Lo spreco agricolo e alimentare è spesso visto come un problema, ma ci sono sempre più progetti che dimostrano che, se gestito correttamente, può diventare un fonte di cibo, energia e fertilizzantiUno dei modi più interessanti per raggiungere questo obiettivo è attraverso l'uso di funghi, che sono in grado di trasformare i rifiuti organici in prodotti ad alto valore aggiunto all'interno del cosiddetto bioeconomia circolare.
Negli ultimi anni, diversi gruppi di ricerca e progetti europei e americani hanno studiato come sfruttare il potere dei funghi per per valorizzare i sottoprodotti agricoli, il letame e le acque reflueDalla produzione di proteine ​​commestibili attraverso fermentazione funginaDalla produzione di biofertilizzanti in pellet alla depurazione dell'acqua tramite processi termochimici, l'idea di base è la stessa: chiudere i cicli, ridurre gli sprechi e generare nuove opportunità per il settore agricolo.
Una delle linee di ricerca più promettenti riguarda l'utilizzo dei funghi per trasformare i rifiuti agricoli e alimentari in alimenti ricchi di proteine ​​e altri nutrientiattraverso un processo noto come fermentazione fungina. Questo approccio nasce da una realtà ovvia: molti sottoprodotti dell'agricoltura e dell'industria alimentare contengono ancora molti nutrienti utilizzabili, ma attualmente finiscono per essere sottoutilizzati o semplicemente scartati.
In questo contesto, funghi capaci di colonizzare i rifiuti come scarti di fruttasottoprodotti delle colture, scarti della lavorazione degli alimenti o anche miscele più complesse provenienti da diverse filiere agroalimentari. Il fungo utilizza questi materiali come fonte di carbonio ed energia, li decompone e allo stesso tempo forma una biomassa fungina ricca di proteine, fibre e altri composti di interesse.
La fermentazione fungina consente quindi di convertire un flusso di rifiuti in nuove materie prime alimentari sostenibiliQuesti prodotti potrebbero essere utilizzati sia per il consumo umano (ad esempio, sotto forma di ingredienti ricchi di proteine ​​fungine) sia per la produzione di mangimi animali di alta qualità , a condizione che vengano rispettati i requisiti di sicurezza alimentare, il controllo dei contaminanti e la standardizzazione dei processi.
Questa strategia si adatta perfettamente al concetto di bioeconomia circolarein cui i rifiuti di un sistema vengono trasformati in risorse per un altro. Tuttavia, i ricercatori sottolineano che rimangono sfide significative: è necessario ottimizzare i processi a livello tecnico, garantire la sicurezza dei prodotti finali, scalare gli impianti a livello industriale e, soprattutto, rendere i costi di produzione competitivi rispetto alle alternative convenzionali.
Un altro aspetto fondamentale è il variabilità dei residui inizialiLa sua composizione può variare a seconda del periodo dell'anno, del tipo di coltivazione o del processo industriale da cui proviene. Questa variabilità rende necessaria la progettazione di sistemi flessibili in grado di regolare condizioni quali temperatura, pH, aerazione o tempo di fermentazione, in modo che i funghi operino nel loro intervallo ottimale e mantengano una qualità costante nel prodotto finale.
Fermentazione fungina: funghi che trasformano i rifiuti in cibo
Una delle linee di ricerca più promettenti riguarda l'utilizzo dei funghi per trasformare i rifiuti agricoli e alimentari in alimenti ricchi di proteine ​​e altri nutrientiattraverso un processo noto come fermentazione fungina. Questo approccio nasce da una realtà ovvia: molti sottoprodotti dell'agricoltura e dell'industria alimentare contengono ancora molti nutrienti utilizzabili, ma attualmente finiscono per essere sottoutilizzati o semplicemente scartati.
In questo contesto, funghi capaci di colonizzare i rifiuti come scarti di frutta, sottoprodotti delle colture, rifiuti della lavorazione degli alimenti o anche miscele più complesse provenienti da diverse filiere agroalimentari. Il fungo utilizza questi materiali come fonte di carbonio ed energia, li decompone e allo stesso tempo forma una biomassa fungina ricca di proteine, fibre e altri composti di interesse.
La fermentazione fungina consente quindi di convertire un flusso di rifiuti in nuove materie prime alimentari sostenibiliQuesti prodotti potrebbero essere utilizzati sia per il consumo umano (ad esempio, sotto forma di ingredienti ricchi di proteine ​​fungine) sia per la produzione di mangimi animali di alta qualità , a condizione che vengano rispettati i requisiti di sicurezza alimentare, il controllo dei contaminanti e la standardizzazione dei processi.
Questa strategia si adatta perfettamente al concetto di bioeconomia circolarein cui i rifiuti di un sistema vengono trasformati in risorse per un altro. Tuttavia, i ricercatori sottolineano che rimangono sfide significative: è necessario ottimizzare i processi a livello tecnico, garantire la sicurezza dei prodotti finali, scalare gli impianti a livello industriale e, soprattutto, rendere i costi di produzione competitivi rispetto alle alternative convenzionali.
Un altro aspetto fondamentale è il variabilità dei residui inizialiLa sua composizione può variare a seconda del periodo dell'anno, del tipo di coltivazione o del processo industriale da cui proviene. Questa variabilità rende necessaria la progettazione di sistemi flessibili in grado di regolare condizioni quali temperatura, pH, aerazione o tempo di fermentazione, in modo che i funghi operino nel loro intervallo ottimale e mantengano una qualità costante nel prodotto finale.
L'esempio del settore dei funghi: i substrati post-coltivazione come risorsa
La coltivazione di funghi commestibili, come i champignon, genera dopo ogni ciclo di produzione un materiale noto come Substrato di post-coltivazione per funghi (SPCH)Questo è il substrato su cui sono cresciuti i funghi, composto principalmente da residui organici di origine agricola e zootecnica (letame, paglia, sottoprodotti vegetali) che hanno perso buona parte dei loro nutrienti originari dopo diversi raccolti.
Questo SPCH rappresenta un enorme volume di rifiuti per i produttori, il cui trattamento e gestione sono costoso e logisticamente complessoL'opzione usuale è stata trasformalo in compost Questo materiale è utilizzato come fertilizzante, ma presenta un grave inconveniente: ha un contenuto di umidità molto elevato, intorno al 70%, il che ne rende costoso il trasporto e difficile la manipolazione su larga scala.
Fino ad ora, il modo più semplice per asciugare questo substrato era lasciarlo all'aperto e aspettare che il sole facesse il lavoro, un metodo lento, difficile da controllare e dipendente dalle condizioni meteorologicheCiò complica la pianificazione della produzione di fertilizzanti da SPCH e ne riduce l'attrattiva economica per le aziende del settore.
Di fronte a questo problema, il progetto europeo Smartmushroom ha sviluppato una tecnica innovativa per Riciclo creativo dei rifiuti agricoli derivanti dalla coltivazione dei funghitrasformandoli in un biofertilizzante in pellet attraverso un processo ecocompatibile integrato nella logica della bioeconomia circolare.
L'idea centrale di Smartmushroom è quella di trasformare i funghi freschi SPCH in una risorsa preziosa, utilizzando i propri componenti per generare energia e, allo stesso tempo, creare un fertilizzante ad alto valore agronomico che può essere venduto in qualsiasi regione d'Europa. In questo modo, un prodotto di scarto problematico diventa una duplice fonte di vantaggi: riduzione dei costi e una nuova fonte di reddito.
Smartmushroom: biogas, essiccazione efficiente e pellet di biofertilizzante
La tecnologia proposta da Smartmushroom parte da SPCH freschi, che prima subiscono un processo di idrolisi seguita da digestione anaerobicaIn questo processo digestivo, la materia organica viene scomposta dai microrganismi in assenza di ossigeno, producendo biogas ricco di metano e un digestato ricco di nutrienti.
Il biogas prodotto viene utilizzato per alimentare un sistema di essiccazione specificamente progettato per trattare una miscela di digestato e SPCH. Questo processo riduce il contenuto di umidità del materiale a circa l'uno per cento. Contenuto di acqua: 28%, una figura molto più adatta al suo trasporto e alla successiva trasformazione in pellet.
L'asciugatura viene accelerata combinando la condensazione dell'umidità con adsorbimento su filtri di sepioliteUn minerale con un'elevata capacità di ritenzione idrica. Questa combinazione consente una rimozione più rapida e controllata dell'umidità in eccesso rispetto alla semplice asciugatura all'aria, e rende inoltre il processo indipendente dalle condizioni meteorologiche.
Una volta asciutto, l'SPCH può essere arricchito con fertilizzanti naturali che forniscono azoto, fosforo e potassioLa formulazione viene adattata alle esigenze specifiche delle diverse colture. Dopo questo arricchimento, il materiale viene pellettizzato, ovvero compattato in piccoli cilindri solidi facili da immagazzinare, trasportare e applicare sul campo utilizzando macchinari agricoli convenzionali.
Per testare la fattibilità del processo, il team di Smartmushroom ha condotto delle prove in tre aree principali: ottimizzazione della digestione anaerobica, regolazione del sistema di essiccazione e valutazione agronomica del biofertilizzante in pellet. diverse colture e condizioni del campo.
Ottimizzazione del biogas e progettazione di un impianto pilota.
Nella fase di laboratorio, SPCH è stato utilizzato come principale materia prima per la digestione anaerobicaSono state testate diverse miscele con altri substrati residui provenienti dall'agricoltura. L'obiettivo era massimizzare la produzione di biogas e, in particolare, aumentare il contenuto di metano, il componente con il più alto potenziale energetico.
Dopo numerosi tentativi, è stato determinato che la migliore combinazione era una miscela composta da sette parti di SPCH, due parti di acque reflue provenienti dalla produzione di marmellata e una parte di glicerinaQuesto rapporto ha permesso di stabilire parametri di alimentazione ottimali per l'impianto pilota, garantendo un adeguato equilibrio tra materia organica facilmente degradabile e stabilità del processo biologico.
Parallelamente, sono state regolate le variabili chiave dell'essiccatore, come ad esempio temperatura di esercizio, tempo di permanenza del materiale e velocità del nastro trasportatoreQuesti parametri sono stati ottimizzati per sfruttare al meglio l'energia contenuta nel biogas, adattandosi al contempo a possibili fluttuazioni nella composizione del materiale di partenza.
Il risultato è stato la progettazione di un sistema di essiccazione con regolazione automaticaÈ in grado di adattarsi alle variazioni della miscela di digestato e SPCH senza perdere efficienza. Questa automazione riduce la necessità di un costante intervento umano e migliora la robustezza del processo, aspetto essenziale in vista di un'eventuale industrializzazione.
Per quanto riguarda le infrastrutture, Smartmushroom ha costruito un impianto pilota di essiccazione SPCH presso Sustratos de La Rioja, un'azienda autorizzata alla gestione dei rifiuti per la coltivazione di funghi nella regione. I digestori anaerobici sono stati installati in moduli tipo container.Invece di utilizzare edifici in cemento, questo permette un più facile adattamento della capacità di trattamento ai diversi volumi di SPCH a seconda della stagione e della domanda.
L'impianto comprende anche un essiccatore dotato di un bruciatore alimentato dal biogas generato, in grado di portare l'SPCH al livello di umidità richiesto dalla linea di produzione responsabile della fabbricazione dei pellet di biofertilizzante. Ciò si traduce in un sistema relativamente compatto e integrato, in cui Energia e fertilizzanti si ottengono dallo stesso flusso di rifiuti..
Risultati agronomici e capacità produttiva del biofertilizzante
I pellet SPCH ottenuti sono stati testati come biofertilizzanti in una vasta gamma di coltureLe prove sono state condotte sia in serra che in campo aperto in Spagna e Serbia. Le specie testate includevano lattuga, cavolfiore, peperoni, pomodori, broccoli, viti e vari cereali, consentendo la valutazione delle prestazioni dei fertilizzanti in sistemi di coltivazione orticola, arborea ed estensiva.
Le prove hanno mostrato risultati così convincenti che molti degli agricoltori partecipanti Hanno espresso il loro interesse a continuare a utilizzare i pellet. dopo il completamento dei test. Questo livello di accettazione sul campo è un indicatore chiave del fatto che il prodotto funziona non solo sulla carta, ma anche in condizioni reali di gestione agricola.
In termini di capacità , l'impianto pilota Smartmushroom è in grado di trasformare circa 36.000 tonnellate di SPCH fresco all'anno in circa 8.500 tonnellate di pellet di biofertilizzante. Questo aumento di volume illustra chiaramente l'elevato contenuto di acqua del substrato iniziale e l'importanza dell'essiccazione per concentrare i nutrienti in una forma compatta.
Dal punto di vista economico, l'innovazione si traduce in un doppio vantaggio per i produttori di funghi. Da un lato, consente loro risparmiare sui costi di gestione dei rifiutiSi stima che l'intero settore europeo ne tragga beneficio, con un introito di circa 29,2 milioni di euro. Inoltre, si apre una nuova linea di business basata sulla vendita del biofertilizzante ad altre aziende agricole.
Oltre a tutto ciò, il sistema ha un impatto ambientale positivo. Poiché si tratta di un processo che incorpora materia organica nel suolo e rimuove CO₂ dall'atmosfera, il biofertilizzante agisce come una forma di sequestro del carbonio e uno strumento contro il degrado del suolo, poiché apporta fino al 50% di sostanza organica al terreno, migliorandone la struttura e la capacità di ritenzione idrica.
Il progetto ha già sviluppato simulazioni di industrializzazione e considera che L'impianto pilota è pronto per essere ampliato. Se le condizioni di mercato e logistiche lo consentiranno. Inoltre, il consorzio prevede di organizzare visite tecniche all'impianto in modo che altri soggetti interessati del settore agricolo possano sperimentare la tecnologia in prima persona, a condizione che non vi siano restrizioni alla mobilità come quelle riscontrate durante la pandemia di COVID-19.
Funghi per depurare le acque reflue e produrre fertilizzanti
Oltre al caso SPCH, l'uso dei funghi viene esplorato anche in un altro ambito di enorme interesse: il trattamento di acque reflue derivanti dai processi di liquefazione idrotermale (HTL), una tecnologia che converte la biomassa umida in biogreggio utilizzando alte temperature e pressioni.
L'HTL viene applicato a materie prime come letame di maiale, scarti alimentari o altri sottoprodotti organiciIl processo genera un biogreggio utilizzabile come combustibile e una fase acquosa nota come HTL-AP (fase acquosa di liquefazione idrotermale), che contiene numerosi nutrienti, in particolare azoto in forme organiche, nonché possibili metalli pesanti e composti tossici a seconda dell'origine della biomassa.
Fino ad ora, questa fase acquosa era considerata in gran parte una problema dei rifiutiperché il suo contenuto nutrizionale non poteva essere utilizzato direttamente in agricoltura: gran parte dell'azoto si trova in molecole organiche complesse che le piante non sono in grado di assorbire, e il suo eventuale carico inquinante rappresentava un rischio ambientale.
Due studi dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign hanno analizzato il potenziale di un fungo della carie bianca, Trametes versicolortrasformare queste acque reflue in una soluzione utile come fertilizzante, riducendo al contempo i composti potenzialmente tossici presenti nella miscela.
Il ruolo di Trametes versicolor nel miglioramento dell'HTL-AP
Nel primo studio, condotto dalla ricercatrice Vitória Leme, sono stati sviluppati metodi specifici per coltivare Trametes versicolor e applicarlo a soluzioni contenenti il ​​5% di HTL-APIl trattamento è durato tre giorni, un tempo sufficiente per osservare cambiamenti significativi nella composizione chimica delle acque reflue.
I risultati hanno mostrato che l'azione del fungo ha aumentato significativamente il concentrazioni di nitrati e ammoniacaIn altre parole, ha trasformato parte dell'azoto organico presente nella fase acquosa in forme minerali che le piante possono assorbire direttamente. In questo modo, un prodotto di scarto difficile da gestire diventa una potenziale fonte liquida di fertilizzante.
Inoltre, Trametes versicolor è nota per la sua capacità di produrre enzimi ossidativi che degradano molecole complesse e spesso tossiche, come ad esempio alcuni inquinanti organici persistenti. Nel contesto dell'HTL-AP, ciò apre la strada a una possibile riduzione del carico di tossine e metalli associati, sebbene questo aspetto richieda un monitoraggio molto attento a seconda del rifiuto di partenza.
Quando Leme terminò il suo lavoro, la ricerca continuò con Karla López, studentessa di Tecnologia e Gestione dei Sistemi Agricoli, che si concentrò sulla combinazione del trattamento fungino con un processo di nitrificazione battericaIn questo secondo studio, T. versicolor e batteri nitrificanti presso l'HTL-AP.
Questa combinazione si è rivelata particolarmente efficace: un aumento fino a 17 volte nelle concentrazioni di nitrati nella fase acquosa trattata. I batteri nitrificanti ossidano l'ammoniaca generata (o già presente) a nitrato, mentre il fungo facilita il rilascio iniziale di azoto organico e contribuisce a degradare i composti che potrebbero inibire altri microrganismi.
Lo studio ha inoltre analizzato vari fattori che hanno influenzato le prestazioni del sistema, come ad esempio: pH della soluzioneI risultati migliori, sia per i nitrati che per l'ammoniaca, sono stati ottenuti quando i microrganismi operavano in un intervallo di pH compreso tra 6 e 7,5, un intervallo abbastanza comune in molti processi biologici e relativamente facile da mantenere con semplici regolazioni.
Un altro risultato rilevante è stata la produzione di un enzima in grado di degradare le tossineCiò supporta la funzione purificante del fungo su alcuni composti presenti nei rifiuti organici. Questo suggerisce che il trattamento fungino potrebbe non solo migliorare il valore fertilizzante dell'HTL-AP, ma anche renderlo più sicuro per l'uso agricolo.
Dall'acqua trattata all'irrigazione delle colture: l'economia circolare in pratica.
Sulla base di questi risultati, il team del professor Paul Davidson sta attualmente lavorando sull'utilizzo del acque reflue trattate per la coltivazione di piante in sistemi idroponiciL'idea è quella di verificare in che misura il liquido risultante possa fungere da soluzione nutritiva, chiudendo completamente il ciclo tra rifiuti organici, trattamento fungino-batterico e produzione vegetale.
In uno scenario ideale, l'intero trattamento si svolgerebbe il più vicino possibile al luogo in cui avviene la liquefazione idrotermaleAd esempio, se il letame suino viene utilizzato come materia prima umida, sarebbe opportuno collocare l'impianto HTL e il sistema di trattamento biologico vicino a un allevamento con migliaia di suini, dove il flusso di letame è costante e abbondante.
In questo modo, i rifiuti del bestiame potrebbero essere raccolti, trattati utilizzando HTL per generare biogreggio e HTL-AP, e quindi questa fase acquosa potrebbe essere sottoposta a trattamento con Trametes versicolor e batteri nitrificanti in un impianto dedicato. L'acqua trattata, ricca di nitrati e con un carico inferiore di composti problematici, potrebbe essere utilizzata come fertilizzante per le colture vicine.
Questo approccio riduce significativamente la necessità di trasportare biomassa pesante e umida su lunghe distanze, il che implica un risparmi sui costi logistici e sulle emissioni derivanti dal trasporto.Inoltre, collega direttamente la gestione dei rifiuti zootecnici alla fertilizzazione delle colture, creando sistemi di economia circolare territoriale in cui i nutrienti vengono riciclati localmente.
In pratica, se un allevamento di suini è circondato da terreni agricoli, il sistema potrebbe generare un fertilizzante liquido su misura per le esigenze delle colture locali, riducendo il consumo di fertilizzanti sintetici derivati ​​da combustibili fossili. Tutto ciò contribuirebbe a una produzione agricola più sostenibile, meno dipendente da input esterni e con un minore impatto ambientale.
Parallelamente, lo sviluppo di queste tecnologie rafforza l'idea che i funghi, sia sotto forma di fermentazione su rifiuti solidi sia come agenti di trattamento in acque reflue complesse, possano diventare componenti chiave di nuove catene del valore nel bioeconomia circolare agricolaSia il lavoro svolto con SPCH che gli studi su HTL-AP puntano nella stessa direzione: trasformare i problemi legati ai rifiuti in soluzioni produttive.
Tutte queste ricerche e questi progetti dimostrano che i funghi hanno un enorme potenziale per valorizzare gli scarti agricoli, zootecnici e alimentari attraverso processi relativamente efficienti che combinano la produzione di energia, la fabbricazione di fertilizzanti e la produzione di biomassa ricca di nutrienti. Sebbene permangano sfide tecniche, normative ed economiche, la direzione è chiara: sfruttare al meglio ciò che prima veniva scartato e creare sistemi agricoli più circolari, in cui i rifiuti di una persona diventano la risorsa di un'altra.
