Un nuevo tipo de biocarbón procedente de residuos quitinosos de Hermetia illucens con un

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 piensos. Además, también queda un residuo quitinoso específico en forma de larvas de insectos y pupas exuvia. Investigaciones recientes intentan gestionarlo, por ejemplo, produciendo quitina y quitosano, que son productos de valor añadido. El enfoque de la economía circular requiere probar métodos de gestión nuevos y no estándar que puedan desarrollar productos con propiedades únicas. Hasta la fecha no se ha evaluado la posibilidad de producir biocarbón a partir de residuos 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, lo 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, los análisis ecotoxicológicos han revelado el efecto estimulante del biocarbón 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 a su uso 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 zonas 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 piensos para animales de acuicultura. Entre las especies de insectos que cumplen los requisitos de seguridad establecidos en la normativa anterior se encuentran 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 la industria alimentaria y de piensos basadas en la producción de insectos. Los excrementos de insectos combinados con restos de alimento, que frecuentemente 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: las puparias, también llamadas exuvias pupales, que son el exoesqueleto de las pupas. Estos desechos permanecen 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 reproducción de H. illucens). Sin embargo, en algunos tipos de sistemas de cría de determinadas variedades de insectos, estos se pueden recolectar fácilmente. Este es el caso de H. illucens, donde se producen grandes cantidades de puparias durante la reproducción. Existen 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 pupas 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 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 agua-aire y 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 el interés por este insecto ha ido creciendo, debido a sus interesantes propiedades y variedad de usos. Puede emplearse en la utilización y limpieza de diversos desechos de materia orgánica en un proceso llamado entomoremediación11,12,13,14,15. Estudios16,17,18,19 han demostrado que también puede utilizarse 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 y su impacto ambiental (se emplean productos químicos agresivos durante la extracción de quitina). Las puparias de H. illucens contienen quitina, y la producción de biocarbón directamente a partir de ellas minimizaría los costos de extracción y, en teoría, 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 (por ejemplo, apósitos de quitina para heridas)22. En relación con la gestión agresiva de los recursos marinos y oceánicos (sobrepesca) y su devastadora contaminación, 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, produjimos y caracterizamos biocarbón derivado de material de desecho de insectos quitinosos: la puparia de H. illucens. Además de las propiedades fisicoquímicas, se evaluó mediante diversos biotests (test de reproducción de Collembola) un análisis en profundidad del contenido de contaminantes potenciales presentes en el biocarbón (metales pesados e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP)), así como la toxicidad del biocarbón. , Phytotoxkit, Microtox).

Se eligieron pupas de H. illucens como material de insecto para la producción de biocarbón. Las larvas de H. illucens se criaron en grupos en el laboratorio del Instituto de Agrofísica de la Academia Polaca de Ciencias en Lublin (Polonia) en un recipiente de plexiglás (86 cm × 53 cm × 46 cm). El número de larvas en el contenedor oscilaba entre 1500 y 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 alimento comercial de carpa (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% lisina, 1,00% calcio, 0,97% fósforo y 0,40% 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 salieron de este contenedor buscando lugares secos para metamorfosearse y luego fueron recolectadas y trasladadas al insectario, donde emergieron las moscas. Para una mayor producción de biocarbón, las pupas de H. illucens se tomaron tal como estaban, sin ninguna etapa de purificación. Saltarse la etapa de purificación estuvo relacionado con el hecho de que las puparias estaban sólo 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 comenzar el calentamiento, el aire dentro del horno se reemplazó soplando 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 minutos 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 fueron etiquetados 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 conservó la estructura macroscópica de la puparia.

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

El pH de los biocarbón 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 DW de las muestras se determinaron después de secar a 105 °C durante 24 h. Los sólidos volátiles (SV) y el contenido de cenizas se analizaron después de quemar las muestras en un horno de 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 P/Po específica, 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 gravimétrica dinámica de agua se midió mediante un analizador intrínseco de absorción 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 mediante resta, de la siguiente manera23:

El contenido total de S se determinó mediante análisis ICP-OES (detalles a continuación). Los espectros de espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) de las muestras se registraron utilizando un espectrómetro FT-IR Nicolet 6700A (Thermo Scientific) equipado con reflectancia total atenuada por diamante (ATR). Los valores de absorbancia se evaluaron entre 400 y 4000 cm-1. Cada espectro resultó de 128 exploraciones en una replicación. Los espectros se promediaron a partir de cinco replicaciones24 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) con un rango de aumento de 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 una energía de haz de 20 kV. El tiempo de escaneo de la muestra fue de 300 s (tiempo real).

Los patrones de difracción de rayos X (DRX) de los biocarbón se analizaron con radiación Co Kα (λ = 1,78901 nm) utilizando 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 escaneo de 0,008° s-1, un tamaño de paso de 2θ de 0,02° y un tiempo de 2,5 s por paso.

La mineralización de las muestras de biochar 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 espectroscopía de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) (Thermo Scientific iCAP Serie 6500) de acuerdo con Bulak et al.25. Para la determinación de elementos se utilizaron las siguientes longitudes de onda (nm): 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 4 17,206, 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 196.090 , Sr 421.552, V 310.230 y Zn 206.200. El estándar 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 usaron 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 Serie 6500).

El contenido de PAH libremente disueltos (Clibres) se determinó en suspensiones acuosas27. Se agitó un gramo de biocarbón (DW) molido con un mortero en matraces de vidrio (50 ml) con 0,35 g de polioximetileno (POM) y 40 ml de agua Milli-Q (se empleó 0,2 gl-1 NaN3 como biocida). Después de 28 días, las tiras de POM se retiraron de la solución, se limpiaron con papel de seda y se extrajeron con heptano:acetona (20 ml, 4:1, v/v) mediante agitación horizontal (48 h). Antes de la extracción se agregaron 16 HAP deuterados en isooctano (180 ng cada uno, estándar interno). Se evaporó una alícuota de 20 ml de la fase orgánica (después de la extracción de POM) a 1 ml en un concentrador de vacío rotacional (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 extraíbles 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 describen Brändli et al.28. La fase recogida se redujo y se aplicó a una microcolumna de vidrio abierta (150 mm x 7 mm de diámetro interno), se llenó (de abajo hacia arriba) con lana de vidrio, gel de sílice desactivado (10% de agua milli-Q, 3 cm) y sulfato de sodio libre de agua, que había sido prelavado con 5 ml de heptano. El extracto se eluyó con 10 ml de heptano. La concentración del eluato hasta un volumen de 0,5 ml se realizó nuevamente con un concentrador de vacío rotacional. Los estándares deuterados PAH-Mix 9 (100 ng µl-1 de cada componente en ciclohexano) se obtuvieron del 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 cromatógrafo de gases (Trace 1300) y espectrometría de masas (ISQ LT) (GC-MS, Thermo Scientific). Se utilizó una columna capilar fusionada Rxi®-5 ms Crossbond® con 5% de difenilo y 95% de dimetilpolisiloxano (30 m × 0,25 mm de diámetro interior × 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 de GC se programó para aumentar desde 75 °C (tiempo de espera 0,5 min) a 245 °C a 25 °C·min-1, luego a 300 °C a 4 °C·min-1 (tiempo de espera 1 min). . Las temperaturas del inyector y del detector fueron de 310 °C. Los espectros de masas se adquirieron en el modo de ionización electrónica, mientras que el modo de monitoreo de iones seleccionados (SIM) se llevó a cabo con iones moleculares selectivos para HAP individuales. Los límites de cuantificación (LOQ) dependiendo de los HAP individuales variaron de 0,0002 a 0,3110 ng l-1 (Clibre) y de 0,1 a 0,7 µg kg-1 (Ctot) para concentraciones de HAP y se obtuvieron a partir de tres veces el límite de detección (LOD). ).

Las pruebas sobre Collembola Folsomia candida se realizaron siguiendo el método 232 de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (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 a 800 lux y un fotoperiodo de 16/8 (día/noche). La humedad del suelo, establecida entre un 40% y un 60% de capacidad de retención de agua, se controló una vez por semana. Las pruebas se realizaron en tres réplicas por muestra de prueba. Después de 28 días, los individuos fueron separados del recipiente de prueba para determinar el número de individuos adultos y juveniles. Los organismos se contaron manualmente a partir de fotografías tomadas con una cámara digital.

Para evaluar el efecto de las muestras sobre 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 biocarbón en 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 llevaron a cabo en 6 réplicas. El análisis y las mediciones de longitud se realizaron utilizando el software Image Tool 3.0.

Todos los análisis se realizaron con al menos tres repeticiones. Cada valor representa la media ± DE (n = 3). Se realizaron un análisis de varianza (ANOVA) y la prueba post-hoc de Tukey (Statistica 13.1) para evaluar la importancia 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 biocarbón investigados no fueron significativas y ascendieron a aproximadamente 95 ± 0,3%. El contenido de cenizas 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.

El SSA medido por vapor de agua fue el más alto para H500 y el más bajo para H700 (Tabla 1). Por el contrario, el BET SSA medido por adsorción de N2 demostró valores bajos de SSA en el rango de 2 a 12 m2 g-1 y ninguna dependencia lineal con la temperatura (el SSA fue más alto para H600). H600 tuvo 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) (Tabla 1).

La Figura 2A muestra las isotermas de adsorción-desorción del vapor de agua obtenidas para biocarbón. Las isotermas eran 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 mayores detalles a partir de los conocimientos obtenidos de la sorción de N2. La forma del bucle de histéresis indicó 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 parecía a la adsorción de tipo IV (clasificación IUPAC) (Fig. 2B) y las histéresis en todos los casos fueron más similares al tipo H3. Se produjo un fuerte umbral de reducción entre 0,4 y 0,5 P/Po.

La Figura 3A-C muestra imágenes SEM de puparias. Los lados internos de la puparia se caracterizaron por células irregulares (Fig. 3B). Desde el exterior se observa la presencia de pelos (Fig. 3C). Después de la pirólisis, se hace visible la organización oculta de las células formadoras de puparias, 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 vieron 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 muy 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, en la muestra H600 se observaron numerosos poros parcialmente llenos de ceniza, pero nuevamente, no se observaron poros en la muestra H700. La Figura 5 muestra la distribución de elementos seleccionados en el material H600, elegido como el más interesante 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 estaba distribuido 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 biocarbón obtenido 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 producido 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 (aumento 10.000×) en biocarbón H600. La imagen superior izquierda mostró 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 concentraciones 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 (Tabla 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 determinado se produjo a una temperatura de 600 °C. El tercer grupo estaba formado por elementos cuyas concentraciones aumentaron con el aumento de la temperatura de pirólisis: Ca, Cu, Mn, P, S y Sr (es decir, H500

La Figura 6A presenta los espectros FT-IR para los biocarbón estudiados. Los materiales obtenidos en este estudio tuvieron un número bajo de bandas características ubicadas principalmente en la región de 800 a 1800 cm-1 (Tabla 3). Además, los biocarbón tenían solo una banda común con la materia prima, que se ubicaba alrededor de 870-890 cm-1 y correspondía con el estiramiento del anillo aromático C-H en un anillo de sacárido21 o la flexión C-H y la flexión C=C en alqueno8. Todos los biocarbón mostraron bandas alrededor de 710 y 872 cm-1, pero sólo H500 tenía una banda débil a 1108 cm-1, que, según Qambrani et al.31, correspondía a un estiramiento simétrico de C-O, por ejemplo, en celulosa y hemicelulosa. Curiosamente, H600 tenía la intensidad más alta de una banda de 1024 cm-1, que correspondía al estiramiento asimétrico C-O-C en un anillo de sacárido, pero la intensidad más baja de una banda en 1390 cm-1 (C aromático = 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 biocarbón H600, que fueron comunes a todos los biocarbón obtenidos. Un pico agudo alrededor de 26,6 2θ° fue distintivo. Además, para los biocarbón 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 PDF4+ 2018 del Centro Internacional de Datos de Difracción (ICDD).

Los biocarbón investigados se caracterizaron por la mayor capacidad de adsorción de Pb (el promedio para todos los materiales juntos fue 9,6 ± 0,4 mg Pb g-1) (Fig. 7). El siguiente más alto fue el Cd (8,8 ± 0,3 mg Cd g-1) y la adsorción más baja se identificó para el 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 tuvo 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 fue absorbida por el biocarbón H600 (p < 0,05) y fue de 9,19 ± 0,10 mg Cd g-1. La capacidad de adsorción de Pb aumentó con la temperatura de pirólisis, por lo que H700 se caracterizó por la mayor cantidad de iones de Pb adsorbidos (10,05 ± 0,06 mg Pb g-1).

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

Para todos los biocarbón, la naftaleno (NAP) tuvo la mayor contribución a la suma total de HAP 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. La HAP Clibre con mayor contribución también fue la 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 se ubicaron el fluoreno (FLO) tanto en H500 como en H700 (2,6-2,7%) y el antraceno (ANT). ) en H600 (1,7%) (Tabla 4).

De todos los biocarbón, el NAP también tuvo la mayor contribución a la suma total de HAP en el extracto acuoso (HAP libre), 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 sólo en H600 (1,7% de la suma total). La proporción de otras PHA en la suma total fue inferior al 1% (Tabla 4).

Todos los materiales probados mostraron un efecto de estimulación sobre 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 las raíces también se produjo para los extractos acuosos 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 biocarbón no tuvieron efecto sobre la mortalidad de F. candida pero mostraron una gran influencia en la estimulación de su reproducción (Fig. 8). Sólo H600 mostró un efecto inhibidor sobre la bioluminiscencia de A. fischeri (Fig. 8).

Resultados de pruebas de ecotoxicología para biocarbón producido a partir de Hermetia illucens puparia. Los efectos de los biocarbón investigados sobre: la inhibición del crecimiento de las raíces de Lepidium sativum en fase sólida y en extractos acuosos, la inhibición de la mortalidad y la reproducción de Folsomia candida y la 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 mayoritariamente básico debido a 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 biocarbón investigados tenían SSA bajo para este tipo de material. En general, el SSA promedio tiene tendencia a aumentar con la temperatura de pirólisis31. Sin embargo, una disminución del SSA puede estar relacionada con un aumento del contenido de cenizas debido a la temperatura de la pirólisis, que al obstruir los poros reduce el SSA de los materiales33, o por los procesos de sinterización, que ocurrieron de manera más significativa cuando la temperatura aumentó35. La sinterización se pudo probar mediante imágenes SEM con un aumento de ×50 000 (Fig. 4), que mostraron solo estructuras anchas en forma de hendiduras en la superficie del biocarbón H700 en comparación con el material H600, en el que se podía ver una estructura porosa.

Los biocarbón producidos a partir de una única materia prima pueden tener SSA en un amplio rango dependiendo de las condiciones 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), excrementos de aves (3,9 y 9,0 m2 g−1), rastrojos de soja ( 5,6 m2 g-1), sólidos y estiércol porcino (4,1 y 5,7 m2 g-1), cama de pavo (2,6 m2 g-1) y estiércol de destete (3,8 m2 g-1)33. Los biocarbón producidos a partir de lodos de depuradora y residuos de biogás también pueden tener un SSA en un rango similar, como revelaron Stefaniuk y Oleszczuk32 y Zielińska et al.33.

El ancho promedio de los poros responsable de la adsorción de N2 en los materiales investigados estuvo 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 depuradora. Stefaniuk y Oleszczuk32 demostraron que el tamaño de los poros de algunos biocarbón procedente de residuos de biogás puede estar en un rango similar al observado en este estudio.

Las isotermas de adsorción-desorción de 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 de 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 reducción 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 las puparias no fueron sometidas a ninguna limpieza ni 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 biocarbón producido a partir de quitina marina estaba en el rango de 72,7 a 75,5 % para materiales pirolizados a 440 y 540 °C, pero para material obtenido a 294 °C el contenido de carbono fue muy similar. al de la materia prima (47,7%). En la investigación citada, el contenido de H y N para materiales obtenidos a 440 y 540 °C fue de 3,5 a 2,8% y de 8,3 a 8,0%, respectivamente. Los biocarbón 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 biocarbón investigados en este estudio fueron similares en contenido de C y H a: cama de pollo (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 de cerdo (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 biocarbón obtenido de estiércol animal y quitina marina pura.

El contenido de azufre en el biocarbón es de mucho menos interés, como puede verse por 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 a partir de rastrojos 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 biocarbón procedente de diferentes materias primas. En general, en los biocarbón elaborados a partir de materiales vegetales, el contenido de S estuvo en el rango de 0,015 a 0,550 %, pero fue el más alto en los biocarbón producidos a partir de lodos de depuradora (0,747 a 0,996 %) y los de estiércol de pollo estuvieron en el intervalo. Por lo tanto, en términos de contenido de S, los biocarbón elaborados a partir de H. illucens puparia fueron los más similares al biocarbón de estiércol de pollo. En general, los biocarbón derivados de biomasa vegetal y estiércol animal tenían un menor contenido de N que los materiales obtenidos en este estudio (hasta un 4,9% para la cama de aves 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 biocarbón derivados de H. illucens puparia constituyen un material nuevo e interesante con una concentración naturalmente alta de N. Merece especial atención el biocarbón dopado con heteroátomos, especialmente con N. 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 reacciones de deshidrogenación en los biochars. La disminución de ambos parámetros indicó una mayor hidrofobicidad de los materiales obtenidos32,33. Los biocarbón 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 alveolar bien conservada del biocarbón, que sobrevivió a las condiciones de pirólisis. Esta estructura interna de la puparia también fue visible bajo magnificación SEM en la quitina pura extraída de ella8. Pituello et al.41 observaron previamente la suavidad de la superficie del biocarbón a temperaturas más bajas, como en H500. La Figura 3H mostró que la estructura de poros se había desarrollado para H600 pero no para H700. Esta fue la razón por la que H600 tuvo la mayor superficie de N2 BET (Tabla 1). Una temperatura más alta provocó el cierre de los poros previamente presentes debido a las arrugas y la sinterización. Por lo tanto, es probable que se pueda obtener una estructura de poros aún mejor y un SSA mayor ajustando la temperatura de pirólisis con mayor precisión.

Zhao et al.42 demostraron que el contenido de elementos en el 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 600 °C42. Estas tendencias no lineales se ven a menudo en la literatura y son el resultado de diversos 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 fueron 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 las ramas de los manzanos42. De manera similar, el contenido de Zn en el biocarbón de H. illucens puparia fue mayor que el de los materiales producidos a partir de residuos de poda de viñedos41, así como de los pellets de madera y la maleza43. Esto indicó que habría un alto valor de suplementación con microelementos para las plantas si estos biocarbón se emplearan como biofertilizante.

Los biocarbón producidos a partir de H. illucens tenían concentraciones más altas de As y Cd que los biocarbón 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 eran más bajos en comparación con el biocarbón obtenido de lodos de depuradora y digestato de residuos orgánicos municipales, respectivamente41. El contenido de Cr también fue más bajo en los biocarbón derivados de puparias en contraste con los materiales mencionados anteriormente.

El mayor contenido de elementos en comparación con el biocarbón vegetal puede explicarse por el fenómeno de bioacumulación que se produce en H. illucens durante la alimentación. Se sabe que algunos metales pesados, como el Cd y el Zn en particular, sufren bioacumulación 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 sin enriquecimiento se demostró la bioacumulación de Ba, Ca, Cu, Fe, Ga, Hg, Mg, Mo, Mn, P, S y Se, con un factor de bioacumulación especialmente alto. obtenido para Ca (12,02) y Mn (5,95)45.

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

En el espectro XRD, el pico en 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 amplia en forma de colina. La presencia de calcita también se detectó 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 pupas crudas, estos picos indican una estructura cristalina de α-quitina8,21. La desaparición de la estructura cristalina ya ocurrió a 600 °C en puparias procesadas y fue confirmada 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 una adsorción de Ni en el rango de 16,6 a 34,2 mg Ni g−1 (pH 5,5) de biocarbón obtenido a partir de residuos después de la producción de biogás. El rango de sorción de Ni en diferentes biocarbón de origen vegetal y cama de pollo 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 el biocarbón obtenido de puparias.

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 biocarbón de origen vegetal, como la madera de pino, la corteza de pino, la madera de roble y la 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 las 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 absorción 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 biocarbón de H. illucens puparia como moderadamente adsorbente de los metales pesados discutidos.

El contenido total de 16 HAP de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) no excedió 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 HAP 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, dando como resultado la producción de NAP como el compuesto termodinámicamente más estable56. El contenido de Σ16 PAH en el extracto acuoso, que son biodisponibles y principales 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 fuertes enlaces con la superficie del biocarbón, este material actúa como un sumidero de sorción en lugar de una fuente de HAP56.

Los biocarbón de H. illucens puparia no expresan toxicidad para L. sativum ni para los invertebrados del suelo modelo, incluso a pesar de que los materiales probados contenían un contenido total de HAP mayor que el informado por 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 mediante 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. Sólo se ha observado un efecto negativo, y fue la inhibición de la bioluminiscencia de A. fisheri causada por H600 (Fig. 8). Debido a que en H600 el contenido de metales pesados y otros elementos era menor o estadísticamente insignificante que en los otros biochars probados (Tabla 2), se sospechaba que los compuestos orgánicos tenían un efecto inhibidor. Generalmente, la toxicidad de las sustancias extraíbles del biocarbón no ha sido un tema frecuentemente discutido o estudiado, 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 informaron sobre la toxicidad del biocarbón de mazorca de maíz en L. sativum, lo que afectó su tasa de germinación, longitud de los brotes y peso de los brotes frescos. Kołtowski y Oleszczuk57 confirmaron la toxicidad alta, media y muy baja del biocarbón producido 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 dinámicamente creciente industria de cría de insectos 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 el biocarbón procedente de la biomasa vegetal31 lo hacen adecuado para uso agrícola. El contenido de metales pesados estuvo dentro (As, Cd, Mo, Zn) o inferior (Cr, Hg, Ni) al estándar para biochars desarrollado por la International Biochar Initiative55 y garantiza su uso seguro. La naftaleno fue el HAP más abundante dentro de los biocarbón obtenidos. El contenido total de 16 HAP de la EPA de EE. UU. no superó la concentración máxima recomendada de 300 mg kg-1 DW55 y estuvo por debajo de este límite (168-249 µg kg-1 DW para el contenido total y 48-72 ng l-1 para extractos acuosos ). 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 biocarbón producidos, que pueden encontrar aplicaciones prácticas en la agricultura. Por ejemplo, estas características positivas, junto con la superficie ampliada del biocarbón obtenido, permiten indicar su uso potencial, especialmente como portador de fertilizantes o bacterias beneficiosas. Muy interesante sería la activación de este tipo de biocarbón, lo que debería dar como resultado una superficie mucho mayor y mejorar las propiedades de sorción. Debido a su alto contenido natural de N, la investigación de sus propiedades electrónicas, por ejemplo en la formulación de electrodos de supercondensadores, también marca una posible dirección para futuras investigaciones. Sin embargo, la dirección más importante en el futuro cercano probablemente será investigar las propiedades del biocarbón obtenido de los exoesqueletos de otras especies de insectos, así como de sus excrementos.

Los datos estarán disponibles previa solicitud del autor correspondiente: Piotr Bulak.

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

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Patryk Oleszczuk

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PB: Conceptualización, metodología, investigación, curación de datos, validación, análisis formal, redacción—borrador original, redacción—revisión y edición, visualización, supervisión, administración de proyectos, adquisición de fondos. KP-P.: Investigación, curación de datos, redacción: borrador original. MK: Investigación, curación de datos, redacción: borrador original. KZ: Investigación, curación de datos, redacción: borrador original. CP: Investigación, curación de datos, redacción: borrador original. DW: Investigación, curación de datos. HW-N.: Investigación, curación de datos. EZ: Investigación, curación de datos. AW: Conceptualización, investigación, curación de datos, redacción: borrador original. PO: Conceptualización, investigación, curación de datos, metodología. AB: Conceptualización, supervisión.

Correspondencia a Piotr Bulak.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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

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Recibido: 24 de enero de 2023

Aceptado: 18 de mayo de 2023

Publicado: 23 de mayo de 2023

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

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