En rad strategier prövas i Europa för att vända näringsrikt gårdsavfall som kycklingfjädrar, kogödsel och plantera stjälkar till gröngödsel. Full av fosfor och kväve, återvunna produkter kan bidra till att minska det intensiva jordbrukets utsläpp och beroendet av gödselimport.

Det europeiska jordbruket producerar ett överflöd av högkvalitativ mat, men också enorma mängder avfall från grödor och husdjur, inklusive cirka 1,4 miljarder ton gödsel varje år.

Gårdsavfallet är sprängfyllt med näringsämnen, men dessa finns ofta i komplexa organiska molekyler, som tar tid att bryta ner till mineraler för växter att använda. Gödsel är voluminöst, svåra att transportera och genereras vanligtvis långt från odlingsfält. Följaktligen, bönder är beroende av kemiska gödningsmedel som ofta importeras till Europa.

Medan EU-marknaden för gödselmedel värderas till mellan 20–25 miljarder euro per år, syntetiska gödselmedel står för 80 % av produkterna. Kvävet tillverkas genom att ta kemikalien från luften och använda energi från fossila bränslen för att omvandla det till ammoniumsalter som växter lätt konsumerar. Fosfor, den andra huvudingrediensen i konstgödsel, är gjord av stenar utvunna mestadels i Marocko, men även Kina och USA.

Under tiden, Näringsämnen som sprids till jordbruksmark kan läcka ut i floder och sjöar, orsakar algblomning och fiskdöd, eller förångas som växthusgaser.

"Vi har för många näringsämnen som flödar runt i Europa, orsakar miljöproblem, sa professor Erik Meers, miljökemist vid universitetet i Gent i Belgien. "Vi har också en ökande mängd konstgödsel, kväve och fosfat, används.'

Uppskattningsvis 13,6 miljoner ton kväve och 1,8 miljoner ton fosfor kommer in i det europeiska jordbruket varje år genom gödningsmedel, men också de grödor som används i djurfoder.

"Vi återvinner inte alla näringsämnen som vi skulle kunna återanvända, sa Dr Victor Riau Arenas, en forskare vid Institute of Agrifood Research and Technology i Katalonien, Spanien. Han leder ett projekt som heter Circular Agronomics som syftar till att öka näringsåtervinningen i jordbrukets livsmedelskedja och hjälpa till att minska utsläppen. "Vi siktar på att omvandla den linjära kedja vi har idag till en cirkulär kedja genom att återvinna näringsämnen."

Med ny EU-lagstiftning i mars 2019 som gör det lättare att sälja gödselprodukter tillverkade av återvunnet material, Dr. Riau och Prof. Meers är bland de forskare som nu arbetar med att utvinna rena näringsämnen från organiskt avfall för att producera hållbara gödselmedel i påsar.

Mikrober

Den första utmaningen är att behandla avfallet. Kemisk gödsel kommer till gårdens grindar i påsar med mineralnäring som är redo att användas. Rått djur- och växtavfall, dock, måste först brytas ned av mikrober innan växter kan använda dem.

"Enorma mängder näringsämnen finns i avfall i organisk form och är inte effektiva för växtproduktion, sa prof. Meers. "Det är därför bönder tenderar att gilla kemiska gödselmedel."

Prof. Meers leder ett forskningsprojekt som heter Nutri2Cycle som använder olika tillvägagångssätt för att ta itu med båda sidorna av detta mynt—bearbeta gårdsavfallet, samtidigt som den används för att göra produkter tillräckligt bra för att ersätta importerade syntetiska gödselmedel.

För att först bearbeta gödseln, Nutri2Cycle häller det i en stor tank som kallas biorötare där levande mikrober bryter ner det organiska materialet. Ett flytande rötgas, som ser ut som och har samma konsistens som kaffesump, kommer ut ett rör, lämnar efter sig ett fast kompostliknande material med konsistensen av gröt.

Nästa steg för forskare är att destillera den flytande fraktionen och behandla den tills en ren kemisk förening, såsom ett ammoniumsalt, är gjord. Detta är bara en av många processer som projektet genomgår.

Nutri2Cycle-projektet använder också sensorer för att applicera biogödsel i rätt mängd. Till exempel, nära-infraröda sensorer kan kontrollera exakt vilka näringsämnen som kommer ut på ett fält, eller ett sensorsystem kan utvärdera vilka fläckar av gräsmarker som behöver gödningsmedel och vilka som inte gör det.

Cirkulär ekonomi

Tillvägagångssättet är ett av 24 som Nutri2Cycle-forskare över hela Europa undersöker. De syftar till att ta fram industriella processer på landsbygden för att stärka en cirkulär jordbruksekonomi. För att stänga slingan, andra tillvägagångssätt inkluderar en pilotanläggning i regionen Flandern i Belgien som kommer att ge behandlad grisgödsel i flytande form till andmat. Denna flytande växt är proteinrik och kommer att skördas och testas som djurfoder. Andra foderkällor som odlas från återvunna näringsämnen kan vara insekter eller alger.

Ett experiment som detta kan i sin tur hjälpa till att ersätta några av de miljontals ton sojabönor som fraktas till Europa, främst från USA, under det senaste året. Sojabönor är ett proteinrikt djurfoder. Men det innehåller också kväve som är en avgörande beståndsdel i protein, och kan återvinnas i djurgödsel. Detsamma gäller den importerade fosfor som används i gödsel.

"Vi har dessa enorma flöden av kväve och fosfor som kommer mot Europa i form av importerade kemiska gödselmedel och i form av importerade djurfoder, sa prof. Meers. "Vi importerar därmed kväve och fosfor, som sedan hamnar i gödsel.'

Andra tillvägagångssätt som undersöks av Nutri2Cycle-projektet inkluderar testning av återvunnet mejeriindustriavfall på grödor i Irland. Detta avfall kommer från osttillverkning och mjölkbearbetning och innehåller mycket kväve, magnesium och fosfor näringsämnen. De kommer också att testa prover från fjäderfägödsel, potatisbehandling av avloppsvatten och tätortsrening på gräsmarker för djurfoder och på majs.

Gårdar som använder bioavfall saknar vanligtvis adekvat information, enligt Dr. SM Ashekuzzaman, en miljökemist på Teagasc, en irländsk jordbruksforskningsorganisation, och en forskare med Nutri2Cycle. Det är svårt att av bioavfall avgöra hur mycket näringsämnen som är redo för växtbruk, han säger.

”Det finns en kunskapslucka om hur mycket näringsämnen som är tillgängliga för växter. Vi kommer att lägga till denna kunskap med hjälp av agronomiska försök och sedan bättre ge bönder råd, ' han sa.

Precisionsmatning

För att hjälpa jordbruket att bli mer effektivt, i Katalonien, Circular Agronomics kommer i framtiden att använda solvärme för att bearbeta och torka gödsel från grisar för att producera gödsel. De kommer också att precisionsfodra mjölkkor för att minska på gödsel och utsläpp, medan en pilotanläggning i Tyskland kommer att utvecklas för att återvinna kväve och fosfor från livsmedelsindustrins avfall.

Dr Riau säger att eftersom boskap och åkerbruk för närvarande är ansvariga för utsläppet av betydande mängder ammoniak och andra växthusgaser, bearbetning av detta avfall kommer att bidra till att minska de utsläpp som orsakar klimatkrisen.

"Vi kommer att minska användningen av konstgödsel, vilket kommer att minska kostnaderna, men också jordbrukets miljöpåverkan på marken och läckage av nitrater till grundvattnet, ' han sa.