Quantification, Characterization and Valorization Potential of residual Biomass from Azadirachta indica-based Biopesticide Production

In de wereld van de landbouw heeft de strijd tegen gewasetende insecten lang vertrouwd op chemische sprays. De groeiende zorgen over de schade die deze chemicaliën toebrengen aan de menselijke gezondheid en het milieu hebben echter geleid tot een wereldwijde verschuiving naar biopesticiden. Dit zijn producten voor ongediertebestrijding die afkomstig zijn van natuurlijke bronnen, ontworpen om veiliger en specifieker in hun werking te zijn. Een van de meest populaire bronnen is de neemboom, specifiek de vrucht ervan. De zaden van de neemoes bevatten een krachtige verbinding genaamd azadirachtine, die veel schadelijke insecten effectief afweert en hun levenscyclus verstoort zonder de toxische bijwerkingen van synthetische chemicaliën. Terwijl boeren en industrieën steeds vaker overstappen op op neem gebaseerde oplossingen, genereert het proces van het extraheren van dit actieve ingrediënt een aanzienlijke hoeveelheid restmateriaal. Terwijl de waardevolle zaadkern wordt bewaard voor de productie van het pesticide, wordt de rest van de vrucht — het zachte vruchtvlees, de harde buitenkant en de waterige residu die overblijft na de verwerking — vaak weggegooid. Dit weggegooide biomassa, hoewel ogenschijnlijk nutteloos, bevat nog steeds sporen van de zeer verbindingen die de boom waardevol maken, wat vragen oproept of het een risico vormt voor de bodem als het onbehandeld blijft of of het getransformeerd kan worden in iets nuttigs.

Onderzoekers aan de Universiteit van Lomé in Togo gingen aan de slag om precies te begrijpen wat er met deze restanten gebeurt tijdens de productie van neem-biopesticiden. Ze wilden niet alleen weten hoeveel afval er wordt gegenereerd, maar ook waar dat afval uit bestaat en of het in plaats van een probleem in een hulpbron kan worden omgezet. Om de antwoorden te vinden, verwerkten de onderzoekers driehonderd kilogram gedroogde neemvruchten via een standaard industriële procedure. Eerst weeken ze de vruchten in water om ze te verzachten, waarna ze het zachte vruchtvlees mechanisch scheidden van de harde zaden. De zaden werden gedroogd en opengebroken om de buitenste schillen te verwijderen, waardoor de binnenste kernen overbleven voor de productie van het pesticide. Dit proces genereerde drie verschillende soorten afval: het natte vruchtvlees, de harde schillen en een waterige slib bestaande uit kleine vruchtvleesfragmenten gemengd met water. De wetenschappers wogen elk van deze bijproducten zorgvuldig om hun volume te bepalen en analyseerden vervolgens hun chemische samenstelling om te zien of ze voedingsstoffen of energie bevatten die konden worden teruggewonnen.

De resultaten toonden aan dat bijna de helft van de oorspronkelijke vruchtmassa als afval eindigt. Van de driehonderd kilogram verwerkte vruchten vormden de kernen die gebruikt worden voor het maken van het pesticide net iets meer dan de helft van het gewicht. De resterende 48,79 procent bestond uit de drie bijproducten. Het meest voorkomende afval was het vruchtvlees, dat ongeveer 39 procent van het totale droge gewicht van de vrucht besloeg. De harde schillen volgden met ongeveer 7 procent, terwijl de waterige slib het kleinste deel was met net iets meer dan 2 procent. Ondanks hun verschillende texturen en vochtgehaltes, deelden alle drie de materialen een belangrijk kenmerk: ze waren bijna volledig organische materie. De onderzoekers ontdekten dat tussen de 76 en 81 procent van het droge gewicht van elk bijproduct uit organisch materiaal bestond, wat bevestigde dat deze restanten rijk zijn aan koolstofhoudende verbindingen in plaats van inert vuil of gesteente.

Toen het team dieper keek naar de chemische samenstelling, vonden ze duidelijke verschillen die wezen op specifieke manieren om elk materiaal te hergebruiken. De harde schillen waren van nature droog en bevatten een hoge hoeveelheid structurele koolstof, wat resulteerde in een koolstof-stikstofverhouding die suggereerde dat ze goed zouden werken in compostering als ze gemengd zouden worden met andere stikstofrijke materialen. De waterige slib daarentegen had een lagere koolstof-stikstofverhouding, wat het in een ideaal bereik plaatste voor anaerobe vergisting, een proces waarbij organische materie wordt afgebroken in de afwezigheid van zuurstof om biogas te produceren. Het vruchtvlees kwam naar voren als de meest veelzijdige kandidaat voor energieterugwinning. Het bevatte een opmerkelijk hoge hoeveelheid totale suikers, die bijna 70 procent van zijn droge gewicht besloegen. Deze overvloed aan suiker maakt het vruchtvlees bijzonder geschikt voor fermentatieprocessen, die het afval kunnen omzetten in biobrandstoffen of andere waardevolle producten.

De studie benadrukte ook het belang van het zorgvuldig behandelen van deze materialen. De onderzoekers merkten op dat de zure aard van het vruchtvlees en de slib, samen met de aanwezigheid van residuele bioactieve verbindingen van de neem, betekent dat deze bijproducten niet zomaar op de grond gestort kunnen worden zonder risico. Als ze onbehandeld blijven, zouden de geconcentreerde verbindingen organismen in de bodem, zoals regenwormen en nuttige microben, schade kunnen toebrengen. De gegevens suggereren echter dat met de juiste verwerking deze risico's beheersbaar zijn, terwijl het potentieel van het afval wordt ontsloten. De hoge organische inhoud en specifieke voedingsprofielen geven aan dat deze bijproducten niet louter afval zijn, maar eerder onbenutte hulpbronnen. Door de exacte hoeveelheden die worden gegenereerd te kwantificeren en de chemische eigenschappen te begrijpen, biedt de studie een duidelijk stappenplan voor industrieën om af te stappen van het weggooien van deze materialen. In plaats daarvan kunnen ze worden gericht op compostering, vermicompostering of energieproductie, waardoor een potentieel milieurisico wordt omgezet in een waardevol onderdeel van een circulaire economie waarin niets verloren gaat.