Conversion of waste into organo-mineral fertilizers: current technological trends and prospects

Resumo

Um dos objetivos mais importantes da agricultura é encontrar o equilíbrio adequado entre sustentabilidade e intensificação da produção. O crescimento exponencial da população mundial, a variabilidade climática e a degradação do solo são fatores essenciais que exigem o desenvolvimento de novas práticas agrícolas para alcançar a segurança alimentar. Nesse contexto, a fertilização organomineral tem sido proposta como uma abordagem promissora. Esse conceito baseia-se em novas formulações de fertilizantes que combinam características de recursos orgânicos e minerais, podendo atender simultaneamente a questões de fertilidade e de saúde do solo. Os processos de fabricação de fertilizantes organominerais (FOM) são altamente versáteis e envolvem o coprocessamento de matrizes orgânicas e minerais. A peculiaridade dos FOM reside no uso de metodologias sistêmicas de valorização de resíduos para gerar produtos de baixo custo e ecologicamente adequados, alinhados à bioeconomia circular. Apesar de suas vantagens, a adoção dos FOM pelos agricultores ainda não é satisfatória, o que pode ser atribuído à dificuldade de acesso e a um mercado estagnado. Este trabalho revisa criticamente os avanços recentes no conceito de fertilização organomineral. A revisão oferece uma compreensão aprofundada das metodologias químicas, biológicas e térmicas utilizadas na produção de FOM por meio do coprocessamento de matrizes minerais e orgânicas. Também são discutidos os efeitos positivos desses produtos sobre o sistema solo-planta, com foco em seu mecanismo de ação. Além disso, a revisão analisa o perfil de inovação dos FOM com base nas tendências de depósito de patentes nos últimos 20 anos e apresenta caminhos futuros de pesquisa e desenvolvimento com base nas desvantagens e limitações atuais do setor.

Abstract

One of agriculture’s most important goals is finding the proper equilibrium between sustainability and intensification of production. The exponential growth of the world population, climate variability, and soil degradation are essential factors that require the development of novel agricultural practices to achieve food security. In this context, organo-mineral fertilization has been proposed as a promising approach. Such a concept is based on novel fertilizers formulations combining organic and mineral resources features, which could simultaneously address soil fertility and health issues. The manufacturing processes of organo-mineral fertilizers (OMF) are highly versatile and revolve around the co-processing of organic and mineral matrices. OMF’s peculiarity resides in using systemic methodologies for waste valorization to generate cost-effective and eco-friendly products in alignment with the bio-circular economy. Despite their advantages, OMF adoption by farmers is still not satisfactory, which could be attributed to the difficulty of accessibility and a stagnant market. This work critically reviews recent advances in the organo-mineral fertilization concept. Our review provides an in-depth understanding of the chemical, biological, and thermal methodologies used for OMF generation through mineral and organic matrices co-processing. We also discuss the positive effect of such products on the plant-soil system by focusing on the mechanism of action. Furthermore, this review scrutinizes the innovation profile of OMF based on trends of patent submission during the last 20 years. It also provides future research and development pathways based on current drawbacks and limitations of the industry.