ד"ר עדי יונס-לוי – המכללה האקדמית תל-חי וחוקרת מו"פ בצמח תערובות; ד"ר ליאורה שאלתיאל-הרפז מו"פ צפון מיגל; ד"ר יצחק ג'אן-גאק מרטינז וד"ר עופר דנאי – חוקרי מו"פ צפון מיגל
עיבוד פסולת צמחית חקלאית – מבוא
לפי התחזיות בעולם, כמות חיות המשק עולה וצריכת הבשר בעולם תמשיך לעלות. עובדות אלה מצריכות פתרונות תזונה בדמות זבוב החייל השחור (זח"ש), להאכלת החיות. בנוסף משמש הזח"ש להפקת חומרים בתעשיית הקוסמטיקה מהשומן של הרימות.
באירופה יש כ 400 יצרנים של זבוב החייל השחור. היתרון הסביבתי הוא בכך שהזבוב ניזון מפסולת מזון ומחסל את כל החיידקים בסביבה מזוהמת. לאחר השימוש ניתן לנצל את מצע הגידול שלו כדשן לחקלאות. בנוסף, גידול מזון מחרקים יקטין את האיום על הדגה.
כיום, מייצרים בעולם כ 1.6 מיליארד טונות זבל פסולת מזון. בישראל מיוצרים מדי שנה יותר משני מיליון טונות פסולת אורגנית, ומתוכם מאות אלפי טונות פסולת צמחית חקלאית.
מועטים הפתרונות היעילים וברי קיימא לטיפול בפסולת צמחית חקלאית. הטמנת הפסולת, שריפתה, הצנעתה בשטחי הגידול או פיזורה מחוץ לשטחי הגידול הינם הטיפולים העיקריים, והם גורמים למפגעים סביבתיים רבים, לדוגמא, אילוח חוזר במטעים ובסביבתם הנובע מפירות נגועים במגוון מזיקים הזרוקים במטע ומאפשרים השלמת מחזור הגידול של המזיקים, שגשוגם והפצתם.
בעיה אופיינית נוספת היא הכמויות הגדולות, של עשרות עד מאות אלפי טון בשנה, של פסולות חדגוניות בעלות ריכוז גבוה של מרכיב צמחי או כימי שנחשבים לעיתים כטוקסיים, כמו סולנין בפסולת גידול עגבניות וסולניים אחרים או סודיום-היפוכלוריד בפסולת גידול פטריות.
זבוב החייל השחור (זח"ש), Black soldier fly (Hermetia illucens)
הינו בעל תפוצה עולמית בין 45°N ל- 40°S, אינו מזיק לאדם, לחי ולצומח ולא מטריד. רימות זח"ש משגשגות על חומר אורגני מגוון ובעלות פוטנציאל להפחתת גורמי מחלה ומזיקים.
רימות הזבוב עשירות בחלבון בעל הרכב חומצות אמינו המתאים למספר סוגי דגים, למגוון עופות ולמספר חיות מחמד ויכול להוות תחליף חלבון בהזנת חיות אלה.
יישום השימוש בזח"ש לעיבוד פסולת וכמקור חלבון להזנה הינו בעל יתרון סביבתי, תזונתי וחברתי-כלכלי, ומתאים לתכנית האסטרטגית הלאומית לטיפול בפסולת. .
את זבוב החייל השחור מגדלים בישראל בקיבוץ שדה-אליהו, ומייצרים ממנו מזון לבעלי חיים – דגי בריכות, עופות, וחיות מחמד. לזבוב ערך תזונתי גבוה של חלבון ושומן והוא תואם להרכב התזונה הטבעית של חיות המשק.
הזבוב אינו עוקץ, אינו נמשך למזון אדם ואינו מעביר מחלות. על פי מודל תעשייתי, יועברו זחלים צעירים משדה אליהו למפעלי גידול ועיבוד סמוך למפעלי מזון.
כך תנוצל פסולת מפעלי המזון ותהליך הגידול וייצור המזון לבעלי חיים יבוצע בשטחם. קיימים בארץ שני מינים של זבוב חייל שחור, שהובאו מהאמזונס, אותם מגדלת חברת אנטופרוטק, במפעלי טיהור פסולת מזון מבוססי רימות.
מטרות המחקר
פיתוח אמצעי טבעי, יעיל וזול לפירוק פסולת אורגנית מקומית לקבלת קומפוסט בשל ומזון עתיר חלבונים להאכלת בע"ח.
(1)אפיון הדרישות התזונתיות והשפעת תנאי הסביבה על גידול זח"ש, ומניעת התפתחות מזיקים ומתחרים לזבוב.
(2) פיתוח פרוטוקולים לגידול מסיבי של זח"ש על מצעי מזון המבוססים על פסולת צמחית חקלאית.
(3) פיתוח פרוטוקולים לקבלת קומפוסט בשל יעיל ליישום בחקלאות מתוצרי הלוואי של התהליך.
(4) פיתוח פרוטוקול לקבלת פרה-גלמים וגלמים של זח"ש מתוצרי הלוואי של התהליך שיהיו בעלי ערך ביוכימי גבוה ליישומם כמזון עתיר חלבון להזנת בע"ח.
מטרות שנה רביעית
(1) עיבוד פסולת צמחית חקלאית בצורה מקומית;
2) אפיון הקומפוסט
הפרה-גלמים והגלמים
3) הפיכת הקומפוסט ליישומי ומיטיבי בחקלאות.
שיטות המחקר
נערכו ניסויי הזנה מבוקרים של רימות בפסולות במכללת תל-חי, בחוות מתתיהו של מו"פ צפון ובמיגל. מתקן של חברת בראשית הוקם במכללת תל-חי, המתקנים המשקיים הוקמו במשק שלזינגר בכרם מהר"ל, בכפרי הנוער מוסינזון וימין אורד, בחוות זרעית ובחוות יאיר בערבה התיכונה.
אנליזות למרכיבי הדיאטות, להרכב זח"ש, לקמח מבוסס זח"ש ולקומפוסט-זח"ש נערכו בשיטות המקובלות בתל-חי ובחוות מתתיהו. פליטת גזי חממה וריחות נוטרו במסגרת סדנה בינלאומית בנווה יער, מרכז מחקר צפון, מכון וולקני.
תוצאות המחקר העלו, כי גידול הרימות תלוי בסביבתם; לשם כך החוקרים בפרויקט, פיתחו נוסחה המאפשרת חישוב של משקל הרימות וזמן התהליך כתלות בגורמים המשפיעים העיקריים שהם ריכוז חלבון, לחות, ריכוז סיבים וטמפרטורה.
המרכיב המגביל העיקרי בשימוש בפסולות צמחיות חקלאיות כמקור דיאטה לזח"ש הוא החלבון, אותו השלימו החוקרים על-ידי ערבוב עם פסולת גידול פטריות או פסולת מבשלת בירה.
לתהליך שני תוצרים עיקריים שהם הקטנת מסת הפסולת והגדלת מסת זח"ש, תוצרים אלה תלויים ביחס הפוך וביחס ישר, בהתאמה, לריכוז החלבון בפסולת, ולכן לפני הרכבת תערובת הדיאטה יש להחליט מה המטרה העיקרית של התהליך.
גם למבנה הפיסיקלי של הדיאטה חשיבות גדולה על התהליך היות ומשפיע על כמות הנגר, איבוד הנוטריינטים, מידת אוורור המצע וקלות הפרדת הרימות בתום התהליך.
הרימות שהתקבלו הכילו 43% – 49% כלל חלבון, 9% -15% מחלבון זה לא עבר עיכול במערכת המדמה יונקים חד קיבתיים. הרכב הרימות נמצא מתאים ליישום כחומר הזנה בתעשייה.
תכונות קומפוסט-זח"ש ותוצרי גידול הזבוב היו תלויות במצע הגידול והיו פיטוטוקסיים במצע תפוחים בלבד, ובעלי ערך דישוני במצעים האחרים.
במחקר נמצא הרכב ומבנה דיאטה אופטימאלית לגידול הרימות (6-10% חלבון, 5-40% סיבים, 70% לחות, מצע מאוורר, עובי חומר צמחי טרי > 4 מ"מ) ותנאים הכרחיים נוספים (טמפ' 30 מ"צ, עומק מצע ≤ 10 ס"מ, הזנה דו שלבית, מיקום בצל ומוגן מטורפים ומתחרים), אך לא הצליחו למצוא שיטה לקציר יעיל של הרימות הלבנות בתנאי גידול אופטימאליים אלה.
פרוטוקולי העבודה נבחנו על שבעה מתקני פיילוט שונים שהוכיחו היתכנות התהליך.
ניטור פליטות ב- FTRI ובעזרת פאנל מריחים מקצועיים ממתקן מבוסס פסולת תפוחי עץ ופטריות הראה, כי גז החממה היחיד הנפלט הוא פחמן-דו חמצני ממקור אורגני, ו- 5000±500 יחידות ריח במקור.
ריחות ממתקנים מבוססים פסולות אחרות נבחנו בעזרת מריחים חובבנים והראו כי טווח המרחק של סף הריח המקסימאלי היה נמוך משני מטר.
התהליך נמצא בעל היתכנות כלכלית. עיבוד פסולת צמחית באמצעות זח"ש הינו תהליך בעל פוטנציאל סביבתי-כלכלי וחברתי.
את רוב שלבי התהליך פתרו החוקרים, וכעת משפרים את אופן הפרדת הרימות מהמצע לפני שניתן להפוך התהליך ליישומי אצל החקלאים.
דיון לאור ממצאי ארבע שנות המחקר
הזנת רימות בפסולות חקלאיות צמחיות
הניסיון לפתח פרוטוקולים של גידול זח"ש אך ורק על בסיס פסולות צמחיות מאתגר מאוד מאחר ויש למצוא פסולות בעלות ריכוז חלבון גבוה, ולייצר תערובות שיתאימו לדרישות התזונתיות והסביבתיות של הזח"ש.
בבחינת יעילות השימוש בפסולות נמצא שככל שהדיאטה ענייה בחלבון, הרימות מפרקות יותר ממנה, אך אין להם די חלבון לבניית גופן ולכן יחס המרת מסת פסולת למסת גוף היא נמוכה.
לכן כדי לטפל בפסולת באמצעות זח"ש יש להתייחס למידת החשיבות של פירוק מקסימאלי של הפסולת, שמתרחש דווקא בדיאטות שאינן מאוזנות ומהווה בדרך-כלל יתרון סביבתי בהשוואה לתפוקה המקסימאלית של רימות אשר דורשת תנאי גידול אופטימליים, ויכולה להניב יתרון כלכלי.
מתוצאות המחקר ניתן לראות כי ריכוז הליפידים בזח"ש והרכבם משתנה בהשפעת דיאטה. גם כמות הקוטיקולה משתנה, הן בהשפעת הדרגה אך גם בהשפעת שינויים בלחות.
תוצאות המחקר מראות כי בהימצא תהליך יעיל להפרדת הרימות, קיימת כדאיות כלכלית לטיפול בפסולת חקלאית צמחית על-ידי זח"ש ממכירת רימות שלמות מצוננות הן כטיפול בפסולת שמקורה מבתי אריזה ותעשיית המזון והן כטיפול לסניטציה במטע תפוחי עץ.
לא בכדי קמות בשנים האחרונות חברות רבות ברחבי העולם לגידול זח"ש במטרה לייצר קמח. החברות אשר עוסקות כיום בגידול הזח"ש משקיעות במחקר ופיתוח ויוצרות לעצמן את הידע ואת השיטות לגידול הזח"ש.
ייחוד מחקר זה הוא יצירת פרוטוקולי עבודה פשוטים אשר יאפשרו הקמת ענף חקלאי חדש בעל מחזורים קצרים של גידול רימות הזח"ש על-ידי חקלאים שאינם יכולים לעסוק במחקר ופיתוח.
התוצרים בעלי הערך הכלכלי של גידול הרימות הם החלבון, השומן והקומפוסט. החלבון יכול לשמש להאבסת בעלי-חיים. מעבר למחיר הכלכלי של החלבון יש להתייחס לערך הסביבתי והחברתי של ייצור מקומי של חלבון מפסולת.
אבקת החלבון ליחידת משקל נמוך ממחיר הרימות השלמות, אך שוק אבקות החלבון הוא אינסופי לעומת שוק מוגבל וייחודי לרימות שלמות.
שומן הרימות שהוא ברובו רווי ובאורך בינוני של שרשרת פחמנים יכול לשמש כביודיזל בעל מחיר נמוך, כפי שהצענו בהצעת המחקר, או כחומר סיכה טבעי לתעשיית המזון, שערכו הכלכלי גבוה יותר.
כמות תוצרי עיבוד מקומי של פסולת בשנה בעזרת זח"ש
הבעיות בהפרדת הרימות משאריות הפסולת עיכבו את תחילת יישום תהליך עיבוד פסולת אורגנית מקומית באמצעות זח"ש.
בהתבסס על שיתופי הפעולה שהיו לחוקרים במהלך המחקר ומתוצאות המתקנים החצי תעשייתיים שהעמדנו בשנים ג-ד של המחקר ניתן לסכם:
תעשיית הפטריות בישראל ייצרה בשנת 2018 כ- 22,000 טון פטריות שמפיניון ופורטבלה. כתוצאה מכך נוצרו כ- 3,600 טון פסולת של חלקי גופי הפרי שאינם ניתנים לשיווק וכוללים בעיקר רגלי פטריות. חלקי פרי אלה מזדהמים במהירות ומהווים מטרד ריח במפעל.
מתוצאות מחקרנו נראה שמ- 3600 טון פסולת רגלי פטריות + 1200 טון פסולת לתת בירה ניתן יהיה לגדל כ- 640 טון זח"ש טרי שנותנים כ- 147 טון קמח זח"ש ולקבל כ- 1920 טון קומפוסט-זח"ש תוך הפחתת מסת הפסולת ב- 75%.2. בית אריזה "בראשית" ברמת הגולן מפיק כ- 72 טון פסולת בררה של תפוחי עץ בשנה שמהווה נטל לוגיסטי וכלכלי על המפעל.
מ- 72 טון פסולת תפוחי עץ יתקבלו 3.2 טון רימות שהם 7.4 טון קמח זח"ש וכן 1.2 טון קומפוסט-זח"ש תוך הפחתת מסת הפסולת היבשה ב- 90%. ואילו מ- 72 טון פסולת תפוחי עץ + 39 טון נוזל שמרים + 19.6 טון לתת יתקבלו 18.7 טון רימות שהם 4.3 טון קמח זח"ש וכן 12 טון קומפוסט-זח"ש תוך הפחתת מסת הפסולת היבשה ב- 56%. תחשיב כדאיות השקעה במתקן יצור זח"ש על בסיס פסולת ת"ע ומבשלת בירה, נעשה בעזרתו של מר אבי סלומון – כלכלן משרד החקלאות במחוז צפון.
מהתחשיב נראה כי עיבוד הזבוב הכולל מעל שישה מחזורי גידול זח"ש במקביל, ללא שינוי בהוצאות העקיפות – יהיה כלכלי.
פרוטוקול גידול לרימות זח"ש
מחקר זה מוכיח כי היפותזת המחקר שלנו הייתה נכונה, ושיש אפשרות לעבד פסולת חקלאית צמחית באמצעות זבוב החייל השחור על-ידי מתקנים מודולריים בכמויות של כ- 100-200 ק"ג ביום. החוקרים הצליחו לפתח פרוטוקול לעיבוד פסולת מקומית בקנה מידה גדול בעזרת זח"ש, ויודעים להרכיב דיאטה מתאימה ע"י ערבוב מרכיבי הפסולת.
בעזרת נוסחאות המודל המתמטי שפותחו עם ד"ר תמר צמח, יש את היכולת לחזות מראש מה תהייה מסה ממוצעת של רימה ומה יהיה הזמן עד לקציר.
עם זאת, החוקרים טרם הצליחו לפתח תהליך הפרדה טובה של רימות בדרגה 5. על-פי החישובים, מתקן מקומי בו מפרידים את הרימות בדרגה 5 עתיד להיות רווחי, יכול לשרת מגוון משקים ועסקים, וכן להוות מוטיבציה לחקלאים לבצע סניטציה לתוצרת החקלאית הפגומה שלהם.
קיימת אפשרות נוספת של גידול הרימות עד דרגה 6; לגידול זה יתרון בהפרדה העצמית של הרימות אך כיום, בארץ, אין שוק לתוצר הסופי הגולמי וחסרה רגולציה לשימוש בתוצר עתיר החלבון המעובד.
פרוטוקול הגידול עליו ממליצים החוקרים הינו תערובת מרכיבי פסולת שיתנו 6-10% חלבון, 5-40% סיבים, 70% לחות, מצע מאוורר וקליל, טמפ' 30 מ"צ וגידול בגובה שאינו עולה על 10 ס"מ.
בנוסף, יחס של 1-2 רימות לגרם מזון (בהתאם לריכוז החלבון במצע). בנוסף, ממליצים על הזנה יחידה בתחילת התהליך והוספת הרימות כערמה מרוכזת וצפופה ע"ג המצע (לא פיזור אחיד במצע). על המתקן לעמוד בצל ולהיות מוגן פיזית כנגד כניסת טורפים ומתחרים.
על מנת להקים מתקן ייעודי לפסולות בהיקפים גדולים יותר ובטכנולוגיה מתקדמת שיאפשר יצור זח"ש איכותי בסטנדרט אחיד שמבוסס על פסולת מקומית, יש להמשיך ולבחון את השיטות היעילות והזולות ביותר להקטנת תכולת הרטיבות של הפסולות עתירות החלבון כמו רגלי פטריות ונוזל שמרים.
כמו כן יש לבחון פיתוח שיטות למניעת הזדהמותן של הפסולות המאוחסנות, לפני שניתנות לרימות. בנוסף יהיה צורך לפתח טכנולוגיות יצור שיאפשרו הן גידול ממוכן שיאפשר הקטנת היקף כוח האדם והן גידול מודולרי בנפח ומשקל גדולים יותר מהמקובל כיום, וזאת על מנת להקטין את שטחי היצור הנדרשים.
במתקן זרעית ניסינו לפתח טכנולוגית ייצור שכזו אך נתקלנו בבעיות שטרם פתרנו. בעולם כיום מוקמים מתקנים לפיטום הזח"ש בצמידות למפעלים מייצרי הפסולת כך שהצורך בשימור או שינוע הפסולת קטן – אך זה כמובן מגביל את סוגי הפסולת שניתן לנצל לאלו שהרכבן הראשוני מספק את צרכי ההזנה של רימות הזח"ש.
במהלך השנתיים האחרונות קיבלו החוקרים מספר לא מבוטל של פניות לעזרה וייעוץ בפירוק פסולות אורגניות באמצעות זח"ש (חוות יאיר בערבה, כפרי נוער, יזמים פרטיים, חקלאים ממשקים אורגניים, דייגים חובבים, חברה לטיפול בפסולות, חברה לגידול הידרופוני וחברות לגידול דגי נוי). אך לפני שנוכל לפרסם פרוטוקול ישים, חובה עלינו לפתור את בעיות הפרדת הרימות בדרגה 5 מהמצע.
