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 garantir un suport continuat, renderitzarem el lloc sense estils ni JavaScript.
Chelsea Wold és una periodista independent amb seu a La Haia, Països Baixos i autora de Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets.
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 NEXT
Gotland, l'illa més gran de Suècia, té poca aigua dolça.Al mateix temps, els residents estan lluitant amb nivells perillosos de contaminació de l'agricultura i els sistemes de clavegueram que estan causant floracions d'algues nocives al voltant del mar Bàltic.Poden matar peixos i emmalaltir la gent.
Per ajudar a resoldre aquesta sèrie de problemes ambientals, l'illa posa les seves esperances en l'única 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 urinaris sense aigua i lavabos dedicats a diversos llocs durant la temporada turística d'estiu.L'equip prové de la Universitat Sueca de Ciències Agràries (SLU) a Uppsala, que ha escindit una empresa anomenada Sanitation360.Mitjançant un procés que van desenvolupar els investigadors, van assecar l'orina en trossos semblants al formigó, que després van triturar en pols i van pressionar en grànuls de fertilitzant que s'adaptaven a l'equip agrícola estàndard.Els agricultors locals utilitzen el fertilitzant per cultivar ordi, que després s'envia a les cerveseries per produir cervesa 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 en pràctica" la reutilització de l'orina a gran escala.L'objectiu és oferir 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 fertilitzat amb orina (dreta) amb plantes no fertilitzades (centre) i amb fertilitzants minerals (esquerra).Crèdit d'imatge: Jenna Senecal.
El projecte Gotland forma part d'un esforç mundial similar per separar l'orina d'altres aigües residuals i reciclar-la en productes com ara fertilitzants.La pràctica, coneguda com a desviació d'orina, està sent estudiada per grups als Estats Units, Austràlia, Suïssa, Etiòpia i Sud-àfrica, entre d'altres.Aquests esforços van molt més enllà dels laboratoris universitaris.Els urinaris sense aigua estan connectats als sistemes d'eliminació del soterrani a les oficines d'Oregon i els Països Baixos.París té previst instal·lar lavabos per desviar l'orina en una ecozona de 1.000 habitants que s'està construint al districte 14 de la ciutat.L'Agència Espacial Europea col·locarà 80 lavabos a la seva seu de París, que començarà a operar a finals d'any.Els defensors de la desviació de l'orina diuen que podria trobar usos en llocs que van des de llocs avançats militars improvisats fins a camps de refugiats, centres urbans rics i barris marginals.
Els científics diuen que la desviació de l'orina, si es desplega a gran escala arreu del món, podria aportar grans beneficis al medi ambient i a la salut pública.Això es deu en part al fet que l'orina és rica en nutrients que no contaminen les masses d'aigua i es poden utilitzar per fertilitzar cultius o en processos industrials.Simha calcula que els humans produeixen suficient orina per substituir aproximadament una quarta part dels fertilitzants nitrogenats i fosfats actuals del món;també conté potassi i molts oligoelements (vegeu “Constituents a l'orina”).El millor de tot és que en no tirar l'orina pel desguàs, estalvieu molta aigua i reduïu la càrrega d'un sistema de clavegueram envellit i sobrecarregat.
Segons els experts en la matèria, molts components de desviació d'orina aviat poden estar àmpliament disponibles gràcies als avenços en els lavabos i les estratègies d'eliminació de l'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'abordar una infinitat de reptes, des de la millora del disseny dels lavabos que desvien l'orina fins a fer que l'orina sigui més fàcil de processar i convertir-la en productes valuosos.Això pot incloure sistemes de tractament químic connectats a lavabos individuals o equips del soterrani que donen servei a tot l'edifici i que proporcionen serveis per a la recuperació i el manteniment del producte concentrat o endurit resultant (vegeu "De l'orina al producte").A més, hi ha qüestions més àmplies de canvi social i acceptació, vinculades tant als diferents graus de tabús culturals associats als residus humans com a convencions profundes sobre les aigües residuals industrials i els sistemes alimentaris.
A mesura que la societat s'enfronta a l'escassetat d'energia, aigua i matèries primeres per a l'agricultura i la indústria, la desviació i la reutilització de l'orina és "un repte important per a com proporcionem sanejament", diu la biòloga Lynn Broaddus, consultora de sostenibilitat amb seu a Minneapolis..“Un gènere que serà cada cop més important.Minnesota, va ser l'antic president de la Federació Aquàtica d'Alexandria, Virginia, 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.Antigament, algunes societats l'utilitzaven per adobar els cultius, fer cuir, rentar roba i fabricar pólvora.Aleshores, a finals del segle XIX i principis del XX, va sorgir a Gran Bretanya el model modern de gestió centralitzada de les aigües residuals i es va estendre per tot el món, culminant amb l'anomenada ceguesa urinària.
En aquest model, els lavabos utilitzen aigua per drenar ràpidament l'orina, les femtes i el paper higiènic pel desguàs, barrejada amb altres fluids de fonts domèstiques, industrials i, de vegades, amb desguassos pluvials.A les plantes de tractament d'aigües residuals centralitzades, els processos que consumeixen energia utilitzen microorganismes per tractar les aigües residuals.
Depenent de les normes i condicions locals de la planta de tractament, les aigües residuals abocades 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 en absolut a un sistema de clavegueram centralitzat (vegeu “Aigües humanes”).
Els científics estan treballant 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 impulsant canvis més fonamentals.Els avenços al final del gasoducte són "només una evolució més de la mateixa maleïda cosa", va dir Nancy Love, enginyera ambiental de la Universitat de Michigan a Ann Arbor.Desviar l'orina serà "transformador", diu.A l'estudi 1, que va simular sistemes de gestió d'aigües residuals en tres estats dels EUA, ella i els seus col·legues van comparar els sistemes convencionals de tractament d'aigües residuals amb hipotètics sistemes de tractament d'aigües residuals que desvien l'orina i utilitzen nutrients recuperats en lloc de fertilitzants sintètics.Estimen que les comunitats que utilitzen la derivació de l'orina poden reduir les emissions globals de gasos d'efecte hivernacle en un 47%, el consum d'energia en un 41%, el consum d'aigua dolça a la meitat aproximadament i la contaminació de nutrients de les aigües residuals en un 64%.tecnologia utilitzada.
No obstant això, el concepte segueix sent un nínxol i es limita en gran mesura a les àrees autònomes com els eco-viles escandinaus, les dependències rurals i els desenvolupaments en zones de baixos ingressos.
Tove Larsen, enginyera química de l'Institut Federal Suís de Ciència i Tecnologia Aquàtiques (Eawag) a Dübendorf, diu que gran part de l'endarreriment és causada pels mateixos lavabos.Introduïts per primera vegada al mercat a les dècades de 1990 i 2000, la majoria dels lavabos que desvien l'orina tenen una petita conca al davant per recollir el líquid, un entorn que requereix una orientació acurada.Altres dissenys inclouen cintes transportadores accionades amb els peus que permeten que l'orina es dreni a mesura que el fem es transporta al contenidor de compost, o sensors que operen vàlvules per dirigir l'orina a una sortida independent.
A la seu de l'empresa sueca d'aigua i clavegueram VA SYD, a Malmö, s'està provant un prototip de vàter que separa l'orina i l'asseca en pols.Crèdit d'imatge: EOOS NEXT
Però en els projectes experimentals i de demostració a Europa, la gent no ha acceptat el seu ús, va dir Larsen, queixant-se que són massa voluminosos, pudents i poc fiables."Ens va despertar molt el tema dels lavabos".
Aquestes preocupacions van perseguir el primer ús a gran escala de lavabos que desvien l'orina, un projecte a la ciutat sud-africana d'Ethekwini als anys 2000.Anthony Odili, que estudia la gestió sanitària a la Universitat de KwaZulu-Natal a Durban, va dir que l'expansió sobtada de les fronteres de la ciutat després de l'apartheid ha fet que les autoritats s'apoderen d'algunes zones rurals pobres sense infraestructures de bany i aigua.
Després del brot de còlera l'agost de 2000, les autoritats van desplegar ràpidament diverses instal·lacions de sanejament que complien les limitacions econòmiques i pràctiques, inclosos uns 80.000 lavabos secs que desvien l'orina, la majoria dels quals encara s'utilitzen avui dia.L'orina s'aboca a la terra per sota del vàter, i les femtes acaben en un magatzem que la ciutat 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.Tanmateix, la investigació en ciències socials ha identificat molts problemes amb el programa.Malgrat la idea que els lavabos són millor que res, els estudis, inclosos alguns dels estudis en què va participar, van demostrar més tard que els usuaris generalment no els agraden, va dir Odili.Molts d'ells estan construïts amb materials de mala qualitat i són incòmodes d'utilitzar.Tot i que aquests vàters en teoria haurien d'evitar les olors, l'orina dels vàters eThekwini sovint acaba a l'emmagatzematge de feces, creant una olor terrible.Segons Odili, la gent "no podia respirar amb normalitat".A més, l'orina pràcticament no s'utilitza.
En definitiva, segons Odili, la decisió d'introduir lavabos secs que desvien l'orina va ser de dalt a baix i no va tenir en compte les preferències de la gent, principalment per motius de salut pública.Un estudi de 20173 va trobar que més del 95% dels enquestats d'eThekwini volien accedir als lavabos còmodes i inodors utilitzats pels residents blancs rics de la ciutat, i molts tenien previst instal·lar-los quan les condicions ho permetessin.A Sud-àfrica, els lavabos han estat durant molt de temps un símbol de la desigualtat racial.
Tanmateix, el nou disseny podria ser un avenç en la derivació urinària.El 2017, dirigida pel dissenyador Harald Grundl, en col·laboració amb Larsen i altres, l'empresa de disseny austríaca EOOS (separada d'EOOS Next) va llançar una trampa d'orina.Això elimina la necessitat que l'usuari 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 (anomenat efecte bullidor perquè actua com un bullidor de goteig incòmode) per dirigir l'orina des de la part davantera del vàter a un forat separat (vegeu "Com reciclar l'orina"). Desenvolupat amb 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 pedestals de ceràmica de gamma alta fins a okupa de plàstic. paelles. Desenvolupat amb 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 pedestals de ceràmica de gamma alta fins a okupa de plàstic. paelles. Desenvolupat amb finançament de la Fundació Bill & Melinda Gates de Seattle, Washington, que ha donat suport a una àmplia gamma d'investigacions d'innovació de banys de baixos ingressos, la trampa d'orina es pot integrar en tot, des de models amb pedestals de ceràmica fins a esquat de plàstic.olles. Desenvolupat amb finançament de la Fundació Bill & Melinda Gates de Seattle, Washington, que dóna suport a una àmplia investigació sobre la innovació dels vàters de baixos ingressos, el col·lector d'orina es pot integrar en tot, des de models de gamma alta a base de ceràmica fins a safates de plàstic.El fabricant suís LAUFEN ja està llançant 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 l'Ajuntament d'eThekwini també estan provant versions de lavabos amb trampes 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 desvien l'orina perquè fan una olor millor i són més fàcils d'utilitzar, però assenyala que els homes s'han de seure per orinar, la qual cosa suposa un gran canvi cultural.Però si els lavabos "també són adoptats i adoptats pels barris d'alts ingressos, per persones de diferents orígens ètnics, realment ajudarà a propagar-se", va dir."Sempre hem de tenir una lent racial", va afegir, per assegurar-nos que no desenvolupin quelcom que es consideri "només negre" o "només pobre".
La separació de l'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 el pot emmagatzemar en tines per matar qualsevol patògen i després aplicar-lo a les terres de cultiu.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 per tota la ciutat per portar l'orina a un lloc central.I com que l'orina és al voltant del 95 per cent d'aigua, és massa car d'emmagatzemar i transportar.Per tant, els investigadors s'estan centrant en assecar, concentrar o extreure d'una altra manera els nutrients de l'orina al nivell d'un vàter o edifici, deixant l'aigua enrere.
No serà fàcil, va dir Larson.Des del punt de vista de l'enginyeria, "la pixada és una mala solució", va dir.A més de l'aigua, la majoria és urea, un compost ric en nitrogen que el cos produeix com a subproducte del metabolisme de les proteïnes.La urea és útil per si sola: la versió sintètica és un fertilitzant nitrogenat comú (vegeu Requisits de nitrogen).Però també és complicat: quan es combina amb aigua, la urea es converteix en amoníac, que dóna a l'orina la seva olor característica.Si no està activat, l'amoníac pot fer olor, contaminar l'aire i treure nitrogen valuós.Catalitzada per l'enzim ureasa omnipresent, aquesta reacció, anomenada hidròlisi de la urea, pot trigar diversos microsegons, fent de la ureasa un dels enzims més eficients coneguts.
Alguns mètodes permeten que la hidròlisi continuï.Els investigadors de l'Eawag han desenvolupat un procés avançat que converteix l'orina hidrolitzada en una solució nutritiva concentrada.En primer lloc, a l'aquari, els microorganismes converteixen l'amoníac volàtil en nitrat d'amoni no volàtil, un fertilitzant comú.A continuació, 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 neutre quan s'excreta.Al campus de la Universitat de Michigan, Love s'ha associat amb el Earth Abundance Institute, sense ànim de lucre, a Brattleboro, Vermont, per desenvolupar un sistema per a edificis que elimina l'àcid cítric líquid dels lavabos desviats i els lavabos sense aigua.L'aigua surt dels urinaris.Després, l'orina es concentra mitjançant la congelació i descongelació repetides5.
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 urea sòlida barrejada amb altres nutrients.L'equip avalua el seu últim prototip, un vàter independent amb assecador incorporat, a la seu de l'empresa sueca d'aigua i clavegueram VA SYD a Malmö.
Altres mètodes s'orienten a nutrients individuals a l'orina.Es podrien integrar més fàcilment a les cadenes de subministrament existents de fertilitzants i productes químics industrials, diu l'enginyer químic William Tarpeh, antic becari postdoctoral de Love's que ara es troba a la Universitat de Stanford a Califòrnia.
Un mètode comú per restaurar el fòsfor de l'orina hidrolitzada és l'addició de magnesi, que provoca la precipitació d'un fertilitzant anomenat estruvita.Tarpeh està experimentant amb grànuls de material adsorbent que poden eliminar selectivament el nitrogen com a amoníac6 o el fòsfor com a fosfat.El seu sistema utilitza un fluid diferent anomenat regenerant que flueix pels globus després que s'acabin.El regenerant agafa els nutrients i renova les boles per a la següent ronda.Aquest és 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 col·locant l'orina a les 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 orina, sorra i bacteris que produeixen ureasa en un motlle.Es calcifiquen en qualsevol forma sense cocció.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 tants productes com sigui possible", va dir Tarpeh.
A mesura que els investigadors persegueixen una sèrie d'idees per mercantilitzar l'orina, saben que és una batalla difícil, especialment per a una indústria arrelada.Les empreses de fertilitzants i aliments, els agricultors, els fabricants de banys i els reguladors han tardat a fer canvis significatius a 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!Això inclou la despesa en arquitectes, la construcció i el compliment de les normatives municipals, i això encara no s'ha fet, va dir Kevin Ona, un enginyer ambiental que ara treballa a la Universitat de West Virginia a Morgantown.Va dir que la manca de codis i normatives existents creava problemes per a la gestió de les instal·lacions, per la qual cosa es va incorporar al grup que desenvolupava nous codis.
Una part de la inèrcia pot ser deguda a la por a la resistència dels compradors, però una enquesta del 2021 a persones de 16 països7 va trobar que en llocs com França, la Xina i Uganda, la voluntat de consumir aliments enriquits amb orina era prop del 80% (vegeu La gent menjarà? això?').
Pam Elardo, que dirigeix ​​l'Administració d'aigües residuals com a administradora adjunta de l'Agència de Protecció del Medi Ambient de la ciutat de Nova York, va dir que dóna suport a 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 per desviar l'orina siguin sistemes fora de xarxa en modernització o edificis nous, complementats amb operacions de manteniment i recollida.Si els innovadors poden resoldre un problema, "haurien de funcionar", va dir.
Tenint en compte aquests avenços, Larsen prediu que la producció massiva i l'automatització de la tecnologia de desviació d'orina potser no estiguin lluny.Això millorarà el cas empresarial d'aquesta transició a la gestió de residus.La derivació urinària "és la tècnica adequada", va dir."Aquesta és l'única tecnologia que pot resoldre els problemes d'alimentació a casa en un període de temps raonable.Però la gent s'ha de decidir".
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. i 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. i Love, NG Environ.la ciència.tecnologia.55, 593–603 (2021).
Sutherland, K. et al.Impressions de buidatge d'un vàter desviant.Fase 2: llançament del pla de validació de l'UDDT de la ciutat d'eThekwini (Universitat de 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.i 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.i 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.Química.Paradís internacional Anglès.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.).