Ферментационные процессы переработки органических отходов: аэробные и анаэробные механизмы и их климатическое воздействие

В условиях глобальной климатической повестки и растущего объема органических отходов, в частности пищевых, проблема их эффективной переработки и минимизация негативного воздействия на окружающую среду приобретает особую актуальность. Ежегодный рост выбросов парниковых газов, связанных с сектором отходов, подчеркивает необходимость разработки и внедрения инновационных подходов к утилизации. Данное исследование посвящено анализу ферментационных процессов переработки органических отходов, а именно аэробных и анаэробных механизмов, с целью оценки их влияния на эмиссию парниковых газов и применимости полученных данных для разработки эффективных технологий мониторинга выбросов в пищевой промышленности для минимизации углеродного следа отрасли. Для достижения поставленной цели были проведены лабораторные эксперименты, имитирующие реальные условия разложения органических отходов. В качестве объекта исследования выбрана отрасль утилизации пищевых отходов наиболее распространенными методами: анаэробная и аэробная ферментация. Применялся метод пассивного эксперимента, характеризующийся отсутствием целенаправленного управления входными воздействиями, что позволило изучить естественное разложение органических отходов в условиях, приближенных к реальным сценариям. Экспериментальная установка включала герметичную емкость для отходов, газоанализаторы для измерения концентраций CO₂, CH₄ и NH₃, термометр, компрессор для аэробных процессов и миниатюрную метеостанцию для контроля внешних параметров. Ежедневно регистрировались параметры внешней и внутренней среды, а также концентрации газов. Полученные данные обрабатывались методом статистического анализа. Результаты исследования выявили существенные различия в эмиссии парниковых газов в зависимости от типа ферментации. Анаэробное разложение органических отходов приводило к значительному выделению метана (CH₄), концентрация которого достигала 460 ppm. Метан, обладая в 25 раз большей парниковой активностью по сравнению с диоксидом углерода, является критически важным компонентом для мониторинга и контроля. В то же время аэробное разложение характеризовалось высоким уровнем выбросов диоксида углерода (CO₂), достигающего 3100 ppm. Полученные данные подчеркивают важность выбора оптимальных методов утилизации для минимизации углеродного следа и достижения целей устойчивого развития. Разработанная лабораторная модель позволяет связать полученные результаты с задачами практической оптимизации переработки на уровне пищевых предприятий и аграрных комплексов. Проведенное исследование служит основой для разработки эффективных технологий мониторинга и оптимизации процессов переработки пищевых отходов в пищевой промышленности, способствуя снижению негативного воздействия на климат и повышению экологической безопасности. In the context of the global climate agenda and the increasing volume of organic waste, particularly food waste, the problem of its effective processing and minimization of negative environmental impact is becoming particularly relevant. The annual increase in greenhouse gas emissions associated with the waste sector underscores the need for developing and implementing innovative approaches to waste utilization. This study analyzes fermentation processes for organic waste treatment, specifically aerobic and anaerobic mechanisms, to assess their impact on greenhouse gas emissions and the applicability of the obtained data for developing effective emission monitoring technologies in the food industry to minimize the sector's carbon footprint. To achieve this goal, laboratory experiments were conducted simulating real-world conditions of organic waste decomposition. The study focused on the food waste utilization industry using the most common methods: anaerobic and aerobic fermentation. A passive experimental method was employed, characterized by the absence of targeted control over input influences, which allowed for the study of natural organic waste decomposition under conditions close to real-world scenarios. The experimental setup included a sealed waste container, gas analyzers for measuring CO₂, CH₄, and NH₃ concentrations, a thermometer, a compressor for aerobic processes, and a miniature weather station for controlling external parameters. External and internal environmental parameters, as well as gas concentrations, were recorded daily. The obtained data were processed using statistical analysis. The research results revealed significant differences in greenhouse gas emissions depending on the type of fermentation. Anaerobic decomposition of organic waste led to a significant release of methane (CH₄), with concentrations reaching 460 ppm. Methane, having 25 times greater global warming potential compared to carbon dioxide, is a critically important component for monitoring and control. At the same time, aerobic decomposition was characterized by high levels of carbon dioxide (CO₂) emissions, reaching 3100 ppm. The obtained data emphasize the importance of selecting optimal waste disposal methods to minimize the carbon footprint and achieve sustainable development goals. The developed laboratory model allows for connecting the obtained results with practical optimization tasks for processing at the level of food enterprises and agricultural complexes. The conclusions of the study can be used to develop effective technologies for monitoring and optimizing food waste processing in the food industry, contributing to the reduction of negative climate impact and enhancement of environmental safety.