Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea browserului pe care o utilizați are suport CSS limitat. Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura sprijinul continuu, vom reda site -ul fără stiluri și JavaScript.
Chelsea Wold este un jurnalist independent cu sediul la Haga, Olanda și autorul Daydream: o căutare globală urgentă de a schimba toaletele.
Sistemele specializate de toaletă extrag azot și alți nutrienți din urină pentru utilizare ca îngrășământ și alte produse. Credit de imagine: Mak/Georg Mayer/EOOS Următorul
Gotland, cea mai mare insulă din Suedia, are puțină apă dulce. În același timp, rezidenții se confruntă cu niveluri periculoase de poluare din agricultură și sisteme de canalizare care provoacă înfloriri de algă nocive în jurul Mării Baltice. Ei pot ucide pește și pot face oameni bolnavi.
Pentru a ajuta la rezolvarea acestei serii de probleme de mediu, Insula își fixează speranțele pe singura substanță improbabilă care le leagă: urina umană.
Începând cu 2021, echipa de cercetare a început să lucreze cu o companie locală care închiriază toalete portabile. Scopul este de a colecta mai mult de 70.000 de litri de urină pe o perioadă de 3 ani în urinale fără apă și toalete dedicate în mai multe locații în timpul sezonului turistic de vară. Echipa a venit de la Universitatea Suedeză de Științe Agricole (SLU) din Uppsala, care a transformat o companie numită Sanitare360. Folosind un proces pe care au dezvoltat-o ​​cercetătorii, au uscat urina în bucăți asemănătoare betonului, pe care le-au pus apoi în pulbere și au apăsat în granule de îngrășăminte care se potrivesc echipamentelor agricole standard. Fermierii locali folosesc îngrășământul pentru a cultiva orz, care este apoi trimis la fabrici de bere pentru a produce ale care pot reveni în ciclu după consum.
Prithvi Simha, inginer chimic la SLU și CTO din Sanitation360, a declarat că obiectivul cercetătorilor este „să depășească conceptul și să pună în practică” reutilizarea urinei la scară largă. Scopul este de a oferi un model care poate fi emulat la nivel mondial. „Scopul nostru este ca toată lumea, de pretutindeni, să facă acest exercițiu.”
Într-un experiment din Gotland, orzul fertilizat cu urină (dreapta) a fost comparat cu plantele nefertilizate (centru) și cu îngrășăminte minerale (stânga). Credit de imagine: Jenna Senecal.
Proiectul Gotland face parte dintr -un efort similar la nivel mondial de a separa urina de alte ape uzate și de a -l recicla în produse precum îngrășământul. Practica, cunoscută sub numele de Diversiune de Urină, este studiată de grupuri din Statele Unite, Australia, Elveția, Etiopia și Africa de Sud, printre altele. Aceste eforturi depășesc cu mult laboratoarele universitare. Urinalele fără apă sunt conectate la sistemele de eliminare a subsolului la birourile din Oregon și Olanda. Paris intenționează să instaleze toaletele de divizare a urinei într-o ecozonă rezidentă de 1.000 de rezidență construită în al 14-lea arrondisment al orașului. Agenția Spațială Europeană va plasa 80 de toalete la sediul său din Paris, care vor începe operațiunile la sfârșitul acestui an. Proponenții de diversificare a urinei spun că ar putea găsi utilizări în locuri, de la avanposturi militare improvizate până la tabere de refugiați, centre urbane înstărite și mahalale răspândite.
Oamenii de știință spun că devierea de urină, dacă este implementată pe scară largă în întreaga lume, ar putea aduce beneficii uriașe mediului și sănătății publice. Acest lucru se datorează în parte faptului că urina este bogată în nutrienți care nu poluează corpurile de apă și pot fi utilizate pentru a fertiliza culturile sau în procesele industriale. Simha estimează că oamenii produc suficientă urină pentru a înlocui aproximativ un sfert din actualul îngrășăminte de azot și fosfat din lume; De asemenea, conține potasiu și multe urme (a se vedea „constituenți în urină”). Cel mai bun dintre toate, prin faptul că nu spălați urina în scurgere, economisiți multă apă și reduceți povara pentru un sistem de canalizare îmbătrânit și supraîncărcat.
Potrivit experților în domeniu, multe componente de diversiune a urinei pot deveni în curând disponibile pe scară largă datorită progreselor în toalete și strategii de eliminare a urinei. Există, de asemenea, mari obstacole în ceea ce privește schimbarea fundamentală într -unul dintre cele mai fundamentale aspecte ale vieții. Cercetătorii și companiile trebuie să abordeze o mulțime de provocări, de la îmbunătățirea proiectării toaletelor care divizează de urină până la ușurarea urinei de procesare și transformare în produse valoroase. Aceasta poate include sisteme de tratare chimică conectate la toalete individuale sau echipamente de subsol care servesc întreaga clădire și oferă servicii pentru recuperarea și întreținerea produsului concentrat sau întărit rezultat (a se vedea „de la urină la produs”). În plus, există probleme mai largi de schimbare și acceptare socială, legate atât de gradele diferite de tabuuri culturale asociate cu deșeurile umane, cât și de convenții profunde despre apele uzate industriale și sistemele alimentare.
Pe măsură ce societatea se confruntă cu lipsa de energie, apă și materii prime pentru agricultură și industrie, devierea și reutilizarea urinei este „o provocare majoră pentru modul în care oferim salubritate”, spune biologul Lynn Broaddus, un consultant de sustenabilitate bazat pe Minneapolis. . „Un gen care va deveni din ce în ce mai important. Minnesota, a fost președintele trecut al Federației Aquatice din Alexandria, Va., O Asociație Mondială a Profesioniștilor din Calitatea Calității apei. „Este de fapt ceva de valoare.”
A fost odată, urina era o marfă valoroasă. În trecut, unele societăți au folosit -o pentru a fertiliza culturile, a face piele, a spăla hainele și a face praf de pușcă. Apoi, la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului XX, modelul modern de gestionare a apelor uzate centralizate a apărut în Marea Britanie și s-a răspândit în întreaga lume, culminând cu așa-numita orbire urinară.
În acest model, toaletele folosesc apă pentru a scurge rapid urina, fecalele și hârtia igienică în scurgere, amestecate cu alte lichide din surse domestice, industriale și uneori scurgeri de furtună. În stațiile de tratare a apelor uzate centralizate, procesele consumatoare de energie folosesc microorganisme pentru a trata apele uzate.
În funcție de regulile și condițiile locale ale stației de tratare, apele uzate evacuate din acest proces pot conține în continuare cantități semnificative de azot și alți nutrienți, precum și alți contaminanți. 57% din populația lumii nu este deloc conectată la un sistem de canalizare centralizat (a se vedea „Canalizarea umană”).
Oamenii de știință lucrează pentru a face sistemele centralizate mai durabile și mai puțin poluante, dar începând cu Suedia în anii 90, unii cercetători fac eforturi pentru schimbări mai fundamentale. Progresele la sfârșitul conductei sunt „doar o altă evoluție a aceluiași lucru al naibii”, a spus Nancy Love, inginer de mediu la Universitatea din Michigan din Ann Arbor. Deducerea urinei va fi „transformatoare”, spune ea. În Studiul 1, care a simulat sisteme de gestionare a apelor uzate în trei state americane, ea și colegii ei au comparat sistemele convenționale de tratare a apelor uzate cu sisteme ipotetice de tratare a apelor uzate care deviază urina și folosesc nutrienți recuperați în loc de îngrășăminte sintetice. Aceștia estimează că comunitățile care folosesc diversiunea de urină pot reduce emisiile totale de gaze cu efect de seră cu 47%, consumul de energie cu 41%, consumul de apă dulce cu aproximativ jumătate și poluarea cu nutrienți a apelor uzate cu 64%. tehnologie folosită.
Cu toate acestea, conceptul rămâne nișă și se limitează în mare parte la zone autonome, cum ar fi eco-vilraje scandinave, clădiri rurale și evoluții în zone cu venituri mici.
Tove Larsen, un inginer chimic la Institutul Federal Elvețian pentru Științe Aquatice și Tehnologie (EAWAG) din Dübendorf, spune că o mare parte din întârziere este cauzată de toaletele în sine. Prima dată introdusă pe piață în anii ’90 și 2000, majoritatea toaletelor care deviază urină au un bazin mic în fața lor pentru a colecta lichidul, un cadru care necesită o direcționare atentă. Alte modele includ centurile transportoare cu picior care permit urina să se scurgă pe măsură ce gunoiul de grajd este transportat la coșul de compost sau senzori care operează supape pentru a direcționa urina către o priză separată.
O toaletă prototip care separă urina și o usucă într -o pulbere este testată la sediul companiei suedeze de apă și canalizare, VA Syd din Malmö. Credit de imagine: EOOS Următorul
Dar în proiecte experimentale și demonstrative din Europa, oamenii nu și -au îmbrățișat utilizarea, a spus Larsen, plângându -se că sunt prea voluminoși, mirosiți și nesiguri. „Am fost într -adevăr renunțați la subiectul toaletelor.”
Aceste preocupări au bântuit prima utilizare pe scară largă a toaletelor care deviază urină, un proiect din orașul sud-african Ethekwini în anii 2000. Anthony Odili, care studiază managementul sănătății la Universitatea din KwaZulu-Natal din Durban, a declarat că extinderea bruscă a granițelor post-apartheid ale orașului a dus la preluarea unor zone rurale sărace, fără infrastructură de toaletă și apă.
După focarul de holeră din august 2000, autoritățile au implementat rapid mai multe facilități de salubritate care au îndeplinit constrângerile financiare și practice, inclusiv aproximativ 80.000 de toalete uscate care divizează urină, majoritatea fiind încă utilizate astăzi. Urina se scurge în sol de sub toaletă, iar fecalele ajung într -o instalație de depozitare pe care orașul a golit -o la fiecare cinci ani din 2016.
Odili a spus că proiectul a creat instalații de salubritate mai sigure în zonă. Cu toate acestea, cercetarea în științe sociale au identificat multe probleme cu programul. În ciuda ideii că toaletele sunt mai bune decât nimic, studii, inclusiv unele dintre studiile la care a participat, au arătat ulterior că, în general, utilizatorii nu le plac, a spus Odili. Multe dintre ele sunt construite cu materiale de calitate de slabă și sunt incomode de utilizat. În timp ce astfel de toalete ar trebui să împiedice teoretic mirosurile, urina din toaletele Ethekwini se termină adesea în depozitarea fecală, creând un miros teribil. Potrivit lui Odili, oamenii „nu au putut respira normal”. Mai mult, urina nu este practic folosită.
În cele din urmă, potrivit Odili, decizia de a introduce toaletele uscate de divrare a urinei a fost de sus în jos și nu a ținut cont de preferințele oamenilor, în principal din motive de sănătate publică. Un studiu din 201733 a constatat că mai mult de 95% dintre respondenții Ethekwini doreau acces la toaletele convenabile, inodoare, folosite de rezidenții albi ai orașului bogat, iar mulți au planificat să le instaleze atunci când sunt permise condițiile. În Africa de Sud, toaletele au fost mult timp un simbol al inegalității rasiale.
Cu toate acestea, noul design ar putea fi o descoperire în diversiunea urinară. În 2017, condus de designerul Harald Grundl, în colaborare cu Larsen și alții, firma austriacă de proiectare EOOS (rotită de la EOOS Next) a lansat o capcană de urină. Acest lucru elimină nevoia utilizatorului să vizeze, iar funcția de deviere a urinei este aproape invizibilă (vezi „Noul tip de toaletă”).
Folosește tendința de apă pentru a se lipi de suprafețe (numită efectul de fierbător, deoarece acționează ca un ibric penibil) pentru a direcționa urina din fața toaletei într -o gaură separată (vezi „Cum să reciclezi urina”). Dezvoltată cu finanțare de la Fundația Bill & Melinda Gates din Seattle, Washington, care a susținut o serie largă de cercetare a inovației toaletei pentru setări cu venituri mici, capcana de urină poate fi încorporată în toate, de la modele de piedestale ceramice de înaltă calitate până la tigăi din plastic. Dezvoltată cu finanțare de la Fundația Bill & Melinda Gates din Seattle, Washington, care a susținut o serie largă de cercetare a inovației toaletei pentru setări cu venituri mici, capcana de urină poate fi încorporată în toate, de la modele de piedestale ceramice de înaltă calitate până la tigăi din plastic. Dezvoltată cu finanțare de la Fundația Bill & Melinda Gates din Seattle, Washington, care a susținut o gamă largă de cercetări de inovare a toaletei cu venituri mici, capcana de urină poate fi încorporată în toate, de la modele cu piedestale ceramice până la ghemuțe din plastic.vase. Dezvoltată cu finanțare de la Fundația Bill & Melinda Gates din Seattle, Washington, care susține o cercetare amplă în ceea ce privește inovația toaletei cu venituri mici, colectorul de urină poate fi încorporat în toate, de la modele de înaltă calitate, până la tăvi din plastic.Producătorul elvețian Laufen lansează deja un produs numit „Salvați!” Pentru piața europeană, deși costul său este prea mare pentru mulți consumatori.
Consiliul municipal al Universității din KwaZulu-Natal și Ethekwini testează, de asemenea, versiuni ale toaletelor de capcană de urină care pot devia urina și elimină particulele. De data aceasta, studiul se concentrează mai mult pe utilizatori. Odie este optimist că oamenii vor prefera noile toalete care deviază urină, deoarece miroase mai bine și sunt mai ușor de utilizat, dar observă că bărbații trebuie să se așeze pentru a urina, ceea ce este o schimbare culturală uriașă. Dar dacă toaletele „sunt adoptate și adoptate de cartiere cu venituri mari-de către oameni din medii etnice diferite-va ajuta cu adevărat să se răspândească”, a spus el. „Întotdeauna trebuie să avem o lentilă rasială”, a adăugat el, pentru a ne asigura că nu dezvoltă ceva care este considerat „doar negru” sau „numai sărac”.
Separarea urinei este doar primul pas în transformarea igienizării. Următoarea parte este să -ți dai seama ce să faci în acest sens. În zonele rurale, oamenii îl pot depozita în cuve pentru a ucide orice agenți patogeni și apoi îl pot aplica pe terenurile agricole. Organizația Mondială a Sănătății face recomandări pentru această practică.
Dar mediul urban este mai complicat - aici este produsă cea mai mare parte a urinei. Nu ar fi practic să construiți mai multe canalizări separate în tot orașul pentru a livra urină într -o locație centrală. Și pentru că urina este de aproximativ 95 la sută apă, este prea scump pentru a depozita și transporta. Prin urmare, cercetătorii se concentrează pe uscare, concentrare sau extragerea nutrienților din urină la nivelul unei toalete sau a unei clădiri, lăsând apa în urmă.
Nu va fi ușor, a spus Larson. Din punct de vedere al ingineriei, „Piss este o soluție proastă”, a spus ea. Pe lângă apă, majoritatea este uree, un compus bogat în azot pe care organismul îl produce ca produs secundar al metabolismului proteic. Ureea este utilă pe cont propriu: versiunea sintetică este un îngrășământ comun de azot (vezi cerințele de azot). Dar este, de asemenea, complicat: atunci când este combinat cu apa, ureea se transformă în amoniac, ceea ce oferă urinei mirosul său caracteristic. Dacă nu este pornit, amoniacul poate mirosi, polua aerul și poate scoate azot valoros. Catalizat de ureza enzimatică omniprezentă, această reacție, numită hidroliză de uree, poate lua mai multe microsecunde, făcând din ureză una dintre cele mai eficiente enzime cunoscute.
Unele metode permit continuarea hidrolizei. Cercetătorii EAWAG au dezvoltat un proces avansat care transformă urina hidrolizată într -o soluție de nutrienți concentrată. În primul rând, în acvariu, microorganismele transformă amoniacul volatil în azotat de amoniu non-volatil, un îngrășământ comun. Distilatorul concentrează apoi lichidul. O filială numită Vuna, cu sediul în Dübendorf, lucrează la comercializarea unui sistem pentru clădiri și un produs numit Aurin, care a fost aprobat în Elveția pentru plantele alimentare pentru prima dată în lume.
Alții încearcă să oprească reacția de hidroliză prin creșterea sau scăderea rapidă a pH -ului urinei, care este de obicei neutră atunci când este excretată. În campusul Universității din Michigan, Love face parteneriat cu Institutul de abundență de pământ nonprofit din Brattleboro, Vermont, pentru a dezvolta un sistem pentru clădiri care îndepărtează acidul citric lichid de la devierea toaletelor și toaletele fără apă. Apa erupe din urinale. Urina este apoi concentrată prin înghețarea repetată și thawing5.
O echipă SLU condusă de inginerul de mediu Bjorn Winneros de pe insula Gotland a dezvoltat o modalitate de a usca urina în uree solidă amestecată cu alți nutrienți. Echipa își evaluează cel mai recent prototip, o toaletă independentă cu uscător încorporat, la sediul companiei suedeze de apă și canalizare, VA Syd din Malmö.
Alte metode vizează nutrienții individuali în urină. Acestea ar putea fi mai ușor integrate în lanțurile de aprovizionare existente pentru îngrășăminte și substanțe chimice industriale, spune inginerul chimic William Tarpeh, fost coleg postdoctoral la Love's, care este acum la Universitatea Stanford din California.
O metodă obișnuită de restaurare a fosforului din urina hidrolizată este adăugarea de magneziu, ceea ce determină precipitarea unui îngrășământ numit struvită. Tarpeh experimentează cu granule de material adsorbant care pot îndepărta selectiv azotul ca amoniac sau fosfor ca fosfat. Sistemul său folosește un fluid diferit numit regenerant care curge prin baloane după ce se termină. Regenerantul ia nutrienții și reînnoiește bilele pentru următoarea rundă. Aceasta este o metodă pasivă cu tehnologie scăzută, dar regeneratele comerciale sunt rele pentru mediu. Acum, echipa sa încearcă să facă produse mai ieftine și mai ecologice (vezi „Poluarea viitorului”).
Alți cercetători dezvoltă modalități de a genera energie electrică prin plasarea urinei în celulele de combustibil microbian. În Cape Town, Africa de Sud, o altă echipă a dezvoltat o metodă pentru a face cărămizi de construcție neconvenționale prin amestecarea urinei, nisipului și a bacteriilor producătoare de urază într-o matriță. Ei se calcifică în orice formă fără a trage. Agenția Spațială Europeană consideră urina astronauților ca o resursă pentru construirea locuințelor pe lună.
„Când mă gândesc la viitorul larg al reciclării urinei și la reciclarea apelor uzate, vrem să putem produce cât mai multe produse”, a spus Tarpeh.
În timp ce cercetătorii urmăresc o serie de idei pentru comercializarea urinei, ei știu că este o luptă ascendentă, în special pentru o industrie înrădăcinată. Companiile de îngrășăminte și produse alimentare, fermieri, producători de toaletă și autorități de reglementare au fost lente pentru a face modificări semnificative la practicile lor. "Există o mulțime de inerție aici", a spus Simcha.
De exemplu, la Universitatea din California, Berkeley, instalarea de cercetare și educație a salvării Laufen! Aceasta include cheltuielile cu arhitecții, construirea și respectarea reglementărilor municipale - și asta nu a fost încă făcut, a spus Kevin Ona, un inginer de mediu care lucrează acum la Universitatea West Virginia din Morgantown. El a spus că lipsa codurilor și reglementărilor existente a creat probleme pentru gestionarea facilităților, așa că s -a alăturat grupului care dezvolta coduri noi.
O parte din inerție se poate datora fricii de rezistența cumpărătorilor, dar un sondaj din 2021 asupra oamenilor din 16 țări7 a constatat că în locuri precum Franța, China și Uganda, disponibilitatea de a consuma alimente fortificate de urină era aproape de 80% (vezi că oamenii o vor mânca? ').
Pam Elardo, care conduce administrația apelor uzate în calitate de administrator adjunct al Agenției pentru Protecția Mediului din New York, a declarat că susține inovații precum diversiunea de urină, deoarece obiectivele cheie ale companiei sale sunt reducerea în continuare a poluării și reciclării resurselor. Ea se așteaptă ca pentru un oraș precum New York, cea mai practică și eficientă metodă de deviere a urinei va fi sisteme off-grid în retrofit sau în clădiri noi, completate de operațiuni de întreținere și colectare. Dacă inovatorii pot rezolva o problemă, „ar trebui să funcționeze”, a spus ea.
Având în vedere aceste progrese, Larsen prevede că producția în masă și automatizarea tehnologiei de diversiune a urinei poate să nu fie departe. Acest lucru va îmbunătăți cazul de afaceri pentru această tranziție la gestionarea deșeurilor. Diversiunea urinară „este tehnica potrivită”, a spus ea. „Aceasta este singura tehnologie care poate rezolva problemele de mâncare la domiciliu într -un timp rezonabil. Dar oamenii trebuie să se gândească. ”
Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, Ng Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, Ng Environ.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. și Love, ng Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, ng Environ。 Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, ng Environ。Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. și Love, ng Environ.Știința. tehnologie. 55, 593–603 (2021).
Sutherland, K. și colab. Golirea impresii ale unei toalete de deviere. Faza 2: Eliberarea Planului de validare UDDT Ethekwini City (Universitatea din KwaZulu-Natal, 2018).
Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG & Buckley, Caj Water Sanit. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG & Buckley, Caj Water Sanit.Mkhize N, Taylor M, Udert KM, Gounden TG. și Buckley, Caj Water Sanit. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG & Buckley, Caj Water Sanit。 Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG & Buckley, Caj Water Sanit.Mkhize N, Taylor M, Udert KM, Gounden TG. și Buckley, Caj Water Sanit.Exchange Management 7, 111–120 (2017).
Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Ciurli, S. Angew. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Ciurli, S. Angew. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Churli, S. Angue. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Ciurli, S. Angew。 Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Ciurli, S. Angew。 Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. & Churli, S. Angue.Chimic. Paradisul internațional engleză. 58, 7415–7419 (2019).
Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, ng ACS Est Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, ng ACS Est Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, ng ACS Est Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, ng ACS Est Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, Ng ACS EST ENGG。 Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, ng ACS Est Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, ng ACS Est Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, ng ACS Est Engg.https://doi.org/10.1021/access.1c00271 (2021 г.).