Menutup siklus nutrisi antara wilayah perkotaan dan pedesaan: studi kasus yang menganalisis potensi teknis daur ulang pupuk dari pabrik biorefineri perkotaan

Abstrak
Populasi dunia diperkirakan akan tumbuh dengan cepat, dengan sebagian besar orang tinggal di daerah perkotaan. Oleh karena itu, menutup siklus nutrisi semakin penting untuk ketahanan pangan dan stabilitas lingkungan. Namun, di Jerman, pengolahan limbah organik dan hijau serta lumpur limbah (berasal dari air limbah) saat ini mencakup pengomposan dan pembakaran bersama, yang mengakibatkan hilangnya nutrisi yang signifikan. Makalah ini menganalisis potensi teknis konsep biorefineri perkotaan baru untuk daur ulang mineral nutrisi tanaman dari aliran limbah dan air limbah di wilayah metropolitan. Menggunakan wilayah Stuttgart sebagai studi kasus, empat konsep biorefineri modular dinilai, termasuk presipitasi fosfor, penyerapan gas membran, dan biokonversi berbasis serangga. Teknologi ini menghasilkan pupuk daur ulang yang berharga – seperti amonium sulfat, struvite, dan pupuk NPK organik – yang memenuhi persyaratan hukum tetapi berbeda dalam konsentrasi nutrisi dan ketersediaannya bagi tanaman. Penerapan teknologi biorefineri yang dievaluasi berpotensi menggantikan hampir semua pupuk konvensional yang digunakan di wilayah Stuttgart dengan pupuk daur ulang yang diproduksi secara regional, sekaligus mengurangi dampak lingkungan dan menciptakan peluang ekonomi dalam bioekonomi sirkular. Untuk mewujudkan potensi ini, perlu untuk mengolah tidak hanya limbah organik dan hijau, tetapi juga semua aliran air limbah perkotaan di biorefineri perkotaan. Akhirnya, konsep biorefineri perkotaan diusulkan yang secara optimal mencocokkan aliran limbah dan teknologi biorefineri tertentu, memungkinkan pemulihan nutrisi dari limbah organik dan air limbah serta mendukung pengembangan strategi sirkular yang disesuaikan secara regional.

Perkenalan
Produksi tanaman pertanian memerlukan masukan nutrisi untuk memastikan pertumbuhan tanaman yang efisien, hasil panen yang layak secara ekonomi, dan nilai gizi yang tinggi. Fosfor (P) dan nitrogen (N) adalah makronutrien esensial dan komponen utama kehidupan dalam kerangka batas planet. 1 Pertanian modern biasanya menggunakan P dan N dalam bentuk pupuk mineral yang tersedia bagi tanaman, yang memainkan peran penting dalam memastikan ketahanan pangan bagi populasi yang terus bertambah. 2 , 3 Namun, penggunaan dan produksi pupuk mineral dikaitkan dengan dampak lingkungan yang parah, karena pelepasan N dan P dari pupuk memiliki dampak ekosistem dan iklim jangka panjang, melampaui batas planet dan menyebabkan eutrofikasi ekosistem darat dan laut. 1 , 4 Daur ulang nutrisi menawarkan peluang yang menjanjikan untuk membawa aliran N/P ke dalam kisaran operasi yang aman. 4

Pupuk fosfor diproduksi dari batuan fosfat, yang tidak merata di seluruh dunia. Sekitar 70% cadangan P global terletak di Maroko. 5 Konsentrasi ini menciptakan risiko sistemik yang terkait dengan perkembangan geopolitik, dinamika perdagangan regional, dan kerentanan fisik rute transportasi utama. 6 , 7 Ketergantungan tersebut meningkatkan paparan terhadap gangguan eksternal, seperti yang dicontohkan oleh insiden baru-baru ini pada rute perdagangan internasional seperti insiden maritim di Terusan Suez dan ancaman pembajakan regional. 8 Batuan fosfat yang ditambang di Sahara Barat juga memiliki konsentrasi polutan yang relatif tinggi seperti kadmium dan uranium, yang memerlukan langkah-langkah pemurnian yang mahal sebelum diproses lebih lanjut menjadi pupuk P. 5 , 7 Biaya produksi tambahan ini tercermin dalam harga pupuk berikutnya. Penambangan batuan fosfat membutuhkan banyak air, yang tidak hanya memberi tekanan lebih lanjut pada sumber daya yang terbatas tetapi juga membahayakan ekosistem laut karena air penambangan sering terkontaminasi. 9 Kekhawatiran tentang tercapainya puncak fosfor dalam beberapa dekade mendatang menjadi subjek perdebatan yang terus berlangsung, 10 yang mengarah pada regulasi seperti peraturan air limbah nasional Jerman tahun 2017 untuk memulihkan P dari air limbah dan lumpur limbah untuk digunakan kembali dalam produksi pertanian. 11

Sementara P ditambang, pupuk N diproduksi dengan mengikat nitrogen atmosfer melalui proses Haber–Bosch yang membutuhkan banyak energi dan terutama berbasis bahan bakar fosil. 12 Proses ini sering kali menggunakan gas alam (mencakup sekitar 80% dari biaya pupuk N), sehingga harga pupuk N sensitif terhadap fluktuasi harga gas. 13 Akibatnya, ketergantungan ini membuat harga pupuk N rentan terhadap guncangan eksternal yang disebabkan oleh krisis regional atau global (seperti perang di Ukraina atau ekonomi pasca-COVID). Dari April 2021 hingga April 2022, harga pasar urea meningkat sebesar 182%, terutama karena kenaikan harga gas alam sebesar 139%. 13 – 15

Selain risiko ekonomi, produksi pupuk N memiliki beberapa dampak lingkungan karena tingginya kebutuhan bahan bakar fosil dan emisi gas rumah kaca (GRK). Produksi pupuk N menyumbang sekitar 1,2% dari konsumsi energi primer global. 16 Dalam proses Haber-Bosch, amonia (NH 3 ) disintesis menggunakan hidrogen (H), yang biasanya diperoleh melalui steam-reforming gas alam, yang menghasilkan emisi karbon dioksida dan metana. 17

Dengan populasi global yang diperkirakan akan melampaui 9,7 miliar pada tahun 2050 18 permintaan akan makanan – dan akibatnya untuk pupuk – akan terus meningkat. Karena P dan N merupakan nutrisi yang tidak dapat digantikan yang penting untuk produktivitas tanaman, memastikan ketersediaannya yang berkelanjutan akan menjadi semakin penting. Daerah perkotaan merupakan pusat konsumsi utama tetapi juga menyediakan sumber nutrisi yang dapat dipulihkan melalui aliran limbah terkonsentrasi seperti air limbah, lumpur limbah, dan limbah biogenik. 19 Mengintegrasikan pemulihan pupuk perkotaan ke dalam sistem manajemen nutrisi sirkular dapat menawarkan banyak manfaat, mengurangi polusi lingkungan dan mendukung ketahanan pasokan pupuk lokal atau regional dalam menghadapi peningkatan permintaan.

Limbah organik diproses terutama di pabrik biogas dan instalasi pengomposan. Pengomposan menghasilkan produk kaya nutrisi yang bermanfaat bagi perkembangan tanaman tetapi membutuhkan waktu lama dan memerlukan banyak ruang, yang sering kali menyebabkan fasilitas pengomposan terlalu penuh. 20 Pemulihan nutrisi dari kompos juga terbatas karena hilangnya nitrogen gas dan nutrisi yang terikat dalam struktur organik yang tidak tersedia untuk tanaman. 21 Praktik penerapan lumpur limbah ke lahan pertanian menurun karena polutan dan patogen, yang menyebabkan menurunnya penerimaan di antara petani dan meningkatnya pembatasan regulasi tentang pemanfaatan. 22 Di Jerman, 80% lumpur limbah saat ini dikeringkan dan dibakar, sebagian besar dalam proses ko-insinerasi, 23 yang menghasilkan transformasi P menjadi bentuk yang kurang tersedia bagi tanaman. 24 , 25 Berbagai teknologi difokuskan pada pemulihan nutrisi dari lumpur limbah tetapi studi ini menilai tahap-tahap awal dalam rantai proses. Nutrisi dianggap dapat diperoleh kembali secara langsung dari air limbah sebelum terbentuknya lumpur, yang mungkin dapat meningkatkan efisiensi pemulihan dan mengurangi volume lumpur. Tanaman hanya dapat memanfaatkan P dalam bentuk tertentu atau terikat dalam struktur tertentu dan hal ini menjadi tantangan dalam pemulihan nutrisi dari lumpur yang dibakar.

Banyak wilayah metropolitan di seluruh dunia menghadapi tantangan serupa berkenaan dengan dampak lingkungan dari limbah, hilangnya nutrisi, dan ketergantungan pada pupuk. 26 Untuk memenuhi persyaratan peraturan di masa mendatang dan untuk memungkinkan penutupan siklus nutrisi pada tingkat yang lebih besar, teknologi baru akan dibutuhkan bagi kota-kota untuk meningkatkan pemulihan nutrisi dan ketahanan pupuk mereka.

Limbah organik dan aliran air limbah kaya akan nutrisi, namun nutrisi ini sebagian besar terikat dalam bentuk organik yang tidak tersedia secara langsung bagi tanaman. Misalnya, P sering kali tertanam dalam struktur molekul organik yang kompleks. Mineralisasi diperlukan untuk memecah struktur ini menjadi bentuk anorganik terlarut yang tersedia bagi tanaman (H 2 PO 4 − dan HPO 4 2− ). Demikian pula, N dapat tertanam dalam protein atau senyawa organik, yang memerlukan konversi menjadi amonium (NH 4 + ) atau nitrat (NO 3 − ) untuk diserap oleh tanaman. Hal ini menekankan perlunya teknologi pemrosesan yang mengubah nutrisi yang terikat secara organik menjadi bentuk mineral untuk menghasilkan pupuk daur ulang yang cocok untuk penggunaan pertanian. Studi terbaru telah menunjukkan bahwa teknik yang menjanjikan memang ada (sorben atau biochar yang dimodifikasi untuk pemulihan P) tetapi sering kali dikaitkan dengan tantangan ekonomi atau operasional. 27 , 28 Kelayakan pemulihan nutrisi karena itu terkait erat dengan potensi lingkungan serta pertimbangan teknologi dan ekonomi.

Ada sejumlah proses biorefineri yang menjanjikan yang dijelaskan dalam literatur yang menggunakan berbagai teknologi untuk mengubah limbah menjadi produk yang bernilai. 29 Proses-proses ini sering kali menghasilkan berbagai produk, dengan nutrisi yang diperoleh kembali sering kali menjadi produk sampingan. Aliran limbah yang terkonsentrasi secara lokal menjadi sumber daya yang semakin relevan untuk ekstraksi nutrisi dalam biorefineri, yang mengarah pada lebih banyak penelitian tentang pupuk daur ulang yang efisien. 30 – 33 Pupuk-pupuk ini mendapatkan perhatian yang lebih luas secara global dalam konteks ekonomi sirkular, karena kelemahan produksi dan penggunaan pupuk mineral semakin diakui. 4 Memperkuat ketahanan nasional terhadap risiko lingkungan dan pasokan yang terkait dengan pupuk harus diprioritaskan. Dari perspektif iklim, pupuk daur ulang dianggap sebagai bioproduk yang paling menjanjikan untuk membantu mengurangi emisi GRK dari produksi pupuk. 34

Untuk memungkinkan daur ulang nutrisi yang efektif, sistem biorefineri untuk pengolahan aliran limbah perkotaan perlu dikembangkan untuk konteks dan infrastruktur regional. Atas dasar ini, kami memutuskan untuk mengeksplorasi sistem biorefineri perkotaan untuk pengolahan limbah organik dan air limbah dalam studi kasus regional. Kami memilih kota Stuttgart, Jerman karena berbagai proyek demonstrasi biorefineri telah dilaksanakan di sini, yang darinya data teknis dapat diperoleh.

Empat konsep biorefineri modular telah dibangun di kawasan Stuttgart dengan dukungan program pendanaan Dana Pembangunan Regional Eropa (ERDF), untuk menunjukkan pada skala percontohan kelayakan pemanfaatan, dan daur ulang nutrisi, dari aliran limbah biologis dan air limbah. 35 Konsep ini berfungsi sebagai kasus percontohan untuk pengubahan limbah organik kota dan air limbah menjadi pupuk organik dan produk bernilai tambah lainnya.

Studi kasus ini bertujuan untuk menganalisis potensi teknis daur ulang pupuk yang diproduksi dari aliran samping biorefinery untuk menggantikan pupuk mineral dalam produksi pertanian di wilayah Stuttgart. Untuk tujuan ini, permintaan pupuk mineral saat ini serta jumlah air limbah, limbah organik, dan limbah hijau yang dihasilkan di kota Stuttgart diestimasikan. Kesesuaian pupuk turunan untuk produksi tanaman pangan dievaluasi dan rekomendasi praktis untuk penerapannya diberikan. Potensi daur ulang nutrisi total dan teknologi dari konsep biorefinery demo juga dianalisis untuk menentukan kontribusinya dalam menutup siklus nutrisi regional.

Studi ini menyelidiki hipotesis bahwa biorefineri perkotaan dapat memulihkan nutrisi dari aliran limbah perkotaan (limbah organik, limbah hijau, dan air limbah) untuk menggantikan sejumlah besar pupuk mineral berbasis fosil. Mengingat meningkatnya biaya energi, risiko pasokan, dan dampak lingkungan dari pupuk konvensional, studi ini membahas kebutuhan mendesak akan alternatif yang berkelanjutan dan kompetitif secara ekonomi.

Bahan dan metode
Pendekatan metodologis dibagi menjadi tiga langkah. Pertama, analisis kesesuaian-kesenjangan dilakukan, dengan membandingkan sifat-sifat yang dibutuhkan pupuk daur ulang untuk pengenalan pasar dengan karakteristik produk yang diperoleh dari biorefineri yang diteliti. Kedua, analisis potensi area dilakukan untuk menentukan proporsi lahan pertanian yang dapat dipasok dengan pupuk daur ulang yang diproduksi dari limbah organik dan hijau serta air limbah. Ketiga, potensi untuk menggantikan pupuk mineral dianalisis dengan menilai potensi pemulihan N dan P dari teknologi yang diterapkan.

Struktur penelitian makalah ini ditunjukkan pada Gambar 1 .

Sifat-sifat yang dibutuhkan pupuk
Sifat-sifat yang dibutuhkan pupuk dinilai melalui tinjauan pustaka dan dalam diskusi dengan para ahli. Seperangkat kriteria evaluasi ditetapkan untuk menganalisis kesesuaian pupuk yang didaur ulang dari limbah organik dan lumpur limbah. Kriteria ini meliputi:

1. Kepatuhan terhadap kerangka hukum untuk masukan bahan baku, kandungan nutrisi, dan bentuk nutrisi.
2. Bentuk dan konsentrasi nutrisi yang tersedia bagi tanaman.
3. Kandungan polutan relatif terhadap nilai ambang batas legal untuk pengukuran dan pengujian pengendalian.
4. Bentuk fisik pupuk relevan dengan teknik aplikasi.

Kerangka hukum untuk daur ulang pupuk
Kepatuhan terhadap kerangka hukum yang perlu dipertimbangkan untuk penerapan pupuk yang berasal dari aliran limbah dinilai menggunakan skema yang ditunjukkan pada Tabel 1. Untuk studi kasus ini, ketentuan hukum yang berlaku adalah ketentuan hukum Jerman dan Uni Eropa, yang menetapkan persyaratan untuk klasifikasi pupuk, penggunaan, dan persetujuan pasar. Untuk ikhtisar peraturan yang relevan, lihat informasi pendukung .

Tabel 1. Penilaian kepatuhan terhadap standar dan peraturan pupuk yang sah. Tabel ini menunjukkan skema yang digunakan untuk menganalisis semua bahan masukan dan produk pupuk.

Ketersediaan tanaman
Nutrisi dari limbah organik dan lumpur limbah sering terikat dalam struktur organik dan tidak tersedia secara luas untuk tanaman. Bentuk kimia dan ketersediaan tanaman N dan P dalam pupuk daur ulang dinilai melalui analisis laboratorium. Ketersediaan fosfor dievaluasi dengan mengukur spesies P terlarut (H 2 PO 4 − dan HPO 4 2− ) 36 , sedangkan ketersediaan nitrogen dinilai dengan mengukur konsentrasi NO 3 − dan NH 4 + dan senyawa N organik lainnya. Pemrosesan lebih lanjut dan pelet pupuk berbasis lumpur limbah telah terbukti meningkatkan kelarutan P dan efisiensi penggunaan P sekitar 50%. 37 Ini dipertimbangkan dalam kasus di mana nutrisi terikat dalam matriks organik. Klasifikasi pupuk daur ulang sebagai pupuk lepas lambat didasarkan pada bentuk nutrisi dan ketergantungan pada degradasi mikroba untuk membuat nutrisi tersedia bagi tanaman. 38 Semua hasil kemudian dibandingkan dengan kandungan nutrisi minimum untuk pupuk menurut Tata Cara Pupuk Jerman (DüMV), yang dapat ditemukan dalam informasi pendukung .

Kriteria kualitas
Semua pupuk dianalisis untuk mengetahui kualitas yang konsisten, konsentrasi nutrisi, dan potensi keuntungan harga dibandingkan produk yang ada; namun, harga tidak disertakan dalam evaluasi saat ini. Nilai ambang batas untuk polutan, logam berat, dan kotoran lainnya dinilai, dibandingkan dengan kerangka hukum terkait (DüMV). Nilai ambang batas spesifik dapat ditemukan di lampiran . Analisis laboratorium mengikuti prosedur standar.

Sifat fisik
Bentuk fisik pupuk daur ulang diklasifikasikan menjadi padat (bentuk butiran, pelet) atau cair. Aspek-aspek penting seperti kadar air, konsentrasi nutrisi, dan densitas massal dicatat untuk menilai daya angkut dan daya simpannya serta kesesuaiannya untuk proses pertanian standar.

Karakterisasi produk biorefinery
Data mengenai fasilitas penelitian yang menjadi tuan rumah proyek biorefineri dan proses yang terlibat serta keluaran yang dihasilkan dikumpulkan melalui pertukaran informasi yang sering dengan perwakilan dan operator mereka, serta sumber daya daring. Sebagian besar informasi mengenai produk biorefineri dan rantai proses yang digunakan dalam studi ini disediakan oleh Umwelttechnik BW (UTBW), sebuah lembaga yang mempromosikan dan menyelenggarakan pertukaran proyek ERDF melalui proyek yang didanai oleh Kementerian Lingkungan Hidup, Iklim, dan Sektor Energi, yaitu inisiatif ‘Biorefineri Perkotaan dan Industri’. Karena pupuk tidak dihasilkan sebagai produk sampingan dalam proses biorefineri saat ini di InBiRa, biorefineri berbasis serangga, komposisi pupuk yang digunakan didasarkan pada produk dari perusahaan rintisan yang menggunakan input dan teknologi serupa (AlphaGrow, Bruchsaal, Jerman). Selain pengumpulan data melalui pemangku kepentingan dan operator biorefineri, informasi mengenai sifat-sifat yang dibutuhkan pupuk yang berasal dari limbah diperoleh melalui tinjauan pustaka. Tinjauan pustaka dilakukan menggunakan basis data Scopus dengan istilah pencarian ‘sampah organik perkotaan’ DAN ‘lumpur limbah’ DAN ‘pupuk daur ulang’.

Analisis Kesenjangan Kesesuaian
Analisis kecocokan-kesenjangan yang diadaptasi dilakukan untuk mengevaluasi potensi penerapan pupuk daur ulang yang diproduksi oleh biorefineri dari limbah organik dan air limbah. 39 Analisis ini dilakukan dalam dua langkah. Langkah pertama memerlukan analisis sifat-sifat yang diperlukan dari pupuk daur ulang untuk pengenalan dan pemanfaatan pasar. Analisis kecocokan-kesenjangan mempertimbangkan kerangka hukum, nutrisi yang diperlukan untuk penyerapan tanaman, sifat fisik produk, dan standar kualitas yang relevan. Langkah kedua mencakup penilaian sifat-sifat produk yang saat ini diproduksi di biorefineri. Data ini dikumpulkan selama kunjungan lokasi dan melalui komunikasi dengan perwakilan dari Umwelttechnik BW dan proyek-proyek biorefineri itu sendiri. Sifat-sifat pupuk daur ulang yang diidentifikasi dibandingkan dengan persyaratan referensi untuk menentukan kompatibilitasnya dan untuk mengidentifikasi penyimpangan dari sifat-sifat yang ditetapkan oleh standar hukum dan pedoman praktik pertanian yang baik.

Analisis potensi
Potensi untuk mengganti pupuk mineral dengan pupuk yang berasal dari aliran limbah di wilayah Stuttgart dianalisis dengan mengukur pemulihan nutrisi dari hasil biorefinery dan perbandingan selanjutnya dengan permintaan pupuk mineral regional. Ini berfungsi sebagai alat untuk membantu para pemangku kepentingan seperti pembuat kebijakan, operator industri, petani, dan perwakilan biorefinery untuk membuat keputusan yang tepat tentang pengelolaan sumber daya, keberlanjutan pertanian, dan perlindungan lingkungan. Analisis ini juga mempertimbangkan aspek-aspek khusus proses (ketersediaan nutrisi dan kualitas produk) yang mengidentifikasi peluang pengoptimalan proses dalam biorefinery dan teknologi yang digunakan.

Permintaan pupuk di wilayah Stuttgart
Untuk menentukan potensi teoritis penggantian pupuk mineral dengan pupuk daur ulang dari pabrik biorefineri lokal, jumlah pupuk mineral yang saat ini digunakan diperkirakan dengan mempertimbangkan luas lahan subur yang dibudidayakan di wilayah Stuttgart (berdasarkan studi oleh Sponagel et al . 40 ) dan aliran limbah yang tersedia dalam jumlah signifikan dengan kandungan nutrisi yang relevan. Stuttgart saat ini memiliki sekitar 613.000 penduduk, yang menghasilkan aliran limbah perkotaan dalam jumlah yang cukup besar. 41 Studi kasus ini menggunakan data rata-rata masukan pupuk per hektar di Jerman yang diambil dari Organisasi Pangan dan Pertanian (FAO). 42 Tabel 2 menyajikan permintaan pupuk N dan P yang telah ditentukan. Data aliran limbah dikumpulkan melalui korespondensi pribadi dengan karyawan Fraunhofer IGB di Stuttgart, yang bertanggung jawab atas air limbah yang akan diolah di pabrik pengolahan limbah. Untuk limbah hijau dan organik, data diambil dari neraca limbah kota Stuttgart, dan untuk aliran air limbah, dari situs web departemen air limbah kota. 43

Tabel 2. Perkiraan permintaan pupuk di wilayah Stuttgart, Jerman, berdasarkan data lahan subur di wilayah tersebut, yang diadaptasi dari studi oleh Sponagel et al.; 40 ^data tentang aliran limbah dari kota Stuttgart (Fraunhofer IGB, komunikasi pribadi), ⁴⁴ dan data permintaan nutrisi rata-rata, dari Organisasi Pangan dan Pertanian melalui Bank Dunia. ⁴²

Hasil
Rantai proses dan keluaran biorefineri
Semua proyek biorefinery yang dijelaskan dalam makalah ini (masing-masing direncanakan berlokasi dalam jarak sekitar 100 kilometer dari Stuttgart) menghasilkan pupuk selain berbagai produk daur ulang berbasis bio lainnya. Dengan demikian, proyek-proyek tersebut dapat memberikan kontribusi besar terhadap daur ulang nutrisi di wilayah studi kasus. Teknologi yang digunakan dan hasil yang dihasilkan dijelaskan di bawah ini dan ditampilkan secara grafis pada Gambar 2 .

• BW2PRO – biowaste to products ( https://www.bw2pro.de/ ; kontak yang bertanggung jawab: Universitas Hohenheim). Proyek BW2Pro mengembangkan pabrik skala percontohan modular dan mendemonstrasikannya pada skala 1000 kg hari ⁻¹ di pabrik biogas yang sudah ada yang mengolah sebagian besar limbah rumah tangga organik. Proyek ini menyelidiki pra-pengolahan biowaste, hidrolisis termal pada tekanan tinggi, fermentasi berkinerja tinggi, pemisahan dan penggunaan fraksi serat, pemulihan nutrisi, produksi biopolimer dan enzim, dan kombinasinya. Evaluasi ekonomi dan ekologi juga menjadi bagian dari proyek ini. Pemulihan nutrisi diselidiki menggunakan digestat cair dari pabrik biogas skala penuh yang menampung modul biorefinery. Fosfor dipulihkan melalui presipitasi, dengan tingkat pemulihan lebih dari 90% relatif terhadap PO₄–P terlarut. Nitrogen dipulihkan melalui stripping amonia, dengan tingkat pemulihan sekitar 90% untuk amonia terlarut. Kompos dan cairan digestat dari pabrik biogas skala penuh (BW2PRO-BG) dievaluasi di sini bersama produk turunan proyek (BW2PRO-BR) karena keduanya merupakan pemulihan nutrisi terkini. Untuk BW2PRO-BR, 2/3 dari input adalah fraksi cair, yang digunakan untuk produksi pupuk, sehingga menghasilkan jumlah nutrisi yang lebih rendah dibandingkan dengan BW2PRO-BG. Karena kedua jalur teknologi ini menghasilkan jenis pupuk yang berbeda, teknologi dan produknya masing-masing dievaluasi secara terpisah.
• InBiRa – biorefinery berbasis serangga ( https://insektenbioraffinerie.de/ ; kontak yang bertanggung jawab: Fraunhofer IGB). Dalam proyek InBiRa, aliran limbah dan residu makanan dari kantin dan supermarket, serta limbah rumah tangga organik diolah menjadi pakan yang cocok untuk larva lalat tentara hitam. Larva dipanen secara teratur dan biomassa larva yang kaya lemak dan protein diolah menjadi produk biobased baru. Proses biorefinery memisahkan lemak dan protein. Lemak diolah menjadi bahan bakar, pelumas atau bahan pembersih, sedangkan protein diubah menjadi film dan perekat atau digunakan sebagai pakan ternak. Beberapa residu yang tersisa (frass) dari proses biorefinery digunakan untuk menghasilkan kitosan. Frass berpotensi digunakan langsung sebagai pupuk biobased. Tingkat pemulihan N rata-rata sebesar 34,9% hingga 83,0% telah dilaporkan, tergantung pada rasio C:N dari input limbah. ⁴⁵ Potensi pemulihan yang sama diasumsikan untuk P, karena rasio N:P dari pupuk yang dihasilkan kira-kira 1:1.
• RoKKa ( https://www.umwelttechnik-bw.de/de/rokka ; kontak yang bertanggung jawab: UTBW). Proyek ini menyelidiki berbagai cara untuk mengolah filtrat fermenter lumpur limbah. Input yang digunakan adalah air pekat, yang merupakan fraksi cair dari lumpur yang dihasilkan selama proses pengeringan di fasilitas pengolahan air limbah. Biasanya mengandung konsentrasi nutrisi yang tinggi seperti nitrogen dan fosfor. Senyawa nitrogen dan fosfor yang dipulihkan diuji untuk digunakan dalam produksi pupuk daur ulang. Mikroalga juga digunakan untuk menghasilkan bahan penguat tanaman dan pengkondisi tanah. CO2 _yang dihasilkan selama produksi biogas juga digunakan sebagai bahan baku untuk produksi substrat elektrokimia untuk industri kimia. Biorefinery ini menerapkan teknologi ePhos untuk pemulihan P dengan tingkat pemulihan 85%. Nitrogen dipulihkan melalui penyerapan gas membran, yang dilaporkan memiliki tingkat pemulihan 96% ^.
• KoalAplan ( https://www.umwelttechnik-bw.de/de/koalaplan ; kontak yang bertanggung jawab: UTBW): Di pabrik biorefinery ini, amonia dipisahkan dari air limbah menggunakan filter zeolit. N yang diperoleh kembali dapat digunakan sebagai pupuk. Langkah-langkah proses lainnya mencakup pemisahan karbon organik untuk memperoleh asam organik, yang diubah menjadi hidrogen melalui elektrolisis mikroba. Karbon yang tersisa diproses lebih lanjut menjadi polihidroksialkanoat (PHA). Tingkat perolehan kembali sebesar 84,3% untuk P dan 80% untuk N dapat diasumsikan untuk penyaringan zeolit ​​(Wan et al .; ⁴⁷ komunikasi pribadi dengan UTBW).

  

Tabel 3 memberikan gambaran umum mengenai perkiraan tingkat kesiapan teknologi (TRL) dari proyek biorefineri. Perkiraan tersebut didasarkan pada studi yang dilakukan oleh Buchner et al . 48

Tabel 3. Estimasi tingkat kesiapan teknologi (TRL) dari biorefineri yang dipertimbangkan dalam studi ini, berdasarkan studi dari Buchner et al. ⁴⁸

Analisis Kesenjangan Kesesuaian
Tabel 4 dan 5 memberikan hasil analisis fit-gap. Tabel ini menunjukkan semua produk pupuk yang dihasilkan oleh pabrik biorefineri, yang dicirikan oleh kode warna menurut kepatuhan hukum, ketersediaan nutrisi bagi tanaman, kualitas, dan bentuk fisik. Kolom hijau menunjukkan kondisi penerapan yang optimal. Karena pabrik biorefineri BW2PRO terintegrasi ke dalam pabrik biogas yang sudah ada, jalur yang berbeda untuk produksi pupuk dapat dipilih. Proses yang menghasilkan pupuk langsung di pabrik biogas disebut di sini sebagai ‘BW2PRO-BG’; proses modul pabrik biorefineri disebut sebagai ‘BW2PRO-BR’. Kolom kuning menunjukkan sifat-sifat yang memungkinkan penerapan sebagai pupuk hanya dalam keadaan tertentu atau yang memerlukan kegiatan pengelolaan seperti pengolahan lebih lanjut sebelum dapat diterapkan dalam praktik. Kolom oranye menunjukkan sifat-sifat yang membuat pupuk tidak sesuai untuk diterapkan dalam keadaan saat ini.

Tabel 4. Analisis kesesuaian pupuk daur ulang dari pabrik biorefineri, dievaluasi untuk kepatuhan hukum.

Catatan : Tabel ini membandingkan sifat pupuk dengan persyaratan regulasi yang ditetapkan dalam undang-undang nasional dan Uni Eropa. Kolom hijau menunjukkan kondisi penerapan yang optimal. Analisis ini mengidentifikasi pupuk daur ulang yang sesuai dengan hukum yang mampu menggantikan pupuk mineral dalam pertanian.
peraturan pupuk Jerman.
b Peraturan tentang Limbah Hayati Jerman.
c Peraturan lumpur limbah Jerman.

Semua pupuk daur ulang yang diproduksi mematuhi peraturan hukum terkait masukan/bahan baku dan nutrisi yang terkandung. Konsentrasi nutrisi juga mematuhi semua kerangka hukum yang relevan, seperti yang ditunjukkan oleh kolom hijau. Konsentrasi nutrisi pupuk yang diproduksi oleh pabrik biorefinery KoalAplan saat ini tidak diketahui (Tabel 4 ).

Tabel 5. Analisis kesesuaian pupuk daur ulang, dievaluasi untuk ketersediaan nutrisi tanaman.

Catatan : Kolom hijau menunjukkan kondisi penerapan yang optimal. Kolom kuning menunjukkan sifat-sifat yang hanya sesuai dalam keadaan tertentu atau yang memerlukan aktivitas pengelolaan seperti penanganan lebih lanjut sebelum pupuk dapat diterapkan dalam praktik. Kolom oranye menunjukkan sifat-sifat yang membuat pupuk tidak sesuai dalam kondisi saat ini. Evaluasi ini penting karena menilai potensi praktis pupuk daur ulang untuk menggantikan pupuk mineral.

Hasil yang beragam diperoleh berkenaan dengan ketersediaan nutrisi bagi tanaman, seperti yang ditunjukkan Tabel 5. Produk dari BW2PRO-BG dan InBiRa mengandung N dalam bentuk organik dan anorganik dan dengan demikian bertindak sebagian sebagai pupuk lepas lambat. Struvite yang diperoleh dari RoKKa dan BW2PRO-BR juga mengandung sejumlah kecil P yang terikat secara organik. Struvite diklasifikasikan sebagai pupuk lepas lambat. Pupuk lepas lambat digunakan dalam praktik pertanian tetapi nutrisinya tidak mudah tersedia bagi tanaman seperti halnya pupuk mineral konvensional. Pupuk lepas lambat dapat membantu mencegah pencucian nutrisi tetapi dapat menyebabkan konsentrasi nutrisi yang tidak dapat diprediksi di dalam tanah, karena pelepasan nutrisi bergantung pada aktivitas mikrobiologi tanah, kondisi cuaca, dan suhu serta kelembapan tanah. 49 Kolom yang relevan dalam Tabel 5 dengan demikian diwarnai kuning. Sehubungan dengan konsentrasi nutrisi, baik pupuk cair maupun padat yang diproduksi oleh BW2PRO-BG menunjukkan kandungan N dan P yang sangat rendah dan karenanya tidak dapat dianggap sebagai pupuk N/P, seperti yang ditunjukkan oleh kolom oranye. Struvite yang diproduksi dalam proyek biorefineri BW2PRO-BR menunjukkan konsentrasi P yang cukup, sebanding dengan produk struvite lainnya, tetapi kandungan N sebesar 0,9% lebih rendah daripada produk lainnya, karena fakta bahwa pupuk N lain diproduksi dalam biorefineri ini. Kandungan nutrisi produk dari InBiRa lebih tinggi dan memenuhi nilai minimum untuk pupuk NPK organik tetapi tidak sebanding dengan pupuk mineral yang saat ini digunakan, sehingga menghasilkan kolom kuning. Untuk pupuk amonium sulfat dari RoKKa dan BW2PRO-BR, kandungan sulfur (S) perlu diperhitungkan saat menerapkannya dalam strategi pemupukan (kolom kuning). Hal ini dilakukan dengan mengurangi jumlah pupuk S (dalam strategi pemupukan untuk tanaman yang membutuhkan pupuk S tambahan) untuk menghindari surplus sulfat. Hal yang sama berlaku untuk klorida dalam amonium klorida yang diproduksi oleh biorefineri KoalAplan.

Pupuk yang dihasilkan semua pabrik biorefineri sering dikontrol dan diuji. Nilai semua polutan yang diketahui berada dalam ambang batas kerangka hukum, seperti yang disajikan dalam Tabel 6 .

Tabel 6. Analisis kesesuaian-kesenjangan untuk pupuk daur ulang yang dihasilkan oleh biorefineri yang sedang diselidiki, dicirikan menurut kesesuaiannya untuk digunakan berkenaan dengan kualitas.

Catatan : Kolom hijau menunjukkan kondisi penerapan yang optimal. Kolom kuning menunjukkan sifat-sifat yang hanya sesuai dalam keadaan tertentu atau yang memerlukan aktivitas pengelolaan seperti perawatan lebih lanjut sebelum pupuk dapat diterapkan dalam praktik. Kolom oranye menunjukkan sifat-sifat yang membuat pupuk tidak sesuai dalam kondisi saat ini. Analisis ini berkontribusi pada penelitian dengan menilai standar kualitas yang harus dipenuhi untuk memastikan penggunaan yang aman dan efektif dalam pertanian.
peraturan pupuk Jerman.

Tabel 7 menunjukkan evaluasi bentuk fisik pupuk daur ulang. Beberapa pupuk padat, tetapi juga tiga pupuk cair diproduksi, satu di pabrik biorefinery BW2PRO-BG dan dua di pabrik biorefinery yang menggunakan air limbah sebagai bahan baku. Pupuk cair memerlukan mesin yang lebih kompleks untuk diaplikasikan ke tanah. 50 Amonium sulfat yang diproduksi di pabrik biorefinery BW2PRO-BR dihasilkan dalam bentuk cair, tetapi dapat dipasarkan sebagai pupuk padat setelah langkah pengeringan tambahan.

Tabel 7. Analisis kecocokan-kesenjangan untuk pupuk daur ulang yang dihasilkan oleh biorefineri yang sedang diselidiki, dicirikan menurut kesesuaiannya untuk diterapkan berkenaan dengan bentuk fisiknya.

Catatan : Kolom hijau menunjukkan kondisi penerapan yang optimal. Kolom kuning menunjukkan sifat-sifat yang hanya sesuai dalam keadaan tertentu atau yang memerlukan kegiatan pengelolaan seperti penanganan lebih lanjut sebelum pupuk dapat diterapkan dalam praktik. Kolom oranye menunjukkan sifat-sifat yang membuat pupuk tidak sesuai dalam kondisi saat ini. Analisis ini menunjukkan kesesuaian karakteristik fisik pupuk untuk penerapan praktis.

Singkatnya, pupuk struvite yang diproduksi oleh pabrik biorefineri RoKKa dan BW2PRO-BR tampaknya paling sesuai dengan persyaratan pupuk dalam hal kerangka hukum, bentuk fisik, dan kriteria kualitas. Hal yang penting di sini adalah bentuk nutrisi, karena sebagian kecil P terikat secara organik dan oleh karena itu produk tersebut berfungsi sebagai pupuk lepas lambat. Pupuk amonium sulfat cair yang diproduksi oleh RoKKa juga memenuhi kriteria hukum dan menyediakan nutrisi dalam bentuk yang mudah tersedia bagi tanaman. Amonium sulfat adalah pupuk yang umum digunakan di Jerman. Namun, bentuk cair tidak optimal untuk sebagian besar mesin pertanian konvensional. Secara keseluruhan, teknologi yang digunakan dalam pabrik biorefineri RoKKa dan BW2PRO-BR tampaknya lebih unggul daripada semua teknologi pabrik biorefineri lainnya dalam hal produksi pupuk.

Potensi penggantian aliran limbah dari Stuttgart dengan pupuk mineral
Tabel 8 dan 9 menyajikan kuantitas aliran limbah yang diproduksi di Stuttgart per tahun, konsentrasi nutrisinya, dan jumlah pemulihan teoritis. Dilaporkan dalam literatur 51 bahwa potensi pemulihan P dan N dari aliran limbah yang berbeda bergantung pada teknologi yang digunakan.

Tabel 8. Potensi teoritis penggantian N dan P pupuk mineral dari N dan P yang diperoleh dari limbah organik dan limbah hijau di Stuttgart.

Catatan : Tabel ini membandingkan jumlah terukur N & P yang dapat dipulihkan dari aliran limbah dengan permintaan pupuk N & P mineral regional saat ini. Analisis ini memperkirakan sejauh mana daur ulang pupuk dapat mengurangi ketergantungan pada pupuk mineral di bidang pertanian.
Nilai yang dicetak tebal menunjukkan bahwa ini adalah angka yang dihasilkan, yang merupakan bagian paling penting dari tabel ini dan relevan untuk pembahasan lebih lanjut.

Potensi penggantian nutrisi teoritis
Untuk menentukan potensi teoritis untuk mengganti nutrisi yang dibutuhkan dengan nutrisi yang tersisa dalam aliran limbah dan residu, diasumsikan potensi pemulihan sebesar 100%. Potensi pemulihan nutrisi dihitung untuk seluruh jumlah limbah tanpa mempertimbangkan penggunaan alternatif aliran limbah saat ini. Asumsi ini tidak memperhitungkan kehilangan nutrisi apa pun selama proses berlangsung. Potensi penggantian nutrisi (RP) teoritis yang diperoleh ditunjukkan pada Tabel 8 .

Untuk limbah organik, konsentrasi nutrisi sebesar 1,9% untuk N dan P telah dilaporkan dalam literatur, 52 , 53 menghasilkan RP teoritis sebesar 6% untuk N dan 75% untuk P. Untuk limbah hijau, konsentrasi nutrisi yang relatif rendah telah dilaporkan (0,8% N dan 0,1% P 54 , 55 ), menghasilkan RP yang rendah sebesar 3% untuk N dan 4% untuk P. Fraksi nutrisi dalam air limbah telah diambil dari neraca limbah dari kota Stuttgart, melaporkan 0,001053% P dan 0,007158% N, yang mengarah ke RP sebesar 63% untuk N dan 115% untuk P, dengan mempertimbangkan jumlah besar air limbah yang dihasilkan setiap tahun di kota tersebut.

Tabel 9. Potensi penggantian pupuk teknis dengan mempertimbangkan tingkat pemulihan nutrisi dari teknologi biorefineri yang digunakan dalam penelitian.

Catatan : Tabel ini membandingkan jumlah terukur N dan P yang dapat dipulihkan dari aliran limbah, yang diproses dalam proyek biorefinery, dengan permintaan pupuk mineral N dan P regional saat ini. Analisis ini memperkirakan kontribusi pupuk daur ulang dalam mengurangi ketergantungan pada pupuk mineral di bidang pertanian.
Nilai yang dicetak tebal menunjukkan bahwa ini adalah angka yang dihasilkan, yang merupakan bagian paling penting dari tabel ini dan relevan untuk pembahasan lebih lanjut.

Singkatnya, dengan asumsi 100% pemulihan nutrisi dari semua aliran limbah yang dipertimbangkan dalam penelitian ini, RP teoritis sebesar 72% untuk N dan 194% untuk P ditentukan.

Potensi Penggantian N Teknis Menggunakan Teknologi Biorefinery
Potensi teknis untuk penggantian pupuk mineral di wilayah Stuttgart dihitung berdasarkan teknologi yang digunakan oleh pabrik biorefineri yang diteliti dalam studi ini dan tingkat pemulihan nutrisi yang sesuai. RP teoritis dihitung berdasarkan asumsi bahwa semua bahan baku yang tersedia diproses oleh satu teknologi. Kapasitas aktual yang mungkin dari teknologi pabrik biorefineri tidak dipertimbangkan di sini. Untuk BW2PRO-BR, dua pertiga dari jumlah input adalah fraksi cair, yang digunakan untuk produksi pupuk, sehingga menghasilkan jumlah nutrisi yang lebih rendah daripada BW2PRO-BG. Untuk RoKKa, potensi teknis setiap nutrisi dihitung dengan asumsi bahwa teknologi yang digunakan untuk pengolahan konsentrat juga dapat diterapkan pada air limbah. Tabel 9 memberikan RP teknis yang dihitung berdasarkan asumsi ini.

Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 9 , biorefinery BW2PRO memiliki RP teknis untuk input gabungan limbah organik dan hijau sebesar 8% untuk N (BW2PRO-BG) dan 2% (BW2PRO-BR) berdasarkan pada tingkat pemulihan teknologi yang digunakan di sini. RP teoritis untuk N adalah 9%, oleh karena itu biorefinery BW2PRO-BG memiliki potensi besar untuk memulihkan N dari aliran limbah ini. RP teknis untuk P adalah 69%, yang mendekati RP teoritis yang dihitung untuk aliran limbah gabungan (79%), yang menunjukkan efisiensi teknologi yang digunakan. Untuk biorefinery BW2PRO-BR, RP teknis untuk P adalah 27%.

Biorefinery berbasis serangga yang diberi pakan limbah organik (InBiRa) memiliki RP teknis untuk N dalam kisaran 2% hingga 5%, mendekati RP teoritis sebesar 6%. Sekali lagi, RP teknis untuk P (26%–62%) relatif tinggi dibandingkan dengan estimasi teoritis.

Meskipun teknologi RoKKa diteliti dengan air yang dipekatkan sebagai masukan, untuk analisis potensi kami berasumsi bahwa teknologi tersebut juga menggunakan air limbah agar memiliki jumlah masukan yang sebanding dengan biorefineri KoalAplan. RP teknis sebesar 61% untuk N dan 97% untuk P dihitung dengan asumsi bahwa laju pemulihan nutrisi untuk air limbah sama dengan untuk air yang dipekatkan. Untuk biorefineri KoalAplan, RP teknis sebesar 51% untuk N dan 97% untuk P dihitung, yang mendekati RP teoritis.

Secara keseluruhan, penerapan teknologi biorefineri yang paling efisien—BW2PRO-BG (limbah organik dan hijau) dan RoKKa (air limbah)—untuk memproses limbah organik, limbah hijau, dan air limbah dapat memasok 69% kebutuhan pupuk N dan 166% kebutuhan pupuk P di wilayah Stuttgart.

Diskusi
Studi ini telah menunjukkan bahwa terdapat berbagai teknologi biorefineri yang sesuai untuk mendaur ulang nutrisi tanaman dari aliran limbah perkotaan, seperti limbah organik dan hijau serta air limbah, dalam lingkungan regional (khususnya, wilayah Stuttgart). Akan tetapi, efisiensi daur ulang berbeda-beda dan produk yang dihasilkan memiliki kualitas yang berbeda-beda dalam hal nilai pupuknya. Bagian berikut membahas penerapan produk yang dihasilkan sebagai pupuk dan menguraikan rekomendasi untuk penerapannya dalam praktik. Kemudian, alokasi limbah terbaik untuk teknologi biorefineri dipertimbangkan dan rekomendasi untuk proses biorefineri diberikan. Pembahasan diakhiri dengan membahas opsi penerapan dan mengidentifikasi kebutuhan penelitian.

Penerapan pupuk daur ulang dari pabrik biorefineri
Semua produk pupuk yang dihasilkan oleh pabrik biorefineri perkotaan yang diteliti dalam studi ini mematuhi peraturan perundang-undangan dan karenanya cocok untuk digunakan sebagai pupuk. Untuk produk dengan konsentrasi nutrisi rendah dan bentuk fisik yang tidak sesuai (misalnya, larutan cair dengan kadar air tinggi), diperlukan pemrosesan dan pemurnian lebih lanjut agar dapat dengan mudah menggantikan pupuk mineral dalam praktiknya.

Pupuk amonium sulfat ((NH4 ) 2SO4 ) dari pabrik biorefineri RoKKa dan BW2PRO-BR memiliki konsentrasi N yang cukup dan kualitasnya sebanding dengan amonium sulfat konvensional yang sudah digunakan sebagai pupuk mineral. Pupuk daur ulang ini dapat dianggap cocok untuk diaplikasikan langsung dalam praktik .

Dengan pengecualian (NH4 )2SO4 , konsentrasi nutrisi dari semua produk pupuk lainnya terlalu rendah untuk diberi label sebagai pupuk (BW2PRO-BG) atau lebih rendah daripada pupuk mineral konvensional atau pupuk organik komersial (InBiRa). Perbandingan ini mengecualikan pupuk kandang, biogas digestate, dan pupuk kandang lainnya, yang memiliki kandungan nutrisi yang relatif rendah tetapi biasanya tidak dipasarkan. Penerapannya akan memerlukan adaptasi strategi pemupukan ke aplikasi yang lebih sering, yang menghasilkan beban kerja yang lebih tinggi bagi petani. Pilihan lain adalah menerapkan produk menggunakan teknologi yang berbeda – misalnya, penyebar kompos alih-alih penyebar pupuk. Kode warna pada Tabel 5 menunjukkan bahwa, meskipun semua pupuk daur ulang yang diproduksi oleh biorefinery ini secara hukum cocok untuk aplikasi pertanian, konsentrasi nutrisi memerlukan pemrosesan atau pemurnian lebih lanjut untuk mendapatkan produk pupuk yang dapat dipasarkan.

Pupuk organik lepas lambat (misalnya fraksi organik dari RoKKa) memerlukan degradasi mikroba setelah aplikasi agar nutrisi tersedia untuk digunakan oleh tanaman, dan hal ini perlu dipertimbangkan dalam strategi pemupukan. 38 Mengadaptasi strategi pemupukan dengan mengurangi pupuk mineral dan mencampurnya dengan pupuk lepas lambat dapat menguntungkan dalam pertanian sehubungan dengan stabilitas N jangka panjang dan hasil panen. 56 , 57

Penerapan pupuk daur ulang padat
Semua pabrik biorefineri yang dipertimbangkan dalam studi ini, kecuali KoalAplan, memproduksi pupuk padat (pupuk NPK dan struvite). Pupuk yang diproduksi oleh BW2PRO-BG mengandung 0,60% N, 0,32% P (sebagai P₂O₅), dan 0,61% K (sebagai K₂O). Untuk InBiRa, pengukuran langsung tidak tersedia; sebagai gantinya, komposisi yang diperkirakan sebesar 3,1% N, 3,8% P, dan 2,6% K digunakan, berdasarkan produk yang sebanding dari AlphaGrow. Karena kandungan N-nya yang rendah, produk padat BW2PRO-BG tidak dapat dianggap sebagai pupuk menurut hukum. Untuk memanfaatkan nutrisi yang masih ada dalam hasil pabrik biorefineri, produk padat ini dapat dicampur ke dalam substrat budidaya, atau sebagai alternatif digunakan sebagai biostimulan atau pembenah tanah, sehingga menyediakan bahan organik dan mikronutrien yang berharga untuk memperbaiki struktur dan kesuburan tanah dari waktu ke waktu. 58 Produk rendah nutrisi ini juga dapat dicampur dengan pupuk dengan konsentrasi NPK yang lebih tinggi untuk menggantikan setidaknya sejumlah pupuk mineral, sambil tetap memenuhi kebutuhan tanaman. Namun, bentuk fisik padat lebih baik dalam hal aplikasi dan penyimpanan dan juga dapat digunakan di sektor hobi atau dalam produksi rumah kaca, sehingga lebih layak secara ekonomi. Pupuk padat yang diproduksi oleh pabrik biorefinery InBiRa memenuhi persyaratan NPK minimum untuk pupuk organik dan karenanya dapat digunakan.

Di Eropa, struvite telah disetujui untuk digunakan dalam pertanian organik pada tahun 2023, menandai langkah maju yang signifikan dalam praktik pertanian organik. 59 Hal ini kini memungkinkan petani untuk mengganti batuan fosfat, sumber daya fosil yang terbatas, dengan sumber fosfor yang dapat didaur ulang dan ramah lingkungan yang berasal dari aliran limbah. 60 Struvite, senyawa mineral magnesium amonium fosfat, sangat cocok untuk pertanian organik karena sifat pelepasannya yang lambat, yang sangat sesuai dengan kebutuhan nutrisi tanaman yang ditanam sesuai standar organik.

Penelitian telah menunjukkan bahwa struvite dari aliran limbah memiliki efek pemupukan yang sama atau bahkan lebih baik daripada pupuk mineral. 61 , 62 Dibandingkan dengan triple superphosphate (TSP), sumber P yang umum digunakan dalam pertanian konvensional, sifat struvite yang lambat melepaskan unsur hara memiliki kelebihan dan keterbatasan. Triple superphosphate larut dengan cepat dan berfungsi sebagai pasokan P yang bekerja cepat bagi tanaman, sedangkan struvite larut terus-menerus, menyediakan pasokan nutrisi yang konsisten dan jangka panjang. Pelepasan unsur hara yang lambat ini dapat meminimalkan pencucian nutrisi dan mengurangi risiko limpasan P ke sistem air di dekatnya.

Dengan demikian, dalam konteks biorefineri yang dievaluasi dalam studi ini, struvite yang diproduksi oleh RoKKa dan BW2PRO-BR dapat membantu memasok pertanian organik dan konvensional dengan sumber P yang efektif dan bertanggung jawab terhadap lingkungan. Secara umum, struvite berpotensi menggantikan pupuk fosfat terlarut seperti superfosfat rangkap tiga (pertanian konvensional) dan fosfat batuan (pertanian organik). Struvite dan pupuk lepas lambat lainnya (BW2PRO, InBiRa) dapat diintegrasikan ke dalam strategi pemupukan menggunakan pupuk lepas lambat, memastikan pasokan nutrisi yang lebih konsisten dan tahan lama bagi tanaman.

Penerapan pupuk daur ulang cair
Pupuk cair diproduksi oleh biorefineri BW2PRO-BG/BR, RoKKa, dan KoalAplan. Produk cair dari BW2PRO-BG mengandung 0,39% nitrogen, 0,12% fosfor (sebagai P₂O₅), dan 0,40% kalium (sebagai K₂O). Konsentrasi nutrisi ini terlalu rendah untuk produk tersebut dianggap sebagai pupuk NPK menurut DÜMV (2019). Selain itu, bentuk cair dari produk tersebut membuatnya tidak cocok untuk penyimpanan atau transportasi untuk jangka waktu lama, karena mengangkut air dalam jumlah besar umumnya tidak ekonomis. Sebaliknya, aplikasi lokal/regional direkomendasikan. Sebuah studi oleh Müller et al . 63 menyimpulkan bahwa, ketika menangani pupuk dalam bentuk cair, penggunaan penyemprot lapangan atau – lebih efisien – aplikator roda bintang untuk injeksi adalah metode yang baik untuk mengintegrasikan produk cair ke dalam operasi petani. Cara lain untuk menerapkan produk dalam praktik pertanian adalah pemanfaatan dalam sistem pertanian perkotaan (seperti hidroponik), di mana pupuk cair merupakan standar. 64 Rekomendasi lebih lanjut adalah penerapan teknologi untuk mengonsentrasikan produk guna memperoleh pupuk yang lebih efisien yang tidak perlu sering diaplikasikan. Alternatifnya, cairan tersebut dapat digunakan untuk irigasi guna memanfaatkan nutrisi yang ada.

Pupuk amonium sulfat ((NH4 ) 2SO4 ) dari pabrik biorefineri RoKKa dan BW2PRO-BR memiliki dampak yang lebih besar pada pengasaman tanah daripada pupuk nitrogen konvensional seperti kalsium amonium nitrat atau urea, dan ini harus diperhitungkan dan diseimbangkan melalui aplikasi kapur secara teratur dalam rotasi tanaman. Salah satu keuntungan dari pupuk ini adalah kandungan sulfur yang tersedia bagi tanaman yang tinggi, yang akan bermanfaat bagi tanaman seperti serealia dan biji minyak mengingat kebutuhan sulfurnya sebesar 3–4 kg S ha −1 dan 12 kg S ha −1 untuk produksi 1 t gabah dan biji minyak, masing-masing. 65 Penelitian juga menemukan bahwa efek pemupukan dari pupuk (NH4)2SO4 daur ulang sebanding dengan , atau bahkan lebih unggul dari, pupuk nitrogen yang digunakan secara konvensional, 63 , 65 menjadikan (NH4 ) 2SO4 pengganti pupuk mineral yang siap pakai dan berharga . (NH4 ) 2SO4 yang diproduksi oleh RoKKa dan BW2PRO-BR dapat menggantikan pupuk mineral. Pupuk ini paling baik digunakan untuk pemupukan serealia atau biji minyak, karena dapat menggantikan langkah pemupukan S tambahan. Pengambilan sampel tanah secara teratur untuk memantau pH tanah dan konsentrasi S minimum dianjurkan untuk menghindari pengasaman dan kelebihan pasokan S. (NH4)2SO4 cair juga dapat diubah menjadi pupuk padat melalui langkah pengeringan tambahan. Pupuk padat akan menguntungkan bagi banyak operasi pertanian, meskipun masukan energi tambahan yang diperlukan untuk proses pengeringan perlu dipertimbangkan.

Amonium klorida (NH 4 Cl, diproduksi di pabrik biorefinery KoalAplan) bukan pupuk yang umum di Jerman, tetapi digunakan, misalnya, di Jepang dan Cina. 66 – 68 Untuk aplikasi pertanian, konsentrasi klorin yang tinggi (66%) dalam pupuk amonium klorida perlu diperhitungkan. Kebutuhan klorin untuk tanaman pangan umumnya sangat rendah dan banyak tanaman pangan, termasuk kentang (Solanum tuberosum) , bunga matahari (Helianthus annuus) dan hampir semua tanaman sayur dan buah, tidak dapat dipupuk dengan produk yang mengandung klorida, karena tanaman pangan tersebut sensitif terhadap peningkatan kadar klorida di dalam tanah. Oleh karena itu, rekomendasi untuk pupuk NH 4 Cl cair yang diproduksi di KoalAplan adalah untuk mengintegrasikannya ke dalam strategi pemupukan khusus tanaman pangan. Konsentrasi klorida (Cl) harus selalu diperhitungkan untuk menghindari jumlah Cl yang berlebihan di lahan pertanian, yang dapat menyebabkan akumulasi kadmium pada tanaman pangan. 68 Analisis berkala terhadap parameter-parameter ini harus dilakukan, dan tindakan yang diperlukan harus diambil untuk memastikan bahwa nilai ambang batas kritis tidak terlampaui. Menghilangkan kandungan Cl dari pupuk ini atau menggunakan sulfat sebagai agen pengendapan akan menghasilkan pupuk NH4 yang mudah diaplikasikan dan tersedia untuk tanaman.

Mengoptimalkan kombinasi aliran limbah dan teknologi biorefinery
Nutrisi berharga yang tersisa dalam aliran limbah harus dialokasikan ke pabrik biorefineri yang menghasilkan pupuk yang paling menjanjikan untuk memanfaatkannya sebaik-baiknya. Untuk limbah organik dan limbah hijau, pabrik biorefineri berbasis serangga (InBiRa) tampaknya menjadi pilihan yang baik untuk produksi pupuk NPK, karena pupuk yang dihasilkan menyediakan kandungan NPK minimum. Namun, peningkatan skala pabrik biorefineri berbasis serangga bisa jadi sulit secara logistik karena fasilitas khusus diperlukan untuk budidaya dan pemanenan serangga. Juga dipertanyakan apakah permintaan protein serangga cukup tinggi untuk membenarkan peningkatan skala. Oleh karena itu, mengalokasikan aliran limbah organik dan hijau ke pabrik biorefineri BW2PRO tampaknya merupakan solusi yang paling menjanjikan secara logistik, meskipun, secara optimal, kandungan N dari struvite harus lebih tinggi dan kandungan sulfur dari amonium sulfat perlu diingat.

Terkait dengan air konsentrat, pupuk cair dan padat dari kilang bio RoKKa dapat diterapkan secara langsung, jika langkah-langkah pengelolaan yang dijelaskan di atas diterapkan. Alokasi air limbah ke pabrik ini akan menghasilkan produk bernilai lebih tinggi daripada NH4 – Cl yang diproduksi oleh KoalAplan. Mengganti kandungan Cl dengan, misalnya, sulfur dengan mengendapkan dengan sulfur sebagai pengganti klorin akan membuat teknologi KoalAplan lebih unggul dalam hal produk yang diperoleh dan RP. Salah satu keterbatasan studi ini adalah bahwa bahan baku yang sama diasumsikan untuk kilang bio RoKKa dan KoalAplan, meskipun RoKKA saat ini dijalankan dengan air konsentrat. Asumsi ini dibuat untuk memastikan perbandingan yang lebih baik dari potensi teknis kedua teknologi ini. Oleh karena itu, perlu diselidiki apakah teknologi pemulihan nutrisi RoKKA dapat diterapkan pada air limbah dan air konsentrat. Air konsentrat memiliki konsentrasi nutrisi yang jauh lebih rendah (0,0002% N dan 0,000006% P) daripada air limbah. Namun, ada keterbatasan dalam penggunaan air limbah, seperti kandungan organik yang lebih tinggi dan lebih banyak kotoran.

Untuk mengoptimalkan daur ulang nutrisi dari aliran limbah perkotaan seperti yang ada di kota Stuttgart, kombinasi teknologi dengan potensi pemulihan nutrisi tertinggi direkomendasikan. Untuk limbah organik dan hijau, teknologi yang digunakan dalam biorefinery BW2PRO-BG tampaknya menguntungkan dalam hal pemulihan nutrisi, meskipun produk pupuk saat ini memiliki kandungan nutrisi yang rendah. Penerapan BW2PRO-BR dapat meningkatkan kandungan nutrisi dalam produk padat, sementara penyerapan gas membran dapat meningkatkan kandungan nutrisi dalam produk pupuk cair.

Pupuk yang diproduksi oleh pabrik biorefinery KoalAplan tidak umum digunakan di Jerman karena kandungan Cl-nya. Penerapan teknologi penyerapan gas membran sebagai pengganti filter zeolit ​​atau penggunaan agen presipitasi yang berbeda berpotensi menghasilkan produk yang dapat diterapkan langsung dalam proses pertanian, seperti amonium sulfat, yang merupakan pupuk umum. 69

Studi ini menunjukkan bahwa kelayakan penerapan pupuk daur ulang dari biorefineri perkotaan bergantung pada interaksi beberapa faktor utama, bukan pada indikator kinerja tunggal. Semua parameter yang dipertimbangkan (bentuk nutrisi, bentuk fisik, dan kepatuhan hukum) berperan dalam menentukan apakah suatu produk dapat diterapkan dalam proses pertanian. Teknologi yang menghasilkan pupuk daur ulang dalam bentuk padat dengan komposisi nutrisi yang sebanding dengan pupuk mineral (amonium sulfat, struvite) lebih mungkin berhasil diterapkan di pasar pertanian. Penerapan ini difasilitasi jika pupuk daur ulang dihasilkan dari aliran limbah dengan tingkat kontaminan rendah dan dalam infrastruktur pemrosesan terpusat. Sebaliknya, pupuk daur ulang dalam bentuk cair dan dengan konsentrasi nutrisi rendah memiliki peluang lebih rendah untuk diterapkan di pasar, bahkan jika memenuhi persyaratan hukum.

Keterbatasan penelitian dan perlunya penelitian lebih lanjut
Biorefineri dan teknologi pemulihan nutrisi harus memberikan keuntungan lingkungan tetapi juga harus layak secara ekonomi agar teknologi ini dapat diadopsi dalam skala besar. Seperti halnya teknologi biobased lain yang sedang berkembang, biaya awal membawa kerugian dibandingkan dengan alternatif berbasis fosil. 70 , 71 Daya saing teknologi ini terkait dengan harga energi yang berfluktuasi, terutama mengingat tingginya konsumsi energi dari produksi pupuk konvensional. Peningkatan harga bahan bakar fosil (karena fluktuasi pasar atau regulasi karbon) dapat meningkatkan daya tarik ekonomi daur ulang pupuk dengan membuat pupuk konvensional lebih mahal. 72 Studi juga menunjukkan bahwa biaya produksi teknologi biobased cenderung menurun seiring waktu melalui pembelajaran teknologi dan skala ekonomi. 73 , 74 Dari perspektif ekonomi, stabilitas biaya dan potensi pengembalian adalah pendorong utama, karena investor merespons secara positif inovasi yang mengurangi biaya modal dan operasional. 75 Oleh karena itu, implementasi biorefineri yang berkelanjutan sangat bergantung pada daya saing ekonominya, yang dipengaruhi oleh faktor internal seperti efisiensi proses dan faktor eksternal seperti fluktuasi pasar energi.

Keterbatasan studi ini adalah ketersediaan dan kematangan data teknis untuk proses biorefineri yang diselidiki. Untuk sebagian besar teknologi, hanya data proses terbatas atau awal yang tersedia. Teknologi yang dipertimbangkan juga masih pada tingkat TRL yang relatif rendah (berkisar antara 3–7), tergantung pada proyeknya. Akibatnya, kemungkinan indikator kinerja seperti kualitas produk dan efisiensi pemulihan masih dapat bervariasi ketika teknologi ditingkatkan skalanya. Pada tahap pengembangan ini, biaya juga sangat tidak pasti dan sulit untuk diekstrapolasi ke sistem skala penuh. Namun, ini mencerminkan realitas saat ini dan menyoroti perlunya penilaian tekno-ekonomi dalam kondisi nyata. Ini juga menggarisbawahi fakta bahwa kelayakan ekonomi dapat bervariasi dari kasus ke kasus. Ini harus diperhitungkan saat menafsirkan hasil dan saat memproyeksikan temuan ke skenario komersial atau skala penuh.

Karena studi ini merupakan studi kasus kota Stuttgart, Jerman, hasilnya didasarkan pada aliran limbah regional, kerangka hukum khusus untuk Jerman dan UE, dan praktik pertanian lokal. Konsep biorefineri perkotaan yang dikembangkan di sini secara umum dapat diterapkan ke kota-kota lain dengan infrastruktur dan operasi pertanian yang serupa, tetapi rekomendasi khusus, seperti pilihan teknologi biorefineri yang paling sesuai, perlu diuraikan untuk kondisi regional. Wawasan dari studi ini memberikan dasar untuk mengeksplorasi potensi sistem biorefineri perkotaan dalam kerangka bioekonomi.

Pendekatan alternatif untuk pemulihan nutrisi, seperti aplikasi biochar dalam pertanian atau ekstraksi nutrisi selama pengolahan air limbah tingkat lanjut, juga telah dibahas dan menunjukkan hasil yang menjanjikan dalam konteks tertentu (misalnya, kelayakan ekonomi atau penyerapan karbon). 76 , 77 Studi ini tidak membandingkan berbagai strategi pemulihan tetapi penting untuk dicatat bahwa mencapai penggantian pupuk yang tinggi atau bahkan lengkap kemungkinan memerlukan kombinasi metode yang disesuaikan dengan aliran limbah dan infrastruktur yang berbeda. Daerah perkotaan memainkan peran penting dalam konteks ini karena tingginya konsentrasi limbah organik dan air limbah. Akhirnya, studi ini memberikan dasar konseptual yang kuat, meskipun penerapannya pada asumsi kesiapan komersial masih terbatas. Kondisi ekonomi dan logistik pada skala demonstrasi berbeda secara signifikan dari yang untuk implementasi industri skala penuh. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menganalisis stabilitas operasional jangka panjang dalam kondisi input yang berfluktuasi, untuk melakukan analisis biaya siklus hidup, dan untuk mengevaluasi penerimaan pasar. Ini penting untuk memastikan keberhasilan peningkatan skala dan implementasi teknologi pemulihan nutrisi dan produk pemupukan di dunia nyata.

Pandangan
Studi ini mengevaluasi teknologi biorefineri perkotaan hanya dalam hal potensi produksi pupuknya. Akan tetapi, bagi sebagian besar biorefineri perkotaan, pupuk hanyalah produk sampingan. Karena rekomendasi yang diberikan di sini hanya berfokus pada optimalisasi produksi pupuk dan mengabaikan potensi trade-off dengan hasil produk bernilai tinggi lainnya seperti serat dan polimer, maka direkomendasikan agar konfigurasi keseluruhan biorefineri yang optimal dengan produksi pupuk terpadu diselidiki.

Integrasi teknologi biorefineri modular ke dalam fasilitas yang sudah ada seperti pabrik biogas dan fasilitas pengolahan air limbah dapat berdampak besar pada pemulihan nutrisi tanaman dan penutupan siklus nutrisi. Namun, strategi untuk penerapan biorefineri untuk daur ulang nutrisi tanaman dari aliran limbah harus mempertimbangkan kondisi infrastruktur. Di Stuttgart, air limbah diproses dalam jumlah yang relatif kecil dari pabrik pengolahan besar, yang menawarkan lokasi yang menjanjikan untuk penerapan teknologi pemulihan nutrisi. Ini merupakan kasus khusus di Jerman yang menawarkan kondisi yang sangat menjanjikan untuk penerapan teknologi pemulihan nutrisi. Konsentrasi material dan aliran limbah di beberapa lokasi meningkatkan peluang biorefineri dioperasikan secara ekonomis. Namun, di sebagian besar kota di Jerman, pengolahan air limbah dilakukan di pabrik pengolahan yang lebih kecil dan terdesentralisasi, sehingga investasi pada pabrik biorefineri kurang layak secara ekonomi. 78 Oleh karena itu, pemasangan biorefineri di pabrik pengolahan limbah hayati skala besar mungkin merupakan opsi yang paling layak secara ekonomi.

Penelitian tentang teknologi biorefinery harus difokuskan pada efisiensi pemulihan untuk meningkatkan potensi pemulihan dan daur ulang nutrisi tanaman. Untuk P, penelitian tentang pemulihan dari pabrik pengomposan dan biogas sudah cukup maju, tetapi penelitian lebih lanjut dapat difokuskan pada kuantifikasi untuk mengevaluasi efisiensi teknologi yang lebih baru dibandingkan dengan metode pemulihan saat ini. 79 , 80 Untuk N, penelitian di masa mendatang dapat difokuskan pada perbandingan kehilangan nutrisi antara metode pengolahan yang berbeda. Investigasi kehilangan amonia selama pengomposan versus produksi biogas dapat memberikan jawaban yang jelas mengenai apakah teknologi ini menawarkan retensi nutrisi yang lebih baik dan kemudahan transportasi.

Dalam hal alokasi bahan baku yang optimal, metode pengolahan terbaik secara keseluruhan perlu diidentifikasi. Dalam kasus P, pemulihan tambahan dari limbah hayati mungkin hanya memberikan sedikit keuntungan tambahan, karena sebagian P telah dikembalikan ke sistem pertanian, meskipun kemungkinan besar tidak optimal. 81 Potensi pemulihan P yang lebih tinggi ditemukan dalam air limbah, yang saat ini sebagian besar belum dimanfaatkan. Untuk N, potensi pemulihan dapat ditingkatkan secara signifikan dengan mengurangi kehilangan selama pengomposan dan meningkatkan penggunaan N dari air limbah, yang menunjukkan potensi mengintegrasikan teknologi ini ke dalam sistem yang ada.

Meskipun studi ini tidak mencakup evaluasi emisi GRK atau analisis siklus hidup, pemulihan nutrisi dapat mengurangi emisi melalui penggantian pupuk berbasis fosil dan pengurangan penambangan P, serta dengan mengekstraksi N dan P di awal proses pengolahan limbah, sebelum emisi dihasilkan. Studi menunjukkan bahwa emisi yang signifikan terjadi selama pengolahan kimia dan biologis di kemudian hari dalam rantai proses, seperti hilangnya N dalam bentuk nitrogen oksida (N 2 O), GRK yang kuat. 82 Emisi dapat dihindari secara aktif melalui integrasi sistem biorefineri perkotaan pada tahap awal pengolahan. Dengan cara ini, daur ulang pupuk tidak hanya dapat menggantikan input berbasis fosil tetapi juga berkontribusi pada mitigasi emisi GRK.

Desain masa depan sistem biorefineri perkotaan harus mempertimbangkan beberapa faktor yang saling berinteraksi. Pengembangan pendekatan berdasarkan kecerdasan buatan (AI) dapat mendukung perencanaan multifaktorial dan keputusan investasi. Model AI dapat mendukung analisis kumpulan data kompleks dan pengoptimalan parameter teknis, lingkungan, dan ekonomi dalam konteks industri dan keberlanjutan. Misalnya, AI dapat meningkatkan kontrol proses, memprediksi perilaku sistem dan keluaran, dan berfungsi sebagai alat pengambilan keputusan untuk penentuan prioritas produk, misalnya, dalam biorefineri, memprioritaskan produksi kimia platform atau produksi pupuk. Kecerdasan buatan telah dianalisis dalam studi terkini, yang menyimpulkan bahwa ia dapat berfungsi sebagai alat untuk meningkatkan kinerja ekonomi sirkular dan strategi investasi dalam biorefineri dan sistem pemulihan sumber daya. 83 , 84 Kembaran digital – replika virtual sistem fisik – dapat melengkapi upaya ini dengan mensimulasikan skenario penerapan skala penuh sebelum investasi dilakukan. Dengan mengintegrasikan pemodelan teknoekonomi perilaku sistem berbasis AI, parameter pasar riil dan analisis sensitivitas dapat diprediksi untuk mengeksplorasi alternatif desain dan memperhitungkan ketidakpastian. 85 , 86 Studi melaporkan bahwa kembaran digital dapat meningkatkan kontrol kualitas, pemantauan proses, dan manajemen kualitas produk dalam proses yang saling berhubungan seperti humifikasi hidrotermal, fermentasi asam laktat, dan pencernaan anaerobik dalam fasilitas pemrosesan limbah. 87 Untuk proses yang dijelaskan dalam studi ini, kami mengusulkan bahwa AI dapat digunakan untuk mencocokkan aliran limbah dengan teknologi pemrosesan yang tepat untuk menghasilkan pupuk yang memenuhi persyaratan agronomi dan standar hukum, sekaligus mendukung produksi keluaran biorefineri lainnya dan memungkinkan model bisnis yang berkelanjutan.

Kesimpulan
Studi ini mengonseptualisasikan sistem biorefineri perkotaan yang dapat memberikan kontribusi signifikan dalam menutup siklus nutrisi tanaman antara konsumsi perkotaan dan produksi pangan pertanian serta dalam membangun sistem pasokan pupuk regional.

Hal ini menunjukkan potensi teknis dan kelayakan pemulihan nutrisi melalui sistem biorefineri perkotaan dengan menyelidiki teknologi biorefineri tertentu dalam konteks regional. Efisiensi pemulihan nutrisi dapat mencapai hingga 69% untuk N dan 166% untuk P. Nutrisi yang dipulihkan dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap penggantian pupuk mineral yang digunakan untuk memberi makan sekitar setengah dari populasi perkotaan.

Penerapan pupuk daur ulang di pasaran bergantung pada kualitas produk, bentuk fisik, dan kepatuhan hukum, serta pada integrasi proses-proses ini ke dalam sistem operasi. Studi ini menyajikan pendekatan untuk merancang sistem biorefinery perkotaan yang mengintegrasikan semua aspek yang dibahas di atas.

Kelayakan ekonomi kilang bio perkotaan sebagian besar akan bergantung pada produk bernilai tinggi lainnya yang dihasilkan, karena produksi pupuk tidak mungkin menutupi biaya proses. Untuk mendukung perencanaan dan pengambilan keputusan, pendekatan AI seperti kembaran digital dapat membantu menganalisis konfigurasi sistem dan meningkatkan efisiensi proses secara keseluruhan di masa mendatang.

Meskipun studi kasus ini terbatas di Stuttgart, pendekatan yang digunakan menyediakan model yang dapat diterapkan di wilayah perkotaan lainnya. Namun, kelayakan ekonomi sistem biorefinery perkotaan terkait erat dengan kondisi struktural. Fasilitas pengolahan air limbah atau limbah hayati terpusat tampaknya paling cocok untuk menerapkan sistem biorefinery perkotaan dalam skala besar. Kelayakan ekonomi meningkat secara signifikan ketika aliran limbah terkonsentrasi, karena pengolahan limbah terpusat dapat meningkatkan efisiensi operasi dan efektivitas biaya. Khususnya di kota-kota dengan infrastruktur seperti itu, pemulihan nutrisi melalui sistem biorefinery perkotaan menghadirkan strategi yang menjanjikan untuk penerapan sistem bioekonomi sirkular.