Những Sai Lầm Thường Gặp Trong Quá Trình Chuyển Đổi Chất Thải Hữu Cơ: Quan Điểm Về Hiệu Quả Hệ Thống

1. Phân bổ sai chất thải hữu cơ có giá trị cao (Loại 1) vào các đường dẫn cấp thấp hơn

Trong khuôn khổ sử dụng sinh khối bền vững, chất thải Loại 1 đề cập đến các vật liệu hữu cơ dễ thối rữa, giàu dinh dưỡng, thích hợp để chuyển đổi trực tiếp thành thức ăn chăn nuôi thông qua quá trình lên men hoặc xử lý nhiệt. Chúng bao gồm thân cây chuối, bã cà phê, bánh ép đậu phộng, sản phẩm phụ của nhà máy chưng cất rượu gạo và các chất thải nông nghiệp công nghiệp tương tự.

Một sự kém hiệu quả nghiêm trọng xảy ra khi các chất nền thức ăn chăn nuôi như vậy được chuyển hướng sang quá trình chuyển đổi sinh học dựa trên côn trùng (ví dụ ấu trùng ruồi lính đen) trước thời hạn—mà không làm cạn kiệt tiềm năng có giá trị cao hơn của chúng làm thức ăn chăn nuôi. Trừ khi chất thải Loại 1 bị hư hỏng không thể phục hồi hoặc lên men đến mức không còn ngon miệng, việc sử dụng nó ở Cấp độ 2 (nuôi côn trùng) sẽ dẫn đến mất chất dinh dưỡng và protein đáng kể. Ví dụ, ấu trùng ruồi lính đen thể hiện hiệu suất chuyển đổi protein khoảng 2:1, nghĩa là một nửa lượng protein có sẵn trong chất thải thực phẩm bị mất trong quá trình sản xuất sinh khối ấu trùng.

Quan sát thực tế tại hiện trường xác nhận rằng những hộ nông dân nhỏ trực tiếp cho lợn ăn chất thải thực phẩm—và sau đó cho ấu trùng BSF ăn phân lợn tươi—vẫn có thể phục hồi ~66% sinh khối ấu trùng tiềm năng so với những hộ cho ấu trùng ăn chất thải thực phẩm trực tiếp. Hệ thống hai giai đoạn này không chỉ bảo quản nhiều chất dinh dưỡng hơn ở đầu hệ thống phân cấp thực phẩm mà còn tăng cường khả năng giữ nitơ và tính tuần hoàn của hệ thống.

2. Lượng chất dinh dưỡng mất đi được định lượng trong hệ thống ấu trùng

Trong nghiên cứu Hiệu quả chuyển đổi sinh học, khí nhà kính và khí thải amoniac trong quá trình nuôi ruồi lính đen , hệ thống ấu trùng cho thấy:

• Thu hồi nitơ 38%
• Phục hồi kali 14%
• ~55% năng lượng thức ăn còn lại trong cặn bã

Những con số này chỉ ra tình trạng thiếu hiệu quả nghiêm trọng trong việc sử dụng chất dinh dưỡng, đặc biệt là trong bối cảnh mà phương pháp xử lý nhiệt hóa học hoặc vi sinh thay thế của cùng một nguyên liệu đầu vào (ví dụ: lên men) có thể tạo ra thức ăn chăn nuôi có thể tiêu thụ trực tiếp với khả năng giữ năng lượng cao hơn và giảm thất thoát chuyển hóa.

3. Các nghiên cứu điển hình về giá trị thức ăn cao cấp của đầu vào loại 1

Nhiều nghiên cứu được bình duyệt chứng minh giá trị thức ăn của đầu vào Loại 1 khi được chế biến thông qua quá trình lên men:

• Bã cà phê, bã bia và các sản phẩm phụ từ máy chưng cất gạo đều đã được đưa thành công vào chế độ ăn của động vật nhai lại và động vật dạ dày đơn, giúp tăng đáng kể năng suất vật nuôi, hiệu quả chuyển đổi thức ăn và giảm thiểu khí mê-tan.
• Ở Lào, việc bổ sung 4% (DM) ngũ cốc bia lên men vào chế độ ăn dựa trên lá sắn đã làm tăng gấp đôi tốc độ tăng trưởng của dê. Việc bổ sung 0,84% than sinh học đã cải thiện thêm 26% mức tăng trọng và làm giảm đáng kể lượng khí thải mê-tan trong ruột.
• Ở gia súc, việc bổ sung 5% bã bia làm tăng khả năng giữ nitơ lên ​​khoảng 50%; tương tự như vậy, việc bổ sung sản phẩm phụ của rượu gạo giúp cải thiện 60% mức tăng trọng khi bổ sung than sinh học vào chế độ ăn ( Inthapanya và cộng sự, 2016 ).
• Ở lợn Moo Lath bản địa, việc bổ sung 4% sản phẩm phụ của lò chưng cất gạo giúp cải thiện hiệu quả chuyển đổi thức ăn trong thời kỳ mang thai và cho con bú lên 60%, mà không làm giảm hiệu suất khi thay thế bột đậu nành trong khẩu phần ăn tăng trưởng.

Những phát hiện này củng cố nguyên tắc cốt lõi của nền nông nghiệp tuần hoàn: bảo quản các chất dinh dưỡng dùng làm thức ăn ở mức dinh dưỡng cao nhất có thể và chỉ tái chế vật liệu sau khi không còn giá trị sử dụng làm thức ăn trực tiếp nữa.

4. Vi phạm hiệu quả của hệ thống thực phẩm: Con đường từ thực phẩm đến thức ăn chăn nuôi, từ thức ăn chăn nuôi đến nhiên liệu

Các khuôn khổ bền vững của hệ thống thực phẩm hiện đại nhấn mạnh vào việc giảm thiểu các chuỗi dinh dưỡng và mất calo. Vi phạm các nguyên tắc này dẫn đến tình trạng kém hiệu quả của hệ thống:

• Cho động vật ăn ngũ cốc (ví dụ như đậu nành, ngô) thay vì cho con người ăn trực tiếp chỉ mang lại 17–30% calo cho chuỗi thức ăn của con người. Điều này tương đương với thiệt hại kinh tế hàng năm ước tính là 1,32 nghìn tỷ đô la vào năm 2050 (Stevenson, 2020).
• Theo David Pimentel, lượng ngũ cốc hiện đang được dùng làm thức ăn cho gia súc ở Hoa Kỳ có thể nuôi sống trực tiếp 800 triệu người.

Tệ hơn nữa là những trường hợp các sản phẩm thực phẩm như sữa và trứng được sử dụng làm phân bón – một thực tế được quan sát thấy ở một số vùng của Việt Nam. Những hành động này thể hiện sự phân bổ sai lệch các đầu vào có mật độ năng lượng cao cho các đầu ra có hiệu suất thấp và trái ngược với các nguyên tắc cơ bản của sự phân tầng tài nguyên và an ninh lương thực.

5. Thực hành nhiên liệu sinh học không bền vững: Một lưu ý cảnh báo

Sản xuất nhiên liệu từ cây lương thực (ví dụ, ethanol ngô, biodiesel dầu cọ) là một bước đi sai lầm cơ bản trong chính sách khí hậu và lương thực. Dữ liệu cho thấy:

• Hơn 1/3 lượng ngô của Hoa Kỳ được chuyển hướng sang sản xuất ethanol, mặc dù các nghiên cứu xác nhận cường độ carbon của nó cao hơn xăng ( PNAS, 2022 ).
• Sản xuất biodiesel từ dầu cọ và dầu đậu nành thải ra 150–230g CO₂e/MJ, cao hơn hầu hết các loại nhiên liệu hóa thạch (Giao thông vận tải & Môi trường, 2021).
• George Monbiot tính toán rằng cần 450 ha để sản xuất công suất khí sinh học 1 MW từ ngô, so với 0,3 ha để sản xuất gió. Xói mòn đất liên quan đến ngô làm tăng thêm chi phí khí hậu.

Những hoạt động này làm trầm trọng thêm tình trạng mất an ninh lương thực và không mang lại lợi ích ròng nào cho khí hậu. Chi phí cơ hội toàn cầu của việc sản xuất nhiên liệu sinh học ước tính sẽ thay thế lương thực cho 1,9 tỷ người.

Thay vào đó, sản xuất nhiên liệu nên ưu tiên chất thải Loại 4 (sinh khối cấp thấp). Thông qua quá trình lên men khí tổng hợp (ví dụ, chuyển đổi Clostridium spp. thành etanol), ngay cả xenluloza và các chất hữu cơ có giá trị thấp cũng có thể tạo ra etanol và than sinh học, bỏ qua hoàn toàn đầu vào thực phẩm.

6. Các lựa chọn nhiên liệu sinh học bền vững: Từ chất thải, không phải thực phẩm

Mặc dù nhiên liệu sinh học từ dầu ăn thải (WCO) có khả năng bảo vệ tốt hơn, nhưng vẫn cần thận trọng:

• WCO có thể vẫn được sử dụng làm môi trường để chiên chất thải thực phẩm.
• WCO ôi thiu có thể được tách ra bằng cách lọc magie silicat và xử lý thông qua phản ứng chuyển este để tạo ra nhiên liệu sinh học.
• Sản phẩm phụ glycerol từ WCO có thể được lên men thành ethanol bằng cách sử dụng Enterobacter aerogenes .

Dầu diesel sinh học có nguồn gốc từ WCO thể hiện:

• Chỉ số cetane cao hơn
• Giảm tro và cặn cacbon
• Cải thiện hiệu suất động cơ và giảm lượng khí thải

Những lợi ích này khẳng định tiềm năng của WCO như một loại nhiên liệu tuần hoàn, với điều kiện là phải phân loại theo mục đích sử dụng thực phẩm và lượng khí thải trong suốt vòng đời vẫn ở mức thuận lợi.

Kết luận: Hướng tới hiệu quả dinh dưỡng và đánh giá chất thải theo ESG

Thứ bậc sử dụng chất thải hữu cơ—Thức ăn > Phân bón > Nhiên liệu—cần được tuân thủ nghiêm ngặt trong nông nghiệp theo định hướng ESG và các chiến lược chuyển đổi chất thải thành giá trị. Những sai lầm như cho côn trùng, động vật hoặc hệ thống nhiên liệu ăn thức ăn vi phạm các nguyên tắc sau:

• Tuần hoàn dinh dưỡng
• Hiệu quả dinh dưỡng
• Công lý hệ thống thực phẩm
• Phân bổ tài nguyên thông minh theo khí hậu

Các khoản đầu tư trong tương lai vào quản lý tài nguyên sinh học phải ưu tiên các giải pháp tái sử dụng có giá trị cao, chuyển đổi sinh học tích hợp và lên men tại địa phương, đặc biệt là ở các khu vực thiếu an ninh lương thực và do các hộ nông dân nhỏ thống trị.

Tác giả: Đội ngũ nông dân ASEAN