CCAC دراسة حالة: ربط إدارة النفايات وإنتاج البروتين من خلال تكنولوجيا الحشرات

تعد النفايات العضوية المتحللة في مدافن النفايات ومكبات النفايات واحدة من أكبر ثلاثة مصادر لانبعاثات غاز الميثان على مستوى العالم، وغالبًا ما تكون مصدرًا رئيسيًا للكربون الأسود من خلال الحرق في الهواء الطلق. في البلدان النامية، تشكل النفايات العضوية حوالي 50% من مجموع النفايات، وتزيد عن 70% في مناطق معينة. تمثل الطرق البديلة لجمع النفايات العضوية ومعالجتها فرصة كبيرة لتقليل انبعاثات غاز الميثان والكربون الأسود، وتعزيز عمر مدافن النفايات، وتحسين النتائج الصحية للمجتمعات.  

ومع ذلك، يتميز قطاع النفايات في البلدان النامية بمستويات عالية من الطابع غير الرسمي، وتجزئة أصحاب المصلحة، ومحدودية الموارد اللازمة لإنشاء أنظمة شاملة للفصل والجمع والمعالجة. تحد هذه التحديات من إمكانية تخفيف انبعاثات غاز الميثان والكربون الأسود، حيث تتطلب معظم الحلول آليات فعالة للفرز النهائي والتجميع لتمكين الربحية والاستدامة المالية.

• CCACحدد فريق التكنولوجيا والتقييم الاقتصادي (TEAP) حلين محتملين لقطاع النفايات يستخدم كلاهما تكنولوجيا راسخة ويمكن الوصول إليها لتقليل الانبعاثات بشكل كبير على نطاق واسع. 

هذه هي الأغطية الحيوية لمدافن النفايات ومعالجة النفايات العضوية Black Soldier Fly. أثبتت معالجة النفايات العضوية باستخدام Black Soldier Flies (BSF) إمكانية تقليل الانبعاثات الناتجة عن النفايات العضوية بأكثر من النصف مقارنة بالتسميد التقليدي. إلى جانب إنتاج بروتين حشري عالي القيمة، والذي يستخدم كعلف للحيوانات، تتمتع تقنية BSF أيضًا بفوائد إضافية تتمثل في إنتاج منتجات ذات قيمة مضافة عالية الجودة لقطاع الزراعة، مثل الأسمدة الحيوية، فضلاً عن توفير الموارد للصناعات الأخرى مثل الصناعات الدوائية. القطاع والقطاع الكيميائي. للحصول على تفاصيل كاملة عن آليات وإمكانات تكنولوجيا BSF، راجع CCAC موجز فريق التكنولوجيا والتقييم الاقتصادي هنا. 

لتعزيز استخدام تكنولوجيا BSF واسعة النطاق لاستخدامها في المدن الكبيرة، CCAC دعم مشروع دراسة جدوى في ليما، بيرو، بعنوان ربط إدارة النفايات وإنتاج البروتين من خلال تكنولوجيا الحشرات (يشار إليه باسم مشروع Lima BSF).  

تنتج ليما 8,630 طنًا من النفايات البلدية الصلبة يوميًا، وحوالي 50% منها عبارة عن مواد عضوية. يهدف المشروع إلى دراسة جدوى إنشاء مصنع واسع النطاق لمعالجة النفايات العضوية BSF قادر على معالجة 250 طنًا يوميًا من مصادر مختارة مثل الأسواق المحلية. 

يوفر المشروع، الذي انتهى في ديسمبر 2023، للمستثمرين ومنفذي المشروع رؤى قيمة حول متطلبات إنشاء محطات BSF ذات الجدوى المالية والتي يمكن أن يكون لها تأثير كبير على انبعاثات غاز الميثان والكربون الأسود، بالإضافة إلى مساهمتها في نظام إدارة النفايات الصلبة. في ليما.

التحديات الشاملة

وبما أن تكنولوجيا BSF جديدة بالنسبة للعديد من أنظمة إدارة النفايات، فقد تكون السلطات الصحية والبلدية أيضًا محدودة بالمعرفة ولديها سوء فهم لطبيعة العمليات، بما في ذلك المخاوف بشأن مخاطر الأوبئة الحشرية وتكاثر BSF. 

تواجه البلدان النامية أيضًا تحديات تتعلق بالموارد والتحديات النظامية في أهم مرحلة من مراحل إدارة النفايات - التجميع والفصل. إن انخفاض تحصيل الضرائب البلدية والطابع غير الرسمي في قطاع النفايات يحد بشدة من ميزانيات البلديات المخصصة لإدارة النفايات الصلبة ويؤدي إلى تجزئة أصحاب المصلحة المسؤولين عن هذا القطاع.

علاوة على ذلك، تتداخل تكنولوجيا BSF مع مجموعة من القطاعات، بما في ذلك الصحة والنفايات والزراعة والصناعة. وهذا يعني أنه من أجل إثبات القدرة الإنتاجية الكاملة لهذه الأنظمة، يجب عليها الامتثال لأطر تنظيمية متعددة والتنافس في هياكل السوق القائمة التي لا تأخذ في الاعتبار بالضرورة طبيعة عملياتها. ستختلف هذه اللوائح عبر البلدان ولكنها ستتأثر بلوائح الأسواق المستهدفة لمنتجات البنك السعودي الفرنسي. 

تم تحديد هذه التحديات كعوائق محتملة خلال المقابلات التي أجريت مع أصحاب المصلحة خلال المشروع. على سبيل المثال، في حين أن بيرو لا تتأثر بشكل مباشر باللوائح الأوروبية، فإن اللوائح الأوروبية الحالية بشأن المصادر المحتملة لأغذية الحشرات تستبعد النفايات من أسواق الجملة ومحلات السوبر ماركت والنفايات المنزلية، وتقصر المنتجات التي يمكن إنتاجها بهذا النوع من النفايات على منتجات الوقود الحيوي. ، أو البلاستيك. تفرض بعض المناطق أيضًا معايير جودة للسماد المحضر من النفايات العضوية والمستخدم في الأراضي الزراعية، والتي يجب على منتجات BSF التأكد من الالتزام بها. يمكن أن يكون لهذه اللوائح في ولايات قضائية أخرى تأثيرات على المشروع إذا تم تصدير المنتجات الثانوية.

نهج المشروع

سعى مشروع Lima BSF إلى إنتاج دراسة جدوى شاملة لمصنع تجريبي واسع النطاق لـ BSF في ليما، بيرو. وحدد مشروع Lima BSF أنه من إجمالي منطقة العاصمة، يمكن خدمة المناطق الشمالية - التي يبلغ عدد سكانها ما يقرب من 2.5 مليون شخص - من خلال مثل هذا المرفق.  

وتضمنت الدراسة مقابلات مع أصحاب المصلحة، وتحليل النفايات، والتحليل التنظيمي، وتحليل الجدوى الاقتصادية. سعت هذه الأنشطة إلى تحديد السياق المحلي فيما يتعلق بممارسات إدارة النفايات الحالية، والتحديات اللوجستية، واللوائح المحلية، والعوامل الثقافية التي تؤثر على إدارة النفايات، والفرص المتاحة لتقنيات BSF.

تم إجراء ثلاثة عشر مقابلة مع أصحاب المصلحة مع أصحاب المصلحة من القطاعين العام والخاص المسؤولين عن أسواق المواد الغذائية، والنفايات العضوية، وإعادة التدوير، والصناعة، والصرف الصحي، والصحة العامة. ونظرًا للتحديات التي تواجه جمع النفايات العضوية البلدية، فقد تم تحديد الأسواق باعتبارها أكبر مصادر توليد النفايات العضوية وأكثرها سهولة في الوصول إليها. تم إجراء المقابلات في شكل موحد يسمح بإجابات مفتوحة من أصحاب المصلحة. أسئلة المقابلة تركز على:

• الفرص والتهديدات لإدارة النفايات العضوية وإعادة التدوير
• ضوابط حظر استخدام المخلفات العضوية في أعلاف الحيوانات
• توافر البيانات الخاصة بالنفايات العضوية في القطاعات المختلفة  
• مستوى الاهتمام ببرامج إدارة النفايات العضوية لإنتاج منتجات مُعاد تدويرها.

بالإضافة إلى المقابلات مع أصحاب المصلحة، شمل التحليل السياقي للمحطة التجريبية تحليلاً شاملاً لنظام إدارة النفايات. نظر تحليل نظام إدارة النفايات في الهياكل التنظيمية الرسمية لتوفير إدارة النفايات في شمال ليما؛ التكاليف لكل طن من الجمع والنقل والتخلص؛ توليد النفايات وتكوينها، ومقدمي خدمات النفايات الصلبة الحاليين؛ ومقدمي معالجة النفايات العضوية الحاليين. 

تمت مقارنة المعلومات التي تم جمعها في هذه المرحلة من التحليل مع المعرفة الموجودة في الأدب ومعايير التقييم لمدى ملاءمة النفايات العضوية لذباب الجندي الأسود. نظرًا لأن جودة المواد العضوية التي يتم تغذيتها لذباب الجندي الأسود تؤثر بشكل كبير على قدرتها الإنتاجية، كانت هذه الخطوة حاسمة لتحديد الكفاءة المحتملة لمنتجات BSF المخطط لها. استعرضت هذه الخطوة من التحليل محتوى الرطوبة والبروتين في مصادر النفايات المتاحة، والظروف البيئية داخل المصنع. قام تحليل أنظمة جمع النفايات أيضًا بمقارنة فصل النفايات العضوية وجمعها في ليما مع أفضل الممارسات الدولية وقدم توصيات سياسية من شأنها تسهيل التنفيذ الناجح لتكنولوجيا BSF في ليما. 
 

تحليل الجدوى الاقتصادية

نظر عنصر الجدوى الاقتصادية لمشروع Lima BSF في الجدوى الاقتصادية لمصنع تجريبي لـ BSF (معالجة طن واحد من النفايات العضوية يوميًا) وجدوى إنشاء مصنع لاحق واسع النطاق (معالجة 250 طنًا يوميًا).

وشدد على نقطة فهم حاسمة للرجوع إليها من قبل منفذي المشروع الآخرين. كانت هذه هي أن المرحلة التجريبية لمثل هذه المشاريع ضرورية لنجاح مشروع BSF، ولكن نظرًا لطبيعة مصانع BSF - التي تتطلب نطاقًا واسعًا لتكون مستدامة اقتصاديًا من خلال منتجاتها الإنتاجية - نادرًا ما تثبت المشاريع التجريبية أنها قابلة للتطبيق. مستدامة اقتصاديا من تلقاء نفسها. علاوة على ذلك، شددت على أن المحطات التجريبية ليست محطات صغيرة الحجم لصندوق تقاسم المنافع، بل هي مراحل أولية من تنفيذ محطة أكبر حجمًا.

قدر مشروع Lima BSF أن النفقات الرأسمالية الأولية والنفقات التشغيلية للمشروع التجريبي لمعالجة طن واحد يوميًا لمدة 24 شهرًا ستبلغ 1,928,000 دولار أمريكي. نظرت منهجية هذا التقييم في أربعة هياكل تمويلية مختلفة محتملة يمكن أن تشكل هذا الاستثمار. وكانت هذه: 
 

• استثمار خاص برؤية تجارية طويلة المدى لمصادر البروتين البديلة.
• تمويل القطاع العام للمشروع التجريبي من خلال تمويل المنح.
• تمويل بدء المشروع التجريبي والمصنع الصناعي من خلال مستثمرين خارجيين.
• تمويل المشروع التجريبي والمصنع الصناعي من أموال القطاع العام من القطاع العام.

من الناحية العملية، بحث مشروع Lima BSF في الاهتمام بين هيئات التمويل المحلية والدولية في مجال الاقتصاد الدائري، وتخفيف آثار المناخ، وأجندات إدارة النفايات. عبر وكالات التمويل الخاصة والعامة، وجد مشروع Lima BSF أن مصانع BSF لا تزال تواجه التحدي المتمثل في نقص الوعي بين هيئات التمويل، وأن تجنبها للمخاطر يعني أنها غير مستعدة لتمويل المشاريع التي ليس لديها خبرة كبيرة فيها. . وأظهرت هذه التجربة أن دراسة الجدوى نفسها تحتاج إلى أن تكون مقترنة بمزيد من الدعم من المنظمات الدولية لرفع مستوى الوعي وإثبات الجدوى التجارية لمصانع BSF.  

 
قدّر المشروع أن إنشاء مصنع واسع النطاق لـ BSF يعالج 250 طنًا من النفايات العضوية يوميًا سيتطلب استثمارًا يبلغ حوالي 25 مليون دولار في النفقات الرأسمالية (في سيناريو الحقول الخضراء) وتحقيق عائد على الاستثمار بعد ثماني سنوات. وعلى مدى فترة تشغيلية مدتها 20 عامًا، سيحقق معدل عائد داخلي قدره 12.93%. قد تتحسن الحالة المالية بشكل ملحوظ بالنسبة لمشروع البنية التحتية

كما أعد مشروع Lima BSF خارطة طريق أوسع لتنفيذ المشروع مخصصة لليما. وشمل ذلك أبعاد التصميم لمصنع تجريبي لـ BSF، ودعم تقييم الجدوى للتقدم إلى المرحلة التالية في انتظار الموافقات والتمويل.

الفوائد/النتائج 
 

تتمثل إحدى الفوائد الواضحة لمصانع BSF في قدرتها على تقليل انبعاثات غاز الميثان من النفايات العضوية من خلال استراتيجية "إعادة التدوير للأفضل" نظرًا لأن منتجات مثل البروتينات والأسمدة الحيوية لها قيمة مضافة عالية. وفي هذه المنطقة، أثبتت مصانع BSF نجاحها الكبير مقارنة بالسماد التقليدي. تظهر الدراسات الأولية التي تم إجراؤها خارج هذا المشروع أن مصانع BSF يمكنها خفض انبعاثات غاز الميثان من النفايات العضوية إلى النصف. ولا يأخذ هذا في الاعتبار التأثيرات الإضافية للتخفيف من تغير المناخ، مثل تلك الناتجة عن استبدال وجبة السمك غير المستدامة عن طريق تجنب الانبعاثات أثناء نقل وإنتاج أنظمة وجبة السمك الحالية. 
 

إن الطبيعة التنافسية والدائرية للمنتجات التي تنتجها مصانع BSF تجعلها إضافة واعدة للغاية إلى استراتيجيات إدارة النفايات المتاحة حاليًا.

إن المحتوى العالي من البروتين والمنتجات النفطية في BSF يجعلها موردًا رئيسيًا لسلاسل القيمة الزراعية بينما تشكل أيضًا لبنة بناء مهمة للأنظمة الغذائية الدائرية المتكاملة والمستدامة.

كما تتمتع مصانع BSF بكفاءة عالية في إنتاج البروتين والمنتجات النفطية، حيث أنها تتطلب كميات أقل من المياه وأراضي أقل ووقت إنتاج أقل مقارنة بالتقنيات الأخرى، وهو أمر مهم بشكل خاص بالنظر إلى الحاجة إلى التحول العالمي نحو أنظمة إنتاج زراعي أكثر استدامة، بسبب تغير المناخ وفقدان التنوع البيولوجي. 

تساهم منتجات BSF التي تعتمد أساسًا على الزيت والبروتين في السوق المتنامية لمصادر البروتين البديلة، خاصة كإضافات الأعلاف في الزراعة. بالإضافة إلى المنتج البروتيني الرئيسي، يمكن استخدام زيت الحشرات BSF كمكون لإنتاج الأعلاف الحيوانية والديزل الحيوي وفي صناعة الأدوية. وينتج البنك السعودي الفرنسي أيضًا "النفايات" - وهو سماد عضوي قيم يتم إنتاجه بكميات كبيرة وبأسعار سوقية تنافسية.  

وأظهر تحليل السوق الذي تم إجراؤه في التقييم أن الاتجاهات العالمية في المنتجات المشابهة لمخرجات تقاسم المنافع - مثل مسحوق السمك - تظهر طلبًا متزايدًا وزيادة في الأسعار. ونظراً لاتجاهات الضغط على الزراعة وتربية الأحياء المائية على مستوى العالم، فمن المرجح أن يستمر هذا الاتجاه، مما يجعل منتجات مخرجات تقاسم المنافع أكثر قدرة على المنافسة نظراً لجودتها العالية واستدامتها مقارنة بالمدخلات الزراعية الحالية ومسحوق الأسماك. 

إن الأسعار المتزايدة لمنتجات البنك السعودي الفرنسي لن تؤدي إلا إلى تحسين ربحيتها، والتي ثبت أنها مناسبة للاستثمارات المتوسطة والطويلة الأجل مع معدلات عائد مذهلة. ولا يأخذ هذا في الاعتبار أي خطط دعم تدعم مثل هذه المشاريع من حيث الاستدامة والتخفيف من آثار المناخ.  

  

النتائج والدروس المستفادة

ونظرًا للحاجة إلى الوصول إلى وفورات الحجم لتحقيق استدامة مالية يمكن إثباتها، حدد مشروع Lima BSF بوضوح الحاجة إلى أن تكون مصانع BSF الأولية في منطقة حضرية مع إمكانية الوصول الوثيق إلى مجاري النفايات العضوية من أسواق المواد الغذائية الكبيرة والمتوسطة. وجد مشروع Lima BSF أنه على الرغم من الأطر التشريعية العديدة التي تؤثر على مصانع BSF، لن تكون هناك أي عوائق كبيرة أمام ربط المصنع بأنظمة إدارة النفايات الحالية في بيرو. 

وأبرز التقييم الحاجة إلى مرحلة تجريبية قبل الاستثمار في عمليات واسعة النطاق للحصول على بيانات حول الظروف البيئية وظروف النفايات التي تؤثر على كفاءة التحويل الحيوي. تسمح هذه البيانات والفترة التجريبية بتصميم أكثر تفصيلاً وفعالية للمحطة الأكبر.

ومن المهم بالنسبة للمشاريع المستقبلية أن تأخذ في الاعتبار أن أداء ذبابة الجندي الأسود في إنتاج البروتين يعتمد على سلسلة من العوامل البيئية والركيزة والاقتصادية.

تعتمد عوامل النجاح البيئي على محاكاة الظروف الاستوائية المثالية لـ BSF - والتي تشمل درجة حرارة ثابتة تتراوح بين 27-30 درجة مئوية والإضاءة المناسبة (أقرب ما يمكن إلى الإشعاع الاستوائي) مع رطوبة تبلغ حوالي 70٪. تعمل المعالجة المسبقة للركيزة على تحسين قابلية الهضم، ويجب أن يتراوح محتوى الرطوبة في الركيزة العضوية بين 65-75%، مع أعلى مستوى ممكن من البروتين لزيادة حجم اليرقات قبل الحصاد. وستؤثر عوامل المناخ المحلية أيضًا على مستويات الاستثمار التكنولوجي اللازم لتشغيل المحطة في الظروف المناسبة. 

من المرجح أن يكون النجاح الاقتصادي لمصانع BSF أكثر احتمالاً في وفورات الحجم الكبيرة، حيث يمكن للمصانع الأكبر حجمًا أن تقلل بشكل كبير من تكاليف الإنتاج مقارنة بالمصانع الأصغر. ونادرا ما تتمكن المشاريع الصغيرة من التنافس مع مصادر البروتين الحيواني التقليدية، مثل دقيق السمك، على سبيل المثال. يعتمد الحجم المثالي للمصنع على عوامل مثل رسوم البقشيش، والعمالة، والأتمتة، وتكلفة الطاقة، ومع ذلك يوصى بأن تهدف المشاريع إلى معالجة ما لا يقل عن 100 طن من النفايات العضوية يوميًا. 

يؤثر وجود أسواق محلية متخصصة مثل أغذية الحيوانات الأليفة أو أعلاف الحيوانات أو وجبات الأسماك على النجاح الاقتصادي للمشاريع، حيث أن الأسواق المحلية أو الإقليمية الحالية ذات الطلب المرتفع ستمكن من تحقيق مبيعات ثابتة لمنتجات صندوق تقاسم المنافع.  

سلطت ردود الحكومة على مشروع Lima BSF الضوء على الفائدة الفريدة لتكنولوجيا BSF لكل من آثار التخفيف من تغير المناخ والمساهمة في أنظمة الاقتصاد الدائري. 

"بالنظر إلى أن أكثر من نصف النفايات الصلبة البلدية في بيرو هي بدائل عضوية وتكنولوجية مثل ذلك الذي يتم تطويره باستخدام CCAC- مشروع مدعوم لتربية ذبابة الجندي الأسود لإنتاج بروتين عالي الجودة من هذا النوع من النفايات، يوفر إمكانات هائلة ليس فقط لمساهمته في التحول نحو الاقتصاد الدائري، ولكن أيضًا لأنه يساهم في الحد من الاحتباس الحراري انبعاثات الغازات." 

~ الدكتورة جوليانا بيسيرا، نائبة وزير الإدارة البيئية السابقة. مينام 

"لقد سمح لنا المشروع باستكشاف والتعلم بمزيد من التفصيل عن نطاق وفوائد أحد أشكال الاسترداد المشار إليها في إطارنا التنظيمي (المرسوم التشريعي رقم 1278، قانون الإدارة الشاملة للنفايات الصلبة) مثل التحويل الحيوي، من خلال ذبابة الجندي .

يسمح هذا النوع من التثمين بالحصول على المنتجات في أنظمة مدمجة وفي وقت أقل، وهو ما يجعله، على عكس التقنيات الأخرى (السماد، وزراعة الديدان، والميثان)، بديلاً يجب أن تنظر فيه الحكومات المحلية والقطاع الخاص، وبالتالي تكون قادرة على زيادة معدل استرداد النفايات الصلبة العضوية على المستوى الوطني.

جانب آخر مهم هو أن تكرار التحول الحيوي مع ذبابة الجندي من شأنه أن يساهم أيضًا في التخفيف من غازات الدفيئة (مثل الميثان). ويمكن اعتبار هذه التكنولوجيا بمثابة إجراء تخفيف جديد لقطاع النفايات وبالتالي تكون قادرة على زيادة طموحنا المناخي.

وأخيراً، نظراً للظروف الضرورية والمثالية لتطوير التحول الحيوي لدى ذبابة الجندي، يمكن أن تتناسب تماماً مع منطقة الأمازون في البلاد، نظراً للظروف المناخية الملائمة لها، والحصول على النفايات العضوية، والحاجة إلى البروتينات. (المنتج النهائي للتحويل الحيوي) لنشاط تربية الأحياء المائية. 

~ ويليام أوغستين تشاتا يوري، أخصائي تثمين النفايات الصلبة، مديرية إدارة ومعالجة النفايات الصلبة، وزارة البيئة، بيرو