Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com.Versiunea de browser pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS.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 suport continuu, vom reda site-ul fără stiluri și JavaScript.
Chelsea Wold este o jurnalistă independentă cu sediul în Haga, Țările de Jos și autoarea cărții Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets.
Sistemele de toaletă specializate extrag azotul și alți nutrienți din urină pentru a fi utilizate ca îngrășământ și alte produse.Credit imagine: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Gotland, cea mai mare insulă a Suediei, are puțină apă dulce.În același timp, locuitorii se confruntă cu niveluri periculoase de poluare din agricultură și sistemele de canalizare, care provoacă înfloriri de alge dăunătoare în jurul Mării Baltice.Pot ucide peștii și pot îmbolnăvi oamenii.
Pentru a ajuta la rezolvarea acestei serii de probleme de mediu, insula își pune speranțele pe singura substanță puțin probabilă 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 peste 70.000 de litri de urină pe o perioadă de 3 ani în pisoare fără apă și toalete dedicate în mai multe locații în timpul sezonului turistic de vară.Echipa provine de la Universitatea Suedeză de Științe Agricole (SLU) din Uppsala, care a divizat o companie numită Sanitation360.Folosind un proces dezvoltat de cercetători, ei au uscat urina în bucăți asemănătoare betonului, pe care apoi le-au măcinat în pulbere și le-au presat în granule de îngrășământ care se potrivesc cu echipamentele agricole standard.Fermierii locali folosesc îngrășământul pentru a cultiva orz, care este apoi trimis la fabricile de bere pentru a produce bere care poate reveni în ciclu după consum.
Prithvi Simha, inginer chimist la SLU și CTO al Sanitation360, a declarat că scopul cercetătorilor este de a „depăși conceptul și de a pune 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 plante nefertilizate (în centru) și cu îngrășăminte minerale (stânga).Credit 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 o recicla în produse precum îngrășămintele.Practica, cunoscută sub numele de deturnare a urinei, este studiată de grupuri din Statele Unite, Australia, Elveția, Etiopia și Africa de Sud, printre altele.Aceste eforturi depășesc cu mult laboratoarele universitare.Pisoarele fără apă sunt conectate la sistemele de eliminare a subsolului din birourile din Oregon și Țările de Jos.Parisul intenționează să instaleze toalete cu deviere a urinei într-o ecozonă de 1.000 de rezidenți, care se construiește în arondismentul 14 al orașului.Agenția Spațială Europeană va amplasa 80 de toalete la sediul său din Paris, care va începe operațiunile la sfârșitul acestui an.Susținătorii deturnării urinei spun că ar putea găsi utilizări în locuri, de la avanposturi militare improvizate la tabere de refugiați, centre urbane bogate și mahalale întinse.
Oamenii de știință spun că deturnarea urinei, dacă este implementată pe scară largă în întreaga lume, ar putea aduce beneficii uriașe mediului și sănătății publice.Acest lucru se datorează parțial pentru că urina este bogată în nutrienți care nu poluează corpurile de apă și poate fi folosită pentru fertilizarea culturilor sau în procese industriale.Simha estimează că oamenii produc suficientă urină pentru a înlocui aproximativ un sfert din actualele îngrășăminte cu azot și fosfat din lume;conține, de asemenea, potasiu și multe oligoelemente (vezi „Constituenții din urină”).Cel mai bine, dacă nu aruncați urina în canalizare, economisiți multă apă și reduceți sarcina unui sistem de canalizare îmbătrânit și supraîncărcat.
Potrivit experților în domeniu, multe componente de deviere a urinei pot deveni în curând disponibile pe scară largă datorită progreselor în toalete și strategii de eliminare a urinei.Dar există și obstacole mari în calea schimbării fundamentale într-unul dintre cele mai fundamentale aspecte ale vieții.Cercetătorii și companiile trebuie să abordeze o multitudine de provocări, de la îmbunătățirea designului toaletelor care deviază urina până la ușurarea procesării și transformării urinei în produse valoroase.Acestea pot include sisteme de tratare chimică conectate la toalete individuale sau echipamente de subsol care deservesc 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 ample de schimbare și acceptare socială, legate atât de diferitele grade de tabuuri culturale asociate cu deșeurile umane, cât și de convențiile profund înrădăcinate despre apele uzate industriale și sistemele alimentare.
Pe măsură ce societatea se confruntă cu deficitul de energie, apă și materii prime pentru agricultură și industrie, deturnarea și reutilizarea urinei reprezintă „o provocare majoră pentru modul în care asigurăm salubritate”, spune biologul Lynn Broaddus, consultant în sustenabilitate din Minneapolis..„Un gen care va deveni din ce în ce mai important.Minnesota, a fost fostul președinte al Federației Acvatice din Alexandria, Virginia, o asociație mondială de profesioniști în calitatea apei.„Este de fapt ceva de valoare.”
Pe vremuri, urina era o marfă valoroasă.În trecut, unele societăți îl foloseau pentru a fertiliza culturile, a face piele, a spăla haine și a face praf de pușcă.Apoi, la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea, modelul modern de management centralizat al apelor uzate 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 prin canalizare, amestecată cu alte fluide din surse domestice, industriale și, uneori, cu canale de scurgere.În stațiile centralizate de tratare a apelor uzate, procesele consumatoare de energie folosesc microorganisme pentru tratarea apelor uzate.
În funcție de regulile și condițiile locale ale stației de epurare, 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 centralizat de canalizare (a se vedea „Canalele umane”).
Oamenii de știință lucrează pentru a face sistemele centralizate mai durabile și mai puțin poluante, dar începând cu Suedia din anii 1990, unii cercetători fac eforturi pentru schimbări mai fundamentale.Avansurile de la sfârșitul conductei sunt „doar o altă evoluție a aceluiași lucru”, a spus Nancy Love, inginer de mediu la Universitatea din Michigan la Ann Arbor.Deturnarea urinei va fi „transformatoare”, spune ea.În Studiul 1, care a simulat sisteme de management al apelor uzate în trei state din SUA, ea și colegii ei au comparat sistemele convenționale de tratare a apelor uzate cu sisteme ipotetice de tratare a apelor uzate care deturnează urina și folosesc nutrienți recuperați în loc de îngrășăminte sintetice.Ei estimează că comunitățile care folosesc deturnarea urinei pot reduce emisiile generale 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 utilizată.
Cu toate acestea, conceptul rămâne de nișă și limitat în mare parte la zone autonome, cum ar fi satele ecologice scandinave, anexe rurale și dezvoltări în zonele cu venituri mici.
Tove Larsen, inginer chimist la Institutul Federal Elvețian pentru Știință și Tehnologie Acvatică (Eawag) din Dübendorf, spune că o mare parte din restanța este cauzată de toaletele în sine.Introduse pentru prima dată pe piață în anii 1990 și 2000, majoritatea toaletelor care deviază urina au un mic bazin în fața lor pentru a colecta lichidul, un setare care necesită o direcționare atentă.Alte modele includ benzi transportoare acționate de picior, care permit scurgerea urinei pe măsură ce gunoiul de grajd este transportat la coșul de compost, sau senzori care acţionează supapele pentru a direcționa urina către o ieșire 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 imagine: EOOS NEXT
Dar în proiectele experimentale și demonstrative din Europa, oamenii nu au acceptat utilizarea lor, a spus Larsen, plângându-se că sunt prea voluminoase, mirositoare și nesigure.„Am fost cu adevărat dezamăgiți de subiectul toaletelor.”
Aceste preocupări au bântuit prima utilizare pe scară largă a toaletelor care deviază urina, un proiect în orașul sud-african Ethekwini în anii 2000.Anthony Odili, care studiază managementul sănătății la Universitatea KwaZulu-Natal din Durban, a declarat că extinderea bruscă a granițelor orașului post-apartheid a dus la preluarea de către autorități a unor zone rurale sărace, fără infrastructură de toaletă și apă.
După focarul de holeră din august 2000, autoritățile au desfășurat rapid mai multe instalații de salubritate care au îndeplinit constrângeri financiare și practice, inclusiv aproximativ 80.000 de toalete uscate care deturnează urina, dintre care majoritatea sunt încă utilizate astăzi.Urina se scurge în sol de sub toaletă, iar fecalele ajung într-o unitate de depozitare pe care orașul a golit-o la fiecare cinci ani din 2016.
Odili a spus că proiectul a creat instalații sanitare mai sigure în zonă.Cu toate acestea, cercetările în științe sociale au identificat multe probleme cu programul.În ciuda ideii că toaletele sunt mai bune decât nimic, studiile, inclusiv unele dintre studiile la care a participat, au arătat mai târziu că utilizatorii le displac în general, a spus Odili.Multe dintre ele sunt construite cu materiale de proastă calitate și sunt incomode de utilizat.În timp ce astfel de toalete ar trebui teoretic să prevină mirosurile, urina din toaletele eThekwini ajunge adesea în depozitul fecal, creând un miros teribil.Potrivit lui Odili, oamenii „nu puteau respira normal”.În plus, urina practic nu este folosită.
În cele din urmă, potrivit lui Odili, decizia de a introduce toalete uscate care deviază urina a fost de sus în jos și nu a ținut cont de preferințele oamenilor, în principal din motive de sănătate publică.Un studiu din 20173 a constatat că peste 95% dintre respondenții eThekwini doreau acces la toaletele convenabile și inodore folosite de locuitorii albi bogați ai orașului și mulți plănuiau să le instaleze atunci când condițiile o permiteau.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 deviația urinară.În 2017, condusă de designerul Harald Grundl, în colaborare cu Larsen și alții, firma austriacă de design EOOS (desprinsă din EOOS Next) a lansat o capcană pentru urină.Acest lucru elimină nevoia utilizatorului de a ținti, iar funcția de redirecționare a urinei este aproape invizibilă (vezi „Noul tip de toaletă”).
Folosește tendința apei de a se lipi de suprafețe (numit efect de ibric pentru că acționează ca un fierbător de picurare incomodă) pentru a direcționa urina din partea din față a toaletei într-o gaură separată (vezi „Cum să reciclați urina”). Dezvoltată cu finanțare de la Fundația Bill & Melinda Gates din Seattle, Washington, care a susținut o gamă largă de cercetări în inovarea toaletei pentru setările cu venituri mici, Capcana pentru urină poate fi încorporată în orice, de la modele de piedestal din ceramică de ultimă generație până la ghemuit din plastic. tigăi. Dezvoltată cu finanțare de la Fundația Bill & Melinda Gates din Seattle, Washington, care a susținut o gamă largă de cercetări în inovarea toaletei pentru setările cu venituri mici, Capcana pentru urină poate fi încorporată în orice, de la modele de piedestal din ceramică de ultimă generație până la ghemuit din plastic. tigăi. Dezvoltată cu finanțare de la Fundația Bill & Melinda Gates din Seattle, Washington, care a susținut o gamă largă de cercetări inovatoare pentru toalete cu venituri mici, capcana pentru urină poate fi încorporată în orice, de la modele cu piedestale din ceramică până la genuflexiuni din plastic.vase. Dezvoltat cu finanțare de la Fundația Bill & Melinda Gates din Seattle, Washington, care susține cercetări extinse în inovarea toaletei cu venituri mici, colectorul de urină poate fi încorporat în orice, de la modele de ultimă generație pe bază de ceramică la tăvi de plastic pentru ghemuit.Producătorul elvețian LAUFEN lansează deja un produs numit „Salvați!”pentru piața europeană, deși costul acestuia este prea mare pentru mulți consumatori.
Universitatea din KwaZulu-Natal și Consiliul municipal eThekwini testează, de asemenea, versiuni de toalete cu capcană de urină care pot devia urina și pot elimina particulele.De data aceasta, studiul se concentrează mai mult pe utilizatori.Odie este optimist că oamenii vor prefera noile toalete cu deviere a urinei pentru că miros mai bine și sunt mai ușor de folosit, dar el observă că bărbații trebuie să se așeze pentru a urina, ceea ce reprezintă o schimbare culturală uriașă.Dar dacă toaletele „sunt adoptate și adoptate și de cartierele cu venituri mari – de oameni din medii etnice diferite – va ajuta cu adevărat la răspândire”, a spus el.„Trebuie să avem întotdeauna o lentilă rasială”, a adăugat el, pentru a ne asigura că ei nu dezvoltă ceva care este văzut ca „doar negru” sau „doar sărac”.
Separarea urinei este doar primul pas în transformarea salubrității.Următoarea parte este să vă dați seama ce să faceți.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 construim mai multe canalizări separate în tot orașul pentru a livra urina într-o locație centrală.Și pentru că urina este aproximativ 95 la sută apă, este prea scump de depozitat și transportat.Prin urmare, cercetătorii se concentrează pe uscarea, concentrarea sau extragerea în alt mod a nutrienților din urină la nivelul unei toalete sau al unei clădiri, lăsând apă în urmă.
Nu va fi ușor, spuse Larson.Din punct de vedere ingineresc, „pișul este o soluție proastă”, a spus ea.Pe lângă apă, majoritatea este ureea, un compus bogat în azot pe care organismul îl produce ca produs secundar al metabolismului proteinelor.Ureea este utilă singură: versiunea sintetică este un îngrășământ cu azot obișnuit (vezi Cerințele de azot).Dar este și complicat: atunci când este combinată cu apă, ureea se transformă în amoniac, care dă urinei mirosul său caracteristic.Dacă nu este pornit, amoniacul poate mirosi, poate polua aerul și poate elimina azotul valoros.Catalizată de enzima urează omniprezentă, această reacție, numită hidroliza ureei, poate dura câteva microsecunde, făcând urează 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 nutritivă concentrată.În primul rând, în acvariu, microorganismele transformă amoniacul volatil în nitrat de amoniu nevolatil, un îngrășământ comun.Distilatorul concentrează apoi lichidul.O subsidiară numită Vuna, cu sediul tot în Dübendorf, lucrează la comercializarea unui sistem pentru clădiri și a unui produs numit Aurin, care a fost aprobat în Elveția pentru fabricile 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 colaborează cu Institutul non-profit Earth Abundance din Brattleboro, Vermont, pentru a dezvolta un sistem pentru clădiri care elimină acidul citric lichid din toaletele cu deviere și toaletele fără apă.Apa erupe din pisoare.Urina este apoi concentrată prin înghețare și decongelare repetate5.
O echipă SLU condusă de inginerul de mediu Bjorn Winneros pe insula Gotland a dezvoltat o modalitate de a usca urina în uree solidă amestecată cu alți nutrienți.Echipa evaluează cel mai recent prototip al lor, o toaletă de sine stătătoare cu uscător încorporat, la sediul companiei suedeze de apă și canalizare VA SYD din Malmö.
Alte metode vizează nutrienții individuali din urină.Ele ar putea fi integrate mai ușor în lanțurile de aprovizionare existente pentru îngrășăminte și substanțe chimice industriale, spune inginerul chimist William Tarpeh, fost bursier postdoctoral la Love's, care este acum la Universitatea Stanford din California.
O metodă comună de refacere a fosforului din urina hidrolizată este adăugarea de magneziu, care provoacă precipitarea unui îngrășământ numit struvit.Tarpeh experimentează cu granule de material adsorbant care pot elimina selectiv azotul sub formă de amoniac6 sau fosforul sub formă de fosfat.Sistemul său folosește un alt fluid numit regenerant care curge prin baloane după ce acestea se epuizează.Regenerantul preia nutrienții și reînnoiește bilele pentru runda următoare.Aceasta este o metodă pasivă, cu tehnologie low-tech, dar regenerele comerciale sunt dăunătoare pentru mediu.Acum, echipa sa încearcă să facă produse mai ieftine și mai ecologice (vezi „Poluarea viitorului”).
Alți cercetători dezvoltă modalități de a genera electricitate prin plasarea urinei în celulele de combustibil microbiene.În Cape Town, Africa de Sud, o altă echipă a dezvoltat o metodă de fabricare a cărămizilor de construcție neconvenționale prin amestecarea urinei, nisipului și bacteriilor producătoare de urază într-o matriță.Se calcifiază în orice formă fără a arde.Agenția Spațială Europeană consideră urina astronauților drept o resursă pentru construirea de locuințe pe Lună.
„Când mă gândesc la viitorul larg al reciclării urinei și al reciclării apelor uzate, vrem să putem produce cât mai multe produse posibil”, a spus Tarpeh.
Pe măsură ce cercetătorii urmăresc o serie de idei pentru comercializarea urinei, ei știu că este o luptă dificilă, în special pentru o industrie înrădăcinată.Companiile de îngrășăminte și produse alimentare, fermierii, producătorii de toalete și autoritățile de reglementare au întârziat să facă schimbări semnificative în practicile lor.„Există multă inerție aici”, a spus Simcha.
De exemplu, la Universitatea din California, Berkeley, instalația de cercetare și educație a LAUFEN save!Aceasta include cheltuielile pentru arhitecți, construirea și respectarea reglementărilor municipale - și asta nu sa făcut încă, 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 în managementul unităților, așa că s-a alăturat grupului care dezvolta coduri noi.
O parte din inerție se poate datora fricii de rezistență la cumpărători, dar un sondaj din 2021 efectuat de oameni din 16 țări7 a constatat că în locuri precum Franța, China și Uganda, dorința de a consuma alimente îmbogățite cu urină era aproape de 80% (vezi Vor mânca oamenii. aceasta?').
Pam Elardo, care conduce Wastewater Administration în calitate de administrator adjunct al Agenției pentru Protecția Mediului din New York, a declarat că sprijină inovații precum deturnarea urinei, deoarece obiectivele cheie ale companiei sale sunt reducerea în continuare a poluării și reciclarea resurselor.Ea se așteaptă ca, pentru un oraș precum New York, cea mai practică și mai rentabilă metodă de a deturna urina să fie sistemele off-grid în modernizarea sau clădirile 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 prezice că producția în masă și automatizarea tehnologiei de deviere a urinei ar putea să nu fie departe.Acest lucru va îmbunătăți cazul de afaceri pentru această tranziție la gestionarea deșeurilor.Deviația urinară „este tehnica potrivită”, a spus ea.„Aceasta este singura tehnologie care poate rezolva problemele legate de alimentația acasă într-un timp rezonabil.Dar oamenii trebuie să se hotărască.”
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. şi colab.Amprente de golire a unei toalete de deviere.Faza 2: Lansarea 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.International Paradise engleză.58, 7415–7419 (2019).
Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, NG ACS EST Ing. Noe-Hays , A. , Homeyer , RJ , Davis , AP & Love , NG ACS EST Engg . Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, NG ACS EST Ing. 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 Ing. Noe-Hays , A. , Homeyer , RJ , Davis , AP & Love , NG ACS EST Engg .https://doi.org/10.1021/access.1c00271 (2021 г.).