Black Soldier Fly (BSF)
For Bioconversion

Biodiesel, eiwit, antibiotica en visvoer winnen uit mest en GFT

Bioconversie van mest door Black Soldier Fly (BSF)

Biomassa staat in de belangstelling omdat het gebruikt kan worden voor de productie van o.a. biodiesel. Het gebruik van bronnen die ook voor menselijke consumptie gebruikt worden hebben als nadeel dat ze marktverhoudingen, met name in arme landen, verstoren en de prijs van voedsel opdrijven. Hongersnood kan het gevolg zijn. Benutten van biomassa dat we als afval beschouwen verdient daarom de voorkeur.

Mest is een bron die in ontwikkelde landen volop voorhanden is. Hoe hoger de welvaart, hoe hoger de vleesconsumptie , hoe meer dieren er voor vlees productie gehouden worden, hoe meer mest. In de meeste landen is mest waardevol. Het wordt gebruikt om onvruchtbare grond vruchtbaar te maken. Enkele landen zoals Nederland maar ook China vormen daarop een uitzondering. De mestproductie is in bepaalde regio’s zo hoog dat de mest getransporteerd moet worden naar akkerbouw gebieden. Omdat mest voor het grootste deel uit water bestaat is dat een kostbare aangelegenheid. Voor een bedrijf met 200 melkkoeien, met een beperkte hoeveelheid grond, een kostenpost van al gauw duizenden euro’s per jaar.

In mest zitten waardevolle stoffen zoals eiwitten, vetten, suikers en mineralen. In hun zuivere vorm zijn deze stoffen geld waard. In de vorm van mest kan het een last zijn. Om de mest tot waarde te brengen moeten er bruikbare (grond)stoffen uit  gehaald worden. Dat kan op chemische, thermische of op biologische wijze. Door bijvoorbeeld magnesium toe te voegen slaat struviet neer, een fosfaat meststof. Door zeer hoge druk en temperatuur (pyrolyse) kunnen koolstofketens omgezet worden in ruwe olie. Chemische en thermische oplossingen zijn, voor wat betreft mest, nieuwe ontwikkelingen waarover nauwelijks kennis aanwezig is. Meer ervaring is er op het gebied van de biologische omzetting door bacteriën en insecten. Vele miljoenen jaren van natuurlijke selectie hebben er voor gezorgd dat deze organismen gespecialiseerd zijn in het benutten van mest. Bacteriën doen dat door het maken van enzymen die organische stoffen die in de mest zitten afbreken. Ze ‘knippen’ koolstofketens  in losse C atomen. Samen met waterstof vormt dit een methaanmolecuul wat brandbaar is. Door het methaan op te vangen en in een motor te verbranden, die een dynamo aandrijft, kan elektriciteit gewonnen worden.

Het nadeel van bacteriën is dat ze van iets wat hoogwaardig is (suikers, eiwit, vet) iets laagwaardigers maken namelijk methaan. Bacteriën werken volgens het recycle principe. Dit in tegenstelling tot insecten die waardevolle elementen zoals suikers, eiwitten en vetten in tact laten en upcyclen naar lichaamseigen waardevolle stoffen.

De inzet van insecten is daarom veelbelovend. We kennen het gebruik van sluipwespen om bladluis te bestrijden. Minder bekend is de ‘zwarte soldatenvlieg’ of op zijn Engels ‘black soldier fly’ (BSF) (Hermetia illucens). Aanvankelijk gebruikt als bestrijder van de huisvlieg. Als de BSF maden bezit nemen van mest dan delven de maden van de huisvlieg het onderspit. Huisvliegen moeten op zoek naar voedsel omdat ze 30 dagen oud worden. Volwassen BSF’s worden slechts enkele dagen oud, hebben zelfs geen mond en hoeven dus niet op zoek naar voedsel in bijvoorbeeld woningen. De korte tijd dat ze leven zijn de volwassen exemplaren druk met het zoeken naar een partner om te paren en vervolgens naar een geschikte plaats om eitjes te leggen. Ze hebben als het ware geen tijd om mens of dier lastig te vallen. Ze vallen daarom niet in de categorie plaagdieren.

In 1994 publiceerde Craig Shepperd (USA) het artikel “A value added manure management system using the black soldier fly”. Uit zijn proeven met pluimveemest, geënt met BSF maden, bleek na 3 weken het gewicht met meer dan de helft verminderd te zijn. De geoogste poppen bestonden voor 42% uit eiwit en 35% vet. In 2004 investeerde Smithfield, het grootste Amerikaanse varkensbedrijf,  $15 mlj in onderzoek om te achterhalen op welke wijze varkensmest verwerkt kan worden tot waardevolle grondstoffen. Men kwam tot een 15 bruikbare oplossingen. Ook nu vielen de BSF maden op door hun enorme vraatzucht om mest te consumeren. Tevens werd een nieuwe eigenschap ontdekt. Een probleem is dat de poppen van insecten meestal in de mest blijven en daar verpoppen. Het is dan vrijwel onmogelijk om de poppen te oogsten. Als BSF maden veranderen in poppen dan kruipen ze instinctmatig uit de mest. Door een helling van 35 graden te maken vallen de maden die wegkruipen terug in de mest terwijl de poppen wel in staat zijn om de helling te nemen. Ze kruipen over de rand en kunnen daar eenvoudig verzameld worden in een container. Zoals bij alle insecten hebben de poppen van de BSF’s een externskelet wat chitine (polysacharide) bevat. Een stof die gebruikt kan worden voor waterzuivering, contactlenzen, coaten van zaaizaad, cosmetica, fotografisch papier en nog een tiental andere producten. Productie van poppen geschied in de USA op medium schaal met als doel ze levend te leveren aan dierentuinen en eigenaren van reptielen die hun dieren levend voedsel geven. Daarnaast is er ook productie op huis schaal. In een kant en klare container met een opp. Van 0,3 m2 worden een 3000 maden gehouden. Die verwerken dagelijks 3 a 4 kilogram verteerbaar afval. Dagelijks hebben deze hobbyisten een 150 poppen beschikbaar voor het voeren van hun kippen, vissen of hagedissen. Ook zijn er 144 liter containers op de markt die een GFT container kunnen vervangen. Een gezin van 4 personen kan hier jaren lang al het verteerbaar afval in deponeren. Ongeveer om de 8 jaar moet de container van onverteerbare delen ontdaan worden. Dit is een goede meststof voor in de tuin.

Recent is er ook in China belangstelling voor de biotechnologische kwaliteiten van de BSF maden ontstaan (Li, Q., et. al., 2011). De “potential hazard to the environment” van mest wordt als reden voor het onderzoek genoemd.  Maar men heeft ook de verwachting dat bioconversie van mest de rentabiliteit van het bedrijf verbetert. Simpeler gezegd. Men denkt eraan te kunnen verdienen. Uit Chinees onderzoek blijkt dat het voeren van poppen aan forellen geen smaakafwijking geeft en dat kippenvlees lekkerder gaat smaken. Waarbij zij aangetekend dat Chinezen niet houden van een vlakke smaak.

Chinees onderzoek heeft ook geleerd dat er uit BSF poppen (fase tussen made en volwassen) een goede kwaliteit biodiesel gemaakt kan worden die voldoet aan internationale standaarden. Uit 1000kg verse mest van melkkoeien (90 kg drogestof)kan ongeveer 13 liter biodiesel gewonnen worden. Daarnaast komt er ongeveer 17 kg aan hoogwaardig eiwitpoeder voor diervoeding beschikbaar wat vismeel of soyaschroot kan vervangen. Het restant, mineralen en niet verteerde delen is voor een deel droog en een deel nat (digestaat). Beide kunnen gebruikt worden als meststof of bodemverbeteraar. Een melkkoe die per jaar 10.000 liter melk geeft produceert ongeveer 15.000 kg mest. Goed voor 195 liter biodiesel, 260 kg aan hoogwaardig eiwitpoeder en 495 kg bodemverbeteraar en een hoeveelheid mineralen ‘thee’.

Bijkomend voordeel is dat er geen huisvliegen kunnen gedijen en dat de eindproducten reukloos zijn. Tevens worden ziekmakende bacteria zoals E-Coli en salmonella vernietigd.

Uitgaande van 10.000 maden per m2 die per dag 15kg verwerken is een installatie nodig van netto 550m2 om jaarlijks 3000 ton mest te verwerken van 200 koeien. Om een installatie dag en nacht en zomer en winter te laten werken zijn geconditioneerde omstandigheden nodig. Aan het V-vormige betonnen basin met glazen dak wordt dagelijks 8 ton mest ingebracht. Door de installatie te isoleren kan de mest met maden ook in de winter op 22 graden gehouden worden en blijft de productie doorgaan. Door te verlichten wanneer het donker wordt blijft het proces ook snachts doorlopen. De boerderij installatie kan dan dagelijks 450 kg poppen produceren . De poppen worden wekelijks per tankwagen opgehaald en naar een centrale verwerkingsfabriek gebracht waar ze worden verwerkt tot biodiesel en eiwitpoeder.

Bron: Li, Q., et. al. Bioconversion of dairy manure by black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) for biodiesel and sugar production. Waste Management (2011).

De experimenten om van mest biodiesel en eiwitpoeder te maken werden in China met kleine hoeveelheden op laboratorium schaal uitgevoerd en geven aan dat de mogelijkheden groot zijn. Het streekhuis Peel & Maas/Maas & Meierij onderzoekt samen met SRE milieudienst (Eindhoven) en RMB milieudienst (Cuijk) wat de marktpotentie is van de inzet van BSF voor de verwerking van mest en GFT en benadert daarvoor marktpartijen in Zuid-Oost Nederland.

Belangrijke onderzoeksvragen en drempels zijn:

Schaalgrootte

Om voor afnemers interessant te zijn zullen de geproduceerde hoeveelheden voldoende groot moeten zijn. De vraag is of aan een minimaal noodzakelijke omvang voldaan kan worden.

Zwaremetalen

In mest zitten zware metalen. Zwaremetalen hebben de neiging om zich hoger in de voedselketen op te hopen. De vraag is of hier een probleem ontstaat.

Intellectual property

In Amerika alleen al zijn meer dan 100 oktrooien bekend op het gebied van bioconversie met behulp van insecten. De vraag is of een werkende installatie gemaakt kan worden rekening houdend met de bestaande oktrooien.

Wet en regelgeving

Mest valt onder de mestwet en GFT valt onder de afvalwet. Het gebruik van deze biomassastromen staat onder strenge wetgeving om ongewenste milieu belasting en gezondheidsrisico's te vermeiden. Gebruik van eiwit gewonnen uit insecten gevoed met mest zal niet voor alle diersoorten benut kunnen worden.

Volume

De hoeveelheid mest wordt door BSF drastisch gereduceerd. De getallen uit de literatuur voor rundermest zijn als volgt: totale reductie 33-58%, P reductie 62-71% en N reductie 30-50%.