Многие виды человеческой деятельности предполагают появление органических отходов. Накапливаясь в огромных количествах на свалках, они представляют собой большую проблему для множества городов мира. Однако уже есть технологии, которые помогают не просто избавиться от такой органики, но и заставить ее приносить пользу. Один из оригинальных способов – использование для переработки отходов насекомого черная львинка.
Человеческая цивилизация производит отходы и засоряет ими планету с самого начала своего существования. В отличие от бумаги, пластика, стекла и металла, которые можно переработать и успешно использовать повторно, остатки пищи, испорченные овощи и фрукты, кухонные очистки и многое другое переработать во что-то хоть сколько-нибудь стоящее большинству людей кажется невозможным.
Обычно почти вся подобная органика просто гниёт на мусорных полигонах. В процессе разложения она выделяет в воздух метан, а образующаяся в результате гниения жидкость просачивается в землю. В итоге происходит загрязнение воздуха, почвы и подземных вод. Кроме того, такие отходы становятся кормом для разных животных-вредителей (насекомые, мыши, крысы, городские дикие птицы и т. п.), способствуя их размножению и создавая таким образом новые вызовы.
Чтобы масштаб проблемы стал более понятен, достаточно сказать, что в мусоре, вывозимом из современных городов, от 30 до 50% составляют органические отходы.
Но распространенное мнение, что органика – просто мусор, из которого ничего уже не получить, ошибочно. Если говорить о небольших объемах – в пределах одного домохозяйства, то такие отходы уже давно компостируются рачительными хозяевами в сельской местности. Все шире распространяются технологии компостирования и среди сельхозпроизводителей, которые превращают в удобрения не только навоз от животных, но и солому, стержни початков кукурузы, ветки и т. д. Успешно стали применять такой метод и в ряде городов: отходы сортируют и органическую часть отправляют на компостирование, получая на выходе перегной. Его потом используют для удобрения городских насаждений или продают огородникам и цветоводам.
Больше того, органические отходы можно не просто безопасно утилизировать, получая перегной. Их можно переработать в очень ценный кормовой белок и дорогостоящее сырьё для фармакологического производства и косметологии. О том, как осуществить такое почти фантастическое превращение, мы сейчас и расскажем.
В природе все процессы носят замкнутый характер. Жизнедеятельность любого организма встроена в бесконечный круговорот веществ в экосистемах планеты, благодаря чему естественные процессы не оставляют после себя никаких отходов. Отходы от одних биологических процессов становятся сырьём и питательной базой для других, а отходы от них – обеспечивают потребности третьих. И так – далее и далее, пока вещества снова вернутся к первому звену в изменённом и пригодном (лакомом) для него виде.
Природа – огромное безотходное производство. И нам надо бы у неё учиться и следовать её законам, чтобы тоже получить такой же чистый результат.
Чтобы преобразовать органические отходы во что-то для нас полезное, нужно просто найти такое биологическое звено, которое может это делать, и поставить его между отходами и какой-то нашей потребностью. Найти тот вид живых существ, для которых наш «мусор» будет лакомым кормом, а они сами и их продукты жизнедеятельности станут ценным сырьём для нас. Задача не простая, но, как показала практика, вполне выполнимая.
Если говорить конкретно про утилизацию разнообразной не имеющей никакой ценности для человека органики и преобразование её в полезную продукцию, тут может помочь маленькая муха – чёрная львинка (Hermetia illucens) из семейства львинок, отряда двукрылых. Другое распространённое название насекомого – чёрный солдатик, Black Soldier Fly.
Взрослые мухи никаких отходов утилизировать не могут. Они либо ничем не питаются, либо изредка употребляют небольшое количество нектара и воды, если у них есть такая возможность. Пищеварительная система у взрослых насекомых недоразвита и полноценно функционировать не в состоянии. Но личинки чёрной львинки очень прожорливы и поедают почти любую органику, быстро наращивая свою массу. Потом полученный продукт переработки и самих личинок можно использовать в разных целях.
В дикой природе чёрная львинка живёт в тропическом и субтропическом климате. Её родиной является Южная Америка, но с помощью человека она уже расселилась на все континенты. На новых территориях в диком состоянии вид смог прижиться только в ограниченном числе регионов, где климат оказался для них приемлемым.
В странах с холодной продолжительной зимой чёрные львинки живут только на фермах с искусственно поддерживаемым микроклиматом. Случайно вылетевшие с фермы мухи могут какое-то время существовать в окружающей среде, если позволяет температура воздуха (например, летом), но пережить холодный период года они не в состоянии. Кроме того, чёрная львинка, по сравнению с обычными для нашего климата видами мух, крайне «ленива» и малоподвижна: она не улетает при приближении к ней и в дикой природе часто становится добычей насекомоядных птиц и других мелких хищников.
Внешне чёрная львинка тоже не очень похожа на привычную для нас муху: взрослая особь – стройное насекомое с узким продолговатым телом, сплющенным в горизонтальной плоскости. Её длина – около 1,5 см. Самцы несколько мельче самок. Всё насекомое имеет чёрную окраску, а концы ног у него светлые, почти белые. Большую часть времени мухи сидят на разных предметах со сложенными вдоль тела крыльями, изредка пьют воду и активно размножаются.
Жизненный цикл чёрной львинки проходит в несколько этапов. Вышедшие из куколки молодые насекомые расправляют и просушивают крылья в течение нескольких первых часов жизни. На вторые сутки они становятся более активными и начинают искать партнёра для размножения.
Чёрные львинки – раздельнополые насекомые. Через несколько дней после выхода из куколки они находят себе партнёра и спариваются. Вскоре после оплодотворения самки откладывают яйца в разных укромных местах, непосредственно в будущем корме для своего потомства (трупы животных, фекалии, плоды растений и т.д.). Одна самка может отложить от 200 до 650 яиц. На этом роль и жизнь взрослых особей заканчивается.
Если взрослая муха не питается, то на резервах своего организма, потребляя только воду, она может прожить от недели до 10 дней. Такого времени обычно достаточно для успешного поиска партнёра и продолжения рода. Если у мухи есть возможность пить не только воду, но и нектар, она может прожить около двух месяцев. Но для размножения им хватает и более короткого периода, поэтому на фермах взрослым мухам, как правило, дают только воду.
При благоприятных условиях внешней среды через 4 дня из отложенных яиц выводятся личинки длиной меньше 1 мм. Цвет личинок близок к белому с сероватым или желтоватым оттенком. Они начинают питаться той органикой, какая им доступна, и быстро растут. Скорость роста и продолжительность личиночной стадии, а также размер личинок в конце периода зависят от того, насколько богатой окажется кормовая база, и от характера корма (мясо, навоз, плоды растений и т.д.), а также от температуры окружающей среды. В зависимости от качества питания и внешних условий, стадия личинки продолжается от 18 до 36 суток, а сами личинки, вырастая, могут набирать массу от 0,1 до 0,22 г каждая. Средняя длина личинки перед окукливанием составляет около 2,5 см.
Стадия куколки продолжается от 7 до 14 суток, в зависимости от условий внешней среды. После истечения данного срока выводятся молодые мухи и жизненный цикл повторяется сначала.
Так проходит жизнь чёрной львинки в природе. Люди подметили, что личинки насекомого содержат большое количество очень хорошего по составу белка и ценный легкоплавкий жир. А кроме того, из них можно получить хитозан, меланин, пробиотики и другие ценные вещества.
Экологичность и большая скорость переработки органических отходов выгодно отличает способ их утилизации с помощью чёрной львинки от других технологий. То количество органики, которое личинки способны переработать за две-три недели, красные калифорнийские черви «осилили» бы за несколько месяцев, а для утилизации в компостной яме понадобился бы год, а то и больше.
Использовать чёрную львинку можно по-разному. Самый простой вариант – перерабатывать органические отходы в своём приусадебном хозяйстве, одновременно получая и живых личинок для кормления продуктивных животных и домашней птицы, и прекрасный зоогумус для удобрения почвы на огороде. Можно воспользоваться технологией «ферма на столе» с полным циклом. Вполне реально и создать целое производство с целью получения дохода от продажи яиц, личинок в живом или замороженном состоянии, продуктов из переработанных личинок (жир, белково-протеиновый концентрат), сотрудничая с комбикормовыми заводами и различными фармакологическими и косметологическими предприятиями.
Личинки чёрной львинки могут перерабатывать почти любую органику: навоз, куриный помёт, испорченные фрукты и овощи, трупы животных, боенские отходы, протухлое мясо, кухонные отходы и очистки овощей, недоеденную пищу и многое другое.
Наверно, не ошибусь, если предположу, что для подавляющего большинства наших читателей будет актуальнее применение чёрной львинки для переработки относительно небольшого количества органических отходов с целью получения личинок, пригодных для скармливания в живом виде домашней птице или свиньям. Рассмотрим такой вариант на конкретном примере.
Первым шагом к переработке отходов будет приобретение свежих яиц чёрной львинки. В Украине их можно купить у заводчиков насекомого по цене от 40 до 50 грн за 1 г. В одном грамме содержится около 37000 яиц.
Для организации круглогодичного процесса развития личинок в нашем климате потребуется отдельное помещение или комната, где будет поддерживаться оптимальный микроклимат. Параметры микроклимата вполне достижимые: температура в пределах +27…+33оС, влажность около 50–70%. Освещения достаточно обычного комнатного – судя по результатам экспериментов, интенсивность света заметного влияния на развитие личинок не оказывает.
Стоит учитывать, что в процессе жизнедеятельности личинки выделяют большое количество тепла и углекислого газа, вследствие чего питательная масса разогревается. Чтобы избежать перегрева и накопления вредных газов, в помещении должна быть оборудована вентиляция достаточной производительности.
Если переработка отходов планируется только на летнее время, то подойдёт любое помещение или даже навес. Но при выращивании личинок на открытом воздухе или под навесом придётся учитывать влияние погодных факторов, а также то, что кроме чёрной львинки в питательном материале будут развиваться и личинки других насекомых. Следовательно, лучше всё же иметь изолированное помещение.
Для вывода личинок из яиц потребуется небольшой пластиковый лоток объёмом около 1–1,5 литра. На дно лотка нужно насыпать слой влажных отрубей высотой около 3–5 см. На отруби надо положить кусок москитной сетки размером примерно 5 на 5 см, а на нём расположить яйца. В таком состоянии лоток оставляют на 2–3 дня в тёплом влажном помещении. На четвёртый день из яиц выведутся личинки и начнут питаться отрубями. Личинки очень быстро растут: на пятый день их уже можно переселить в большую тару.
Для дальнейшего выращивания личинок, вышедших из 0,5 г яиц, потребуется пластмассовый ящик размером примерно 40 на 60 см, с высотой бортика не меньше 30–35 см (не сетчатый!). Для другого количества личинок места понадобится пропорционально больше или меньше. Наиболее удобны в использовании именно пластмассовые ящики. Они долговечны, не портятся от влаги и различных моющих средств, их легко мыть после завершения цикла, они нейтральны, не окисляются, не выделяют никаких веществ в среду обитания личинок.
Перед заселением на дно ящика рекомендуется положить тонкий слой травы или опилок, а уже на него выложить органические отходы, которые вы планируете утилизировать. Толщина слоя отходов должна составлять примерно 1/4 от высоты бортика ящика (по объёму – примерно 14–19 литров). Сверху на подготовленную питательную массу высыпают содержимое лотка с личинками.
Ящик с личинками и органическими отходами оставляют в тёплом влажном помещении на 5–7 дней. На данном этапе температура в помещении может быть ниже, чем в первые дни развития, так как сами личинки будут вырабатывать тепло и разогревать массу. На протяжении всей недели нужно периодически заглядывать в ящик и при необходимости добавлять корм (органические отходы), а также следить за температурой, не допуская перегрева, и за тем, чтобы питательный материал был влажным, но не мокрым (в процессе влажность будет изменяться). Если масса окажется слишком влажной, в неё нужно добавить небольшое количество сухих опилок или отрубей (отруби лучше) и перемешать содержимое.
На 5–7 день корма обычно уже почти не остаётся и его нужно добавить примерно в том же или в чуть большем количестве, что и в первый раз. Второй загрузки обычно хватает до конца периода выращивания. Но может потребоваться и добавка.
На протяжении всего периода выращивания рекомендуется через день перемешивать содержимое ящика для лучшей поедаемости питательных материалов.
Сбор личинок целесообразно проводить на 16–19 день с момента их выхода из яиц. Сбор производится путём последовательного просеивания переработанной массы через сито с разным размером ячеек. В качестве сита подойдут сетчатые пластмассовые ящики, предназначенные для хранения овощей и фруктов. Последнее просеивание можно провести через сетчатую синтетическую ткань.
Таким образом выращивание личинок завершается. Продукцию можно скармливать животным и птице в своём хозяйстве или продавать. Для хранения личинок можно заморозить при температуре -18…-24оС.
В цифрах процесс и результаты выглядят примерно так. При переработке кухонных отходов, испорченных фруктов и овощей из 1 грамма яиц получается около 2,4–2,7 кг личинок и 26 л зоогумуса. В процессе получения такого количества продукции утилизируется около 38 л отходов. Рыночная стоимость 1 кг личинок составляет около 200 грн/кг, зоогумуса – 5–50 грн/кг.
Переработка куриного или перепелиного помёта немного отличается от утилизации кухонных и пищевых отходов. Личинки перерабатывают его быстрее и требуется более частое пополнение запасов корма в ящике. Но результат будет примерно таким же. Из 1 г яиц и 30 л помёта получается приблизительно 2,4 кг личинок и 22 л зоогумуса. Процесс, с момента выхода личинок из яиц до сбора, занимает около 12–14 дней.
Следует учитывать, что при переработке любых отходов выделяется углекислый газ, а из не переработанного помёта ещё и аммиак, так что без хорошей приточно-вытяжной вентиляции не обойтись.
Биохимический состав личинок изменяется с их возрастом. Если нужны личинки с большим содержанием жира, их собирают на 18–21 день; если нужны личинки с меньшим содержанием жира, но с большим содержанием белка, то их рекомендуется собрать на 11–14 день.
Подкармливание животных живыми личинками очень хорошо сказывается на состоянии поголовья. При регулярном скармливании такого корма животным, биологически активные вещества, содержащиеся в личинках, оказывают иммуностимулирующее действие на организм, в результате чего поголовье меньше болеет. Кроме того, нормализуются обменные процессы в тканях и улучшается пищеварение, в результате чего повышается усваивание компонентов основного рациона на 10–18%. За счёт этого увеличиваются среднесуточные приросты на 10–15% и уменьшаются затраты корма на единицу привеса.
Личинки являются источником очень качественного белка животного происхождения. Организм поедающего их животного насыщается им, и в стаде исчезает риск каннибализма у тех видов, которые к нему склонны. Животные приобретают здоровый вид и становятся активнее, улучшается репродуктивная функция.
Важным продуктом переработки органических отходов является остающийся после личинок зоогумус. Внесение его в почву существенно улучшает её плодородие и позитивно влияет на растения. Подтверждением могут служить результаты научных экспериментов, проведённых в Белгородском технологическом университете им. В. Г. Шухова. Ученые установили, что использование зоогумуса, полученного от личинок чёрной львинки, увеличивает всхожесть огурцов на 19% и повышает урожайность почти в два раза при одних и тех же прочих условиях. На протяжении одинакового периода времени с контрольных растений было собрано по 13–14 плодов, а с экспериментальных – по 22–24 плода. Опытным путём было установлено, что для максимального увеличения урожайности оптимальная доза внесения зоогумуса в грунт составляет 2 тонны на 1 гектар пашни. Такое количество значительно меньше нормы внесения навоза (30–40 тонн на 1 гектар), что может существенно удешевить процесс внесения органических удобрений, снижая транспортные расходы.
В процессе переработки органические отходы уменьшаются в объёме в 2–3 раза. Экскременты личинок, попадая на ещё не переработанные ими отходы, подавляют развитие в них микроорганизмов, тем самым предотвращая их порчу и разложение. Пищеварительные ферменты и другие вещества, выделяемые личинками, связывают азот, серу, углерод, водород и другие элементы, предотвращая образование ядовитых и плохо пахнущих газов (например, аммиака и сероводорода), а также метана, который является одним из парниковых газов. Благодаря такому воздействию, азот не улетучивается в атмосферу, а остаётся в форме различных соединений в формирующемся зоогумусе. Под воздействием пищеварительных ферментов личинок содержащиеся в органических отходах металлы (в том числе и тяжёлые) преобразуются в металлокомплексные хелатные формы. Таким образом, зоогумус становится ценным удобрением, которое подходит для любых растений.
Другим способом переработки небольшого количества органических отходов являются портативные домашние установки с замкнутым циклом. Технология «ферма на столе» была предложена промышленным дизайнером и изобретателем Катариной Унгер в 2019 году. Её проект «Farm 432» стал победителем конкурса технологий «Новаторы Европы 2019 в возрасте до 35 лет». За один цикл, продолжающийся 432 часа (18 суток), её установка с мухами перерабатывает 10 кг картофельных очисток.
Установка почти полностью автономная и требует минимального вмешательства со стороны оператора.
Оборудование, сконструированное Катариной Унгер, представляет собой вертикальную камеру, разделённую на три отсека. В самом верхнем живут взрослые насекомые. Они размножаются и откладывают яйца на дно отсека. После выведения, личинки через отверстия в перегородке сами переходят из родительской камеры к заложенному корму в камеру выращивания, которая расположена под ней. Здесь личинки растут до фазы предкуколки, достигнув которой переползают в самую нижнюю сухую камеру для окукливания. Сухая нижняя камера для удобства сбора «урожая» выполнена в виде съёмного ящика.
После завершения выращивания оператор снимает нижний отсек и отправляет личинок на переработку. Часть «урожая» окукливается и становится родительским поголовьем для следующего цикла производства.
Такая портативная установка может быть использована для утилизации кухонных отходов в быту. А полученные личинки могут быть использованы не только для кормления домашних питомцев. После промывания и прожарки в духовке они годятся даже в пищу человеку. На человеческий организм они оказывают такое же благоприятное влияние, как и на организм животных. Регулярное употребление личинок улучшает биохимические показатели крови и укрепляет иммунитет. На вкус жареная личинка напоминает чипсы.
Организация полноценного бизнеса на основе разведения и выращивания чёрной львинки предусматривает полный цикл производства от яйца до взрослых насекомых с последующей переработкой продукции на специальном оборудовании.
Завод состоит из инсектария, инкубатора, цеха выращивания и цеха переработки выращенных личинок. Кроме того, потребуется много подсобных и складских помещений для хранения запаса кормов, инвентаря и готовой продукции.
Инсектарий – помещение с оптимальным регулируемым микроклиматом, в котором расположены сетчатые вольеры (обычно используется москитная сетка). В них живут взрослые насекомые и откладывают яйца.
Инкубатор может представлять собой комнату или шкаф для развития яиц и превращения их в личинок, в котором также поддерживается оптимальный микроклимат.
Цех выращивания – самое большое помещение с регулируемым микроклиматом, где расположены открытые ёмкости с развивающимися личинками. Тут же проводится сбор готовой продукции.
Специфика оборудования цеха переработки личинок зависит от того, какую именно продукцию выпускает завод. Из личинок получают жир, липидно-протеиновый концентрат, протеиновую муку, меланин, хитин, хитозан и некоторые другие продукты.
Мёртвые мухи, после их репродуктивного применения, тоже представляют ценность. Выделенные из них соединения используются в косметологии, фармакологии, кормопроизводстве и в качестве удобрения для растений.
Протеиновая мука и белково-липидный концентрат успешно применяются в кормопроизводстве. Они содержат около 80% полноценного белка с очень богатым аминокислотным составом. Качество таких кормовых белковых продуктов значительно выше, чем у популярной в кормопроизводстве рыбной муки. К тому же продукты из личинок мух не имеют нежелательного побочного эффекта, присущего рыбной муке. При кормлении ими животных, даже на завершающих этапах откорма, мясо не приобретает неприятного рыбного запаха, как бывает при скармливании рыбной муки.
Себестоимость личиночного белка ниже, чем рыбной и мясной муки. На нём предприятия, перерабатывающие отходы, могут получать более высокий доход за счёт большей маржи.
Дополнительным источником дохода для предприятия, перерабатывающего органические отходы, может быть сотрудничество с компаниями, которые такие отходы производят и готовы платить за их вывоз и утилизацию.
Продукты из личинок или сами личинки являются ценным кормом для товарной рыбы, выращиваемой в установках замкнутого водоснабжения. Для финансового успеха рыбная ферма нуждается в большом количестве качественного, но относительно дешёвого корма. Именно таким и является корм из личинок чёрной львинки. Личинки или гранулы из них – источник полноценного белка и жира животного происхождения, что важно для рациона рыб, отзывчивых к составу корма (например, африканского клариевого сома).
Личинки и продукты из них не имеют ярко выраженного собственного вкуса и запаха, благодаря чему хорошо поедаются животными при включении их в кормовую смесь. Они хорошо сочетаются с любыми другими компонентами рациона.
Продукция из правильно переработанных личинок, при соблюдении условий хранения, может храниться несколько месяцев без потери своих ценных свойств.
Замороженные или прожаренные личинки невозможно фальсифицировать, чем они выгодно отличаются от других популярных белковых продуктов животного происхождения – рыбной, мясо-костной, мясной муки и т.п., которые достаточно часто подделывают.
Если придерживаться некоторых правил выращивания, то личинки мухи чёрная львинка могут быть безопасно использованы и для гастрономических целей. При производстве личинок для использования в пищу человеку, нельзя применять в их кормлении птичий помёт, навоз, трупы животных и боенские отходы. Для кормления пищевых личинок рекомендуется использовать фруктово-овощное пюре из просроченных или слегка испортившихся плодов и просроченные пищевые продукты.
Предприятия, перерабатывающие отходы, реализуют зоогумус, живых и замороженных личинок, куколки, яйца, суточных личинок для выращивания, что приносит им доход.
Пользу от применения личинок чёрной львинки могут получать не только физические лица, предприятия и сельское хозяйство, но и государство в целом. Согласно информации из открытых источников, Украина является одной из стран, которые производят наибольшее количество мусора, при очень низком проценте его переработки. В результате площади мусорных полигонов быстро растут. В год в Украине производится от 9 до 14 млн тонн бытового мусора. Примерно 30–50% из них составляют органические отходы (недоеденная пища, испорченные и просроченные продукты, обрезки овощей и фруктов и другое).
Это именно та органика, которую можно с пользой переработать. Если её скормить личинкам, то мы могли бы не только избавиться от почти половины мусора, гниющего под открытым небом и отравляющего окружающую среду, но и получить прибыль.
Если посчитать более конкретно, то из производимых ежегодно 3,5–4 млн тонн органических бытовых отходов мы могли бы получить более 300 тыс. тонн кормового протеина. За счёт использования его на рыбных фермах, в течение года можно произвести до 200 тыс. тонн экологически чистой натуральной рыбы ценных видов: сома, осетра, сёмги, форели и т.д. Одновременно можно было бы снизить цены на продукцию рыбоводства на 15–20% (или увеличить доходность отрасли).
Кроме того, в качестве побочного продукта можно было бы получить около 2,7–3,2 млн тонн ценного органического удобрения. Возможно, удалось бы реализовать и его экспортный потенциал, продавая в те европейские страны, где ценится экологически чистая продукция.
В своей стране, при использовании полученного зоогумуса, можно увеличить производство органической продукции растениеводства на 30–50%. А также уменьшить использование химических удобрений.
В процессе организации предприятий по переработке отходов понадобилось бы создать большое количество рабочих мест непосредственно в таких компаниях, а также на производствах, перерабатывающих личинки, в кормопроизводстве, в рыбоводстве и других смежных отраслях экономики. В результате много людей нашло бы работу, а налоговые поступления в бюджет увеличились.
В мире переработка органических отходов личинками чёрной львинки уже не является редкостью или экспериментом. В Китае (город Сиань) построен большой мусороперерабатывающий завод на базе такой технологии. В Нидерландах переработкой органических отходов энтомологическим способом занимается компания «Protix». В США утилизацию органических отходов личинками в промышленных масштабах осуществляют компании «Enviroflight LLC» и «Science Resource LLC». Существуют небольшие частные перерабатывающие фирмы в Украине, Казахстане, России и других странах.
Использование чёрной львинки в переработке органических отходов представляет собой современное и экологически обоснованное решение проблем утилизации. Энтомологическая переработка отходов уменьшает объёмы мусора, попадающие на полигоны, снижает выделение парниковых и других газов, улучшает эпизоотическую ситуацию в регионе. Метод не только оказывает позитивное воздействие на окружающую среду, но и создает ценную продукцию, положительно влияет на экономику. Масштабирование имеющегося опыта и внедрение биотехнологий в промышленность может значительно улучшить состояние нашей планеты и обеспечить более безопасное будущее.
Успешной вам переработки!
Чугуевец Виталий.
Поділитись в соцмережах:
