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Jul 22, 2023

Un nuevo tipo de biocarbón a partir de residuos quitinosos de Hermetia illucens con un

Informes científicos volumen 13,

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 8306 (2023) Citar este artículo

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La cría de insectos genera desechos en forma de excrementos de insectos y residuos de alimentos. Además, también se deja un residuo quitinoso específico en forma de exuvia de larvas y pupas de insectos. Investigaciones recientes intentan manejarlo, por ejemplo, produciendo quitina y quitosano, que son productos de valor agregado. El enfoque de economía circular requiere probar nuevos métodos de gestión no estándar que puedan desarrollar productos con propiedades únicas. Hasta la fecha, no se ha evaluado la posibilidad de producción de biocarbón a partir de desechos quitinosos derivados de insectos. Aquí mostramos que las puparias de Hermetia illucens son adecuadas para la producción de biocarbón, que a su vez exhibe características originales. Descubrimos que los biocarbón tienen un alto nivel de nitrógeno, que rara vez se puede lograr en materiales de origen natural sin dopaje artificial. Este estudio presenta una caracterización química y física detallada de los biocarbón. Además, el análisis ecotoxicológico ha revelado el efecto de estimulación de los biochares sobre el crecimiento de las raíces de las plantas y la reproducción del invertebrado del suelo Folsomia candida, así como la falta de un efecto tóxico sobre su mortalidad. Esto predispone a estos nuevos materiales con propiedades estimulantes ya incorporadas para ser utilizados en agronomía, por ejemplo, como portadores de fertilizantes o bacterias beneficiosas.

En los últimos años, el uso industrial de insectos para la producción de piensos y alimentos ha ido en aumento, especialmente en áreas donde tradicionalmente no se comen insectos1. En Europa, tras la entrada en vigor del Reglamento (UE) 2017/893 de la Comisión, la Unión Europea permitió por primera vez el uso de insectos y proteínas de insectos en la producción de alimentos para animales de acuicultura. Las especies de insectos que cumplen los requisitos de seguridad establecidos en la normativa anterior incluyen Acheta domesticus (Linnaeus, 1758), Alphitobius diaperinus (Panzer, 1797), Gryllodes sigillatus (Walker, 1869), Gryllus assimilis (Fabricius, 1775), Hermetia illucens (Linnaeus , 1758), Musca domestica (Linnaeus, 1758) y Tenebrio molitor (Linnaeus, 1758)2. Dos regulaciones posteriores de la Comisión de la UE aprobaron Locusta migratoria (Linnaeus, 1758)3 y T. molitor4 como nuevos alimentos para humanos. Ahora, también se han permitido A. domesticus y A. diaperinus.

Los cambios legislativos facilitarán el desarrollo más rápido de nuevas ramas en las industrias de alimentos y piensos basadas en la producción de insectos. Los excrementos de insectos combinados con restos de alimentos, que con frecuencia contienen insectos muertos, se producirán en mayores cantidades a medida que aumente el uso de insectos en la producción de alimentos. Estos residuos suelen venderse como fertilizantes para plantas5 y también pueden emplearse como sustrato en la generación de biogás6,7. Los insectos holometabólicos también producen un tipo de desecho quitinoso: puparia, también llamada exuvia pupal, que es el exoesqueleto de las pupas. Estos residuos quedan después de la aparición de la forma adulta del insecto. Por lo general, las puparias se descartan con todos los demás desechos posteriores a la producción o se las comen los insectos en las etapas más jóvenes de desarrollo (según nuestra experiencia con la cría de H. illucens). Sin embargo, en algunos tipos de sistemas de reproducción para ciertas variedades de insectos, se pueden recolectar fácilmente. Este es el caso de H. illucens, donde se producen grandes cantidades de puparia durante la reproducción. Hay indicios de la utilidad de este tipo de residuos en la producción de quitina8.

Otra posibilidad, que aún no ha sido investigada, es el uso de puparia en la producción de biocarbón, que podría considerarse como un método novedoso para valorizar este tipo de residuos. El biocarbón o biocarbono se produce por la degradación térmica (pirólisis) de materia orgánica como material vegetal o biorresiduos (lodos de depuradora o residuos de biogás)9. El biocarbón se puede utilizar como adsorbente en procesos químicos e industriales y puede actuar como enmienda del suelo, lo que influye en el secuestro de carbono del suelo, las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), las condiciones del agua y el aire, así como el crecimiento de las plantas10.

H. illucens (la mosca soldado negra, BSF) es un insecto del orden Diptera (Stratiomyidae), que está presente en el hemisferio norte y sur. En los últimos años ha ido creciendo el interés por este insecto, debido a sus interesantes propiedades y variedad de usos. Puede ser empleado en el aprovechamiento y limpieza de diversas materias orgánicas residuales en un proceso denominado entomoremediación11,12,13,14,15. Estudios16,17,18,19 han demostrado que también se puede utilizar como alimento para otros animales, así como en la producción de biodiesel, y puede actuar como fuente de nuevos compuestos antimicrobianos20.

Hasta donde sabemos, no existen publicaciones que analicen la utilización de materiales de desecho quitinosos derivados de insectos en la producción de biocarbón. Zazycki et al.21 investigaron recientemente la producción y aplicación de biocarbón a partir de quitina de camarón aislada como absorbente de colorantes. A pesar de mostrar buenas propiedades de decoloración, la producción de biocarbón a partir de quitina tiene desventajas subyacentes, incluido su costo e impacto ambiental (se emplean productos químicos agresivos durante la extracción de quitina). Las pupas de H. illucens contienen quitina, y la producción de biocarbón directamente a partir de ellas minimizaría los costos de extracción y teóricamente permitiría mantener las propiedades de sorción positivas de la quitina y transferirlas al biocarbón. Además, indica una nueva forma de gestionar el material de desecho quitinoso y no reduciría la reserva de quitina pura de fuentes marinas disponible en el mercado, que debería utilizarse en el desarrollo de productos más valiosos (p. ej., apósitos de quitina para heridas)22. Con referencia a la gestión agresiva de los recursos marinos y oceánicos por parte de los seres humanos (pesca excesiva) y su contaminación devastadora, el uso directo de desechos de insectos quitinosos para la producción de biocarbón, sin extracción previa de quitina, también debería resultar más respetuoso con el medio ambiente que el de los desechos quitinosos. partes de krill o camarones.

Aquí, producimos y caracterizamos biocarbón derivado de material de desecho de insectos quitinosos: la puparia de H. illucens. Además de las propiedades fisicoquímicas, se evaluó un análisis en profundidad del contenido de los contaminantes potencialmente presentes en los biocarbón (metales pesados ​​e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP)), así como la toxicidad de los biocarbón utilizando varios bioensayos (Prueba de reproducción de Collembola , Phytotoxkit, Microtox).

Se eligieron puparias de pupas de H. illucens como material de insectos para la producción de biocarbón. Las larvas de H. illucens se criaron en grupos en el laboratorio del Instituto de Agrofísica de la Academia de Ciencias de Polonia en Lublin (Polonia) en un recipiente de plexiglás (86 cm × 53 cm × 46 cm). El número de larvas en el contenedor estuvo en el rango de 1500 a 2000 individuos. Las condiciones de cultivo fueron: una temperatura de 27 ± 1 °C con una humedad del sustrato de 50-80% en oscuridad. Las larvas se cultivaron en fibra de coco y se alimentaron con pescado carpa comercial (fabricante: FloraZoo, Chełmża, Polonia) con la siguiente composición: 54,80 % de carbohidratos, 25,00 % de proteína, 5,00 % de grasa y aceite, 5,80 % de fibra cruda, 5,70 % de ceniza, 1,25 % de lisina, 1,00 % de calcio, 0,97 % de fósforo y 0,40 % de metionina (los porcentajes se dan en base al peso seco (PS)). En estas condiciones, las larvas se transformaron en pupas después de 16 días. Las pupas se arrastraron fuera de este contenedor en busca de lugares secos para metamorfosearse y luego fueron recolectadas y trasladadas al insectario, donde emergieron las moscas. Para una mayor producción de biocarbón, se tomaron puparias de cría de H. illucens tal como estaban, sin ninguna etapa de purificación. La omisión de la etapa de purificación se relacionó con el hecho de que las puparias solo estaban ligeramente contaminadas con el sustrato, y omitir cualquier tratamiento adicional antes de la pirólisis puede ser económicamente ventajoso.

La pirólisis se llevó a cabo en un horno de laboratorio modificado (L15/12, LAC, República Checa) con alimentación de gas. Las puparias secadas al aire se colocaron en tubos de cuarzo y se insertaron en el horno. Antes de iniciar el calentamiento, el aire del interior del horno se reemplazó inyectando nitrógeno (99,99999 % de pureza) durante 1 h desde un generador (Zefiro 5HP, Cinel, Portugal) con un caudal de 5 l min−1. Las puparias se pirolizaron durante 30 min a tres variantes de temperatura: 500 °C, 600 °C y 700 °C. El flujo de nitrógeno fue constante durante el proceso de pirólisis. Cuando la temperatura en el horno fue igual a la temperatura ambiente y las muestras se enfriaron, se detuvo el flujo de nitrógeno y se retiraron los biocarbón del horno. Los biocarbón se etiquetaron como H500, H600 o H700. La Figura 1 muestra las características estructurales del material prístino y los biocarbón producidos. El biocarbón de H. illucens producido a todas las temperaturas retuvo la estructura macroscópica de puparia.

La apariencia de Hermetia illucens puparia y biochars obtenidos de ella.

El pH de los biochares se midió en agua destilada en una proporción de 1:20 (p/v) después de agitar las muestras durante 1,5 h a 300 rpm (HD40d multi, HACH, CO, EE. UU.). Los PS de las muestras se determinaron después de secarlas a 105 °C durante 24 h. Los sólidos volátiles (SV) y el contenido de cenizas se analizaron después de quemar las muestras en una mufla a 550 °C durante 2 h. Se llevó a cabo un análisis porosimétrico utilizando un analizador Micromeritics Accelerated Surface Area and Porosimetry System (ASAP 2420) (Norcross, GA, EE. UU.). Las muestras se desgasificaron a 200 °C para alcanzar una presión estable de 0,005 mm Hg en tubos de vidrio. Luego se colocaron en nitrógeno líquido, dosificándose nitrógeno gaseoso (adsorción) hasta obtener una presión específica de P/Po, según los puntos de medición previamente programados y diseñados para formar una curva de adsorción. Durante la desorción, el nitrógeno introducido en los poros de las muestras analizadas se eliminó reduciendo la presión en los tubos de vidrio. El área de superficie específica (SSA) de los biocarbón se calculó sobre la base de las ecuaciones de Brunauer-Emmett-Teller (BET) (adsorción multicapa). La sorción de agua gravimétrica dinámica se midió mediante un analizador intrínseco de sorción dinámica de vapor (DVS) (SMS, Reino Unido) a 20 °C. El contenido de C, H y N se determinó en un analizador CHN 2004 (Perkin Elmer, EE. UU.). El contenido total de O se determinó por sustracción, de la siguiente manera23:

El contenido de S total se determinó mediante análisis ICP-OES (detalles a continuación). Los espectros de espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FT-IR) de las muestras se registraron usando un espectrómetro Nicolet 6700A FT-IR (Thermo Scientific) equipado con reflectancia total atenuada (ATR) de diamante. Los valores de absorbancia se evaluaron entre 400 y 4000 cm−1. Cada espectro resultó de 128 exploraciones en una réplica. Los espectros se promediaron a partir de cinco repeticiones24 con el software SpectraGryph 1.2 (Dr. Friedrich Menges, Alemania).

La microscopía electrónica de barrido (SEM) de las morfologías superficiales de las muestras se tomó con un Carl Zeiss AG Ultra Plus (Oberkochen, Alemania) en un rango de aumento entre 150× y 50,000× sin recubrimiento. Las micrografías se realizaron utilizando la técnica de detección de electrones secundarios de alto vacío. La fotografía de espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDX) se logró con un detector de espectroscopia de energía dispersiva (EDS) (Brucker, Billerica, MA, EE. UU.) montado en el SEM, con una resolución de 123 eV y energía de haz de 20 kV. El tiempo de exploración de la muestra fue de 300 s (tiempo real).

Los patrones de difracción de rayos X (XRD) de los biocarbón se analizaron con radiación Co Kα (λ = 1,78901 nm) usando un instrumento Empyrean (Malvern PANalytical, Reino Unido) operado a 40 kV y 25 mA. Se utilizó un filtro de níquel para absorber los rayos X de Kβ Co en el haz incidente. El patrón de difracción se registró con una velocidad de exploración de 0,008° s−1, un tamaño de paso de 0,02° 2θ y un tiempo de 2,5 s por paso.

La mineralización de las muestras de biocarbón se realizó en una solución de HNO3 + HCl en proporciones de 3:1 + 2 ml HF/muestra. El contenido de elementos se determinó utilizando un sistema de espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) (Thermo Scientific iCAP Serie 6500) de acuerdo con Bulak et al.25. Se emplearon las siguientes longitudes de onda (nm) para la determinación de elementos: Al 396.152, As 189.042, Ba 493.409, Be 265.045, Ca 184.006, Cd 226.502, Co 228.616, Cr 267.716, Cu 324.754, Fe 261.187, Ga 417 .206, Hg 184.950, K 766.490, Li 670.784, Mg 285.213, Mn 259.373, Mo 204.598, Na 589.592, Ni 231.604, P 178.284, Pb 220.353, S 180.731, Sc 361.384, Se 196.09 0, Sr 421.552, V 310.230 y Zn 206.200. El patrón interno de Y se añadió a cada muestra a una concentración de 5 ppm.

Se prepararon soluciones madre de Ni2+, Cd2+ y Pb2+ disolviendo Ni(NO3)2·6H2O, Cd(NO3)2·4H2O y Pb(NO3)2 en agua desionizada (HLP10, Hydrolab, Polonia). Se utilizó HNO3 o NaOH para ajustar el pH 5 de las soluciones finales. La concentración de iones metálicos en la solución final fue de 100 mg l−1. Cada muestra de biocarbón examinada (100 mg) se mezcló con 10 ml de cada una de las soluciones de iones metálicos y se agitó a 250 rpm a temperatura ambiente (22 ± 2 °C) durante 24 h. Luego, los biocarbón se separaron de la solución de fondo mediante centrifugación a 12 000 rpm durante 5 min26. El contenido de metal en la solución de fondo se midió con un ICP-OES (Thermo Scientific iCAP Series 6500).

El contenido de PAH libremente disuelto (libre de C) se determinó en suspensiones de agua27. Se agitó un gramo de biochar (DW) molido con un mortero en frascos de vidrio (50 ml) con 0,35 g de polioximetileno (POM) y 40 ml de agua Milli-Q (0,2 gl−1 NaN3 se empleó como biocida). Después de 28 días, las tiras de POM se retiraron de la solución, se limpiaron con papel de seda y se extrajeron usando heptano:acetona (20 ml, 4:1, v/v) mediante agitación horizontal (48 h). Se añadieron 16 PAH deuterados en isooctano (180 ng cada uno, estándar interno) antes de la extracción. Una alícuota de 20 ml de la fase orgánica (después de la extracción con POM) se evaporó a 1 ml en un concentrador de vacío rotatorio (RVC 2-25CD plus, Martin Christ, Alemania). El extracto se transfirió a un vial de cromatografía de gases (GC) y se analizó con cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS).

La determinación del contenido de HAP extraíble con disolventes orgánicos (Ctot) incluyó la extracción de muestras mediante el método Soxhlet con tolueno (125 ml) durante 24 h a 160 °C (peso de la muestra 1 g DW), seguido de la limpieza del extractos concentrados usando dimetilformamida (DMF)/hexano como se describe por Brändli et al.28. La fase recogida se redujo y se aplicó a una microcolumna de vidrio abierta (150 mm × 7 mm de d.i.), llena (de abajo hacia arriba) con lana de vidrio, gel de sílice desactivado (10 % de agua milli-Q, 3 cm) y sulfato de sodio sin agua, que había sido prelavado con 5 ml de heptano. El extracto se eluyó con 10 ml de heptano. La concentración del eluato a un volumen de 0,5 ml se realizó de nuevo con un concentrador de vacío rotatorio. Los estándares deuterados PAH-Mix 9 (100 ng µl−1 de cada componente en ciclohexano) se obtuvieron de Dr. Ehrenstorfer GmbH (Augsburg, Alemania) y se utilizaron para preparar una solución de mezcla de estándar interno con una concentración conocida. El estándar interno se añadió a cada muestra antes de la extracción.

Los extractos concentrados finales se analizaron con cromatografía de gases (Trace 1300) espectrometría de masas (ISQ LT) (GC-MS, Thermo Scientific). Se utilizó una columna capilar fundida Rxi®-5 ms Crossbond® con 5 % de difenilo y 95 % de dimetilpolisiloxano (30 m × 0,25 mm de DI × 0,25 μm de espesor de película) de Restek (EE. UU.) con helio como gas portador a un caudal constante de 1 ml min−1. La temperatura del horno del GC se programó para pasar de 75 °C (tiempo de espera de 0,5 min) a 245 °C a 25 °C·min−1, luego a 300 °C a 4 °C·min−1 (tiempo de espera de 1 min) . Las temperaturas del inyector y del detector fueron de 310 °C. Los espectros de masas se adquirieron en el modo de ionización de electrones, mientras que el modo de monitoreo de iones seleccionados (SIM) se llevó a cabo con los iones moleculares selectivos para PAH individuales. Los límites de cuantificación (LOQ) en función de los PAH individuales oscilaron entre 0,0002 y 0,3110 ng l−1 (Clibre) y entre 0,1 y 0,7 µg kg−1 (Ctot) para las concentraciones de PAH y se obtuvieron a partir de tres veces el límite de detección (LOD ).

Las pruebas en Collembola Folsomia candida se realizaron siguiendo el método 232 de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE). Los criterios de valoración de la prueba fueron la mortalidad y la reproducción de F. candida. Los 10 individuos seleccionados al azar recolectados de un cultivo sincrónico (de 10 a 12 días de edad) se colocaron en el recipiente de prueba que contenía 30 g de muestra de suelo. Durante la prueba, los organismos fueron alimentados con levadura seca en una cantidad de 10 mg por recipiente. Los recipientes de prueba se incubaron a una temperatura de 20 ± 1 °C, con una iluminancia de 400–800 lux y un fotoperíodo de 16/8 (día/noche). La humedad del suelo, establecida en una capacidad de retención de agua del 40% al 60%, se controló una vez por semana. Las pruebas se realizaron en tres repeticiones por muestra de prueba. Después de 28 días, los individuos se separaron del recipiente de prueba para determinar el número de individuos adultos y juveniles. Los organismos se contaron manualmente con base en fotografías tomadas con una cámara digital.

Para evaluar el efecto de las muestras sobre las plantas de Lepidium sativum, se realizó una prueba Phytotoxkit. El parámetro de evaluación fue la inhibición del crecimiento de raíces después de tres días de exposición a biochars en la fase sólida y acuosa. La fase líquida se preparó según el protocolo EN 12457-229. Las muestras de suelo se mezclaron con agua desionizada en una proporción de 1:10 (p:v, suelo:agua) y posteriormente se agitaron en un agitador rotatorio a 10 rpm. El extracto obtenido se filtró a través de filtros con una porosidad de 0,45 µm y la solución derivada se utilizó para pruebas adicionales.

La evaluación de la toxicidad del extracto para Aliivibrio fischeri se realizó con base en pruebas Microtox® con un analizador Microtox M500. La inhibición de la luminiscencia se determinó después de 15 min de exposición de los extractos a A. fischeri. Se empleó el software Microtox Omni para analizar los resultados. Los bioensayos se realizaron en 6 repeticiones. El análisis y las medidas de longitud se realizaron con el software Image Tool 3.0.

Todos los análisis se llevaron a cabo con al menos tres repeticiones. Cada valor representa la media ± SD (n = 3). Se realizó un análisis de varianza (ANOVA) y la prueba de Tukey post-hoc (Statistica 13.1) para evaluar la significancia de las diferencias (p < 0.05) entre los valores medios comparados.

Las propiedades fisicoquímicas se presentan en la Tabla 1. H500 y H700 fueron muy similares en pH, mientras que H600 tuvo valores significativamente más bajos. El pH de los biocarbón era mayoritariamente básico. Las diferencias en DW entre los biochars investigados no fueron significativas y ascendieron a aproximadamente 95 ± 0,3%. El contenido de ceniza aumentó con la temperatura. Estos cambios fueron significativos (p < 0,05; excepto para H600) y fueron 2,9–3,5 veces mayores que en la materia prima.

La SSA medida por vapor de agua fue la más alta para H500 y la más baja para H700 (Cuadro 1). Por el contrario, el BET SSA medido por adsorción de N2 demostró valores bajos de SSA en el rango de 2–12 m2 g−1 y ninguna dependencia lineal con la temperatura (SSA fue más alto para H600). H600 tenía el ancho de poro más pequeño y H500 el más grande, con H700 en el medio (Tabla 1).

El contenido de C, H, N, O y S para H500, H600 y H700 estuvo en los rangos 40.635–45.505%, 1.675–0.825%, 7.235–5.600%, 13.277–3.521% y 0.685–0.790%, respectivamente (Tabla 1). La relación H/C disminuyó significativamente con una temperatura más alta. Además, la relación O/C también disminuyó (p < 0,05) (Cuadro 1).

La Figura 2A muestra las isotermas de adsorción-desorción del vapor de agua obtenidas para los biocarbón. Las isotermas fueron comparables al tipo IVa (según la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, IUPAC), aunque no se observó la meseta a una presión de vapor de agua más alta30, lo que se corroboró con mayor detalle a partir de los conocimientos obtenidos de la sorción de N2. La forma del bucle de histéresis indicaba la existencia de pequeñas hendiduras en la superficie del material30. La Figura 2A también sugiere la existencia de mesoporos bastante uniformes.

Isotermas de adsorción-desorción para: (A) vapor de agua y (B) gas nitrógeno para biocarbón obtenido de Hermetia illucens puparia.

El curso de las curvas de adsorción-desorción de N2 se asemejaba a la adsorción tipo IV (clasificación IUPAC) (Fig. 2B) y las histéresis en todos los casos eran más similares al tipo H3. Se produjo un umbral de reducción brusca entre 0,4 y 0,5 P/Po.

La Figura 3A–C muestra imágenes SEM de puparia. Los lados internos de la puparia se caracterizaron por células irregulares (Fig. 3B). Desde el exterior se puede observar la presencia de pelos (Fig. 3C). Después de la pirólisis, se hace visible la organización oculta de las células de construcción de puparia, que se asemeja a una estructura de panal (Fig. 3D-F). Con un aumento de 10.000× (Fig. 3G-I), se pueden observar detalles de los poros. La superficie de H500 era lisa y no se veían poros, mientras que la depresión central de la estructura alveolar estaba llena de ceniza (un material brillante) (Fig. 3G). H600 tenía una estructura porosa bien desarrollada con diferentes tamaños de poro (Fig. 3H). H700 tenía una superficie fuertemente arrugada sin poros claramente visibles. Con un aumento mayor de 20 000× y 50 000× (Fig. 4), todavía no había poros visibles en la superficie del biocarbón H500. Por el contrario, se observaron numerosos poros parcialmente llenos de ceniza en la muestra H600, pero nuevamente, no se observaron poros en la H700. La Figura 5 muestra la distribución de elementos seleccionados en el material H600, escogidos como los más interesantes debido a la estructura de poros visible. Los elementos Ca, Cl, K, Mg, O, P y S forman distintos grupos en la superficie, que corresponden a los lugares donde había cenizas. Además, el mapa EDX demostró que el N se distribuyó uniformemente en la superficie de la muestra carbonizada (Fig. 5).

Fotografías SEM de Hermetia illucens puparia en diferentes aumentos: (A) 200×, (B) 500× y (C) 500×. Fotografías SEM de biochars obtenidos de Hermetia illucens puparia: (D) H500 a 1500× y (G) 10,000×; (E) H600 a 2000× y (H) 10,000×; (F) H700 a 2000× y (I) 10,000×.

Fotografías SEM de biocarbón producidos a partir de Hermetia illucens puparia: (A) H500 (20 000×); (B) H600 (20 000×); (C) H600 (50 000×); (D) H700 (20 000×); (E) H700 (50 000×).

Mapas de superficie EDX de elementos seleccionados (ampliación 10,000×) en biocarbón H600. La imagen superior izquierda mostraba una imagen SEM de la muestra.

En las muestras de biocarbón y puparia se determinaron 27 elementos (Cuadro 2). Se pueden distinguir tres patrones en los cambios de concentración de elementos dependiendo de la temperatura de pirólisis. En el primer grupo, las concentraciones de Al, As, Ba, Co, Cr, Fe, K, Mg, Mo y Na aumentaron en el siguiente orden: H600 < H500 < H700 (Cuadro 2). En el segundo grupo, los de Cd, Ni y Se aumentaron en el siguiente orden: H600 < H700 < H500. En general, en ambos grupos de elementos, la concentración más baja de un elemento dado se presentó a una temperatura de 600 °C. El tercer grupo eran elementos cuyas concentraciones aumentaban con el aumento de la temperatura de pirólisis: Ca, Cu, Mn, P, S y Sr (es decir, H500 < H600 < H700). El Pb fue el único elemento cuya concentración disminuyó con el aumento de la temperatura de pirólisis. Para elementos como Be, Ga, Hg, Li, Sc y V, los cambios en su contenido no fueron significativos (p < 0.05) en ninguno de los materiales investigados.

La Figura 6A presenta los espectros FT-IR para los biocarbón estudiados. Los materiales obtenidos en este estudio tenían un bajo número de bandas características ubicadas principalmente en la región de 800–1800 cm−1 (Cuadro 3). Además, los biocarbón tenían solo una banda común con la materia prima, que se ubicaba alrededor de 870–890 cm−1 y se correspondía con el estiramiento del anillo C–H aromático en un anillo de sacárido21 o la flexión C–H y la flexión C=C en un alqueno8. Todos los biochares mostraron bandas alrededor de 710 y 872 cm−1, pero solo H500 tenía una banda débil a 1108 cm−1, que, según Qambrani et al.31, correspondía al estiramiento simétrico C–O, por ejemplo, en celulosa y hemicelulosa. Curiosamente, H600 tuvo la intensidad más alta de una banda de 1024 cm−1, que correspondía al estiramiento asimétrico C–O–C en un anillo sacárido, pero la intensidad más baja de una banda de 1390 cm−1 (aromático C=C, alifático α -C–H2, flexión fenólica O–H31, flexión CH y deformación simétrica CH320.

(A) espectro FT-IR de biocarbón (H500–H700) obtenido de Hermetia illucens puparia y (B) patrón XRD obtenido para biocarbón H600.

La Figura 6B presenta un ejemplo de los patrones de difracción de rayos X del biochar H600, que eran comunes a todos los biochars obtenidos. Un pico agudo alrededor de 26,6 2θ° fue distintivo. Además, para los biochars de H. illucens, los picos principales se encontraron en 34,2°, 42,2°, 46,1°, 50,8°, 55,0° y 56,0° respectivamente. El perfil de difracción mostró la presencia de calcita (CaCO3) (basado en la base de datos del Centro Internacional de Datos de Difracción (ICDD) PDF4 + 2018).

Los biochares investigados se caracterizaron por la mayor capacidad de adsorción de Pb (el promedio de todos los materiales juntos fue de 9,6 ± 0,4 mg Pb g−1) (Fig. 7). El siguiente más alto fue Cd (8,8 ± 0,3 mg Cd g-1) y la adsorción más baja se identificó para Ni (6,9 ± 0,5 mg Ni g-1) (Fig. 7). La temperatura de pirólisis afectó la capacidad de adsorción de diferentes metales. El biocarbón H700 tenía una capacidad de sorción de Ni significativamente mayor (7,38 ± 0,09 mg Ni g−1) que los otros biocarbón pirolizados a temperaturas más bajas. A su vez, la mayor cantidad de Cd la absorbió el biocarbón H600 (p < 0,05) y fue de 9,19 ± 0,10 mg Cd g−1. La capacidad de adsorción del Pb aumentó con la temperatura de pirólisis, por lo que el H700 se caracterizó por la mayor cantidad de iones Pb adsorbidos (10,05 ± 0,06 mg Pb g−1).

Adsorción de metales pesados ​​seleccionados en biochars (H500, H600, H700) obtenidos de Hermetia illucens puparia. Medias ± DE (n = 3). Letras diferentes indicaron diferencias estadísticamente significativas (prueba de Tukey, p < 0,05).

Para todos los biocarbón, el naftaleno (NAP) tuvo la mayor contribución a la suma total de PAH y osciló entre 49,5 y 59,6 % (Tabla 4). En H500 y H700, el acenaftileno (ACY) también estaba muy extendido (19,2–25,0 %), al igual que el fenantreno (PHE) en H600 (17,3 %). El contenido de benzo[a]pireno (BaP), conocido por sus propiedades cancerígenas, disminuyó con la temperatura de pirólisis. El PAH Clibre con la contribución más alta también fue NAP (90,0–92,4% de la suma total). En segundo lugar en cada material quedó el acenafteno (ACE), con una participación del 2,8-3,6% en la suma total, y en tercer lugar el fluoreno (FLO) tanto en H500 como en H700 (2,6-2,7%) y el antraceno (ANT ) en H600 (1,7%) (Tabla 4).

En todos los biochars, NAP también tuvo la contribución más alta a la suma total de PAH en el extracto de agua (PAH libre de C), que fue del 90,0 al 92,4 % (Tabla 4). El siguiente mayor contribuyente en cada material fue el acenafteno (ACE), con una participación del 2,8% al 3,6% en la suma total. También se detectó fluoreno (FLO) en todos los biocarbón, en el rango de concentración de 1,7 a 2,7 %. El fenantreno (PHE) se identificó solo en H500 y H700 en el rango de concentración de 1,5 a 1,7 %. El antraceno (ANT) estuvo presente solo en H600 (1,7% de la suma total). La participación de otras PHA en la suma total fue inferior al 1% (Cuadro 4).

Todos los materiales probados mostraron un efecto de estimulación en el crecimiento de las raíces de L. sativum, que fue significativamente mayor para H500 (Fig. 8). Esta tendencia disminuyó con la temperatura de pirólisis (Fig. 8). La estimulación del crecimiento de la raíz también ocurrió para los extractos de agua, independientemente de la temperatura pirolítica; esta fue la más alta y similar tanto para H500 como para H700 (63,5 % en promedio), mientras que para H600 alcanzó solo 12,0 ± 1,9 % (Fig. 8). Los biochares no tuvieron efecto sobre la mortalidad de F. candida pero mostraron una alta influencia en la estimulación de su reproducción (Fig. 8). Solo H600 mostró un efecto inhibitorio sobre la bioluminiscencia de A. fischeri (Fig. 8).

Resultados de pruebas de ecotoxicología para biochares producidos a partir de Hermetia illucens puparia. Los efectos de los biochares investigados en: inhibición del crecimiento de raíces de Lepidium sativum en fase sólida y en extractos de agua, inhibición de la reproducción y mortalidad de Folsomia candida e inhibición de la bioluminiscencia de Aliivibrio fischeri. Medias ± DE (n = 3). Letras diferentes indicaron valores estadísticamente significativos (prueba de Tukey, p < 0,05).

El pH de los biocarbón fue mayormente básico debido a las reacciones de deshidratación térmica y la formación de cenizas32,33. Sin embargo, Hossain et al.34 demostraron que depende fuertemente del pH inicial de la materia prima. Se observó una tendencia inversamente proporcional a la temperatura para el contenido de sólidos volátiles (SV), y este fenómeno es bien conocido33.

Los biochares investigados tenían SSA bajo para este tipo de material. En general, la SSA promedio tiene tendencia a aumentar con la temperatura de pirólisis31. Sin embargo, una disminución de la SSA puede estar relacionada con un aumento en el contenido de cenizas debido a la temperatura de la pirólisis, que al obstruir los poros reduce la SSA de los materiales33, o por los procesos de sinterización, que ocurren más significativamente cuando la temperatura aumenta35. La sinterización se pudo probar mediante imágenes SEM con un aumento de ×50 000 (Fig. 4), que mostraban solo estructuras anchas en forma de hendidura en la superficie del biocarbón H700 en comparación con el material H600, en el que se podía ver una estructura porosa.

Los biochares producidos a partir de una sola materia prima pueden tener SSA en un amplio rango dependiendo de la condición de pirólisis. Los biocarbón obtenidos de H. illucens puparia fueron similares en este parámetro a los biocarbón de: cáscara de naranja (7,8–51,0 m2 g−1), corteza de palma (2,5 m2 g−1), cáscara de maní (3,1 m2 g−1), aguja de pino (0,7–19,9 m2 g−1), brea de pino (2,9–4,8 m2 g−1), virutas de madera de pino (1,8–4,8 m2 g−1), yacija de ave (3,9 y 9,0 m2 g−1), rastrojo de soja ( 5,6 m2 g−1), sólidos y estiércol porcino (4,1 y 5,7 m2 g−1), yacija de pavo (2,6 m2 g−1) y estiércol de destete (3,8 m2 g−1)33. Los biochares producidos a partir de lodos de aguas residuales y residuos de biogás también pueden tener un SSA en un rango similar, como lo revelan Stefaniuk y Oleszczuk32 y Zielińska et al.33.

El ancho de poro promedio responsable de la adsorción de N2 en los materiales investigados estaba en el rango de mesoporos (2–50 nm)30. Zielińska et al.33 mostraron un tamaño de poro promedio en el rango de 5,7 a 14,0 nm en biocarbón de diferentes lodos de aguas residuales. Stefaniuk y Oleszczuk32 demostraron que el tamaño de poro de algunos biochares de residuos de biogás puede estar en un rango similar al observado en este estudio.

Las isotermas de adsorción-desorción para N2 en los materiales tipo IV ocurren en materiales mesoporosos y se caracterizan por condensación en los poros pero sin alcanzar la meseta de saturación35 (Fig. 2B). La histéresis H3 ocurre en agregados no rígidos de partículas en forma de placas o cuando los macroporos no están completamente llenos de condensado de poros30. Esto evidenció la forma de poro en forma de hendidura característica de un absorbente de carbón33. Además, el fuerte umbral de descenso entre 0,4 y 0,5 P/Po apuntó una vez más a mesoporos parcialmente bloqueados30.

La materia prima (puparia) mostró un contenido de C y H similar al del estudio de Waśko et al.8, con la única excepción del contenido de N, que puede estar relacionado con las diferentes dietas de los insectos y con el hecho de que en esta investigación la puparia no pasó por ningún tipo de limpieza o pretratamiento. En general, la composición de H. illucens puparia fue muy similar a la de la quitina pura de origen marino21. En el trabajo de Zazycki et al.21, se produjeron biocarbón a partir de quitina pura mediante pirólisis a 800 °C/60 min. Determinaron que el contenido de C llegaba al 81,30 %, mientras que los contenidos de H, N y O eran del 2,15 %, 3,45 % y 13,10 %, respectivamente. De manera similar, Magnacca et al.36 determinaron que el contenido de C en los biochares producidos a partir de quitina marina estaba en el rango de 72,7 a 75,5 % para los materiales pirolizados a 440 y 540 °C, pero para el material obtenido a 294 °C el contenido de carbono era muy similar. al de la materia prima (47,7%). En la investigación citada, el contenido de H y N para los materiales obtenidos a 440 y 540 °C fue de 3,5–2,8 % y 8,3–8,0 %, respectivamente. Los biochares producidos a partir de H. illucens puparia tenían contenidos mucho más bajos de C y H pero niveles similares de N y O en comparación con la investigación mencionada anteriormente.

Los biochares investigados en este estudio fueron similares en contenido de C y H a: cama de pollos de engorde (700 °C/60 min, 46 % C, 1,4 % H), cama de pollo (620 °C/2 h, 41,5 % C, 1,2 % H), estiércol de cabra (400–800 °C/30 min, 42,7–43,6 % C, 1,7–0,8 % H), estiércol porcino (400 °C/60 min, 41,8 % C, 1,0 % H), sólido porcino ( 700 °C/2 h, 44,1 % C, 0,7 % H) y cama de pavo (700 °C/2 h, 44,8 % C, 0,95 % H)31. La composición elemental mostró que los materiales examinados en esta investigación pueden ubicarse entre los biochares obtenidos a partir de estiércol animal y la quitina marina pura.

El contenido de azufre en biocarbón es de mucho menos interés, como puede verse en el hecho de que el artículo de revisión de Qambrani et al.31 no resumió su contenido. Los trabajos de Zazycki et al.21 y Magnacca et al.36 tampoco lo investigaron. El contenido de S en el biocarbón producido a partir de paja de maíz pirolizada a temperaturas de 300 a 700 °C/6 h estuvo en el rango de 0,32 a 0,58 %37. Los biocarbón elaborados con rastrojo de roble y maíz (500–850 °C) tenían contenidos de S en los rangos de 0,15–0,17 % y 0,61–0,80 %38. Recientemente, Leng et al.39 revisaron el contenido de S de los biochares de diferentes materias primas. En general, en los biocarbón elaborados a partir de materiales vegetales, el contenido de S estaba en el rango de 0,015 a 0,550 %, pero era el más alto en los biocarbón producidos a partir de lodos de depuradora (0,747 a 0,996 %) y los del estiércol de pollo estaban en el medio. Por lo tanto, en términos de contenido de S, los biocarbón elaborados a partir de H. illucens puparia fueron los más similares a los biocarbón de estiércol de pollo. En general, los biochares derivados de biomasa vegetal y estiércol animal tenían un contenido de N más bajo que los materiales obtenidos en este estudio (hasta un 4,9 % para la cama avícola peletizada y un 4,1 % para las agujas de pino), mientras que el contenido de O difería en un amplio rango de valores31. . En este contexto, los biochares derivados de H. illucens puparia constituyen un material nuevo e interesante con una concentración naturalmente alta de N. El biocarbón dopado con heteroátomos, especialmente con N, merece especial atención. Por ejemplo, se puede utilizar como material electrocatalítico en pilas de combustible microbianas, baterías de litio o zinc-aire y supercondensadores40.

La disminución de las relaciones H/C y O/C con una temperatura más alta indicó un aumento en la carbonización y aromatización de los enlaces C-C y una disminución en la presencia de grupos funcionales de oxígeno debido a las reacciones de deshidrogenación en los biocarbón. La disminución de ambos parámetros indicó la mayor hidrofobicidad de los materiales obtenidos32,33. Los biochares con valores bajos de H/C podrían ser útiles para el secuestro de C a largo plazo en el suelo debido a su resistencia a la degradación microbiana33.

La microfotografía mostró la estructura de panal bien conservada de los biocarbón, que sobrevivieron a las condiciones de pirólisis. Esta estructura interna de la puparia también fue visible bajo aumento SEM en la quitina pura extraída de ella8. La suavidad de la superficie del biocarbón a temperaturas más bajas, como en H500, ha sido previamente observada por Pituello et al.41. La Figura 3H mostró que la estructura de poros se había desarrollado para H600 pero no para H700. Esta fue la razón por la cual H600 tenía el área de superficie BET de N2 más alta (Tabla 1). Una temperatura más alta provocó el cierre de los poros previamente presentes debido a la formación de arrugas y la sinterización. Por lo tanto, es probable que se pueda obtener una estructura de poros aún mejor y una SSA más grande ajustando la temperatura de pirólisis con mayor precisión.

Zhao et al.42 demostraron que el contenido de elementos en biocarbón aumentaba con la temperatura del proceso de producción. Sin embargo, esto no siempre fue así. Se han demostrado excepciones para los contenidos de Cu y Mn, que fueron los más altos a 500 °C, mientras que la temperatura más alta utilizada en este estudio fue de 600 °C42. Estas tendencias no lineales se ven a menudo en la literatura y son el resultado de varios procesos que aún no se han caracterizado con precisión. Algunos autores supusieron que diferentes metales podrían volatilizarse a temperaturas más altas en el proceso41,42. Los biocarbón producidos a partir de H. illucens puparia eran en general más abundantes en micro y macroelementos, por ejemplo, tenían un mayor contenido de Ca, Mg, Fe, Mn, Cu y Zn que el biocarbón de ramas de manzano42. Del mismo modo, el contenido de Zn en los biochares de H. illucens puparia fue mayor que en los materiales producidos a partir de residuos de poda de viñedos41, así como pellets de madera y broza43. Esto indicó que habría un alto valor de suplemento de microelementos para las plantas si estos biocarbón se emplearan como biofertilizante.

Los biochares producidos a partir de H. illucens tenían concentraciones más altas de As y Cd que los biochars de todos los materiales vegetales y no vegetales estudiados por Pituello et al.41 y Marmiroli et al.43. Sin embargo, el Pb y el Ni fueron más bajos en comparación con los biochares obtenidos a partir de lodos de depuradora y digestato de residuos orgánicos municipales, respectivamente41. El contenido de Cr también fue más bajo en biocarbón derivado de puparia en contraste con los materiales mencionados anteriormente.

El mayor contenido de elementos en comparación con los biochares vegetales puede explicarse por el fenómeno de bioacumulación que ocurre en H. illucens durante la alimentación. Se sabe que algunos metales pesados, como el Cd y el Zn en particular, se bioacumulan en este insecto13,44. Proc et al.45 demostraron recientemente la capacidad de H. illucens para bioacumular muchos más elementos. En las pupas de H. illucens alimentadas con pienso no enriquecido se demostró la bioacumulación de Ba, Ca, Cu, Fe, Ga, Hg, Mg, Mo, Mn, P, S y Se, con un factor de bioacumulación especialmente elevado obtenido para Ca (12.02) y Mn (5.95)45.

El análisis FT-IR de H500 indicó que la puparia utilizada para la pirólisis puede haber estado contaminada en la superficie con los residuos del sustrato en el que vivían las larvas (el sustrato se basaba en fibra de coco). A temperaturas más altas, este residuo se desintegró y la banda desapareció. Las puparias tomadas para el experimento no se limpiaron a propósito. Lavarlos antes de la pirólisis no estaría justificado por razones económicas en las condiciones de una empresa real que quiere producir biocarbón a partir de este tipo de residuos. Un par de bandas presentadas en la Tabla 3 (picos n.° 6, 7 y 9) fueron similares al biocarbón producido a partir de quitina de camarón purificada21.

En el espectro XRD, el pico a 26,6 2θ° representaba una fase basal grafítica apilada en el plano y significaba la cristalización del carbono46. Un pico alto y delgado indica más cristalización que una forma más ancha en forma de colina. También se detectó la presencia de calcita en biocarbón elaborado a partir de residuos de biogás32 y lodos de depuradora33. En comparación con los patrones de difracción obtenidos para la quitina extraída de H. illucens puparia8, no se observaron picos que oscilaran entre 9 y 25 2θ° en H600. En puparia cruda, estos picos indican una estructura cristalina de α-quitina8,21. La desaparición de la estructura cristalina ya se produjo a 600 °C en la puparia procesada y se confirmó además por la falta de bandas de amida I y amida II en el espectro FT-IR (Fig. 6A). Esto es consistente con la observación de Zazycki et al.21.

Kılıç et al.47 informaron que la capacidad de adsorción del biocarbón obtenido de cáscaras de almendras a 650 °C fue de 20 mg Ni g−1 (pH 6,0). Bogusz et al.48 mostraron adsorción de Ni en el rango de 16,6–34,2 mg Ni g−1 (pH 5,5) de biocarbón obtenido de residuos después de la producción de biogás. El rango de sorción de Ni en diferentes biochares de origen vegetal y cama de pollos de engorde fue de 1,17 a 19,80 mg Ni g−148.

El biocarbón producido a partir de Miscanthus sacchariflorus a 300–600 °C tenía una capacidad de adsorción de Cd a pH 7 en el rango de 11,40–13,24 mg Cd g−149. El biocarbón generado a partir de estiércol a 200 y 350 °C tuvo una sorción aún mayor: 31,9 y 51,4 mg Cd g−1 según lo informado por Xu et al.50. Por otro lado, el biocarbón de corteza de roble obtenido a 400–450 °C y probado a pH 5 tenía una capacidad de adsorción de este metal mucho menor (5,4 mg Cd g−1)51 que los biocarbón obtenidos de puparia.

Los materiales investigados en este estudio tenían una capacidad de adsorción de Pb mucho mayor que los biocarbón producidos a partir de madera de pino y paja de arroz durante la licuefacción hidrotermal a 300 °C (que adsorbieron 3,89 mg Pb g−1 y 1,84 mg Pb g−1 respectivamente)52. Otros biochares de origen vegetal, como madera de pino, corteza de pino, madera de roble y corteza de roble, pirolizados a 400–450 °C tenían una capacidad de adsorción de Pb en el rango de 2,62 (madera de roble) a 13,1 (corteza de roble) mg Pb g−1 (pH 5,0) según lo revelado por Mohan et al.51. Lu et al.53 describieron una adsorción mucho mayor en biocarbón producido a partir de lodos a 550 °C (30,9 mg Pb g−1; pH 5,0).

La adsorción de Cd y Pb en superficies de biocarbón depende principalmente del intercambio catiónico, la complejación de la superficie, la precipitación y, especialmente para el Cd, también de las interacciones electrostáticas54. Las características de sorción y los mecanismos responsables dependen estrictamente del tipo de biocarbón y de la materia prima, así como de las condiciones de pirólisis, además del pH de la solución, y pueden variar ampliamente54. La literatura citada permite describir el biochar de H. illucens puparia como moderadamente adsorbente para los metales pesados ​​discutidos.

El contenido total de 16 PAH de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) no superó la concentración máxima recomendada de 300 mg kg−1 DW55 y estuvo considerablemente por debajo de este límite (168–249 µg kg−1 DW) (Tabla 4). NAP fue el PAH más abundante dentro de los biocarbón obtenidos. Esto resulta de una temperatura de pirólisis superior a 500 °C, a partir de la cual comienza a predominar el mecanismo de formación de PAH por radicales libres, resultando en la producción de NAP como el compuesto termodinámicamente más estable56. El contenido de PAH Σ16 en el extracto de agua, que son biodisponibles y principalmente responsables de los efectos ambientales negativos56, estaba en un rango aún más bajo de 48 a 72 ng dm−3 (Tabla 4). Debido a su baja concentración y su capacidad para formar enlaces fuertes con la superficie del biocarbón, este material actúa como un sumidero de sorción en lugar de una fuente de PAH56.

Los biochares de H. illucens puparia no expresan toxicidad para L. sativum y los invertebrados del suelo modelo, incluso a pesar de que los materiales probados contenían un contenido total de PAH más alto que el informado en Kołtowski y Oleszczuk57. F. candida se encuentra en suelos de todo el mundo y pertenece a la familia Isotomidae de los colémbolos. Egamberdieva et al.58 demostraron la adición de biocarbón al crecimiento de plantas estimulado por el suelo a través de la estimulación del crecimiento de rizobacterias. Además, el aumento en la tasa de reproducción de F. candida también podría estar relacionado con la estimulación del crecimiento bacteriano, lo que a su vez podría intensificar la descomposición de la materia orgánica de la que se alimenta F. candida. Solo se ha visto un efecto negativo, y ese fue la inhibición de la bioluminiscencia de A. fisheri causada por H600 (Fig. 8). Debido al hecho de que en H600 el contenido de metales pesados ​​y otros elementos era más bajo o estadísticamente insignificante que en los otros biocarbón probados (Tabla 2), se sospechó que los compuestos orgánicos tenían un efecto de inhibición. En general, la toxicidad de las sustancias extraíbles del biocarbón no ha sido un tema discutido o estudiado con frecuencia, pero ciertamente requiere exploración debido al contenido de sustancias como HAP, dioxinas, alquitranes, furanos, compuestos orgánicos volátiles y metales pesados ​​tóxicos57,59. Intani et al.59 reportaron la toxicidad de biocarbón de mazorca de maíz en L. sativum, que afectó su tasa de germinación, longitud de brotes y peso fresco de brotes. Kołtowski y Oleszczuk57 confirmaron la toxicidad alta, media y muy baja de los biochares producidos a partir de miscanthus, sauce y paja de trigo, respectivamente, sobre la bioluminiscencia de A. fischeri y la supervivencia de Daphnia magna.

Nuestros resultados demuestran cómo la gestión no estándar de los residuos de la industria de cría de insectos en crecimiento dinámico puede utilizarse para la producción de biocarbón con nuevas propiedades. Este nuevo biocarbón mostró, en términos de la mayoría de los parámetros, propiedades intermedias entre los biocarbón de origen vegetal y los producidos a partir de estiércol, lodos de depuradora y lodos de biogás. A pesar de que sus propiedades de sorción eran bajas, el mayor contenido de nitrógeno y numerosos micro y macroelementos en comparación con los biochares de biomasa vegetal31 lo hacen adecuado para uso agrícola. El contenido de metales pesados ​​estuvo dentro (As, Cd, Mo, Zn) o menor (Cr, Hg, Ni) que el estándar para biochars desarrollado por la International Biochar Initiative55 y garantiza su uso seguro. La naftalina fue el PAH más abundante dentro de los biochares obtenidos. El contenido total de 16 PAH de la EPA de EE. UU. no excedió la concentración máxima recomendada de 300 mg kg−1 DW55 y estuvo por debajo de este límite (168–249 µg kg−1 DW para contenido total y 48–72 ng l−1 para extractos de agua ). Finalmente, la falta de toxicidad y, además, el efecto de estimulación del crecimiento en la raíz de L. sativum y el aumento de la reproducción de F. candida indican las notables propiedades de los biochares producidos, que pueden encontrar una aplicación práctica en la agricultura. Por ejemplo, estas características positivas, junto con el área de superficie extendida de los biochares obtenidos, permiten indicar su uso potencial, especialmente como portador de fertilizantes o bacterias beneficiosas. Muy interesante sería la activación de este tipo de biocarbón, que debería resultar en un área de superficie mucho mayor y mejorar las propiedades de sorción. Debido a su alto contenido de N natural, la investigación de sus propiedades electrónicas, por ejemplo, en la formulación de electrodos de supercapacitores, también establece una dirección potencial para futuras investigaciones. Sin embargo, la dirección más importante en un futuro próximo será probablemente investigar las propiedades del biocarbón obtenido de los exoesqueletos de otras especies de insectos, así como de su excremento.

Los datos estarán disponibles a pedido del autor correspondiente: Piotr Bulak.

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Esta investigación fue financiada por el Centro Nacional de Ciencias de Polonia, número de subvención 2019/35/D/NZ9/01835.

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Adán Wasko

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patricio oleszczuk

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Correspondencia a Piotr Bulak.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Bulak, P., Proc-Pietrycha, K., Kaczor, M. et al. Un nuevo tipo de biocarbón a partir de desechos quitinosos de Hermetia illucens con un efecto estimulante incorporado en las plantas y los artrópodos del suelo. Informe científico 13, 8306 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35460-6

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Recibido: 24 enero 2023

Aceptado: 18 de mayo de 2023

Publicado: 23 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35460-6

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