha prodotto un ambiente più stabile. Sebbene entrambi i cumuli abbiano raggiunto temperature elevate simili, quello con la spinta microbica ha rilasciato meno anidride carbonica in media. Più importante ancora, i livelli di gas nella camera inoculata erano molto più prevedibili e meno erratici. Nella camera di controllo, i livelli di anidride carbonica fluttuavano selvaggiamente, suggerendo un processo di decomposizione meno organizzato. Al contrario, la camera con l'aggiunta di microbi mostrava un modello di produzione e consumo di gas più fluido e costante. I dati hanno rivelato che, nella camera trattata, la relazione tra ossigeno e metano era molto più stretta; man mano che l'ossigeno veniva utilizzato, il metano veniva gestito efficacemente, impedendone l'accumulo. Ciò suggerisce che i microbi introdotti hanno aiutato a creare una comunità in cui diversi tipi di batteri lavoravano insieme in modo più efficiente, consumando ossigeno in modo da mantenere bassi i livelli di metano e il processo complessivo stabile.

Lo studio ha anche evidenziato come i microbi abbiano cambiato la natura fisica del compost. L'aggiunta del consorzio microbico sembra aver alterato la struttura del rifiuto, probabilmente rendendo più facile il movimento dell'aria attraverso il cumulo e la distribuzione uniforme dell'umidità. Questo cambiamento fisico ha aiutato a mantenere le condizioni giuste affinché i batteri aerobi potessero prosperare, il che a sua volta ha ridotto la formazione di sacche anaerobiche dove il metano viene tipicamente creato. I ricercatori hanno scoperto che il compost trattato seguiva un percorso più semplice e diretto attraverso le diverse fasi di decomposizione, passando dalla fase iniziale di riscaldamento alla fase finale di maturazione con meno alti e bassi. Mentre il cumulo di controllo lottava con emissioni di gas irregolari, il cumulo inoculato ha dimostrato una resilienza che ha mantenuto il processo in pista, indipendentemente da piccole variazioni di umidità o temperatura.

Nonostante la forte evidenza derivante dalla massa di dati raccolti, i ricercatori hanno notato che non hanno misurato direttamente i tipi specifici di batteri presenti in ogni momento o gli enzimi esatti che stavano producendo. Tuttavia, la coerenza dei risultati attraverso tre sessioni diverse e l'enorme volume di dati forniscono un alto grado di fiducia nei risultati. Lo studio suggerisce che l'aggiunta di una miscela su misura di microbi benefici può agire come un stabilizzatore per i sistemi di compostaggio automatizzati. Favorendo una comunità microbica più efficiente, questi sistemi possono ridurre il rilascio di anidride carbonica e controllare meglio il metano, trasformando un processo potenzialmente inquinante in un metodo di gestione dei rifiuti più pulito e affidabile. Questo approccio punta verso un futuro in cui i compostatori automatizzati, guidati da dati in tempo reale e miglioramenti biologici, potrebbero giocare un ruolo significativo nella riduzione dell'impatto climatico dei rifiuti organici.