ترکیبات پتروشیمیایی

[azarafrooz 14,221]

ترکیبات پتروشیمیایی منابعی جهت تولید پروتئین میکروبی هستند که به عنوان پروتئین تک سلولی نیز شناخته می شوند. پروتئین های میکروبی، مهم ترین مواد خوراکی غیرمعمول در رابطه با رفع کمبود پروتئین هستند. این ترکیبات، نظرات بسیاری را متوجه خود نموده اند، زیرا با استفاده از فنّاوری های میکروبی می توان نسبت به تولید سریع خوراکهای پروتئینی کاملاً متراکم و حاوی بیشتر اسیدهای آمینه ضروری اقدام نمود. در حال حاضر، تولید صنعتی پروتئین میکروبی تقریباً مستقل از کشاورزی انجام می شود. علاوه بر فرآورده های فرعی کشاورزی حاوی قندها (ملاس ها، کاه ها، آب پنیر و غیره)، ترکیبات مختلف کربن دار (سوخت موتور دیزل، ان ـ آلکان ها، اتانول، متانول، گازطبیعی، متان، ضایعات جامد و مایع ناشی از فرآوری چوب و فضولات دامی) نیز می‌توانند به عنوان مواد اولیه توسط میکروارگانیسم ها مصرف شوند.

در میان این مواد اولیه، مواد خام پتروشیمیایی دارای بیشترین اهمیت بوده و اساس طرحهای بزرگ صنعتی با ظرفیت سالانه بیش از ۱۰۰ هزار تن را تشکیل می دهند. عاملی که مانع پیشرفت در این زمینه می شود، ترس از باقیمانده های خطرناک و هیدروکربن‌های سرطان‌زا است. با وجود این، مشکلات اقتصادی، بخصوص در کشورهای سرمایه داری که قیمت مواد پتروشیمیایی به علت بحران انرژی رو به افزایش است، بسیار‌جدی‌تر‌هستند. ‌در روسیه، صنایع میکروبیولوژیکی رشد سریعی‌داشته است. سه طرح صنعتی هر یک با ظرفیتی بیش از ۱۰۰ هزار تن در گذشته به بهره برداری رسیده‌اند. یک طرح صنعتی مشترک نیز توسط کشورهای شورای کمکهای متقابل اقتصادی در حال طراحی است که تولید آن بالغ بر ۱۰۰ هزار تن مخمرهای خوراکی بوده و در موزیر در روسیه ساخته خواهد شد. این طرح تولیدی باید میزان پروتئین حیوانی عرضه شده در کشورهای عضو را ۱۵ تا ۲۵% بهبود بخشد.

در حال حاضر ان ـ آلکان های استخراج شده، مهمترین مواد خام پتروشیمیایی مورد استفاده هستند. تولید پروتئین های مخمری از متانول در حال پیشرفت است، اما تاکنون موفقیت زیادی به همراه نداشته است. در چک واسلواکی تأیید شده است که اتانول صنعتی بهترین منبع کربن دار جهت تولید پروتئین های مخمری است و تولیدی معادل ۵ هزار تن در سال ۱۹۹۰ برای آن پیش بینی می شود.

بحران انرژی و افزایش قیمت مواد پتروشیمیایی، بعلاوه هزینه های بالا در سرمایه‌گذاری در مقایسه با خوراکهای پروتئینی معمولی، در اغلب کشورها موجب ایجاد شرایط نامطلوب برای تولید پروتئین مخمری در مقیاسهای بزرگ صنعتی شده است. با وجود این، پروتئین مخمری هنوز منبعی با قابلیتهای بالا محسوب می شود. ممکن است در آینده جهت تولید پروتئین میکروبی به مواد لیگنوسلولزی توجه بیشتری شود.

 

 

ترکیبات لیگنوسلولزی:

کاه و ضایعات حاصل از صنایع چوب، مهم ترین ترکیبات این گروه هستند. این ترکیبات، منابعی از انرژی با هیدروکربن های فراوان و مقادیر کم مواد معدنی و ویتامین ها هستند. حدود ۲۰% از کل چوب در صنایع به ضایعات تبدیل می شود. این مواد در کارخانه های چوب انباشته شده و معمولاً به میزان ناچیزی مورد استفاده قرار می گیرند. ضایعات غیرقابل استفاده، بخصوص شاخه و برگها، پس از چند مرحله فرآوری می توانند در تغذیه دام مورد استفاده قرار گیرند. با وجود این، این منابع بسیار پراکنده بوده و با دشواری می توان مقادیر زیادی از آنها را به منظور تولید خوراک دام جمع آوری نمود.

از نقطه نظر کیفیت، مواد جنبی مایع و جامد حاصل از عمل آوری مکانیکی و شیمیایی چوب، مورد توجه بیشتری قرار گرفته اند. در چک واسلواکی سالیانه ۷۰۰ هزار تن خاک اره تولید می شود که تنها ۵/۳% از آن مورد استفاده بعدی قرار می گیرد. ترکیب اصلی ضایعات چوبی، لیگنوسلولز است. لایه لیگنینی مهم ترین مانع هضم سلولز است. ترکیب پیچیده لیگنو پلی ساکاریدی باید تجزیه شود تا سلولز در دسترس میکروارگانیسم های موجود در پیش معده نشخوارکنندگان قرار گرفته و به همراه مکملهای مناسب به تولیداتی مانند گوشت و شیر تبدیل شود. به نظر می رسد فرآوری چوب، تحت حرارت بالا و فشار، مؤثرترین و اقتصادی ترین فنّاوری برای تجزیه جزیی چوب است.

خاک اره فرآوری شده بدین طریق، قابلیت هضمی معادل علوفه خشک با کیفیت متوسط داشته و می تواند به طور کامل جایگزین بخش علوفه ای جیره نشخوارکنندگان شود. تجهیزات مورد نیاز برای عمل آوری تحت فشار خاک اره و روش حرارت در فشار بالا نیز به طور مطلوبی تکامل یافته اند.

مواد حاصل از تجزیه کامل ضایعات لیگنوسلولزی، می توانند صرف تولید پروتئین مخمری برای حیوانات تک معده ای شوند و یا به عنوان منبع انرژی به صورت مستقیم در تغذیه نشخوارکنندگان به کار روند. با استفاده از تجزیه می توان منابع عظیمی جهت تولید پروتئین میکروبی ایجاد نمود. در حال حاضر، تولید صنعتی پروتئین مخمری در روسیه در مرحله بهره برداری آزمایشی بوده و در بلغارستان پژوهشهایی براساس تجزیه اسیدی غیر مستمر در دست انجام است. یک طرح صنعتی برای تولید پروتئین مخمری از ترکیبات سلولزی تجزیه شده با ظرفیت ۴۰ هزار تن در چک واسلواکی راه اندازی شده است. همچنین نتایج امیدوارکننده ای توسط روشهای زیستی عمل آوری سلولز، بخصوص با استفاده از قارچ سفید برای تجزیه لیگنین به دست آمده است. این تجزیه اجازه می دهد که سلولز در شرایط آزمایشگاه به گونه ای مشابه با مایع هضمی شکمبه، به طور مؤثری تجزیه شود.

ضایعات مایع مانند زایلوسل که یکی از مواد مستخرجه از درخت راش در هنگام تولید خمیر کاغذ است، از منابع عظیمی هستند که بسادگی فرآوری می شوند. ترکیب دیگر، ملاس چوب است که طی تولید صفحات فیبری در روش فرآیند مرطوب به دست می آید. هر دو ماده به طور کامل قابل جایگزینی با ملاس هستند. در چک واسلواکی، این مواد یک منبع بالقوه ۳۰ هزار تنی از ساکاریدهای مایع با ۵۰% ماده خشک را تشکیل می دهند که می تواند در تغذیه نشخوارکنندگان مورد استفاده قرار گیرد؛ در حال حاضر، فقط ۲ هزار تن از این مواد مصرف می شوند. ضایعات مایع برای تولید پروتئین میکروبی نیز مناسب هستند. علاوه بر این، با مصرف ضایعات، بعضی از رودخانه ها تا ۷۸% تمیزتر می مانند. خاک اره بعد از فرآوری مناسب، به همراه ضایعات مایع حاوی قندها و مواد ازته غیر پروتئینی، می تواند سهم مهمی در تأمین بخش علوفه ای جیره نشخوارکنندگان داشته باشد. ضایعات مایع گوگردی که یکی از محصولات فرعی تولید خمیر کاغذ است، برای تولید پروتئین تک سلولی به کار می رود. در حال حاضر، ۶۲۰۰ تن مخمر خوراکی از ضایعات مایع گوگردی در چک واسلواکی تولید می شود. با افزودن اتانول صنعتی به ضایعات مایع گوگردی، می توان این ظرفیت را تا ۲۶ هزار تن افزایش داد و در هفتمین برنامه ۵ ساله، ظرفیت تولیدی معادل ۳۴ تا ۳۷ هزار تن مخمر خوراکی به دست آورد. هم اکنون در چک واسلواکی امکان تولید ۴۴ هزار تن پروتئین میکروبی تحت بررسی است.

 

 

 

ضایعات کراتینی:

پر، مهمترین منبع ضایعات کراتینی است.در سال ۱۹۹۰، کل ضایعات پر در چک‌واسلواکی معادل ۱۳ هزار تن بود. ۵% از کل وزن طیور ذبح شده را پر تشکیل می دهد؛ بنابراین، در آینده می توان سالیانه ۳۹۰۰ تن پودر پر با مقدار ازت بالا (۸۷%) تولید نمود. از این محصول می توان در کنسانتره های جوجه های گوشتی با نسبت ۵% از جیره استفاده کرد. نتایج رضایت بخشی از فرآوری پر تحت فشار بالا به همراه سایر ضایعات طیور (روده، سر و پاها) به دست آمده است. تخمین زده می شود کل خوراک تهیه شده از این طریق ۱۰ هزار تن در سال، یعنی، حدود۱۰% از کل کنسانتره های خوراکی دام باشد.

سایر ضایعات کراتینی مثل موی ضایعاتی و شاخ نیز منابعی شناخته‌شده هستند. با وجود این، قبل از استفاده از این مواد در مخلوطهای غذایی، باید آنها را از نظر ارزش غذایی مورد آزمایش قرار داد. در چک واسلواکی سالانه ۶۰۰ تن از این ضایعات تولید می‌شوند.

 

 

ضایعات چرم سازی:

ضایعات حاصل از مراحل چرم سازی را می توان در تغذیه حیوانات اهلی مورد استفاده قرار داد. ضایعات تولید شده شامل: تراشه های نرم پوست و سریشم حیوانی (بترتیب شامل ۲۴ و ۳/۵% از وزن پوست) هستند، همچنین یک پوست، ۷۵ تا ۹۰ گرم فرآورده ای موسوم به پروتئین آهکی کلاژن تولید می کند. میزان ازت در تراشه های نرم پوست و پروتئین آهکی کلاژن مشابه پودر ماهی بوده، ولی متیونین، لیزین و هیستیدین کمتری دارند. خوراک به دست آمده از غنی سازی این ضایعات با اسیدهای آمینه می تواند به عنوان جزوی از جیره جوجه های گوشتی (۴% از جیره غذایی) به کار رود. همچنین از سریشم حیوانی می توان به نسبت ۷ تا ۸% از جیره غذایی استفاده کرد. اگر از این منابع پروتئینی بدون مکملهای اسید آمینه ای استفاده شود، باید از نسبت آنها در جیره های غذایی ۵۰% کاسته شود.

 

 

فضولات و محتویات دستگاه گوارش حیوانات مزرعه:

از فضولات حیوانات مزرعه می توان خوراکهای غنی از ازت تهیه کرد. بستر سالن های پرورش طیور به صورت خشک یا سیلو شده در تغذیه نشخوارکنندگان بکار رفته و همچنین فضولات خشک یا سیلو شده بدون بستر گاو، خوک و طیور نیز آزمایش شده اند. در بعضی از مزارع خارج از چک واسلواکی از فضولات گاو و خوک به طرق دیگری استفاده می شود. بخشی از مایع که حاوی میکروارگانیسم ها است، به مصرف تغذیه دامهای تک معده ای می رسد در حالی که باقیمانده مایع جهت استفاده به عنوان آب صنعتی مناسب است. بخش جامد که شامل پلی ساکاریدهای هضم نشده است، در تغذیه نشخوارکنندگان به کار رفته یا بعد از تجزیه صرف تولید پروتئین مخمری می شود.

سامانه های بسیاری برای استفاده از فضولات به عنوان خوراک وجود دارند. فرآیند براساس تولید هوازی و غیرهوازی پروتئین میکروبی، عمل آوری شیمیایی و مکانیکی و سامانه های بازیافت کامل مواد آلی در مزرعه استوار است. چندین فرآیند هوازی که اجازه می دهد از فضولات گاوی در تولید پروتئین میکروبی استفاده شود، توسعه یافته اند. از یک تن فضولات می توان ۵۰ کیلوگرم فرآورده خشک حاوی ۵۰% پروتئین با طیف اسید آمینه ای مشابه کنجاله سویا تولید کرد. همچنین می توان از فضولات به عنوان ماده خام برای فرآیند غیرهوازی استفاده نمود که محصول نهایی آن یک کنسانتره پروتئینی است. روشی برای جداسازی ترکیبات مایع و جامد از فضولات گاو در مزارع بزرگ گاوداری تکامل یافته است که نحوه عمل آن براساس صفحات لرزان و متراکم نمودن است. بخش مایع در مخازن نگهداری شده و می توان از آن به عنوان کود استفاده کرد. مواد جامد، سیلو شده یا به منظور از بین بردن عوامل بیماری زا توسط دستگاهی بر اساس سامانه کورال پاستوریزه می شوند. از فرآورده تولید شده می توان به صورت یک خوراک مستقل یا در حالت مخلوط با خوراکهای معمول در تغذیه گاو استفاده کرد. فرآیند معمول فضولات گاوی شامل عمل آوری با محلول فرمالدئید ۳۷% (۱۰ کیلوگرم hcho برای هر یک تن فضولات) و مخلوط کردن آن در یک همزن مارپیچ است. محصول فورمولاژ نامیده شده و براساس فرآیند گرازون؛ لارسون (۱۹۷۵)، بلافاصله می توان از آن به نسبت ۲۵ تا ۵۰% از کل جیره غذایی استفاده کرد.

استفاده وسیعتر از فضولات گاو و خوک در تغذیه دام به هر نحو که باشد، غیر محتمل است، چون این مواد جزیی از چرخه طبیعی مواد آلی بوده و در صورت بازگشت به خاک در تشکیل هوموس شرکت می کنند. شاید استفاده از فضولات در تغذیه دام بیشتر مختص به گاوداری های بزرگ، واقع در نزدیکی شهرهای بزرگ شود که استفاده از فضولات، زباله های شهری و سایر ضایعات آلی با توجه به حفظ محیط زیست، مورد حمایت قرار می گیرد.

تاکنون در بیشتر سامانه های آزمایش شده و توصیه شده، جنبه های تجاری بر ضروریات اکولوژیکی ارجحیت داشته اند. در چک واسلواکی، تغذیه دام با استفاده از فضولات خشک شده خالص یا همراه بستر طیور مورد توجه قرار گرفته است. منبع اولیه فضولات خالص ۵۰۰ هزار قطعه مرغ است که از آن می توان ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ تن خوراک خشک تولید کرد. همچنین از بستر ۵ میلیون جوجه گوشتی نیز می توان ۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ تن خوراک برای نشخوارکنندگان تولید کرد. به نظر می رسد استفاده از محتویات دستگاه گوارش به همراه خوراکهای تهیه شده از زباله های شهری و خانگی نیز رضایت بخش باشد.

بعضی مراکز پژوهشی در دنیا، تحقیقات را در مورد استفاده از فضولات به عنوان ماده اولیه برای پرورش بی مهرگان شروع کرده اند. لارو خشک شده مگس که به این روش تهیه می شود، می تواند در مخلوط غذایی به کار رفته و در جیره جوجه های گوشتی جایگزین کنجاله سویا و پودر ماهی شود. توده زنده لاروهای به دست آمده، تقریباً معادل ۲۰% از وزن کل فضولات استفاده شده، است. این فرآوری برای فرآیند فضولات خوکها و طیور نگهداری شده در قفس نیز مناسب است. امکان استفاده از این فرآوری در مورد سایر حیوانات مزرعه نیز وجود دارد.

 

 

ازت غیر پروتئینی:

ازت غیر پروتئینی بخصوص اوره از گذشته در چک واسلواکی به صورت یک منبع معمولی در تغذیه نشخوارکنندگان در آمده است. منابع ازت غیر پروتئینی به صورت فزاینده ای مورد توجه قرار می گیرند، زیرا:

۱ـ در تغذیه نشخوارکنندگان ازت غیر پروتئینی در سطحی بالاتر از مقادیر فعلی می تواند جایگزین پروتئین شود.

۲ـ انرژی اضافی مورد نیاز برای ساخت پروتئین میکروبی از ازت غیرپروتئینی را می توان توسط منابع غیرمعمول تأمین نمود.

۳ـ بعضی منابع جدید و بالقوه ازت غیرپروتئینی نیز مورد توجه هستند.

در حال حاضر، استفاده اندکی از منابع ازت غیرپروتئینی می شود. نتایج حاصل از آزمایشهای متعدد نشان می دهند که امکان استفاده مؤثر از ازت غیرپروتئینی همراه با همی سلولز، ترکیبات لیگنوسلولزی تجزیه شده و خاک ارّه عمل آوری شده، وجود دارد. این امر مؤید قابلیت بالای فرآورده های غیر کشاورزی برای مصرف در جیره های غذایی حیوانات چند معده ای است. با افزایش استفاده از مواد تهیه شده از اوره مانند فسفات اوره و بعضی ترکیبات ازته دیگر، ممکن است منابع دیگری نیز رواج یابند.

 

زباله های شهری و خانگی:

زباله های خانگی و رستوران ها یک منبع غذایی قابل توجه هستند. در چک واسلواکی میزان سالانه این زباله ها به ازای هر فرد، معادل ۶/۷۲ کیلوگرم بوده؛ کل زباله تولیدی به ازای هر فرد، نزدیک به ۱۷۰ کیلوگرم است. مواد مغذی موجود در ۵ تا ۷ تن زباله خانگی تقریباً معادل ۱ تن جو است. کل زباله های خانگی تولید شده در شهرهای بزرگ چک و اسلواکی ۳۰۰ تا ۳۵۰ هزار تن است که ارزش تغذیه ای برابر ۵۰ تا ۷۰ هزار تن غلات داشته و می توان از آن ۱۵ تا ۲۰ هزار تن خوراک خوک تولید نمود. همچنین ضایعات صنایع غذایی، توزیع و عرضه مواد غذایی، سالانه بر ۵ میلیون تن بالغ می شوند. فرآوری و استفاده از این زباله ها در جهت تمیز نمودن محیط زیست در بسیاری از شهرهای بزرگ کشورهای جهان در حال گسترش است (روسیه، آمریکا، بلغارستان، دانمارک و غیره).

در چک واسلواکی از ضایعات تولید شده در ۳۴ کارخانه صنایع غذایی، سالانه ۱۴۵ هزار تن خوراک خمیری برای خوکها تولید می شود. میزان ماده خشک این خوراکها بین ۱۰ تا ۲۰% متغیر است. خون و محتویات پیش معده نیز می توانند به عنوان مواد خام برای تولید خوراک خمیری به کار روند.

روشی برای تولید خوراک نشخوارکنندگان براساس فرآیند میکروبی غیر هوازی مواد آلی با منشاء حیوانی که از زباله های خانگی جدا شده اند، تکامل پیدا کرده است. محصولی که بعد از ۴ تا ۷ روز فرآیند میکروبی تولید می شود، بعد از مخلوط شدن با سایر خوراکها و پس از اضافه کردن ملاس و اوره، حبه می شود.

امکان استفاده از لجن حاصل از رسوب فاضلاب در تغذیه دام نیز مورد تحقیق قرار گرفته است. لجن فعال( لجنی که قبل از‌رسوب با هوادهی مداوم از طریق‌زیستی(کشت میکروبی)تا حد‌زیادی تصفیه می شود). با رطوبت مناسب و میزان مجاز فلزات سنگین را می توان به زباله های خانگی که با افزودن ازت غیرپروتئینی و سایر مواد (محتویات شکمبه و سایر اعضای دستگاه گوارش، خون و میسیلیوم) از نظر کیفی بهبود یافته است، اضافه نمود. محصول نهایی استریل و بوزدایی شده و برای رسیدن به سطح ازت مورد نیاز می توان آن را با مقادیر بیشتری از ترکیبات ازته غیر پروتئینی مخلوط نمود. این فرآورده برای تغذیه گاو مناسب است.

استفاده از زباله های شهری در اثر مشکلات سازمانی ناشی از جمع آوری زباله های خانگی و جداسازی اجزای جامد آن، محدود می شود. در آینده روشهایی برای انجام عملیات جداسازی و فرآوری در مقیاسهای بزرگ قابل پیش بینی است. بعضی از این طرحها در گذشته در رم و میلان به بهره برداری رسیده اند. ظرفیت روزانه هر یک از آنها حدود ۶۰۰ تن است و براساس نیاز قابل افزایش است. چنین تأسیساتی برای فرآوری کامل زباله، امکان جداسازی فلزات، شیشه و کاغذ را فراهم می کند و منجر به تولید محصولاتی واسط می شود. کاغذ می تواند جهت تولید خوراک نشخوارکنندگان به کار رود. از ضایعات مواد غذایی برای تولید خوراک دام به شکل خمیر یا حبه استفاده می‌شود. بقیه مواد آلی بعد از فرآوری به کود تبدیل می شوند. این روش دفع زباله در شهرهای بزرگ به طور مؤثری با پاک کردن اکولوژیکی و حفظ محیط زیست مطابقت دارد.

 

 

بعضی منابع دیگر از خوراکهای غیرمعمول:

بعضی از ضایعات صنایع شیمیایی و ذوب فلزات می توانند به طور مؤثری در تغذیه دام مورد استفاده قرار گیرند. در چک واسلواکی، سالانه حدود ۵ هزار تن مایع غلیظ حاوی پنتوزان ها که در نتیجه تولید پنتا اریتریتول به دست می آید، با موفقیت مورد استفاده قرار می گیرد. میزان انرژی آن تقریباً معادل ملاس چغندرقند بوده و به علت قابلیت چسبندگی خوب برای تولید خوراکهای حبه ای بسیار مناسب است. استفاده از ضایعات کربوهیدراتی حاصل از صنعت فیبر مصنوعی نیز در تغذیه نشخوارکنندگان امیدوار کننده است.

پیش از آنکه ضایعات غیر آلی مورد توجه قرار گیرد، فقط از بنتونیت به عنوان یک متعادل کننده میکروارگانیسم های شکمبه گاو به طور جزیی استفاده می شد. گرد و غبار حاصل از تولید سیمان می تواند برای حیوانات مزرعه منبعی از کلسیم و بعضی از مواد معدنی کم نیاز باشد.

این بررسی مختصر در مورد منابع خوراکی غیرمعمول، نشان می دهد که امکان استفاده از مواد مکمل زیادی در مواد خوراکی دام وجود دارد و این مواد می توانند نقش قابل توجهی در حل مشکل کمبود پروتئین ایفا کنند. با وجود این، بدون انجام مراحل معینی از فرآوری اولیه، استفاده از تمام این منابع غیرمعمول در تغذیه دام امکان پذیر نیست. این مراحل به خصوصیات ماده خام مورد استفاده بستگی دارند.

هنوز مسایل بسیاری مانند تجزیه میکروبی مواد، تعیین کیفیت و ارزش غذایی، کیفیت خوراکهای تهیه شده در رابطه با بیماریهای دامی، آزمایش امکان استفاده از خوراکهای غیرمعمول برای حیوانات مختلف مزرعه، طبقه بندی خوراکها بر حسب کیفیت و امکان استفاده از مواد غذایی جدید در مکملهای مخلوط، وجود دارند که باید حل شوند.

 

 

 

منابع خوراکی غیرمعمول و محیط زیست:

مورد استفاده قرار دادن ضایعات حاصل از موجودات زنده، موضوعی است که تا حد زیادی مرتبط با مسایلی مانند استفاده از اکوسامانه طبیعی و موجودات زنده مختلف در حال رقابت با یکدیگر است؛ با علم به آنکه کل سامانه توسط انرژی خورشیدی پشتیبانی می شود. گیاهان انرژی خورشیدی را ذخیره کرده و سپس توسط حیوانات علفخوار مصرف می شوند که این حیوانات نیز غذایی برای سایرین هستند. در انتهای این زنجیره میکروارگانیسم هایی وجود دارند که بر پیکر گیاهان و حیوانات مرده زیست می کنند. بنابراین، تولید خوراکهای غیرمعمول بر پایه رشد میکروارگانیسم ها بر مواد گیاهی از نقطه نظر حفظ محیط زیست و همچنین تولید پروتئین مفید است. هنوز مشکلاتی در استفاده مؤثرتر از انرژی خورشیدی ذخیره شده در گیاهان مثل چوبها و منابع انرژی ناشی از ضایعات حیوانی، وجود دارد. در گذشته بسیاری از مواد با منشأ کشاورزی و جنگلی به طور سامانهاتیک مورد استفاده قرار نمی گرفتند و معمولاً وارد چرخه اولیة تولیدات کشاورزی می شدند. طی چرخه ثانویه تا حدی می توان از این مواد به عنوان منابع انرژی و پروتئین برای دام استفاده کرد. امروزه فنّاوری جدید، امکان استفاده مؤثرتر را از موادی که دفع آنها تاکنون مسأله ساز بوده است، ایجاد نموده است.

استفاده مؤثرتر از ضایعات و محصولات فرعی به علّت فشارهای اکولوژیکی و اقتصادی اجتناب ناپذیر است. ضایعات را باید مواد خام با ارزشی محسوب کرد که در صورت عدم مصرف باعث آلودگی محیط زیست می شوند. در حقیقت، استفاده از ضایعات، در حال تبدیل به یک تکلیف اقتصادی برای رفع کمبود مواد خام و انرژی از یک طرف و مسایل اکولوژیکی از طرف دیگر است. تعجب آور نیست اگر گفته شود که بازیافت موفقیت آمیز ضایعات به آنها ارزشی معادل طلا می دهد.

ضرب المثلی می گوید: “ ضایعات، مواد خامی هستند که در مکانی اشتباه جای گرفته اند“ .

افزایش آلودگی آب، خاک و اتمسفر توسط ضایعات جامد، مایع و گازی، و خطر کاهش منابع طبیعی، دلایل اصلی استفاده از ضایعات هستند. در اینجا منظور از ضایعات، ضایعات حاصل از موجودات زنده بوده که می توانند در چرخه ثانویه کشاورزی مورد استفاده قرار گیرند. هدف از فرآوری ضایعات، حذف اثرات منفی آنها بر محیط زیست و باز گرداندن آنها به چرخه طبیعی در قالب خوراک برای حیوانات مزرعه است. محدودیتها و اولویتهای اولیه، عبارتند از: پاکیزگی محیط زیست و حفظ تعادل اکوسامانه. تحقیق در مورد یافتن راههایی برای دفع ضایعات، مشکلات فزاینده ای ایجاد نموده است. در مورد فرآورده های با منشأ حیوانی به دلیل اینکه این مواد قابلیت برگشت به چرخه تولیدات را دارند، راه حل آسان است. این چرخه کوتاه، بسیار مؤثر است. فرآورده های فرعی با منشأ گیاهی که از تولیدات کشاورزی و جنگلداری، صنایع چوب و دفع زباله های شهری ناشی می شوند، می توانند به طرق مختلف مورد استفاده قرار گیرند، برای مثال، سوزاندن خاک ارّه و زباله های شهری یکی از راههای ممکن است. احتمالاً روشهای مناسبی برای عمل آوری شیمیایی ضایعات مایع و جامد ناشی از صنایع چوب، ابداع خواهد شد. با وجود این، معیارهای اقتصادی که نیازهای اکولوژیکی را نادیده می گیرند، مطلوب نیستند.

بعضی ترکیبات لیگنوسلولزی تجدید پذیری تقریباً نامحدودی دارند. برگها، شاخه ها، خاک ارّه و سایر تولیدات فرعی، همیشه به چرخه مواد آلی در طبیعت باز می گردند. این امر نقشی مهم در حفظ اکوسامانه جنگل دارد. مقادیر انبوه ضایعات ناشی از صنایع بزرگ چوب نیز باید به سامانه طبیعی باز گردانده شوند؛ مثلاً به نظر می رسد کمپوست سازی سریع ترین و عملی ترین راه بازگرداندن پوست درخت به طبیعت باشد. امکان استفاده از ضایعات مایع(زایلوسل و ملاس چوب) در تغذیه دام از نقطه نظر زیستی اهمیت بسزایی دارد. این یک روش در استفاده مؤثر از محصولات فرعی به صورت هماهنگ با مراحل طبیعی چرخه های مواد آلی بوده و در عین حال حفظ محیط زیست نیز تأمین می گردد. در حقیقت، در مورد استفاده کاملتر و مؤثرتر از انرژی ذخیره شده در چوب و سایر مواد حاوی لیگنین، مشکلاتی وجود دارد و در این مورد به فنّاوری های ویژه ای نیاز است. در طبیعت، این منابع انرژی توسط علفخواران مصرف می شوند. این حیوانات ترکیبی ایده آل از ماکروارگانیسم ها و میکروارگانیسم ها (در شکمبه) بوده و در اکوسامانه های علفزاری دیده می شوند. اکنون این حیوانات به تبدیل کننده های تولیدات ثانویه اکوسامانه پیشرفته به پروتئین حیوانی مورد نیاز برای تغذیه انسان تبدیل شده اند. استفاده مؤثر از ضایعات توسط نشخوارکنندگان اهلی، در حقیقت، یک مرحله طبیعی از چرخه مواد آلی است.

باید توجه داشت که اگر روشی مانند سوزاندن خاک ارّه و زباله های شهری بهترین راه حل محسوب شود و انرژی آزاد شده از آن تنها فرآورده مورد نیاز باشد، بخوبی ثابت شده است که این راه حل ممکن است عواقب زیان بار اکولوژیکی به دنبال داشته باشد. بنابراین، این سؤال قابل طرح است که آیا جستجو برای یافتن راههای زیستی جهت دفع این ضایعات سودمند نخواهد بود؟

بندرت مولکول آلی یافت می شود که نتوان از آن به عنوان غذا برای موجودی اعم از گیاه، حیوان یا میکروارگانیسم استفاده کرد. خاک ارّه را می توان به گونه ای فرآوری نمود که در تغذیه نشخوارکنندگان مورد استفاده قرار گیرد. خاک ارّه تجزیه شده برای تولید پروتئین مخمری مناسب است (منابع بالقوّه موجود در چک واسلواکی بالغ بر ۱۰۰ هزار تن در سال تخمین زده می شوند).

زباله های شهری حاوی ۵۰ تا ۸۰% مواد آلی در قالب ضایعات غذایی و کاغذ هستند. این سؤال مجدداً مطرح می گردد که : آیا از جنبه اکولوژیکی سوزاندن تنها راه و صحیح ترین راه استفاده از زباله های شهری است؟ آیا بهتر نیست مواد آلی تجزیه شده و به زنجیره غذایی بازگردانده شوند؟ (مثلاً با تبدیل به کمپوست یا خوراک دام). ما این سؤالها را برای حفظ بیوسفر، افزایش تجدیدپذیری و بهبود بهره وری آن با توجه به رشد جمعیت جهان مطرح می کنیم. ما باید به این سؤالها پاسخ گوییم و راه حلهایی پیدا کنیم تا در شرایط کنونی که توازن طبیعت به واسطه فعالیتهای انسان مختل شده است، توازن با طبیعت مجدداً برقرار شود.

پیش از به کار بردن کودهای تجارتی، ضایعات ناشی از فعالیتهای انسان به آسانی به چرخه های طبیعی باز می گشتند . گیاهان به مصرف تغذیه انسان می رسیدند، در حالی که از کار حیوانات در صنایع استفاده می شد. بخش اعظم ضایعات حاوی مواد زیستی حاصل از گیاهان، انسانها و دامها و نیز صنایع به طور مستقیم یا بعد از تبدیل به کودهای دامی، به خاک بازگردانده می شد. بخش قابل توجهی از ضایعات در گودالها دفن یا سوزانده می شدند. تولید صنعتی کودها، تغییر تقریباً بارزی در چرخه مواد ایجاد نموده است. کودهای معدنی از مواد خام معدنی تولید می شوند. حفر معادن و عملیات مربوط به آن محیط زیست را آلوده می کنند (شکل۴ را ببینید که نشانگر اثرات زیست محیطی است). افزایش تولید کودهای معدنی منجر به ایجاد یک جریان متراکم از مواد می شود که به صورت خطی افزایش یافته و نتیجه آن آلودگی فزاینده محیط زیست است. دفن کردن و سوزاندن ضایعات، باعث آلودگی آب، خاک و اتمسفر می شود. تمام این موارد منجر به دور ماندن بیشتر زباله های آلی از جریان خطی مواد (یعنی ورود به چرخه های طبیعی)، کاهش درجه آلودگی محیط و حفظ مؤثرتر محیط زیست می گردند.

بیشتر ضایعات حاوی مواد زیستی قبل از این که به عنوان مواد مغذی به مصرف گیاه یا دام برسند، نیاز به فرآوری دارند. روشهای فرآوری شامل روشهایی مانند کمپوست سازی از زباله ها، عمل آوری ضایعات صنعتی و تبدیل آنها به کود، فرآوری پسابها و تبدیل ضایعات به خوراکهای دامی است. این فرآیندها احتیاج به توانایی های مختلفی داشته و در عین حال ممکن است با درجات مختلف محیط زیست را آلوده کنند(شکل۴، el3)