Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que utilitzeu té un suport CSS limitat. Per obtenir la millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o desactiveu el mode de compatibilitat a Internet Explorer). Mentrestant, per assegurar el suport continuat, rendirem el lloc sense estils i JavaScript.
Chelsea Wold és un periodista autònom amb seu a l’Haia, Països Baixos i autor de Daydream: una cerca global urgent per canviar de lavabos.
Els sistemes de vàter especialitzats extreuen nitrogen i altres nutrients de l’orina per utilitzar -los com a fertilitzants i altres productes. Crèdit d'imatge: Mak/Georg Mayer/Eoos Següent
Gotland, l'illa més gran de Suècia, té poca aigua dolça. Al mateix temps, els residents estan afectats amb nivells perillosos de contaminació per part de l’agricultura i els sistemes d’aigües residuals que provoquen flors d’algues nocives al voltant del mar Bàltic. Poden matar peixos i posar la gent malalta.
Per ajudar a resoldre aquesta sèrie de problemes mediambientals, l’illa està fixant les seves esperances en una substància poc probable que els uneix: l’orina humana.
A partir del 2021, l’equip de recerca va començar a treballar amb una empresa local que lloga lavabos portàtils. L’objectiu és recollir més de 70.000 litres d’orina durant un període de 3 anys en orinals sense aigua i lavabos dedicats a diversos llocs durant la temporada de turistes d’estiu. L’equip provenia de la Universitat Sueca de les Ciències Agrícoles (SLU) a Uppsala, que ha sortit d’una empresa anomenada Sanitation360. Utilitzant un procés que es van desenvolupar els investigadors, van assecar l’orina en trossos similars al formigó, que després es posen en pols i van pressionar en grànuls de fertilitzants que s’ajusten a equips de granja estàndard. Els agricultors locals utilitzen el fertilitzant per créixer l’ordi, que després s’envia a cerveseries per produir ALE que pot tornar al cicle després del consum.
Prithvi Simha, enginyer químic de SLU i CTO de Sanitation360, va dir que l’objectiu dels investigadors és “anar més enllà del concepte i posar -se en pràctica” a la reutilització d’orina a gran escala. L’objectiu és proporcionar un model que es pugui emular a tot el món. "El nostre objectiu és que tothom, a tot arreu, faci aquest exercici."
En un experiment a Gotland, es va comparar l’ordi esfertilitzat per l’orina (a la dreta) amb les plantes no fertilitzades (centre) i amb fertilitzants minerals (esquerra). Crèdit d’imatge: Jenna Senecal.
El projecte Gotland forma part d’un esforç similar a tot el món per separar l’orina d’altres aigües residuals i reciclar -lo en productes com els fertilitzants. La pràctica, coneguda com a desviació d’orina, està sent estudiada per grups dels Estats Units, Austràlia, Suïssa, Etiòpia i Sud -àfrica, entre d’altres. Aquests esforços van molt més enllà dels laboratoris universitaris. Els orinals sense aigua estan connectats als sistemes d’eliminació del soterrani a les oficines d’Oregon i Països Baixos. París té previst instal·lar lavabos que es divideixen en orina en una ecozona de 1.000 residents que es construeix al 14è arrondissement de la ciutat. L’Agència Espacial Europea situarà 80 lavabos a la seu de París, que començaran a operar a finals d’aquest any. Els defensors de la desviació d’orina asseguren que podria trobar usos en llocs que van des d’avantatges militars improvisats fins a camps de refugiats, centres urbans rics i barris baixos.
Els científics asseguren que el desviament d’orina, si es desplega a gran escala a tot el món, podria aportar grans beneficis al medi ambient i a la salut pública. Això és en part perquè l’orina és rica en nutrients que no contaminen els cossos d’aigua i que es poden utilitzar per fertilitzar cultius o en processos industrials. Simha estima que els humans produeixen prou orina per substituir aproximadament una quarta part dels fertilitzants de nitrogen i fosfat actuals del món; També conté potassi i molts rastres (vegeu “Constituents a l’orina”). El millor de tot, al no arrossegar l’orina cap avall, estalvieu molta aigua i reduïu la càrrega d’un sistema de clavegueram envellit i sobrecarregat.
Segons experts en el camp, molts components de desviació d’orina poden estar aviat disponibles àmpliament gràcies als avenços en els lavabos i les estratègies d’eliminació d’orina. Però també hi ha grans obstacles per al canvi fonamental en un dels aspectes més fonamentals de la vida. Els investigadors i les empreses han d’afrontar una infinitat de reptes, des de millorar el disseny dels lavabos que es divideixen en l’orina fins a facilitar l’orina de processar i convertir-se en productes valuosos. Això pot incloure sistemes de tractament químic connectats a lavabos o equips de soterrani individuals que serveixen tot l’edifici i proporcionen serveis per a la recuperació i manteniment del producte concentrat o endurit resultant (vegeu “De l’orina al producte”). A més, hi ha qüestions més àmplies de canvi i acceptació social, vinculats tant als diferents graus de tabús culturals associats als residus humans com a convencions profundes sobre les aigües residuals industrials i els sistemes alimentaris.
Com que la societat es posa en escassetat d’energia, aigua i matèries primeres per a l’agricultura i la indústria, la desviació i la reutilització d’orina és “un repte important per a la manera de sanitar”, afirma el biòleg Lynn Broaddus, consultora de sostenibilitat basada en Minneapolis. . “Un gènere que serà cada cop més important. Minnesota, va ser el passat president de la Federació Aquàtica d'Alexandria, Va., Una associació mundial de professionals de la qualitat de l'aigua. "En realitat és una cosa de valor".
Hi havia una vegada l’orina era una mercaderia valuosa. En el passat, algunes societats l’utilitzaven per fertilitzar els cultius, fer cuir, rentar roba i fer una pólvora. Aleshores, a finals del segle XIX i principis del XX, el model modern de la gestió centralitzada de les aigües residuals va sorgir a Gran Bretanya i es va estendre per tot el món, culminant en l’anomenada ceguesa urinària.
En aquest model, els lavabos utilitzen aigua per drenar ràpidament l’orina, les femtes i el paper higiènic, barrejats amb altres líquids de fonts domèstiques, industrials i, de vegades, els desguassos de tempestes. En les plantes de tractament d’aigües residuals centralitzades, els processos intensius energètics utilitzen microorganismes per tractar les aigües residuals.
Segons les regles i les condicions locals de la planta de tractament, les aigües residuals descarregades d’aquest procés encara poden contenir quantitats importants de nitrogen i altres nutrients, així com alguns altres contaminants. El 57% de la població mundial no està connectada a un sistema de clavegueram centralitzat (vegeu “aigües residuals humanes”).
Els científics treballen per fer que els sistemes centralitzats siguin més sostenibles i menys contaminants, però a partir de Suècia a la dècada de 1990, alguns investigadors estan pressionant per canvis més fonamentals. Els avenços al final del gasoducte són "només una altra evolució de la mateixa cosa maleïda", va dir Nancy Love, enginyera ambiental de la Universitat de Michigan d'Ann Arbor. Dirigir l’orina serà “transformadora”, diu. A l'estudi 1, que simulava sistemes de gestió d'aigües residuals en tres estats nord -americans, ella i els seus col·legues van comparar sistemes convencionals de tractament d'aigües residuals amb sistemes hipotètics de tractament d'aigües residuals que desvien l'orina i utilitzen nutrients recuperats en lloc de fertilitzants sintètics. Estimen que les comunitats que utilitzen el desviament d’orina poden reduir les emissions generals de gasos d’efecte hivernacle en un 47%, el consum d’energia en un 41%, el consum d’aigua dolça aproximadament i la contaminació de nutrients de les aigües residuals en un 64%. tecnologia utilitzada.
No obstant això, el concepte continua essent nínxol i es limita en gran mesura a zones autònomes com ara villages ecològiques, dependències rurals i desenvolupaments en zones de baixos ingressos.
Tove Larsen, enginyer químic de l’Institut Federal de Ciències i Tecnologia Aquàtica (EAWAG) suïssa de Dübendorf, assegura que bona part del retrocés és causat pels propis banys. Primer introduït al mercat a la dècada de 1990 i 2000, la majoria dels lavabos de divulgació d’orina tenen una petita conca davant d’ells per recollir el líquid, una configuració que requereix una orientació acurada. Altres dissenys inclouen cintes transportadores que permeten que l’orina es dreni a mesura que els fems es transporten a la paperera de compost o sensors que operen vàlvules per dirigir l’orina cap a una sortida separada.
Un lavabo de prototip que separa l’orina i l’asseca en una pols s’està provant a la seu de la companyia d’aigua i clavegueram sueca VA Syd a Malmö. Crèdit d'imatge: eoos Següent
Però en els projectes experimentals i de demostració a Europa, la gent no ha adoptat el seu ús, va dir Larsen, queixant -se que són massa voluminoses, pudents i poc fiables. "Ens va deixar de banda el tema dels lavabos".
Aquestes preocupacions van assaltar el primer ús a gran escala dels lavabos per a la vivència d’orina, un projecte a la ciutat sud-africana d’Ethekwini als anys 2000. Anthony Odili, que estudia la gestió de la salut a la Universitat de Kwazulu-Natal a Durban, va dir que la sobtada expansió de les fronteres post-apartheid de la ciutat ha donat lloc a que les autoritats assumeixin algunes zones rurals pobres sense infraestructures de vàter i aigua.
Després de l’esclat de còlera l’agost del 2000, les autoritats van desplegar ràpidament diverses instal·lacions de sanejament que van complir amb restriccions financeres i pràctiques, incloses uns 80.000 lavabos secs que divereixen l’orina, la majoria encara s’utilitzen avui en dia. L’orina s’escorre al sòl des del vàter i les femtes acaben en una instal·lació d’emmagatzematge que la ciutat s’ha buidat cada cinc anys des del 2016.
Odili va dir que el projecte ha creat instal·lacions de sanejament més segures a la zona. Tot i això, la investigació en ciències socials ha identificat molts problemes amb el programa. Malgrat la idea que els lavabos són millors que res, els estudis, inclosos alguns dels estudis en què va participar, va demostrar més tard que els usuaris generalment els agraden, va dir Odili. Molts d’ells estan construïts amb materials de mala qualitat i són incòmodes d’utilitzar. Si bé aquests lavabos haurien de prevenir teòricament les olors, l’orina dels lavabos d’Ethekwini sovint acaba a l’emmagatzematge fecal, creant una olor terrible. Segons Odili, la gent "no podia respirar normalment". A més, l’orina pràcticament no s’utilitza.
En última instància, segons Odili, la decisió d’introduir els lavabos secs que es divideixen en l’orina va ser de dalt a baix i no va tenir en compte les preferències de les persones, principalment per motius de salut pública. Un estudi3 del 2017 va trobar que més del 95% dels enquestats d'Ethekwini volien accedir als lavabos convenients i inodors que utilitzaven els rics residents blancs de la ciutat i molts tenien previst instal·lar -los quan es permetessin les condicions. A Sud -àfrica, els lavabos han estat un símbol de la desigualtat racial.
Tot i això, el nou disseny podria suposar un avenç en el desviament urinari. El 2017, dirigit pel dissenyador Harald Grundl, en col·laboració amb Larsen i altres, la firma de disseny austríaca Eoos (Spun Off d’EOOS Next) va llançar una trampa d’orina. Això elimina la necessitat que l’usuari s’apunti i la funció de desviació d’orina és gairebé invisible (vegeu “Nou tipus de vàter”).
Utilitza la tendència de l’aigua a enganxar -se a les superfícies (anomenada efecte bullidor perquè actua com un bullidor de goteig incòmode) per dirigir l’orina des de la part frontal del vàter cap a un forat separat (vegeu “Com reciclar l’orina”). Desenvolupat amb el finançament de la Fundació Bill & Melinda Gates de Seattle, Washington, que ha donat suport a una àmplia investigació sobre la innovació del vàter per a entorns de baixos ingressos, la trampa d’orina es pot incorporar a tot, des de models de pedestal de gamma alta fins a paelles de plàstic de plàstic. Desenvolupat amb el finançament de la Fundació Bill & Melinda Gates de Seattle, Washington, que ha donat suport a una àmplia investigació sobre la innovació del vàter per a entorns de baixos ingressos, la trampa d’orina es pot incorporar a tot, des de models de pedestal de gamma alta fins a paelles de plàstic de plàstic. Desenvolupat amb el finançament de la Fundació Bill & Melinda Gates de Seattle, Washington, que ha donat suport a una àmplia gamma d’investigacions sobre innovació de vàter de baixos ingressos, la trampa d’orina es pot integrar en tot, des de models amb pedestals de ceràmica fins a squats de plàstic.testos. Desenvolupat amb el finançament de la Fundació Bill & Melinda Gates de Seattle, Washington, que dóna suport a una àmplia investigació sobre la innovació de vàter de baixos ingressos, el col·leccionista d’orina es pot integrar en tot, des de models de ceràmica de gamma alta fins a safates de plàstic.El fabricant suís Laufen ja llança un producte anomenat "Save!" Per al mercat europeu, tot i que el seu cost és massa elevat per a molts consumidors.
La Universitat de Kwazulu-Natal i el Consell de la ciutat d’Ethekwini també estan provant versions dels lavabos de trampa d’orina que poden desviar l’orina i eliminar les partícules. Aquesta vegada, l’estudi se centra més en els usuaris. Odie és optimista que la gent preferirà els nous lavabos que divereixen l’orina perquè fan olor millor i són més fàcils d’utilitzar, però assenyala que els homes s’han de seure per orinar, que és un canvi cultural enorme. Però si els lavabos "també són adoptats i adoptats per barris d'ingressos alts, per part de persones de diferents orígens ètnics, realment ajudarà a difondre's", va dir. "Sempre hem de tenir una lent racial", va afegir, per assegurar -nos que no desenvolupen alguna cosa que es veu com a "només negre" o "pobre".
La separació d’orina és només el primer pas per transformar el sanejament. La següent part és esbrinar què fer al respecte. A les zones rurals, la gent pot emmagatzemar -la en VATS per matar qualsevol patògens i després aplicar -lo a les terres de conreu. L’Organització Mundial de la Salut fa recomanacions per a aquesta pràctica.
Però l’entorn urbà és més complicat: aquí és on es produeix la major part de l’orina. No seria pràctic construir diverses clavegueres separades a tota la ciutat per lliurar orina a un lloc central. I perquè l’orina és aproximadament un 95 per cent d’aigua, és massa car per emmagatzemar i transportar. Per tant, els investigadors se centren en assecar, concentrar o extreure nutrients d’altra manera de l’orina al nivell d’un lavabo o edifici, deixant l’aigua enrere.
No serà fàcil, va dir Larson. Des del punt de vista d'enginyeria, "Piss és una mala solució", va dir. A més de l’aigua, la majoria és la urea, un compost ric en nitrogen que el cos produeix com a subproducte del metabolisme de les proteïnes. La urea és útil per si sol: la versió sintètica és un fertilitzant de nitrogen comú (vegeu els requisits de nitrogen). Però també és complicat: quan es combina amb l’aigua, la urea es converteix en amoníac, cosa que dóna l’orina la seva olor característica. Si no s’encén, l’amoníac pot olorar, contaminar l’aire i treure nitrogen valuós. Catalitzada per l’omnipresent enzim urease, aquesta reacció, anomenada hidròlisi d’urea, pot prendre diversos microsegons, fent que la ureasi sigui un dels enzims més eficients coneguts.
Alguns mètodes permeten que la hidròlisi continuï. Els investigadors EAWAG han desenvolupat un procés avançat que converteix l’orina hidrolitzada en una solució de nutrients concentrada. Primer, a l’aquari, els microorganismes converteixen l’amoníac volàtil en nitrat d’amoni no volàtil, un fertilitzant comú. El destil·lador concentra el líquid. Una filial anomenada Vuna, també amb seu a Dübendorf, treballa per comercialitzar un sistema per a edificis i un producte anomenat Aurin, que ha estat aprovat a Suïssa per a plantes alimentàries per primera vegada al món.
Altres intenten aturar la reacció d’hidròlisi augmentant o baixant ràpidament el pH de l’orina, que sol ser neutra quan s’excreta. Al campus de la Universitat de Michigan, Love s’associa amb l’Institut d’abundància de la Terra sense ànim de lucre de Brattleboro, Vermont, per desenvolupar un sistema per a edificis que eliminin l’àcid cítric líquid de desviar lavabos i lavabos sense aigua. L’aigua esclata dels orinals. L’orina es concentra després per la congelació repetida i el desglaç5.
Un equip de SLU dirigit per l’enginyer ambiental Bjorn Winneros a l’illa de Gotland va desenvolupar una manera d’assecar l’orina en la urea sòlida barrejada amb altres nutrients. L’equip avalua el seu darrer prototip, un lavabo independent amb assecador integrat, a la seu de la companyia d’aigua i clavegueram suec VA Syd a Malmö.
Altres mètodes tenen com a objectiu els nutrients individuals a l’orina. Podrien integrar -se més fàcilment a les cadenes de subministrament existents per a fertilitzants i productes químics industrials, afirma l’enginyer químic William Tarpeh, un antic postdoctoral Fellow de Love’s que ara es troba a la Universitat de Stanford de Califòrnia.
Un mètode comú per restaurar el fòsfor de l’orina hidrolitzada és l’addició de magnesi, cosa que provoca la precipitació d’un fertilitzant anomenat struvita. Tarpeh està experimentant amb grànuls de material adsorbent que pot eliminar selectivament el nitrogen com a amoníac6 o fòsfor com a fosfat. El seu sistema utilitza un líquid diferent anomenat Regenerant que flueix pels globus després que s’esgotin. El regenerant pren els nutrients i renova les pilotes per a la propera ronda. Es tracta d’un mètode passiu de baixa tecnologia, però els regenerats comercials són dolents per al medi ambient. Ara el seu equip està intentant fer productes més barats i respectuosos amb el medi ambient (vegeu "Contaminació del futur").
Altres investigadors estan desenvolupant maneres de generar electricitat situant l’orina en piles de combustible microbianes. A Ciutat del Cap, Sud-àfrica, un altre equip ha desenvolupat un mètode per fer maons de construcció no convencionals barrejant bacteris d’orina, sorra i ureasa en un motlle. Calcifiquen en qualsevol forma sense disparar. L’Agència Espacial Europea està considerant l’orina dels astronautes com un recurs per construir habitatges a la lluna.
"Quan penso en el futur ampli del reciclatge d'orina i el reciclatge d'aigües residuals, volem poder produir el màxim de productes possibles", va dir Tarpeh.
A mesura que els investigadors persegueixen una sèrie d’idees per a l’orina mercantilitzada, saben que és una batalla costa amunt, especialment per a una indústria arrelada. Les empreses de fertilitzants i aliments, agricultors, fabricants de vàters i reguladors han estat lentament per fer canvis importants en les seves pràctiques. "Aquí hi ha molta inèrcia", va dir Simcha.
Per exemple, a la Universitat de Califòrnia, Berkeley, la instal·lació de recerca i educació del Laufen Save! Inclou la despesa en arquitectes, la construcció i el compliment de les regulacions municipals, i això encara no es fa, va dir Kevin Ona, un enginyer mediambiental que ara treballa a la Universitat de Virgínia de l'Oest de Morgantown. Va dir que la manca de codis i regulacions existents va crear problemes per a la gestió de les instal·lacions, de manera que es va incorporar al grup que estava desenvolupant nous codis.
Una part de la inèrcia pot ser deguda a la por a la resistència dels compradors, però una enquesta de 2021 a persones de 16 països7 va trobar que a llocs com França, Xina i Uganda, la voluntat de consumir aliments amb força a l’orina s’aproximaven al 80% (vegeu la gent que la menjarà? ”).
Pam Elardo, que dirigeix ​​l’administració d’aigües residuals com a adjunta administradora de l’Agència de Protecció Ambiental de la ciutat de Nova York, va dir que recolza innovacions com la desviació d’orina, ja que els objectius clau de la seva empresa són reduir encara més la contaminació i reciclar els recursos. Ella espera que per a una ciutat com Nova York, el mètode més pràctic i rendible de desviar l’orina siguin sistemes fora de xarxa en edificis de restauració o nous, complementats amb operacions de manteniment i recollida. Si els innovadors poden solucionar un problema, "haurien de funcionar", va dir.
Tenint en compte aquests avenços, Larsen preveu que la producció massiva i l’automatització de la tecnologia de desviació d’orina pot no estar lluny. Això millorarà el cas empresarial per a aquesta transició a la gestió de residus. El desviament urinari "és la tècnica adequada", va dir. “Aquesta és l’única tecnologia que pot resoldre problemes d’alimentació a casa en un temps raonable. Però la gent ha de pensar en la seva ment. "
Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. i Love, Ng Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. i Love, Ng Environ.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. i Love, Ng Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. i Love, Ng Environ。 Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. i Love, Ng Environ。Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. i Love, Ng Environ.la ciència. tecnologia. 55, 593–603 (2021).
Sutherland, K. et al. Buidant impressions d’un vàter desviant. Fase 2: Alliberament del Pla de validació de la UDDT de la ciutat d’Ethekwini (Universitat de KwaZulu-Natal, 2018).
Mkhize, N., Taylor, M., Udert, Km, Gounden, TG i Buckley, CAJ Sanit d’aigua. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, Km, Gounden, TG i Buckley, CAJ Sanit d’aigua.Mkhize N, Taylor M, Udert KM, Gounden TG. i Buckley, CAJ Sanit de l’aigua. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, Km, Gounden, TG i Buckley, CAJ Sanit d'aigua。 Mkhize, N., Taylor, M., Udert, Km, Gounden, TG i Buckley, CAJ Sanit d’aigua.Mkhize N, Taylor M, Udert KM, Gounden TG. i Buckley, CAJ Sanit de l’aigua.Gestió de l'intercanvi 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.Químic. International Paradise English. 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.).