Statistische Optimierung einer nachhaltigen Düngemittelzusammensetzung auf Basis der Larven der Schwarzen Soldatenfliege als Stickstoffquelle

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 20505 (2022) Diesen Artikel zitieren

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In der vorliegenden Arbeit wurde eine statistische Optimierung einer nachhaltigen Beschichtung für Kern-Schale-NPK-Düngemittel (Stickstoff-Phosphor-Kalium) untersucht. Die grüne Umweltbeschichtung wurde mithilfe einer erneuerbaren Biomassequelle mit Stickstoff angereichert, nämlich der stickstoffreichen Fraktion der Larven der Schwarzen Soldatenfliege (BSFL) (Hermetia Illucens, Diptera: Stratiomyidae), die auf pflanzlichen Abfällen gezüchtet wurden. Es wurde ein rationaler Ansatz vorgeschlagen mit dem Ziel, die beste Formulierung der Beschichtung zu berechnen und dabei sowohl ihr Herstellungsverhalten, wie etwa die Haftung am Kern, als auch ihre physikalischen Eigenschaften, wie etwa Homogenität oder Plastizität, zu berücksichtigen. Aus Sicht der Kreislaufwirtschaft wurden zusammen mit der stickstoffreichen Fraktion von BSFL (von 51 bis 90 Gew.-%) Wasser und Glycerin in unterschiedlichen Anteilen für die Beschichtungsformulierung berücksichtigt: von 10 bis 32 Gew.-% und von 0 bis 17 Gew.% bzw. Die Technik der Versuchsplanung wurde implementiert, um die Gesamtzahl der Tests für die Beschichtungsformulierung zu begrenzen (18 Tests). ANOVA wurde mit dem Ziel eingesetzt, mathematische Modelle zu erhalten, um eine genauere und objektivere Formulierung abzuleiten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung von Glycerin vermieden werden kann und nur eine begrenzte Menge Wasser (11 Gew.-%) erforderlich ist, um eine optimierte Beschichtungsformulierung zu erhalten, die anschließend die relevanteren technologischen und physikalischen Eigenschaften für die Beschichtungsherstellung erfüllt .

Es wird erwartet, dass die Weltbevölkerung im Jahr 2050 9,7 Milliarden und im Jahr 21001 10,9 Milliarden erreichen wird1. Dieses Wachstum muss mit dem Klimawandel und seinen Auswirkungen auf die globale Nahrungsmittelproduktion fertig werden, wie dies bis zum Ende des 21. Jahrhunderts der Fall sein wird verwandeln zwischen 1,8 % und 4,6 % der weltweiten Landfläche in Trockengebiete, wovon über 270 Millionen Menschen betroffen sind2. Derzeit werden auch die Kulturflächen einem zunehmenden Druck durch die Urbanisierung3 und damit eine intensivere Ausbeutung4 ausgesetzt sein. Darüber hinaus waren im Jahr 2015 Aktivitäten im Zusammenhang mit Landwirtschaft und Landnutzung für 71 % der Treibhausgasemissionen des Lebensmittelproduktionssystems verantwortlich. Daher ist es wichtig, die Nachhaltigkeit und Effizienz des Agrarsystems zu stärken5,6.

In diesem Zusammenhang sind Düngemittel und insbesondere „umweltfreundliche Düngemittel“ (EFFs) eine der Hauptsäulen der modernen Landwirtschaft, da sie eine enorme Steigerung der Pflanzenproduktion pro Landeinheit ermöglichen und Pflanzen mit den wichtigsten Nährstoffen versorgen, die sie benötigen ihr Wachstum7,8,9,10. Zur Herstellung von EFFs werden im Allgemeinen natürliche, natürlich gewonnene oder organische Materialien bevorzugt, da sie eine geringere Auswirkung auf die Umwelt haben, leicht verfügbar sind und im Vergleich zu aus Erdöl gewonnenen Polymeren dazu beitragen können, Schadstoffe im Boden zu vermeiden oder zu begrenzen11,12. 13. Darüber hinaus können sie andere positive Eigenschaften haben, wie z. B. die Erhöhung des Gehalts an organischer Substanz im Boden oder die Anreicherung des Bodens mit einem bestimmten Nährstoff11,14. Allerdings weisen die zur Herstellung von EFFs verwendeten Materialien mehrere Mängel auf, die ihre Verbreitung behindern, z. B. sind Produktionsprozesse oft kompliziert oder teuer, während Umweltbedingungen unbekannte Auswirkungen auf die tatsächlichen Nährstofffreisetzungsmuster haben12,15,16.

Unter den Makronährstoffen der Pflanzen ist Stickstoff einer der anspruchsvollsten, da harnstoffbasierte Düngemittel durch einen Verlust zwischen 40 und 70 % gekennzeichnet sind17. Dieser Verlust ist die Ursache mehrerer Verschmutzungsprozesse, da das Grundwasser mit ausgelaugten Nitraten kontaminiert ist und die Atmosphäre sowohl der NH3-Verflüchtigung als auch Treibhausgasemissionen wie N2O18,19,20,21 ausgesetzt ist. Andererseits sind Düngemittel auf Ammoniakbasis äußerst schädlich für die Umwelt, da pro 1.000 kg gewonnenem NH3 2.000 kg CO2 entstehen und der gesamte Produktionsprozess auf die Verwendung von Erdgas angewiesen ist22. In diesem Zusammenhang ist eine alternative Stickstoffquelle erforderlich, und eine mögliche Quelle kann in der Umwandlung organischer Abfälle identifiziert und gleichzeitig die ökologischen Probleme, die sich aus der Entsorgung organischer Abfälle ergeben, teilweise gelöst werden23,24,25,26 ,27,28. Unter den biologischen oder chemischen Methoden zur Umwandlung organischer Abfälle gilt die Verwendung von Larven der Schwarzen Soldatenfliege (BSFL) (Hermetia Illucens, Diptera: Stratiomyidae) als effizientes und sicheres Biokonversionsinstrument für deren Behandlung29,30,31. Wenn die Verwertung von Nebenprodukten oder Abfällen in Betracht gezogen wird, ist es aufgrund physikalischer (Form und Dimension) und biologisch-chemischer (Verfügbarkeit der Makronährstoffe) Grenzen häufig notwendig, deren Wert in Form von Makronährstoffen durch Umwandlung zu nutzen. BSFL wurden für ein effizientes Recycling von Bioabfällen vorgeschlagen, da ihre Wirkung zu einer deutlichen Reduzierung des anfänglichen Abfallgewichts (bis zu 68 % der anfänglichen Trockenmasse32), einer Hemmung von Krankheitserregern wie Salmonellen33,34 sowie einer Reduzierung der Treibhausgasemissionen35 und Geruchsemissionen36 führt im Vergleich zu herkömmlichen Kompostierungsverfahren. Darüber hinaus verfügen BSFL über eine hocheffiziente Futterverwertungsrate, die zu einer wertvollen Biomasse führt, die reich an Stickstoff (30–50 Gew.-%) und Lipiden (21–40 Gew.-%) ist37, deren Zusammensetzung je nach verwendetem organischen Abfall variiert. oder Fermentationsstrategie durch spezifische Zusätze, wie z. B. industrielle Flockungsmittel, und Geräte, wie z. B. künstliches Licht38,39,40,41,42. Daraus geht hervor, dass die stickstoffreiche BSFL-Fraktion, die hauptsächlich Protein und Chitin enthält, eine solche darstellen könnte eine wertvolle Quelle für organischen Stickstoff, der für das Pflanzenwachstum und anschließend für die Produktion billiger und nachhaltiger organischer Düngemittel nützlich ist43. Die aktuelle europäische Gesetzgebung legt jedoch bestimmte Beschränkungen für die Art der organischen Substrate fest, die von BSFL für die Biokonvertierung verwendet werden sollen, und verhindert die Verwendung von Gülle und anderen Substraten, die offiziell als „Abfall“ anerkannt sind, als Futtermittel für Tiere44. Insbesondere Obst- und Gemüserückstände scheinen gemäß Artikel 184-bis des italienischen Gesetzesdekrets 152 von 200645 als Nebenprodukte zu gelten. Tatsächlich scheinen solche Rückstände die erforderlichen Eigenschaften zu besitzen, um die vier gesetzlich vorgeschriebenen Voraussetzungen zu erfüllen ein Rückstand als Nebenprodukt. Die vier Bedingungen lauten: (a) Die Rückstände stammen aus einem Produktionsprozess, in dem sie ein integraler Bestandteil sind und dessen Hauptzweck nicht die Produktion solcher Rückstände ist; (b) die weitere Verwendung des Stoffes oder Gegenstands ist sicher; (c) der Stoff oder Gegenstand kann direkt verwendet werden, ohne dass eine weitere Verarbeitung erforderlich ist, die über die normale industrielle Praxis hinausgeht; (d) die weitere Verwendung rechtmäßig ist, d. h. der Stoff oder Gegenstand erfüllt alle relevanten Produkt-, Umwelt- und Gesundheitsschutzanforderungen für die spezifische Verwendung und führt insgesamt nicht zu nachteiligen Auswirkungen auf die Umwelt oder die menschliche Gesundheit. Wenn der Rückstand die vier Bedingungen erfüllt, kann er als Nebenprodukt eingestuft und frei wiederverwendet werden, ohne dass Genehmigungen erforderlich sind und ohne dass er der Abfallkontroll- und Rückverfolgbarkeitsregelung unterliegt. Darüber hinaus scheinen die in dieser Arbeit eingesetzten Obst- und Gemüserückstände unter die Definition von „Futtermittel“ (oder „Futtermittel“) in der Verordnung (EG) Nr. 178/2002 (Art. 3 Abs. 4) fallen zu können: „alle Stoffe oder Produkte, einschließlich Zusatzstoffe, ob verarbeitet, teilweise verarbeitet oder unverarbeitet, die zur oralen Fütterung von Tieren bestimmt sind.“ Aus diesem Grund dürfen diese Rückstände aufgrund des ausdrücklichen Verbots in der Verordnung (EG) Nr. 767/2009, Art. 6, Anhang III (Nr. 6), sie können jedoch nur aus industriellen Tätigkeiten stammen (EUROPÄISCHES PARLAMENT, 2009; EUROPÄISCHES PARLAMENT 2002).

Diese Arbeit befasst sich mit dem Problem alternativer Stickstoffquellen im Zusammenhang mit EFFs, da ein wachsender Bedarf besteht, nachhaltige Quellen und Prozesse zu finden, um Makronährstoffe für landwirtschaftliche Zwecke im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft zu gewinnen. In diesem Sinne wurde auf Ballaststoffnahrung verzichtet, um jeglichen spezifischen Zusatz von Chemikalien zu vermeiden47. Diese Quellen müssen jedoch so billig wie möglich sein, um mit herkömmlichen Düngemitteln konkurrieren zu können und die gesetzlichen Grenzwerte der Länder einzuhalten. Daher wurden in dieser Arbeit verschiedene stickstoffreiche Fraktionen, die aus der Umwandlung organischer Abfälle durch BSFL gewonnen werden, untersucht, um deren Herstellungsbedingungen für die Herstellung einer Düngemittelbeschichtung zu optimieren. Eine Biokonversionsbehandlung von Abfällen war erforderlich, um physikalische (Verringerung der Abmessungen und Erhöhung der Homogenität), aber auch biologische (Erhöhung des verfügbaren Stickstoffgehalts und Verringerung der Menge möglicher Krankheitserreger) Anforderungen an die Beschichtungsherstellung zu erfüllen, insbesondere eine maßgeschneiderte Formulierung einer Beschichtung Die Eignung für Kern-Schale-EFFs wurde durch statistische Methoden abgeleitet, die auf einen anorganischen Kern angewendet wurden, der mit Phosphor und Kalium angereichert war, und zuvor optimiert48. Als Innovation aus der konsolidierten Literatur und im Gegensatz zu früheren Arbeiten wurden die BSFL zur Einhaltung der europäischen Gesetzgebung mit pflanzlichen Nebenprodukten aus der Agrar- und Lebensmittelindustrie gezüchtet49. Zur Planung der Experimente wurde ein rationaler Ansatz unter Verwendung von Design of Experiments (DoE)-Techniken verwendet, und eine multivariate Varianzanalyse (ANOVA) wurde auf die Daten angewendet, um die intrinsischen Einschränkungen des One-Factor-At-Time ( OFAT)-Ansatz mit dem Ziel, mathematische Modelle der Korrelation zwischen der Formulierung der Beschichtung und ihrer Leistung zu erhalten. Dieser numerische Ansatz wurde angewendet, um die Formulierung und Produktion der Beschichtung im industriellen Maßstab zu optimieren, um den Produktionsprozess eines NPK-Düngemittels (Stickstoff-Phosphor-Kalium) zu verbessern und gleichzeitig seine wirtschaftliche und umweltfreundliche Produktion zu verbessern.

Die BSFL wurden vom Labor für Angewandte Entomologie – BIOGEST-SITEIA, Abteilung für Biowissenschaften der Universität Modena Reggio Emilia bereitgestellt, wo eine permanente BSF-Kolonie wie von Macavei et al.50 beschrieben unter Einhaltung der entsprechenden Gesetze und Institutionen aufgezogen wird Richtlinien. Die BSFL wurden auf einer Mischung pflanzlicher Substrate (Tabelle 1) gezüchtet, die repräsentativ für Verarbeitungsnebenprodukte aus verschiedenen lokalen agroindustriellen Ketten ist und auch für eine frühere Studie zur Optimierung des Carotinoidgehalts in den Larven verwendet wurde (Leni et al. )51. Die pflanzlichen Nebenprodukte wurden in konstanten Anteilen gemischt, um eine möglichst homogene Formulierung zu erhalten, und in Glaskästen (40 × 30 × 20 cm LxBxH) in einer Klimakammer mit konstanter Temperatur (27 ± 1 °C) und relativer Luftfeuchtigkeit (65 ± 1 °C) platziert 5 %). BSFL wurden zunächst im zweiten/dritten Stadium platziert (Durchschnittsgewicht 0,004 ± 0,001 g/Larve) und vor dem Vorpuppenstadium gesammelt, als sie ein Gewicht von etwa 0,16 g/Larve erreichten (ungefähr 8 Tage). Abschließend wurden die BSFL eingefroren und bis zu ihrer Verwendung bei –20 °C gelagert.

Die erste mit Stickstoff angereicherte Fraktion (oder N-angereicherte Fraktion), S2 genannt, wurde aus gefrorenem BSFL nach dem in einer früheren Studie52 beschriebenen Verfahren extrahiert. Kurz gesagt wurde Petrolether (ACS-Reagenz, Siedepunkt 40–60 °C, Reagenzqualität, CAS 101316–46-5) verwendet, um die Lipidfraktion der BSFL-Biomasse durch Eintauchen und mechanisches Mischen zu extrahieren. Der verbleibende Teil der BSFL-Biomasse, der die stickstoffreiche Fraktion sowohl aus Chitin als auch aus Proteinen enthielt, wurde 24 Stunden lang bei 60 °C getrocknet (SassuoloLab – Italien) und dann mit einer analytischen Trockenmühle 5 Minuten lang bei 20.000 U/min gemahlen ( A10 – IKA-Werke GmbH & Co. Deutschland), um ein homogenes Pulver zu erhalten. Schließlich wurde die S2-Fraktion gesiebt (SassuoloLab – Italien), um zwei verschiedene Partikelgrößen des Pulvers zu erhalten (eine unter 250 μm und eine über 250 μm), mit dem Ziel, den Einfluss der verschiedenen Partikelgrößen auf die Bildung der Beschichtung zu vergleichen . Gemäß dem Zweck der vorliegenden Studie wurde ein weiteres Verfahren zur Gewinnung der stickstoffreichen Fraktion aus BSFL angewendet, mit dem Ziel, die Gewinnungszeiten (hauptsächlich aufgrund der Trocknungsphase) zu verkürzen und möglicherweise den Stickstoffgehalt zu erhöhen. Bei diesem neuen Verfahren werden die Larven zermahlen und anschließend mit Petrolether vermischt, um die Reaktionsoberfläche des Insektenpürees zu vergrößern (Abb. 1). Diese stickstoffreiche Fraktion wurde S1 genannt. Wie erwartet konnte mit diesem Verfahren die Trocknungszeit von 24 Stunden, die für S2 benötigt wurden, auf 8 Stunden verkürzt werden. Nach der Trocknungsphase wurde S1 dann gesiebt, um zwei Fraktionen mit unterschiedlichen Partikelgrößen zu erhalten, wobei das gleiche Verfahren wie bei S2 angewendet wurde.

Methoden zur Gewinnung stickstoffreicher Fraktionen.

Ein Design of Experiments (DoE)-Ansatz, also eine statistische und rationale Technik zur Ableitung mathematischer Modelle, wurde eingesetzt, um die erforderliche Mindestanzahl an Experimenten festzulegen, um Zeit und Rohstoffe zu sparen und Informationsverluste zu vermeiden53. Mit dem Ziel, Korrelationen sowohl hinsichtlich der Mengen der Verbindungen in der Formulierung der Beschichtung (Mixture Design) als auch hinsichtlich ihrer Typologie (Factorial Design) abzuleiten, wurde ein kombiniertes Design durchgeführt. Bei der Mischungsgestaltung wurden drei Faktoren berücksichtigt: Fraktion aus BSFL „BSF“ (von 51 bis 90 Gew.-%), Wasser (von 10 bis 32 Gew.-%) und Glycerin (von 0 bis 17 Gew.-%). Die Bereiche jeder Verbindung wurden unter Berücksichtigung einer anderen in der Literatur beschriebenen Anwendung von Fraktionen aus BSFL in der Landwirtschaft ausgewählt54. Für den faktoriellen Teil des kombinierten Designs wurden zwei kategoriale Faktoren mit jeweils zwei Ebenen berücksichtigt, die sich auf die Art der stickstoffreichen Fraktion beziehen: Partikelgröße (< 250 oder > 250) und Gewinnungsmethode (S1 oder S2). Die anderen im Prozess auftretenden und in dieser Studie nicht speziell berücksichtigten Variablen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit wurden gemäß dem in den Abschnitten 2.1, 2.2 und 2.4 beschriebenen Verfahren während aller Tests konstant gehalten. Der Code Design Expert 13.0 (Stat-Ease, Minneapolis, MN, USA) wurde sowohl zur Erstellung des Versuchsplans als auch zur Analyse der Ergebnisse verwendet. Aufgrund der großen Anzahl von Faktoren wurde ein kombinierter fraktioneller faktorieller Versuchsplan gewählt, da fraktionelle Versuchspläne ein spezifisches statistisches Instrument sind, das darauf abzielt, eine begrenzte Anzahl von Experimenten auszuwählen, die für die Ableitung zuverlässiger mathematischer Modelle unerlässlich sind53. Im kombinierten faktoriellen Design wurden insgesamt 18 Experimente gesammelt und durchgeführt, einschließlich Wiederholungen zur reinen Fehlerschätzung (Tabelle 2). Die zentralen Punkte, die als arithmetisches Mittel der Faktorniveaus betrachtet werden, wurden einbezogen, um das Vorhandensein einer Krümmung in der Datenanalyse zu untersuchen. Alle Experimente (Läufe) wurden nach dem Zufallsprinzip durchgeführt, um das Vorhandensein systematischer Fehler zu vermeiden, und zwar gemäß der in Abschnitt 2.4 beschriebenen experimentellen Methode.

Das Ziel der Studie bestand darin, die Verarbeitbarkeit der Beschichtung unter Verwendung verschiedener stickstoffreicher Fraktionen in der Formulierung der Beschichtung zu bewerten. Anschließend wurden drei Reaktionen der Beschichtung bewertet: (1) die Homogenität der aufgetragenen Schicht auf der Kernoberfläche (Homogenität); (2) die Schwierigkeit, den Kern zu bedecken (Adhäsion); (3) das plastische Verhalten der Beschichtungspaste (Plastizität). Die Auswertung dieser drei Antworten erfolgte durch einen einvernehmlichen Paneltest, die erhaltenen Ergebnisse wurden als Antworten erfasst und anschließend mit statistischen Methoden analysiert53. Jeder Kategorie wurde eine Punktzahl von 0 bis 3 oder 0 bis 5 zugewiesen, wie in Tabelle 3 gezeigt. Der Paneltest wurde anhand der Blindbeurteilung von fünf Personen durchgeführt.

Die Varianzanalyse (ANOVA) wurde verwendet, um die Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen der Beschichtungsformulierung und der Reaktion im Zusammenhang mit der Verarbeitbarkeit der Beschichtung auf dem Düngemittelkern hervorzuheben. Die Hauptannahmen der ANOVA bestehen darin, dass jeder Eingabefaktor unabhängig voneinander und normalverteilt ist und dass die Variation der Antwort in verschiedene Komponenten zerlegt werden kann, um die Wirkung jedes Faktors, ihre Wechselwirkungen und den experimentellen Fehler (oder ungeklärt) zu bewerten Rest)53. Der p-Wert, bezogen auf den F-Test, ist der statistische Parameter zur Bewertung der Signifikanz des Modells und jedes Faktors und stellt die Wahrscheinlichkeit dar, dass das betrachtete Modell oder der betrachtete Faktor signifikant ist (p-Wert < 0,05) oder nicht unter den gleichen experimentellen Bedingungen55. Es wurde auch ein Test auf mangelnde Anpassung berücksichtigt, da ein erheblicher Mangel an Anpassung bedeutet, dass die Abweichung der Designpunkte um ihre vorhergesagten Werte viel größer ist als die Abweichung der Replikate um ihre Mittelwerte. Danach ist ein nicht signifikanter Mangel an Anpassung erwünscht . Die Qualität der Anpassung im Hinblick auf die Regressionsanalyse und die Vorhersagekraft des Modells wurden anhand von R2, angepasstem R2 bzw. Pred-R2 bewertet. R2 ist der Anteil der Varianz in den abhängigen Variablen, der aus den unabhängigen Variablen vorhersehbar ist. Das angepasste R2 ist ein korrigiertes R2 im Verhältnis zur Anzahl der verwendeten Tests (danach wird versucht, etwaige Überschätzungen des R2 aufgrund der zunehmenden Anzahl von Effekten zu korrigieren im Modell enthalten) und Pred-R2 ist analog zu R2, aber mit vorhergesagten Werten verbunden56.

Abschließend wurde eine globale Erwünschtheitsfunktion berechnet, um die wünschenswerteste Mischung und die wünschenswertesten Faktorfaktoren bereitzustellen, wobei alle gleichzeitig analysierten Antworten berücksichtigt wurden57. Jede Antwort wird entsprechend ihrem spezifischen Ziel (Tabelle 3) gewichtet, abhängig davon, wie sehr jede Antwort dem maßgeschneiderten Zweck entsprechen muss, und dann mithilfe eines Mittelwerts kombiniert. Der Bereich der Erwünschtheitsfunktion reicht von 0 bis 1, wobei der niedrigste Wert (0) eine völlig unerwünschte Kombination unabhängiger Faktoren darstellt und umgekehrt der höchste Wert (1) eine völlig wünschenswerte oder ideale Kombination dieser Faktoren angibt.

Der Kern des untersuchten EFF-Düngemittels ist ein poröses Keramikgranulat, kugelförmig mit einem Durchmesser von etwa 1,5 cm, wie in einer früheren Arbeit berichtet48. Kurz gesagt besteht der Kern aus Ton und lokalen Industrieabfällen wie Bimssteinresten und verbrauchtem Kaffeesatz, angereichert mit Kalium (K) und Phosphor (P) in Form von K2CO3 bzw. Rinderknochenmehlasche. Um die stickstoffreiche Beschichtung auf die Oberfläche des Kerns aufzutragen, muss eine homogene Paste mit anderen Verbindungen gemischt und manuell auf den Kern aufgetragen werden. Aus diesem Grund wurde Glycerin (GL, Sigma-Aldrich, Reagenzienqualität: 99 %) als Weichmacher getestet, während Wasser als Lösungsmittel eingesetzt wurde. Für jedes in Tabelle 2 angegebene Experiment wurden drei Granulatkörner hergestellt, um die Reproduzierbarkeit des Ergebnisses zu bewerten, und die in Tabelle 4 angegebenen Werte sind die Durchschnittswerte dieser drei Wiederholungen.

Die stickstoffreichen Pulverfraktionen wurden durch chemische Elementaranalyse, FT-IR und morphologische Analyse charakterisiert, um ihre chemischen, physikalischen und strukturellen Eigenschaften zu bewerten. Insbesondere wurde die Elementaranalyse mit einem Elementaranalysator (Thermo Fisher, FLASH 2000) durchgeführt. Die Analyse der Morphologie und Partikelgröße der Pulver wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (ESEM, FEI XL-30) durchgeführt. Strukturelle Wechselwirkungen innerhalb der stickstoffreichen Fraktionen wurden durch abgeschwächte Totalreflexions-Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR-ATR) bewertet. Die FTIR-ATR-Spektren wurden mit einem Bruker Vertex 70-Spektrophotometer im Bereich von 400–4000 cm−1, mit 4 cm−1 Auflösung und 30 Scans aufgenommen. Die nach der statistischen Analyse erhaltenen besten und schlechtesten Beschichtungen wurden hinsichtlich Struktur und Morphologie charakterisiert. Für Letzteres wurden ein optisches Mikroskop mit 8-facher Vergrößerung (Leica DM3XL) und ein Rasterelektronenmikroskop (ESEM, FEI XL-30) eingesetzt. Die Strukturanalyse wurde mittels FT-IR-Spektroskopie mit dem gleichen Verfahren durchgeführt, das für das stickstoffreiche Pulver verwendet wurde.

Die Masseneffizienzumwandlung der beiden stickstoffreichen Fraktionen S1 und S2 zeigt eine Gewinnung von etwa 40 % der gesamten BSFL-Masse als stickstoffreiche Fraktion, und dieses Ergebnis steht im Einklang mit früherer Literatur. Tatsächlich enthält BSFL, wie in einer früheren Studie berichtet, 32 Gew.-% Proteine, 37 Gew.-% Lipide, 19 Gew.-% Mineralien, 9 Gew.-% Chitin und 3 Gew.-% Feuchtigkeit52. Tabelle 4 zeigt die Elementaranalyse der beiden stickstoffreichen Fraktionen, was darauf hindeutet, dass die für S2 verwendete Methode die günstigste ist, um die höchste Stickstoffmenge zu gewinnen. Es ist erwähnenswert, dass beide BSFL-Fraktionen einen Stickstoffgehalt aufweisen, der deutlich über anderen Nährstoffquellen liegt, die in der Literatur als mögliche Düngemittel beschrieben werden, wie z. B. Wasserlinsenpflanzen oder Regenwürmer, die auf organischem Substrat gezüchtet werden13,58 (Fernandez Pulido et al., 2021; Lv et al., 2021b).

Abbildung 2 zeigt die normalisierten Transmissionsspektren der vier stickstoffreichen Fraktionen, die nach dem Sieben erhalten wurden, da FTIR-Spektroskopie üblicherweise zur Identifizierung der kristallinen Form (α, β oder γ) von Chitin sowie des Vorhandenseins von Proteinen und Lipiden verwendet wird59. Die charakteristischen Wellenlängen von Chitin, die wiederholt berichtet wurden und unabhängig von der biologischen Quelle sind, sind: 3273 cm−1 (N-H-Streckung); 1630 cm−1 (C=O-Streckung); 1540 cm−1 (N⎼H-Biegung, C⎼N-Streckung); 1450 cm−1 (CH2-Biegung und CH3-Verformung); 1380 cm−1 (CH-Biegung, CH3-symmetrische Verformung); 1030 cm−1 (C⎼O⎼C asymmetrische Streckung im Phasenring) und 890 cm−1 (CH-Ringstreckung). Laut Literatur ist die Carbonylgruppe von α-Chitin an zwei Wasserstoffbrücken beteiligt, einer intramolekularen (zwischen der Carbonylgruppe und ⎼CH2OH), die einen Peak bei etwa 1630 cm−1 aufweist, und einer intermolekularen (zwischen ⎼NH⎼ und dem). Carbonylgruppe) bei 1660 cm−1. β-Chitin zeigt aufgrund der schwächeren intramolekularen Wasserstoffbrücke nur ein Signal bei 1650 cm−1, und γ-Chitin zeigt ebenfalls eine weniger ausgeprägte Bande bei 1660 cm−1 und eine klare und scharfe bei 1620 cm−1.59,60,61 ,62 Im aktuellen Fall (Abb. 2) kann eine große Ähnlichkeit zwischen den Transmissionsspektren aller vier stickstoffreichen Fraktionen und insbesondere die herausragende Bedeutung von α-Chitin festgestellt werden. Tatsächlich zeigten alle Spektren, wie in Abb. 2 gezeigt, Banden um 1635 cm−1. Ähnliche Ergebnisse wurden in der Literatur zum kristallinen Ursprung von isoliertem Chitin in verschiedenen Stadien der Schwarzen Soldatenfliege (Larve, Präpuppe, Puparium und Erwachsene) berichtet63,64. Das Vorhandensein einer Bande bei etwa 1540 cm−1 bestätigt den Proteingehalt in dieser Fraktion, da diese Bande auf die Streckschwingungen der Peptidbindung (C=O)65 zurückzuführen ist. Nur weniger ausgeprägte Banden bei 2922 cm–1 und 2853 cm–1, die mit der asymmetrischen CH2-Streckung bzw. der symmetrischen CH2-Streckung verbunden sind, zeigten Spuren von Lipiden66.

Normalisierte FT-IR-Transmissionsspektren der stickstoffreichen Fraktionen.

Bezüglich der physikalischen Eigenschaften sind in den Abb. In den Abbildungen 3, 4 und 5 wurden ESEM-Aufnahmen in verschiedenen Vergrößerungen gezeigt, um die physikalische Morphologie der Pulver zu untersuchen. Anhand dieser Zahlen kann die Wirksamkeit des Siebverfahrens beurteilt werden, da je nach verwendetem Sieb ein starker Unterschied zwischen Fraktionen unter und über 250 μm deutlich zu erkennen ist (Abb. 4). Darüber hinaus ist aus Abb. 3a und Abb. 3c ein starker Unterschied hinsichtlich der Pulvermorphologie als Funktion des unterschiedlichen Gewinnungsprozesses zu erkennen. Tatsächlich zeichnet sich die S2-Fraktion durch eine regelmäßigere und rundere Partikelform aus. Dieser Unterschied ist auch in den Fraktionen unter 250 μm leicht zu erkennen (Abb. 3b, d). Schließlich kann bei höherer Vergrößerung (Abb. 5) eine ähnliche Oberflächenporosität unter Berücksichtigung aller vier untersuchten BSFL-Fraktionen beobachtet werden. Aus diesen Vorüberlegungen, die sich nur auf die Pulver der stickstoffreichen Fraktionen beziehen, geht hervor, dass die S2-Fraktion für die Beschichtungsherstellung günstiger sein könnte. Zunächst wurde mittels Elementaranalyse eine größere Stickstoffmenge als S1 ermittelt (Tabelle 4). Darüber hinaus ist zu beachten, dass diese Stickstoffmenge (8,56 %) sogar größer ist als die in der Literatur angegebene Menge und mit der BSFL-Biokonversion von Geflügelmist (7,90 %) zusammenhängt49. Zweitens weist S2, wie die ESEM-Charakterisierung zeigt, die regelmäßigere Partikelmorphologie auf, was wahrscheinlich zu einer homogeneren Beschichtung führt als die, die mit S1 erhalten werden konnte.

ESEM-Aufnahme der rückgestreuten Elektronen bei 50-facher Vergrößerung. Alle Messungen werden in mm ausgedrückt: (a) S1 > 250, (b) S1 < 250, (c) S2 > 250, (d) S2 < 250.

ESEM-Aufnahme der rückgestreuten Elektronen bei 150-facher Vergrößerung, alle Maße werden in μm ausgedrückt: (a) S1 > 250, (b) S1 < 250, (c) S2 > 250, (d) S2 < 250.

ESEM-Aufnahme der rückgestreuten Elektronen bei 1000-facher Vergrößerung: (a) S1 > 250, (b) S1 < 250, (c) S2 > 250, (d) S2 < 250.

Die 18 in Tabelle 2 aufgeführten Experimente wurden durchgeführt und durch den Paneltest bewertet, um ihre Qualität zu bewerten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 aufgeführt, ebenso wie Bilder, die für jedes Experiment unter dem optischen Mikroskop aufgenommen wurden. Aus einer Vorbetrachtung der Beschichtung anhand der lichtmikroskopischen Aufnahmen wird deutlich, dass je nach Mischung und faktoriellen Variablen starke Unterschiede bei der Beschichtungsherstellung auftreten. Anschließend ist eine statistische Auswertung erforderlich, um den Einfluss jedes Parameters auf die ausgewählten Antworten zu beurteilen.

Die ANOVA-Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt, in der die Quantifizierung der Signifikanz (p-Wert) jedes Modells und die der zugehörigen Qualitätsparameter (R2, Adjusted-R2 und Pred-R2) angegeben sind. Darüber hinaus wurde in Tabelle 7 die Schätzung der Koeffizienten angegeben, um eindeutig beurteilen zu können, welche Mischungs- oder Faktorfaktoren aus statistischer Sicht relevanter sind.

Modelle, die Faktoren (einzeln oder in Wechselwirkung) mit Panel-Testdaten korrelieren, sind signifikant, was durch den p-Wert deutlich unter 0,05 und die fehlende Anpassung deutlich über 0,05 bestätigt wird, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit einer Datenvariation aufgrund unbekannter Faktoren statistisch irrelevant ist ( Tabelle 6). Darüber hinaus ist anzumerken, dass nur die Mischungsfaktoren (BSF, Glycerin und Wasser) und die Methode zur Gewinnung der stickstoffreichen Fraktion, S1 oder S2, wesentliche Faktoren für die ausgewerteten Antworten sind. Die Partikelgröße des Pulvers spielt daher keine Rolle und wurde daher im weiteren Verlauf dieser Arbeit nicht berücksichtigt. Darüber hinaus ist zu beachten, dass quadratische (Interaktions-)Terme bei der Modellierung der Antworten nicht vernachlässigt werden dürfen. R2, angepasstes R2 und Pred-R2 (Tabelle 6) bestätigen die gute Anpassung der Daten und eine ziemlich diskrete Vorhersagekraft der Modelle, mit einer wichtigen Ausnahme im Zusammenhang mit der Plastizitätsantwort, die stattdessen sehr hohe Parameter aufweist (R2 = 0,93, Adjusted-R2 = 0,90 und Pred-R2 = 0,81). Die angemessene Vorhersagekraft in Bezug auf Homogenität und Adhäsion steht im Einklang mit (i) der Verwendung von biologischem Material, (ii) der Verwendung eines Paneltests (iii) der Verwendung einer geringeren Anzahl von Ebenen für den Paneltest im Vergleich zur Plastizität53. Die Abschätzung des Einflusses unabhängiger Faktoren (einzeln oder in Wechselwirkung) auf die Antworten ist in Tabelle 7, Abbildungen beschrieben. 6, 7 und 8, in denen die Koeffizienten der codierten Gleichung jedes Modells sowie die Konturdiagramme zum besseren Verständnis der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Faktoren angegeben sind. In Konturdiagrammen gibt der rote Bereich die Kombination von Faktoren an, die die ausgewählte Reaktion verstärken würden, während der blaue Bereich die Faktoren betrifft, die allein oder in Wechselwirkung die Reaktion stark verringern würden.

Konturdiagramme für die Antwort Adhäsion (a) S1-2D; (b) S2-2D; (c) S1-3D; (d) S2–3D.

Konturdiagramme für die Antworthomogenität (a) S1-2D; (b) S2-2D; (c) S1-3D; (d) S2 – 3D.

Konturdiagramme für die Antwortplastizität (a) S1-2D; (b) S2-2D; (c) S1-3D; (d) S2-3D.

Der größte Einfluss auf die Adhäsion ist auf die Wechselwirkung zwischen Glycerin und der Methode zur Gewinnung der N-reichen Fraktion zurückzuführen. Insbesondere wirkt sich ihre Kombination negativ auf die Reaktion aus. Daher wird die Verwendung einer moderaten Menge Glycerin empfohlen zusammen mit S2-Pulver (+ 1 Stufe des Faktors N-reich) mit dem Ziel, die Haftung zu verbessern (Abb. 6b,d). Die besten Voraussetzungen zur Verbesserung dieser Reaktion ergeben sich durch die Verwendung von S1 mit einer Mischung, die eine begrenzte Menge BSF (weniger als 60 %) enthalten sollte, wie in Abb. 6a, c dargestellt.

Für die Antwort „Homogenität“ muss erneut ein Interaktionsfaktor sorgfältig berücksichtigt werden, da dieser den größten Einfluss auf diese Antwort hat: Wasser – Gewinnung einer N-reichen Fraktion (Tabelle 6). In starker Ähnlichkeit zur Adhäsionsreaktion ist weiterhin ein negativer Effekt zu erwarten, wenn eine synergetische Wechselwirkung zwischen diesen beiden Faktoren erreicht wird. Zusammen mit dem S2-Pulver muss eine begrenzte Menge Wasser (+ 1 Stufe des Faktors N-reich) verwendet werden, um die Homogenität der Beschichtung zu verbessern (Abb. 7b,d). Im Gegensatz dazu müssen bei S1 mindestens 40 % Wasser verwendet werden, um die besten Ergebnisse in Bezug auf die Homogenität zu erzielen, da es eine breitere Reaktionsoberfläche fördert, die für unsere Zwecke geeignet ist, die Maximierung der Homogenität (roter Bereich). Dieses Ergebnis kann durch die Betrachtung der Morphologie der verschiedenen Pulver erklärt werden; Wie in Abb. 4 detailliert dargestellt, weist das S1-Pulver eine stark unregelmäßige Form und Größe der Partikel auf, was dazu führt, dass mehr Wasser (das in diesen Beschichtungsformulierungen das Lösungsmittel ist) verwendet werden muss, um ein homogenes Erscheinungsbild der Beschichtung zu erzielen. Andererseits hat S2-Pulver eine regelmäßig runde Morphologie, für die eine begrenzte Menge Wasser erforderlich ist, um die Homogenität der Beschichtung zu optimieren.

Hinsichtlich der Plastizität wurde ein stark positiver Wechselwirkungseffekt zwischen der Wassermenge und dem BSF berechnet, jedoch ist der einzelne Effekt auf diese Eigenschaft für beide negativ (Tabelle 6). Mit anderen Worten: Nur ein sehr abgestimmtes Verhältnis von BSF und Wasser in der Beschichtungsformulierung kann diese Eigenschaft verbessern. Dieses Ergebnis legt nahe, dass Wasser nicht nur als Lösungsmittel fungiert, sondern auch den Polymerisationsprozess unterstützt, wodurch möglicherweise der Bedarf an Weichmachern in der Mischung begrenzt wird, um eine gute Plastizität der Beschichtung zu erreichen. Laut früherer Literatur erhöht die Zugabe von Wasser in Kombination mit anderen Weichmachern wie Glycerin tatsächlich die Polymer-Wasser-Wechselwirkungen auf Kosten der Polymer-Polymer-Wechselwirkungen und beeinflusst die Wasserstoffbindung oder hydrophobe Wechselwirkungen67,68. Wie erwartet spielt die Menge an Glycerin als einzelner Faktor eine wichtige Rolle für die Plastizität und hat einen Koeffizienten von 12,83, da diese Verbindung als Weichmacher in der Beschichtungsformulierung enthalten war. Diese Trends sind in Abb. 8 deutlich zu erkennen, wo durch den Vergleich der beiden Methoden zur Gewinnung der stickstoffreichen Fraktionen S1 und S2 eine sehr ähnliche Reaktionsoberfläche beobachtet werden kann. Tatsächlich spielt die Erzielung des N-reichen Faktors, wie in Tabelle 7 gezeigt, für diese Eigenschaft eine begrenzte Rolle, da er nur in Wechselwirkung mit der BSF-Menge einen Koeffizienten von 1,26 aufweist.

Aus den Ergebnissen der ANOVA-Analyse geht klar hervor, dass weitere Analysen erforderlich sind, um eine einzigartige Beschichtungsformulierung zu finden, die in der Lage ist, die Beschichtungsproduktion zu optimieren und dabei alle untersuchten Reaktionen gleichzeitig zu berücksichtigen. Nach der in Abschn. 2.3 Eine Erwünschtheitsfunktion wurde unter Verwendung der in Tabelle 3 gezeigten Ziele festgelegt. Die grafischen Ergebnisse der Erwünschtheitsfunktion wurden in den in Abb. 9 dargestellten Konturdiagrammen dargestellt. Aus diesem Ergebnis kann geschlossen werden, dass die maximale Qualität der endgültigen Beschichtung erreicht werden kann kann mit der S2-Methode für die N-reiche Fraktion unter Berücksichtigung des einzigen roten Bereichs in Abb. 9b,d erhalten werden. Es ist auch zu erkennen, dass eine hohe Menge an BSFL erforderlich ist, sodass für diese Beschichtung die höchstmögliche Stickstofffreisetzung zu erwarten ist. Darüber hinaus scheint es nicht so zu sein, dass sich durch die Verwendung von Glycerin oder Wasser für den Rest der Formulierung ein großer Unterschied ergeben würde, und dies ist ein sehr positives Ergebnis im Hinblick auf eine umweltfreundliche Beschichtung, da Wasser Glycerin vollständig ersetzen kann. Schließlich legt die numerische Optimierung nahe, dass eine Formulierung mit 89 Gew.-% BSFL, erhalten mit der S2-Methode, und 11 Gew.-% Wasser aus umweltfreundlicher Sicht der beste Kompromiss sein könnte, mit dem Ziel, synthetische Verbindungen zu vermeiden wie Glycerin. Dieses relevante Ergebnis scheint die in der früheren Literatur dargelegten Einschränkungen zu überwinden, wonach ein Weichmacher bereitgestellt werden muss, um BSF-Pulver zu verfestigen49. Darüber hinaus könnte eine Formulierung, die nahezu 90 % BSF enthält, ein vielversprechender Weg sein, um die Gesamtmenge an organischen Abfällen, die biologisch vergaut werden sollen, zu verbessern und anschließend eine stark ökologische Methode zur Herstellung von Düngemitteln zu fördern, zusätzlich zu anderen konsolidierten Einsatzmöglichkeiten von N- reichhaltige BSF-Fraktion wie Fischmehl69,70.

Konturdiagramm für die Erwünschtheitsfunktion (a) S1-2D; (b) S2-2D; (c) S1-3D; (d) S2-3D.

Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der statistischen Analyse wurde eine weitere Charakterisierung und ein Vergleich an zwei RUNs (Tabelle 2) durchgeführt, die repräsentativ für die beste und die schlechteste Beschichtung waren. Insbesondere wurde RUN 17 als repräsentativ für die beste Beschichtung und RUN 3 als schlechteste ausgewählt. Wie in Abb. 10 dargestellt, wurden die normalisierten FT-IR-Transmissionsspektren der beiden Beschichtungen analysiert und ähnliche Spektren erhalten, jedoch mit geringfügigen Unterschieden im Zusammenhang mit ihrer Formulierung. Bei höheren Wellenlängen ist es möglich, in beiden Spektren Peaks zu erkennen, die mit dem Glyceringehalt in Zusammenhang stehen, insbesondere bei etwa 3650–3550 cm−1 kann eine O-H-Streckgruppe nachgewiesen werden, die mit einem Hydroxyl-/Alkoholmolekültyp in Zusammenhang steht71. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit der Tatsache, dass die Menge an Glycerin in den Formulierungen von RUN 3 und RUN 17 gleich ist. Die anderen Peaks können mit BSFL identifiziert werden, wie in Abschnitt 3.1 beschrieben. Es treten jedoch einige Unterschiede zwischen den beiden Spektren auf, die auf die unterschiedliche verwendete N-reiche Fraktion und deren Wechselwirkung mit Wasser zurückzuführen sind. Wie in Abb. 10 gezeigt, sind die mit Lipidresten verbundenen Peaks (2923 cm−1 und 2853 cm−1) im RUN 3-Spektrum stärker ausgeprägt, da die Anwesenheit von Wasser in dieser Beschichtungsformulierung wahrscheinlich zu einer teilweisen Unmischbarkeit des Lipids führt Rückstände, die anschließend im FT-IR-Spektrum der Beschichtung im Vergleich zum Pulver deutlicher sichtbar sind. Die mit der Chitinfraktion verbundenen Peaks wie der bei 3273 cm−1 (N-H-Streckung) und der bei 1035 cm−1 (C⎼O⎼C asymmetrische Streckung) sind in RUN 17 hingegen stärker ausgeprägt RUN 3, da es in seiner Beschichtungsformulierung mehr N-reiche Fraktion von BSFL enthält.

Normalisierte FT-IR-Transmissionsspektren der Beschichtungen im Zusammenhang mit RUN 3 und RUN 17.

Abbildung 11 zeigt die ESEM-Mikroaufnahmen der Beschichtungen, die mit den als RUN 17 und RUN 3 angegebenen Formulierungen erhalten wurden. Wie aus der unterschiedlichen verwendeten Vergrößerung ersichtlich ist, ist die Morphologie der RUN 3-Beschichtung und damit auch die Beschichtung heterogener ist weniger kompakt als RUN 17, was das Ergebnis der statistischen Analyse bestätigt. Insbesondere bei RUN 17 gibt es einige Risse in der Beschichtung (Abb. 11b,d), während bei RUN 3 starke und deutliche Trennungen zwischen den verschiedenen Teilen der Beschichtung zu beobachten sind (Abb. 11a,c). Bei der höchsten Vergrößerung (Abb. 11e,f) kann man beobachten, dass selbst im Fall eines gerissenen Teils der Beschichtung in RUN 17 (Abb. 11f) die abgetrennten Teile der Beschichtung eine recht homogene Form aufweisen. Morphologie und Größe, während bei RUN 3 (Abb. 11e) sehr heterogene Teile der Beschichtung beobachtet werden können.

ESEM-Mikroaufnahmen der Beschichtungen im Zusammenhang mit RUN 17 und RUN 3 bei verschiedenen Vergrößerungen: (a) RUN 3 – 50X; (b) 17-50X LAUFEN; (c) LAUF 3 – 150X; (d) LAUF 17 – 150X; (e) LAUF 3 – 500X; (f) 17-500X LAUFEN.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Möglichkeit untersucht, organische Biomasse, die aus der Biokonversion von pflanzlichen Nebenprodukten aus industriellen Aktivitäten durch Insekten (BSFL) stammt, bei der Formulierung von Beschichtungen für Kern-Schale-NPK-Düngemittel zu verwenden. Erstens wurde festgestellt, dass pflanzliche Nebenprodukte gemäß der geltenden europäischen und italienischen Gesetzgebung für die Aufzucht von Insekten günstiger sind als Gülle. Ein weiteres Ergebnis dieser Untersuchung ist, dass die Verwendung pflanzlicher Nebenprodukte für die BSFL-Aufzucht mindestens den gleichen Stickstoffgehalt (~ 7 %) in der organischen Biomasse im Vergleich zu Gülle gewährleisten kann, was neue konkrete Möglichkeiten für die sinnvolle Entsorgung eröffnet pflanzliche Nebenprodukte. Schließlich war es mithilfe statistischer Methoden möglich, die beste Beschichtungsformulierung zu berechnen, die im Hinblick auf die Kreislaufwirtschaft fast vollständig auf der stickstoffreichen BSFL-Fraktion (89 %) basiert und auf die Anwesenheit synthetischer Weichmacher wie Glycerin verzichtet. Als Zukunftsperspektive könnte der Einsatz dieses Düngemittels im Hinblick auf eine Ökobilanz und eine Lebenszykluskostenanalyse untersucht werden, um seine vorteilhafte Wirkung im Hinblick auf die Kreislaufwirtschaft numerisch zu bewerten. Darüber hinaus könnte eine maßgeschneiderte Biokonversionsstrategie umgesetzt werden, um die Menge der mit Stickstoff angereicherten Fraktion zu fördern, indem Schadstoffe in organischen Abfällen wie industrielle Flockungsmittel und besondere Bedingungen wie kontrollierte Feuchtigkeit oder künstliches Licht berücksichtigt werden.

Die im Rahmen der aktuellen Studie generierten und analysierten Datensätze sind aufgrund der Förderpolitik nicht öffentlich zugänglich, können aber auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor angefordert werden.

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Die Autoren danken Francesco Barbieri für seine Hilfe bei der Laborherstellung der Proben.

Diese Forschung wurde durch das FAR Mission Oriented 2020 UNIMORE-Projekt (Budget FOMO) finanziert, Projekttitel „GREW (Garden from Recycling & Wastes) – Neues integriertes System für Haus- und vertikale Gartenkulturen durch synergetische Anwendung von innovativem Dünger und LED-Beleuchtung: Eine Kreislaufwirtschaft.“ Strategie, die Abfallmaterialien ein neues zweites Leben gibt“ [CUP E99C20001100007; (Januar 2021–Dezember 2022)].

Abteilung für Wissenschaften und Methoden des Ingenieurwesens, Universität Modena und Reggio Emilia, Via Amendola 2, 42122, Reggio Emilia, Italien

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Monia Montorsi & Luisa Barbieri

Abteilung für Biowissenschaften, Universität Modena und Reggio Emilia, Via Amendola 2, 42122, Reggio Emilia, Italien

Lara Maistrello

Interdepartementales Zentrum für die Verbesserung und Valorisierung biologischer Agrar- und Lebensmittelressourcen, BIOGEST-SITEIA, Universität Modena und Reggio Emilia, Piazzale Europa 1, 42124, Reggio Emilia, Italien

Lara Maistrello

Rechtswissenschaftliche Fakultät, Universität Modena und Reggio Emilia, Via San Geminiano 3, 41121, Modena, Italien

Matteo Caldironi

Fakultät für Ingenieurwissenschaften „Enzo Ferrari“, Universität Modena und Reggio Emilia, Via Vivarelli 10/1, 41125, Modena, Italien

Luisa Barbieri

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Konzeptualisierung, M. Montorsi und S. Barbi; Software, S. Barbi und M. Montorsi; Untersuchung, S. Barbi; Ressourcen, L. Maistrello und L. Barbieri; Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung, S. Barbi und M. Caldironi; Schreiben – Rezension, L. Maistrello, M. Montorsi und L. Barbieri; Aufsicht, M. Montorsi; Finanzierungseinwerbung, L. Barbieri. Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Korrespondenz mit Monia Montorsi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Barbi, S., Montorsi, M., Maistrello, L. et al. Statistische Optimierung einer nachhaltigen Düngemittelzusammensetzung auf Basis der Larven der Schwarzen Soldatenfliege als Stickstoffquelle. Sci Rep 12, 20505 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24964-2

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Eingegangen: 21. Juli 2022

Angenommen: 22. November 2022

Veröffentlicht: 28. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-24964-2

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