Kompostiranje se često opisuje vrlo jednostavno: mikroorganizmi razgrađuju organski otpad, masa se zagrijava, a nakon nekog vremena dobivamo stabilniji materijal nalik humusu. Sve je to točno, ali iza tog opisa skriva se prilično složena kemijska preobrazba. U kompostu istodobno nestaju jedni organski spojevi, nastaju drugi, dio ugljika mikroorganizmi mineraliziraju, a dio prelazi u veće i složenije organske strukture.
Novo istraživanje provedeno na otpadu od hrane pokušalo je upravo taj proces pogledati na molekulskoj razini. Umjesto da se autori zaustave na temperaturi, pH-vrijednosti i sadržaju organske tvari, pratili su što se događa s organskim ugljikom različitih molekulskih masa. Rezultati lijepo pokazuju ono što u kompostiranju često uzimamo zdravo za gotovo: dozrijevanje komposta nije samo „razgradnja”. To je istodobno razgradnja jednostavnijih spojeva i stvaranje novih, složenijih organskih struktura.
Od ostataka ručka do smjese organskih molekula
Otpad korišten u istraživanju prikupljen je u Pekingu, a sastojao se pretežno od riže, tjestenine, voća, povrća i mesa. Prije kompostiranja uklonjene su nečistoće i ocijeđen je višak vode. Važan detalj jest da se nije kompostirao samo otpad od hrane. Pomiješan je s usitnjenim rižinim ljuskama u masenom omjeru 5:2 kako bi se prilagodio C/N omjer, a u svaki zatvoreni komposter stavljeno je 15 kilograma vlažne homogenizirane smjese.
Istraživači su zatim usporedili tri različite strategije. Kontrolna varijanta kompostirana je 30 dana bez dodavanja mikrobnog inokuluma. Druga je trajala 15 dana i uključivala inokulaciju u dvije faze: najprije konzorcij mikroorganizama namijenjen ublažavanju zakiseljavanja, a zatim, kada je temperatura dosegla 50 °C, termofilni celulolitički konzorcij. Treća varijanta uključivala je inokulaciju na početku i 24-satnu vlažno-toplinsku predobradu, uz ukupno trajanje procesa od približno 25 dana. Kompostiranje je provedeno u zatvorenom sustavu s prisilnom aeracijom, grijanjem i automatskim nadzorom.
No istraživače nije prvenstveno zanimalo koja će varijanta dati „najbolji kompost”. Zanimao ih je put kojim organski ugljik prolazi tijekom procesa.
Prvo dolaze male i lako dostupne molekule
U organskoj tvari topljivoj u vodi nalaze se spojevi vrlo različitih molekulskih masa. Među manjim molekulama mogu biti aminokiseline i jednostavni šećeri, koji su mikroorganizmima razmjerno lako dostupni. Na drugom kraju nalaze se velike i složenije molekule povezane s proteinima, polisaharidima, ligninom i huminskim tvarima.
U ovom su radu organski ugljik iz vodenog ekstrakta komposta istraživači ultrafiltracijom podijelili na četiri frakcije: manje od 500 Da, od 500 Da do 1 kDa, od 1 do 5 kDa te veće od 5 kDa.
To je važna metodološka napomena. Kada rad navodi, primjerice, da je 65 posto ugljika bilo u frakciji većoj od 5 kDa, to ne znači da je 65 posto ukupnog ugljika cijelog komposta bilo takvo. Riječ je o raspodjeli organskih ugljikovih spojeva izdvojenih vodenom ekstrakcijom i razdvojenih prema molekulskoj masi.
Uobičajeni model humifikacije pretpostavlja da se dio malih, lako dostupnih organskih molekula tijekom kompostiranja koristi za metabolizam mikroorganizama i djelomično mineralizira do jednostavnijih anorganskih proizvoda. Drugi dio sudjeluje u reakcijama iz kojih postupno nastaju veće i stabilnije organske strukture. Zato tijekom duljeg kompostiranja možemo očekivati smanjivanje udjela nekih jednostavnijih spojeva i rast udjela humificiranijih, makromolekulskih frakcija.
Nakon 30 dana slika ugljika bila je sasvim drukčija
Najizraženija humifikacija zabilježena je u klasičnoj 30-dnevnoj varijanti. Na kraju procesa čak 65,56 posto analizirane vodotopive frakcije organskog ugljika pripadalo je spojevima molekulske mase veće od 5 kDa. Frakcija od 1 do 5 kDa činila je 10,67 posto, ona između 500 Da i 1 kDa 8,37 posto, a najmanje molekule, ispod 500 Da, 15,40 posto. Udio velike makromolekulske frakcije bio je tako više od četiri puta veći od udjela najmanje frakcije.
Spektroskopske analize pokazale su istu priču iz drugog kuta. Na početku su bili izraženiji signali povezani s proteinskim spojevima, triptofanom i topljivim produktima mikrobnog metabolizma. Kako je kompostiranje odmicalo, njihov je doprinos opadao, dok su sve izraženiji postajali spojevi s optičkim obilježjima huminskih tvari (humic-like substances). Njihov udio u jednoj od analiziranih fluorescentnih regija porastao je s 26,25 na 66,36 posto.
Drugim riječima, organska tvar nije jednostavno nestajala. Njezin se sastav pomicao od jednostavnijih i biološki reaktivnijih spojeva prema većim i strukturno složenijim oblicima.
Zašto se kompost na početku može jako zakiseliti?
Još jedan zanimljiv dio istraživanja bio je razvoj pH-vrijednosti. U konvencionalnoj varijanti pH je tijekom ranog razdoblja pao sve do 3,9 šestog dana, a zatim počeo rasti i na kraju se stabilizirao oko 8,8. Kod postupka s faznom inokulacijom najniža vrijednost istoga dana bila je 4,9, a završni pH također približno 8,8.
Autori početno zakiseljavanje povezuju s brzom razgradnjom lako razgradivih sastojaka otpada od hrane i privremenim nakupljanjem organskih kiselina. Kasniji rast pH povezuju s trošenjem tih kiselih međuprodukata te procesima mineralizacije dušika, uključujući amonifikaciju. To je interpretacija mehanizma utemeljena na poznatom ponašanju komposta od hrane; ovo istraživanje nije izravno mjerilo koncentracije pojedinih organskih kiselina ni brzinu amonifikacije.
Zanimljivo je da su pH i sastav ugljikovih frakcija bili snažno povezani. U klasičnom procesu viši pH pojavljivao se zajedno s većim udjelom spojeva koji su pokazivali obilježja huminskih tvari i veću aromatičnost. Ipak, autori vrlo jasno upozoravaju da korelacija nije dokaz uzroka. Ne možemo iz ovog pokusa zaključiti da će jednostavno podizanje pH automatski ubrzati humifikaciju.
Brže kompostiranje nije isto što i dulje dozrijevanje
Razlika među tretmanima postaje posebno zanimljiva kada se pogleda brža varijanta s početnom inokulacijom i toplinskom predobradom. U njezinu završnom proizvodu samo 31,79 posto analiziranog ugljika pripadalo je frakciji većoj od 5 kDa, dok je čak 68,21 posto bilo u frakcijama manjima od 5 kDa. Najmanje molekule, ispod 500 Da, činile su 28,50 posto.
Kod 15-dnevne fazne inokulacije rezultat je bio između ta dva ekstrema: oko 55 posto nalazilo se u makromolekulskoj frakciji, a posebno je porastao udio spojeva s karakteristikama fulvinskih tvari (fulvic-like substances), s 15,97 na 35,40 posto.
Bilo bi primamljivo iz toga zaključiti da jedan inokulum „stvara humus”, a drugi ostavlja više jednostavnih spojeva. No upravo tu autori stavljaju važnu kočnicu. Tretmani nisu trajali jednako dugo. Budući da je humifikacija vremenski ovisan proces, dio razlika u molekulskoj strukturi vrlo vjerojatno proizlazi iz različitog trajanja kompostiranja, a ne samo iz primijenjene tehnologije ili mikroorganizama. Da bi se učinak samih strategija pouzdano razdvojio od učinka vremena, trebalo bi ih usporediti nakon jednakog broja dana.
Kada otpad „nestane”, kemijski posao još nije nužno završen
Ovo istraživanje zato dobro objašnjava zašto izgled, miris ili smanjenje volumena kompostne mase nisu potpuna slika zrelosti komposta. I nakon što se izvorni ostaci hrane više ne mogu prepoznati, organski ugljik nastavlja mijenjati svoj oblik. Jednostavniji spojevi troše se, dio se mineralizira, mijenja se udio polisaharidnih i alifatskih struktura, raste zastupljenost karboksilnih skupina, a u duljim procesima mogu se sve jasnije razvijati spojevi s obilježjima humificirane organske tvari.
Pritom ovo istraživanje nije pokazalo da je jedan od tri proizvedena materijala agronomski bolji. Autori nisu analizirali hranjivi sastav gotovog komposta, teške metale ni fitotoksičnost, niti su komposte primijenili na tlo ili biljke. Nisu čak ni kvantificirali ukupni sadržaj glavnih hranjiva u početnim sirovinama, pa rezultate ne treba pretvarati u preporuku o gnojidbenoj vrijednosti pojedinog postupka.
Postoji i još jedno važno ograničenje: svaki od tri tretmana predstavljao je samo jedan neovisni proces kompostiranja. Trostruka mjerenja prikazana u rezultatima bila su tehnička ponavljanja laboratorijskih analiza, a ne tri zasebna kompostera. Zbog toga je rad vrlo zanimljiv za razumijevanje kemijskih putova organskog ugljika, ali slabiji kao osnova za tvrdnju da će određena tehnologija uvijek dati isti rezultat.
Možda je zato najkorisnija poruka rada jednostavna: tijekom kompostiranja ne pretvaramo samo „otpad u kompost”. Istodobno mijenjamo veličinu, strukturu i reaktivnost organskih molekula. Koliko će ugljika ostati u manjim, mikroorganizmima dostupnijim oblicima, a koliko prijeći u veće i humificiranije strukture, ovisi o tijeku procesa, pH-vrijednosti, temperaturi, mikrobiološkoj aktivnosti – i, vrlo očito, vremenu koje kompostu damo.
SAVJETODAVNI PARTNER
