Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que esteu utilitzant té compatibilitat limitada amb CSS. Per a una millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o que desactiveu el mode de compatibilitat a l'Internet Explorer). Mentrestant, per garantir el suport continu, renderem el lloc web 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 vàters especialitzats extreuen nitrogen i altres nutrients de l'orina per utilitzar-los com a fertilitzant i altres productes. Crèdit de la imatge: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Gotland, l'illa més gran de Suècia, té poca aigua dolça. Alhora, els residents s'enfronten a nivells perillosos de contaminació procedents de l'agricultura i els sistemes de clavegueram, que causen proliferacions d'algues nocives al voltant del mar Bàltic. Poden matar peixos i emmalaltir la gent.
Per ajudar a resoldre aquesta sèrie de problemes mediambientals, l'illa diposita les seves esperances en l'única substància improbable 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 en múltiples llocs durant la temporada turística d'estiu. L'equip provenia de la Universitat Sueca de Ciències Agrícoles (SLU) d'Uppsala, que ha creat una empresa anomenada Sanitation360. Mitjançant un procés desenvolupat pels investigadors, van assecar l'orina en trossos semblants al formigó, que després van moldre fins a convertir-los en pols i premsar-los en grànuls de fertilitzant que s'adapten a l'equipament 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, enginyera química de SLU i directora tècnica de Sanitation360, va dir que l'objectiu dels investigadors és "anar més enllà del concepte i posar en pràctica" 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 ordi fecundat amb orina (dreta) amb plantes no fecundades (centre) i amb fertilitzants minerals (esquerra). Crèdit de la 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-la en productes com 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 urinaris sense aigua estan connectats a sistemes d'eliminació d'oficines a Oregon i els Països Baixos. París té previst instal·lar lavabos amb desviació d'orina en una ecozona de 1.000 residents que s'està construint al 14è districte de la ciutat. L'Agència Espacial Europea col·locarà 80 lavabos a la seva seu de París, que començarà a funcionar a finals d'aquest any. Els defensors de la desviació d'orina diuen que podria trobar usos en llocs que van des de llocs militars improvisats fins a camps de refugiats, centres urbans rics i barris marginals en expansió.
Els científics diuen que la desviació d'orina, si es desplega a gran escala arreu del món, podria aportar enormes beneficis per al medi ambient i 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 pot utilitzar per fertilitzar cultius o en processos industrials. Simha estima que els humans produeixen prou orina per substituir aproximadament una quarta part dels fertilitzants nitrogenats i fosfatats actuals del món; també conté potassi i molts oligoelements (vegeu "Components de l'orina"). El millor de tot és que, en no llençar l'orina pel desguàs, s'estalvia molta aigua i es redueix la càrrega sobre un sistema de clavegueram envellit i sobrecarregat.
Segons els experts en la matèria, molts components de desviació d'orina aviat podrien estar àmpliament disponibles gràcies als avenços en els lavabos i les estratègies d'eliminació d'orina. Però també hi ha grans obstacles per a un 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 millorar el disseny dels lavabos amb desviació d'orina fins a facilitar el processament de l'orina i convertir-la en productes valuosos. Això pot incloure sistemes de tractament químic connectats a lavabos individuals o equips de soterrani que serveixin a tot l'edifici i proporcionin 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 diversos graus de tabús culturals associats amb els residus humans com a convencions profundament arrelades 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 reutilització d'orina és "un repte important per a la manera com proporcionem sanejament", afirma la biòloga Lynn Broaddus, consultora de sostenibilitat amb seu a Minneapolis. "Un gènere que esdevindrà cada cop més important. Minnesota, va ser l'expresident de la Federació Aquàtica d'Alexandria, Virgínia, una associació mundial de professionals de la qualitat de l'aigua. "En realitat, és quelcom de valor".
Fa temps, l'orina era un bé valuós. En el passat, algunes societats la feien servir per fertilitzar cultius, fabricar cuir, rentar roba i fabricar pólvora. Després, a finals del segle XIX i principis del XX, va sorgir el model modern de gestió centralitzada de les aigües residuals a la Gran Bretanya i es va estendre per tot el món, culminant en l'anomenada ceguesa urinària.
En aquest model, els lavabos utilitzen aigua per escórrer ràpidament l'orina, la femta i el paper higiènic pel desguàs, barrejats amb altres fluids de fonts domèstiques, industrials i, de vegades, de desguassos pluvials. A les plantes de tractament d'aigües residuals centralitzades, els processos que consumeixen molta energia utilitzen microorganismes per tractar les aigües residuals.
Depenent de les normes locals i de les condicions de la planta de tractament, les aigües residuals abocades d'aquest procés poden contenir quantitats significatives 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 "Clausura humana").
Els científics treballen per fer que els sistemes centralitzats siguin més sostenibles i menys contaminants, però començant amb Suècia a la dècada del 1990, alguns investigadors estan pressionant per canvis més fonamentals. Els avenços al final de la canonada són "només una altra evolució de la mateixa cosa maleïda", 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 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 la desviació d'orina poden reduir les emissions totals de gasos d'efecte hivernacle en un 47%, el consum d'energia en un 41%, el consum d'aigua dolça en aproximadament la meitat i la contaminació de les aigües residuals per nutrients en un 64%.
No obstant això, el concepte continua sent de nínxol i es limita en gran mesura a zones autònomes com ara ecopobles escandinaus, dependències rurals i desenvolupaments en zones de baixos ingressos.
Tove Larsen, enginyera química de l'Institut Federal Suís de Ciència i Tecnologia Aquàtiques (Eawag) de Dübendorf, diu que gran part de l'endarreriment és causat pels mateixos lavabos. Introduïts al mercat per primera vegada a les dècades del 1990 i del 2000, la majoria de lavabos amb desviació d'orina tenen una petita conca davant per recollir el líquid, una configuració que requereix una focalització acurada. Altres dissenys inclouen cintes transportadores accionades a peu que permeten que l'orina s'escorri a mesura que el fem es transporta al contenidor de compost, o sensors que accionen vàlvules per dirigir l'orina a una sortida separada.
Un prototip de vàter que separa l'orina i l'asseca fins a convertir-la en pols s'està provant a la seu de l'empresa sueca d'aigua i clavegueram VA SYD a Malmö. Crèdit de la imatge: EOOS NEXT
Però en projectes experimentals i de demostració a Europa, la gent no n'ha acceptat l'ús, va dir Larsen, queixant-se que són massa voluminosos, pudents i poc fiables. "Ens va desanimar molt el tema dels lavabos".
Aquestes preocupacions van perseguir el primer ús a gran escala de lavabos amb desviació d'orina, un projecte a la ciutat sud-africana d'Ethekwini a la dècada del 2000. Anthony Odili, que estudia 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 provocat que les autoritats prenguin el control d'algunes zones rurals pobres sense infraestructura de lavabos ni aigua.
Després del brot de còlera a l'agost del 2000, les autoritats van desplegar ràpidament diverses instal·lacions de sanejament que complien amb les restriccions financeres i pràctiques, incloent-hi uns 80.000 lavabos secs amb desviació d'orina, la majoria dels quals encara s'utilitzen avui dia. L'orina s'escola al sòl des de sota el vàter i els excrements 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 sanitàries més segures a la zona. Tanmateix, la recerca 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 posteriorment que als usuaris en general no els agraden, va dir Odili. Molts d'ells estan construïts amb materials de mala qualitat i són incòmodes d'utilitzar. Si bé aquests lavabos teòricament haurien d'evitar 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, pràcticament no s'utilitza l'orina.
En última instància, segons Odili, la decisió d'introduir lavabos secs amb desviació d'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 del 20173 va descobrir que més del 95% dels enquestats d'eThekwini volien accés als lavabos pràctics i inodors que utilitzaven els 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 desigualtat racial.
Tanmateix, el nou disseny podria ser un gran avenç en la desviació 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 un sifó 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").
Aprofita la tendència de l'aigua a enganxar-se a les superfícies (anomenat efecte bullidor perquè actua com un bullidor incòmode que degota) per dirigir l'orina des de la part frontal del vàter cap a un forat separat (vegeu "Com reciclar l'orina"). Desenvolupat amb finançament de la Fundació Bill i Melinda Gates de Seattle, Washington, que ha donat suport a una àmplia gamma de recerca sobre la innovació en lavabos per a entorns de baixos ingressos, el sifó d'orina es pot incorporar a tot, des de models de pedestal de ceràmica d'alta gamma fins a safates de plàstic. Desenvolupat amb finançament de la Fundació Bill i Melinda Gates de Seattle, Washington, que ha donat suport a una àmplia gamma de recerca sobre la innovació en lavabos per a entorns de baixos ingressos, el sifó d'orina es pot incorporar a tot, des de models de pedestal de ceràmica d'alta gamma fins a safates de plàstic. Desenvolupat amb finançament de la Fundació Bill i Melinda Gates de Seattle, Washington, que ha donat suport a una àmplia gamma de recerca sobre innovació en lavabos de baixos ingressos, el sifó d'orina es pot integrar en tot, des de models amb pedestals de ceràmica fins a esquats de plàstic.testos. Desenvolupat amb finançament de la Fundació Bill i Melinda Gates de Seattle, Washington, que dóna suport a una àmplia investigació sobre la innovació en lavabos de baixos ingressos, el col·lector d'orina es pot integrar en tot, des de models de ceràmica d'alta gamma fins a safates de plàstic per a gatzonetes.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 sifó d'orina que poden desviar l'orina i eliminar les partícules en suspensió. Aquesta vegada, l'estudi se centra més en els usuaris. Odie és optimista que la gent preferirà els nous lavabos amb sifó d'orina perquè fan millor olor i són més fàcils d'utilitzar, però assenyala que els homes han d'asseure's per orinar, cosa que 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 la seva difusió", va dir. "Sempre hem de tenir una lent racial", va afegir, per assegurar-nos que no desenvolupin alguna cosa que es vegi com a "només per a negres" o "només per a pobres".
La separació d'orina és només el primer pas en la transformació del sanejament. La següent part és esbrinar què fer al respecte. A les zones rurals, la gent la pot emmagatzemar en dipòsits per matar qualsevol patogen i després aplicar-la a les terres de conreu. L'Organització Mundial de la Salut fa recomanacions per a aquesta pràctica.
Però l'entorn urbà és més complicat: 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 aproximadament un 95% d'aigua, és massa cara d'emmagatzemar i transportar. Per tant, els investigadors se centren en assecar, concentrar o extreure nutrients de l'orina al nivell d'un vàter o edifici, deixant aigua enrere.
No serà fàcil, va dir Larson. Des del punt de vista de l'enginyeria, "l'orina és una mala solució", va dir. A més de l'aigua, la major part 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 s'activa, l'amoníac pot fer mala olor, contaminar l'aire i emportar-se nitrogen valuós. Catalitzada per l'omnipresent enzim ureasa, aquesta reacció, anomenada hidròlisi de la urea, pot trigar diversos microsegons, cosa que converteix la ureasa en 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. Primer, 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, està treballant 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.
D'altres intenten aturar la reacció d'hidròlisi augmentant o disminuint ràpidament el pH de l'orina, que normalment és neutre quan s'excreta. Al campus de la Universitat de Michigan, Love s'està associant amb l'organització sense ànim de lucre Earth Abundance Institute de Brattleboro, Vermont, per desenvolupar un sistema per a edificis que elimina l'àcid cítric líquid dels lavabos desviadors i dels lavabos sense aigua. L'aigua brolla dels urinaris. L'orina es concentra mitjançant la congelació i descongelació repetides5.
Un equip de la SLU liderat 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 darrer prototip, un vàter independent amb assecador integrat, a la seu de l'empresa sueca d'aigua i clavegueram VA SYD a Malmö.
Altres mètodes es centren en 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, exbecari postdoctoral de Love's que ara és 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 a través dels globus després que s'esgotin. El regenerant pren 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 intenta fabricar productes més barats i respectuosos amb el medi ambient (vegeu "La contaminació del futur").
Altres investigadors estan desenvolupant maneres de generar electricitat col·locant orina en piles de combustible microbianes. A Ciutat del Cap, Sud-àfrica, un altre equip ha desenvolupat un mètode per fabricar maons de construcció no convencionals barrejant orina, sorra i bacteris productors d'ureasa en un motlle. Es calcifiquen i prenen qualsevol forma sense coure. L'Agència Espacial Europea està considerant l'orina dels astronautes com a recurs per construir habitatges a la Lluna.
«Quan penso en el futur general del reciclatge d'orina i el reciclatge d'aigües residuals, volem poder produir tants productes com sigui possible», va dir Tarpeh.
Mentre els investigadors busquen 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 lavabos i els reguladors han trigat a fer canvis significatius en les seves pràctiques. "Hi ha molta inèrcia aquí", va dir Simcha.
Per exemple, a la Universitat de Califòrnia, Berkeley, la instal·lació de recerca i educació del LAUFEN estalvia! Això inclou la despesa en arquitectes, construcció i 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 Virgínia Occidental a Morgantown. Va dir que la manca de codis i regulacions existents creava problemes per a la gestió de les instal·lacions, per la qual cosa es va unir al grup que estava desenvolupant nous codis.
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, Xina i Uganda, la disposició a consumir aliments enriquits amb orina era propera al 80% (vegeu "La gent se'l menjarà?").
Pam Elardo, que dirigeix ​​l'Administració d'Aigües Residuals com a administradora adjunta de l'Agència de Protecció Ambiental 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 recursos. Espera que per a una ciutat com Nova York, el mètode més pràctic i rendible per desviar l'orina siguin els sistemes fora de la xarxa en edificis nous o de rehabilitació, 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 siguin gaire lluny. Això millorarà l'argument comercial per a aquesta transició a la gestió de residus. La desviació urinària "és la tècnica correcta", va dir. "Aquesta és l'única tecnologia que pot resoldre els problemes de menjar a casa en un temps raonable. Però la gent s'ha de decidir".
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. Buidatge de les impressions d'un vàter desviador. Fase 2: Publicació del pla de validació 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.Gestió d'Intercanvis 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. 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.).