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

Todos os dias, o mundo gera uma montanha de resíduos orgânicos, desde restos de comida em nossas cozinhas até o esterco deixado pelo gado. Quando esse material é simplesmente amontoado ou enterrado, ele frequentemente apodrece de uma forma que libera gases nocivos e polui o solo. Durante décadas, cientistas buscaram maneiras de transformar esse problema em uma solução, buscando métodos que não apenas limpassem a sujeira, mas também capturassem a energia presa dentro da matéria em decomposição. Uma abordagem promissora envolve a mosca soldado negra, um pequeno inseto cujas larvas são comedores vorazes. Essas larvas podem consumir vastas quantidades de resíduos orgânicos, decompondo-os em um aditivo de solo rico em nutrientes conhecido como frass. Embora este frass seja excelente para fertilizar plantações, o frass fresco é frequentemente instável e pode conter patógenos que tornam arriscado espalhá-lo nos campos imediatamente. O desafio tem sido encontrar uma maneira de estabilizar esse material com segurança, enquanto também se recupera a energia que permanece trancada dentro dele.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Jomo Kenyatta de Agricultura e Tecnologia, no Quênia, partiu para resolver esse enigma testando se este resíduo produzido por insetos poderia ser alimentado em uma máquina biológica chamada digestor anaeróbio. Este processo, que ocorre sem oxigênio, é semelhante ao que ocorre nas profundezas de um pântano ou dentro do estômago de uma vaca, onde micróbios decompõem a matéria orgânica para produzir um gás rico em metano. Os pesquisadores queriam ver se poderiam usar o frass da larva da mosca soldado negra que havia sido alimentada com três tipos diferentes de resíduos: matéria fecal humana, esterco de porco e esterco de galinha. O objetivo deles era determinar se esse material restante poderia ser transformado em uma fonte de combustível limpa enquanto simultaneamente tornava o resíduo seguro para o meio ambiente.

Para iniciar sua investigação, a equipe coletou resíduos frescos de fontes locais e introduziu larvas de mosca soldado negra de cinco dias de idade a eles. Os insetos foram deixados para crescer até ficarem totalmente maduros, ponto no qual os pesquisadores colheram o frass resultante. Eles prepararam cuidadosamente amostras de cada um dos três tipos de resíduos, moendo-os até um tamanho uniforme e armazenando-os em um lugar fresco para manter o frescor. Antes de testar o potencial de combustível, os cientistas analisaram a composição física e química de cada amostra. Eles descobriram que todos os três tipos de frass eram bastante secos e alcalinos, o que significa que tinham um nível de pH elevado. No entanto, a composição variava significativamente dependendo do que as larvas haviam comido. O frass derivado de esterco de porco continha a maior quantidade de matéria orgânica que poderia ser decomposta, enquanto o frass de esterco de galinha era o mais seco e continha a menor quantidade de matéria degradável.

Os pesquisadores então colocaram essas amostras em garrafas de vidro seladas junto com uma mistura especial de micróbios retirados de um digestor ativo. Eles criaram um ambiente controlado onde o oxigênio era excluído, permitindo que os micróbios se banqueteassem no frass e produzissem biogás. Ao longo de cinquenta e cinco dias, eles mediram o gás produzido todos os dias. Os resultados mostraram uma diferença clara de desempenho baseada na fonte de alimento original. O frass derivado de esterco de porco produziu a maior quantidade de energia, gerando um total de 619 mililitros de biogás para cada grama de sólidos voláteis, com um rendimento de metano de 347 mililitros. O frass de matéria fecal humana teve um desempenho intermediário, produzindo 378 mililitros de biogás e 205 mililitros de metano. Em forte contraste, o frass de esterco de galinha teve dificuldades significativas, produzindo apenas 185 mililitros de biogás e 100 mililitros de metano.

A equipe descobriu que o baixo desempenho do frass de esterco de galinha se devia à sua natureza química. Ele continha altos níveis de enxofre e tinha um pH muito alto, ambos os quais podem ser tóxicos para os micróbios responsáveis pela produção de metano. Além disso, o material do esterco de galinha incluía resíduos de cama que são difíceis de serem decompostos pelos micróbios, agindo como uma barreira para a recuperação de energia. O frass do esterco de porco, por outro lado, era rico em matéria orgânica facilmente digestível, permitindo que os micróbios trabalhassem de forma eficiente. Os pesquisadores também observaram que o processo de decomposição do frass de esterco de porco demorou um pouco mais para começar, com um atraso de quase três dias antes de a produção atingir o pico, mas, uma vez iniciado, produziu energia a uma taxa mais rápida do que as outras amostras.

Para entender a velocidade e o padrão dessa produção de energia, os cientistas usaram modelos matemáticos para ajustar seus dados. Eles descobriram que a produção de metano do esterco de porco e do resíduo humano seguia uma curva específica que considerava um início lento seguido por um aumento rápido. Para o esterco de galinha, no entanto, o processo foi muito mais lento e linear, sugerindo que a própria decomposição do material era o principal gargalo. O estudo confirmou que, embora todos os três tipos de frass pudessem ser usados para gerar energia, a variedade de esterco de porco era, de longe, a mais eficaz. O processo também reduziu com sucesso a quantidade de resíduos orgânicos nas garrafas em até 55 por cento, indicando que o processo de digestão estabilizou o material e reduziu seu potencial de causar danos ambientais.

Esta pesquisa destaca um caminho prático para o gerenciamento de resíduos orgânicos em uma economia circular. Ao alimentar larvas de mosca soldado negra com esterco de porco e, em seguida, digerir o frass resultante, as comunidades podem criar um sistema que produz energia renovável enquanto simultaneamente trata resíduos e reduz riscos de doenças. O estudo sugere que este método é particularmente bem adequado para o esterco de porco, que é abundante em muitas regiões agrícolas. Embora o frass de esterco de galinha tenha se mostrado menos eficaz, as descobertas fornecem um guia claro para agricultores e gestores de resíduos sobre quais fluxos de resíduos são mais adequados para esta abordagem de duplo propósito. O trabalho demonstra que, com a combinação certa de bioconversão por insetos e digestão microbiana, é possível transformar um produto de resíduo difícil em um recurso estável e rico em energia sem a necessidade de tratamentos químicos complexos.