Od kilkunastu lat obserwuje się, że światowa produkcja żywności ma charakter wzrostowy. Wytwarzanie ogromnych ilości żywności związane jest również z niekorzystnym zjawiskiem generowania dużego poziomu odpadów powstałych w wyniku procesów technologicznych, a które należy w jak najlepszy możliwy sposób zagospodarować, tak by nie zanieczyszczały środowiska naturalnego oraz nie wpływały negatywnie na np. zmiany klimatyczne.
Na całym świecie podejmuje się szereg inicjatyw mających doprowadzić do zapewnienia produkcji rolniczej przeprowadzanej w sposób zrównoważony. Jednak należy podkreślić, że gospodarka odpadami w przemyśle mięsnym nie należy do prostych, ze względu na dużą ilość różnych procesów, w zmiennych warunkach a także pewną ich specyfikę.
W przemysłowej hodowli i utrzymaniu zwierząt gospodarskich oraz uboju i przetwórstwie mięsa generowane są różnego rodzaju odpady, które charakteryzują się zróżnicowanymi: właściwościami fizyko chemicznymi (składem, formą itp.) oraz pochodzeniem, np.: z obornika, z obróbki technologicznej tusz zwierząt rzeźnych (składają się z elementów tkankowych, w tym pozostałości tłuszczu, krwi, kości) a także ścieki, których oczyszczanie stwarza znaczne problemy środowiskowe na całym świecie. Ścieki generowane przez przemysł mięsny są bogate w związki organiczne: białka, lipidy, błonnik i węglowodany. Wszystkie te zanieczyszczenia mają ogromny potencjał do wtórnego wykorzystania, jako potencjalne zasoby do odzyskiwania i produkcji energii. Substancje organiczne pozyskiwane z przemysłowej produkcji zwierząt gospodarskich i mięsa są znaczącymi źródłami do produkcji biogazu w procesie fermentacji beztlenowej. Proces ten ma duże znaczenie w zachowaniu zrównoważonej produkcji zwierzęcej, gdyż prowadzi do produkcji wysokoenergetycznego biogazu, zmniejszając przy tym istotnie emisje gazów cieplarnianych. Podjęto próbę określenia ilości biogazu i wartości energetycznej wyprodukowanej w przemyśle zwierzęcym i przetwórstwie mięsa w Australii. Populacja zwierząt gospodarskich w Australii składa się głównie z bydła mlecznego, bydła mięsnego, owiec i jagniąt, świń, kur niosek i kurczaków mięsnych (broilerów). Uzyskane wyniki analiz pokazują, że potencjalna ilość biogazu, jaką można uzyskać z odpadów poprodukcyjnych pochodzących z: bydła, jagnięciny, owiec, świń i drobiu wynosi, odpowiednio: 23 874 165 mln m3 (Mm3), 215 670 Mm3, 288 228 Mm3, 18 430 Mm3 i 392 284 Mm3 rocznie. Szacuje się, że metan wytwarzany z odpadów rzeźniczych i ścieków dostarcza ok. 14 MJ/rok energii cieplnej, przy całkowitym potencjale wytwarzania energii elektrycznej z odpadów hodowlanych ok. 13 kWh/rok. Około połowa energii elektrycznej może być wytwarzana w australijskim stanie Queensland, który charakteryzuje się największą skalą produkcji zwierzęcej. Ponadto, niniejsze badanie sugeruje, że ścieki pochodzące z hodowli zwierząt gospodarskich i przemysłu przetwórstwa mięsnego mogą być potencjalnym zrównoważonym źródłem energii w Australii. Wyniki badań mogą mieć również przełożenie na inne obszary geograficzne świata i być wykorzystane w światowej zrównoważonej produkcji.
Prowadzone są również prace badawcze nad wykorzystaniem obornika pochodzącego z hodowli drobiu do wytwarzania energii. W wielu krajach produkcja drobiu jest na wysokim poziomie i często dominuje w strukturze produkcji rolnej żywności pochodzenia zwierzęcego. Obornik drobiowy jest bardzo bogaty w składniki mineralne ale też może zawierać niebezpieczne dla zdrowia potencjalnie toksyczne metale ciężkie, tj. ołów, miedź, kadm, które łatwo kumulują się w roślinach, spożywanych przez zwierzęta. Obornik drobiowy ma również wysoką zawartość masy organicznej, która sprawia, że nadaje się do stosowania w procesie fermentacji beztlenowej. Nie jest to jednak surowiec pozbawiony wad. Najistotniejszą wadą jest duża zawartość amoniaku, który gdy ten nawóz jest stosowany nadmiernie lub niewłaściwie, uwalniany jest do atmosfery. Może również prowadzić do nagromadzenia się w glebie związków azotowych. W przypadku wykorzystania tego obornika do produkcji biogazu nadmierne stężenie amoniaku może spowodować zahamowanie tego procesu lub jego znacznie mniejszą wydajność z powodu wysokiego poziomu lotnych kwasów tłuszczowych, które zaburzają równowagę w środowisku reakcji.
Zatem, jak wynika z dostęnych danych literaturowych, jeśli obornik drobiowy ma być stosowany w warunkach beztlenowych do wytwarzania biogazu, konieczne jest znalezienie odpowiednich dodatkowych substratów, które regulują jego właściwości. Te substancje powinny charakteryzować się wysoką zawartością węgla i niskim stężeniem azotu, co w rezultacie w procesie fermentacji beztlenowej da pozytywne efekty synergiczne. Wyniki badań wskazują także, że regulacja całkowitego poziomu amoniaku oraz zawartości wolnego azotu może być również przeprowadzona poprzez kontrolę temperatury zachodzących reakcji oraz np. na skutek rozcieńczania podłoża reakcyjnego wodą. W wyniku przeprowadzonych analiz stwierdzono, że jednym z najkorzystniej wpływających na redukcję poziomu amoniaku w procesie fermentacji obornika drobiowego odpadów poprodukcyjnych jest dodatek do układu, np. wywaru winnego, który wpływa na obniżenie wysokiego stężenia wolnych związków azotowych. W takiej mieszaninie składniki aktywne obornika powodują dodatkowo korzystne równoważenie kwasowości wywaru winnego. W warunkach laboratoryjnych (w niewielkiej skali produkcji) stwierdzono, że gdy obornik drobiowy jest w proporcjach 10 g na 1 l wywaru, to można podnieść efektywność wytwarzania metanu osiągając wartości 166 ml zgromadzonego gazu, co w opisywanym doświadczeniu było wartością znaczącą.
Wskazano również, że korzystne jest wykorzystanie mieszaniny np. dwóch substratów do efektywniejszego przeprowadzenia procesu fermentacji w warunkach beztlenowych. Działanie synergiczne użytych substancji zwiększa uzysk biogazu, stabilizuje zachodzenie procesu fermentacji a także ma wpływ na oczyszczanie odpadów z np. metali ciężkich i zwiększenie biodegradowalności materii organicznej. W literaturze przedmiotowej można również znaleźć wykorzystanie w opisywanym celu: odpadów przemysłu piwowarskiego, obornika świńskiego, resztek żywności itp. ale niewiele jest doniesień o wykorzystaniu mieszanin złożonych z więcej niż dwóch składników. Autorzy nie są w pełni zgodni, czy większa ilość odpadów różnego pochodzenia w mieszaninie reakcyjnej zwiększa istotnie ilość wytwarzanego biogazu (metanu). Aczkolwiek można znaleźć przykłady wykorzystania jednocześnie aż czterech składników czynnych, w tym m.in. obornik pochodzący z produkcji bydła oraz resztki żywności. Kluczowym parametrem określającym przydatność danego rodzaju odpadu (biomasy) do wydajnej produkcji biogazu jest tzw. potencjał metanowy biomasy. Wykorzystywany jest on w planowaniu, projektowaniu i zarządzaniu, w szczególności, wielkoskalowymi instalacjami do przeprowadzania procesu fermentacji beztlenowej i wytwarzania biogazu. Aby określić, czy dany surowiec nadaje się na materiał do produkcji biometanu wykorzystuje się specjalistyczne testy potencjału. Wykonanie takiego testu jest bardzo przydatnym narzędziem do określenia uzysku metanu z różnych substratów, w szczególności, gdy poddane są procesowi fermentacji osobno lub w postaci mieszanin z innymi składnikami. Umożliwia także oszacowanie szybkości zachodzenia procesu a także na tej podstawie obliczenia współczynnika konwersji materii organicznej zawartej w odpadach w biogaz. Dzięki temu możliwe jest poznanie najbardziej odpowiedniego składu podłoża reakcyjnego o optymalnych proporcjach składników. Dodatkową zaletą tych testów jest ich stosunkowo prosta procedura pomiarowa.
Badano również korzyści oraz potencjalną przewagę pomiędzy zastosowaniem własnego przyzakładowego systemu oczyszczania i utylizacji odpadów pochodzących z produkcji zwierzęcej w stosunku do rozwiązania związanego z angażowaniem dodatkowych podmiotów i kosztów związanych z transportem zanieczyszczeń do specjalistycznych firm, zajmujących się ich neutralizacją. Stwierdzono, że produkcja mięsa wieprzowego w skali około 150 ton dziennie powoduje generowanie ok. 20 ton odpadów poprodukcyjnych. W opisywanym przykładzie do utylizacji wykorzystywano metodę termicznego spalania odpadów na popiół, który następnie był przekształcany w nawóz mineralny. Wykazano także, że utylizacja odpadów poprzez spalanie w wysokich temperaturach powinna być również przeprowadzana z odzyskiem ciepła. Zastosowanie modułu odzysku ciepła umożliwiło zakładowi ubojowemu odzyskiwanie efektywnej energii w postaci nasyconej pary. Sprawność cieplna całego systemu była na dość wysokim poziomie, co w sposób istotny wpłynęło na zmniejszenie zużycia paliw kopalnych. W okresie prowadzenia trzymiesięcznego testu zaobserwowano zmniejszenie emisji dwutlenku węgla o ponad 446 ton. Wyniki badań potwierdzają również, że odpady pozostałe po spaleniu produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego można przekształcić w wysoce skuteczny nawóz (ekofosforan). W okresie prowadzenia doświadczenie całkowita ilość wyprodukowanego nawozu mineralnego wyniosła 344 tony, przy założeniu, że spaleniu podlegało ok. 706 kg odpadów na godzinę. Ciepło zużyte do produkcji 1 kg nawozu okazało się 150 mniejsze, niż w standardowo używanych technologiach przemysłowych. Podkreśla to znaczenie, także ekonomiczne, przyjętych rozwiązań i nowego spojrzenia na technologię utylizacji odpadów poprodukcyjnych w przemyśle mięsnym. W artykule przedstawiono potencjalne możliwości gospodarki odpadami w przemyśle mięsnym. Wskazano przede wszystkim na duże zróżnicowanie odpadów a przez to zwiększoną trudność w ich utylizacji przy użyciu np. jednej uniwersalnej metody. Podkreślono znaczenie i konieczność pozyskania z tych zanieczyszczeń dodatkowych korzystnych substancji, jak np. biogazu lub nawozu mineralnego. Ponadto, ważnym aspektem jest fakt, ze istnieje możliwość, przy wykorzystaniu nowoczesnych technologii, odzysku energii cieplnej, dzięki czemu zmniejsza się ilość emitowanych gazów cieplarnianych, obniża wykorzystanie paliw kopalnych oraz wpływa pozytywnie na środowisko naturalne. Wydaje się, że produkcja rolna powinna być szczególnie ukierunkowana na zrównoważony rozwój a zastosowanie technologii przyczyniających się do obniżenia szkodliwego wpływu na otoczenie powinno mieć znaczenie priorytetowe.
dr Piotr Janiszewski
Wykaz literatury znajduje się u autora.