Emissioni di gas inquinanti derivanti dall'allevamento di Hermetia illucens e potenziale energetico dei residui

The issues of the availability of the sources and the lack of proteins caused by the growth of the world population led the zootechnical sector to find new strategies of breeding (livestock) considering the impact on the environmental pollution. FAO directs the studies on the insects in one of the most promising ways for the sustainable production of proteins. In this thesis, we consider the emissions of NH3 and the greenhouse gas (GHG) on a livestock of Hermetia Illucens (HI) in four substrates formulated with waste from the food chain. In addition, it was also determined that the energy potential of breeding residues for biogas production and use in thermochemical conversion. The substrates used were: Gainesville diet (50% bran, 20% corn, 30% alfalfa - GA), Gainesville diet + 25% corn stalks (VGA), Beer grains + corn stalks (BW) and Agrocompany (vegetable processing waste - AC).For each treatment, 5 replica were assigned places in a climate cell. The gas emissions were monitored by a photoacoustic instrument.The analyzed performance are the growth rate (GR), the efficiency of conversion of digested food (ECD), the substrate reduction (SR) and waste reduction index (WRI).The biogas and CH4 production potential of the HI livestock was determined by a laboratory test in batch digesters, while the evaluation of the energy yields in thermochemical processes was carried out based on the analysis of their physical properties and their upper (PCS) and lower (PCI) calorific values using a calorimetry bomb. The best TS was recorded in the BW (15,5 g/d) and VGA (14,9 g/d) subrates. The GA was the most widely used by larvae, showing a 79,7% reduction of the initial mass. ECD was higher for BW than the other treatment. The highest emission of GHG in terms of CO2eq during the breeding were recorded in GA and VGA. Only GA, however, showed differences from the other treatment. Considering NH3, the highest emissions were found in BW and to a l'essere extent in VGA. The average CH4 production from farm residues are ranged between 80,8 Nm3/t TQ (BW) and 147,4 Nm3/tTQ (GA). GA is the that showed the highest calorific values (PCS: 19,9 kJ/gSS; PCl: 17,8 kJ/gSS), although not significantly different from those of BW. Therefore it is possible to state that; among the substrates under evaluation, BW is the most suitable for the breeding of the HI larvae. Considering the high emissions, it is clear that these substrates have a high potential for NH3 emission therefore it would be useful to identify strategies to reduce their dispersion. On average, total GHG emissions measured during the breeding were equivalent to 1.1 gCO2eq/gPG of HI. The comparison of the latter value with the average values for the production of protein meal (soybean: 3,2 gCO2eq/gPG; fish: 8,8 gCO2eq/gPG) most commonly used in animal feed, shows the advantages of using HI compared to GHG emissions. The use of HI residues in thermochemical processes can present problems related to the moisture content, but it is more suitable for their use in the production of biogas.

Le problematiche relative alla disponibilità di risorse e l'aumento della richiesta proteica dovuta alla crescita della popolazione mondiale, hanno portato, il settore zootecnico, ad individuare nuove strategie di allevamento valutando anche l'inquinamento ambientale. La FAO ha così indicato gli insetti come una delle più promettenti vie per una produzione sostenibile di proteine. In questa tesi sono state valutate le emissioni di NH3 e di gas ad effetto serra (GHG) durante l'allevamento di Hermetia illucens (HI) in quattro substrati formulati con scarti della filiera agroalimentare. Inoltre, si è determinato il potenziale energetico dei residui di allevamento per la produzione di biogas e nell'impiego in processi di conversione termochimica. I substrati utilizzati sono stati: Gainesville diet (50% crusca, 20% mais, 30% erba medica - GA), Gainesville diet + 25% stocchi di mais (VGA), Trebbie di birra+stocchi di mais (BW) e Agrocompany (scarti di lavorazione della verdura - AC). Ad ogni trattamento sono state assegnate cinque repliche collocate in una cella climatica. Le emissioni gassose sono state monitorate utilizzando uno strumento di tipo fotoacustico. Le performance analizzate sono state il tasso di crescita (TS), l'efficienza di conversione dell'alimento digerito (ECD) il consumo totale (SR) e l'indice di riduzione giornaliera del substrato (WRI). Il potenziale produttivo di biogas e di CH4 dei residui di allevamento di HI è stato determinato con prove di laboratorio in digestori batch, mentre, la valutazione della resa energetica nei processi termochimici è stata effettuata sulla base dell'analisi delle loro proprietà fisiche e del potere calorifico superiore (PCS) e inferiore (PCI) utilizzando una bomba calorimetrica. Il miglior TS è stato registrato nei substrati BW (15,5 g/d) e VGA (14,9 g/d). GA è stato maggiormente utilizzato dalle larve, evidenziando una riduzione del 79,7% della massa iniziale. L'ECD è stato maggiore per BW rispetto agli altri trattamenti. Le maggiori emissioni di GHG in termini di CO2eq durante la fase di allevamento sono state registrate in GA e VGA. Solo GA però, ha evidenziato differenze dagli altri trattamenti. In merito all'NH3, le maggiori emissioni sono state rilevate in BW e in misura minore in VGA. Le produzioni medie di CH4 ottenute dai residui dell'allevamento sono risultate comprese tra 80,8 Nm3/tTQ (BW) e 147,4 Nm3/tTQ (GA). GA è anche quello che ha mostrato i poteri calorifici (PCS: 19,9 kJ/gSS; PCI: 17,8 kJ/gSS) di maggiore entità, anche se non significativamente diversi da quelli di BW. È quindi possibile affermare che, tra i substrati oggetto di valutazione, BW sia il più adatto per l'allevamento delle larve di HI. Considerando le elevate emissioni è evidente che questi substrati abbiano un elevato potenziale emissivo di NH3 e pertanto sarebbe utile individuare delle strategie per ridurne la dispersione. In media, le emissioni complessive di GHG misurate durante l'allevamento sono risultate equivalenti a 1,1 gCO2eq/gPG di HI. Il confronto di quest'ultimo valore con quelli medi per la produzione delle farine proteiche (soia: 3,2 gCO2eq/gPG; pesce: 8,8 gCO2eq/gPG) maggiormente impiegate in mangimistica, rende evidente i vantaggi dell'impiego di HI nei confronti dell'emissioni di GHG. L'impiego dei residui dell'allevamento di HI nei processi termochimici può presentare delle problematiche legate al contenuto di umidità; risulta invece più idoneo un loro impiego per la produzione di biogas.