Grazas por visitar Nature.com. A versión do navegador que está a usar ten soporte CSS limitado. Para a mellor experiencia, recomendamos que use un navegador actualizado (ou desactivar o modo de compatibilidade en Internet Explorer). Mentres tanto, para garantir o apoio continuado, imos facer o sitio sen estilos e JavaScript.
Chelsea Wold é un xornalista autónomo con sede na Haia, Países Baixos e autor de Daydream: unha busca mundial urxente para cambiar os baños.
Os sistemas hixiénicos especializados extraen nitróxeno e outros nutrientes da orina para o seu uso como fertilizantes e outros produtos. Crédito da imaxe: Mak/Georg Mayer/Eoos Seguinte
Gotland, a illa máis grande de Suecia, ten pouca auga doce. Ao mesmo tempo, os residentes están a agarrarse con perigosos niveis de contaminación da agricultura e dos sistemas de sumidoiros que están a causar flores de algas nocivas ao redor do mar Báltico. Poden matar peixes e enfermar á xente.
Para axudar a resolver esta serie de problemas ambientais, a illa está a fixar as súas esperanzas sobre a substancia improbable que os une: a orina humana.
A partir do 2021, o equipo de investigación comezou a traballar cunha empresa local que aluga os baños portátiles. O obxectivo é recoller máis de 70.000 litros de orina durante un período de 3 anos en urinais sen auga e aseos dedicados en varios lugares durante a tempada turística de verán. O equipo procedía da Universidade sueca de Ciencias Agrícolas (SLU) en Uppsala, que expulsou unha empresa chamada Sanitation360. Usando un proceso que os investigadores desenvolveron, secaron a orina en anacos de formigón, que logo se introduciron en po e presionaron en gránulos de fertilizantes que se axusten a equipos de granxa estándar. Os agricultores locais usan o fertilizante para cultivar cebada, que logo se envía ás cervexeiras para producir ALE que pode volver ao ciclo despois do consumo.
Prithvi Simha, enxeñeiro químico en SLU e CTO de saneamento360, dixo que o obxectivo dos investigadores é "ir máis alá do concepto e poñer en práctica" a reutilización da orina a gran escala. O obxectivo é proporcionar un modelo que se poida emular en todo o mundo. "O noso obxectivo é que todos, en todas partes, fagan este exercicio."
Nun experimento en Gotland, comparouse a cebada fertilizada por orina (dereita) con plantas non fertilizadas (centro) e con fertilizantes minerais (esquerda). Crédito da imaxe: Jenna Senecal.
O proxecto Gotland forma parte dun esforzo mundial similar para separar a orina doutras augas residuais e reciclalo en produtos como o fertilizante. A práctica, coñecida como desvío de urina, está sendo estudada por grupos nos Estados Unidos, Australia, Suíza, Etiopía e Sudáfrica, entre outros. Estes esforzos van moito máis alá dos laboratorios universitarios. Os ouriños sen auga están conectados a sistemas de eliminación do soto en oficinas de Oregón e Holanda. París ten previsto instalar os baños de funcionamento de orina nunha ecozona de 1.000 residentes no 14º arrondissement da cidade. A Axencia Espacial Europea colocará 80 aseos na súa sede de París, que comezará a operar a finais deste ano. Os defensores do desvío de urina din que podería atopar usos en lugares que van desde os postos militares improvisados ​​ata campos de refuxiados, ricos centros urbanos e chabolas.
Os científicos din que o desvío de urina, se se despregou a gran escala en todo o mundo, podería traer enormes beneficios para o medio ambiente e a saúde pública. Isto débese en parte porque a orina é rica en nutrientes que non contaminan as masas de auga e poden usarse para fertilizar cultivos ou en procesos industriais. Simha estima que os humanos producen ouriños suficientes para substituír preto da cuarta parte dos actuais fertilizantes de nitróxeno e fosfato do mundo; Tamén contén potasio e moitos elementos de rastro (ver "Constituíntes en urina"). O mellor de todo, ao non lavar a orina polo desaugadoiro, aforra moita auga e reduce a carga nun sistema de sumidoiros envellecido e sobrecargado.
Segundo expertos no campo, moitos compoñentes de desvío de orina poden estar pronto dispoñibles grazas aos avances dos aseos e das estratexias de eliminación de orina. Pero tamén hai grandes obstáculos para o cambio fundamental nun dos aspectos máis fundamentais da vida. Investigadores e empresas precisan abordar unha infinidade de retos, desde mellorar o deseño de aseos que funcionan a orina ata facilitar a orina e converterse en produtos valiosos. Isto pode incluír sistemas de tratamento químico conectados a aseos individuais ou equipos de soto que atendan a todo o edificio e prestan servizos para a recuperación e mantemento do produto concentrado ou endurecido resultante (ver "de orina a produto"). Ademais, hai cuestións máis amplas de cambio social e aceptación, ligadas tanto aos diferentes graos de tabús culturais asociados aos residuos humanos como a convencións profundas sobre as augas residuais industriais e os sistemas alimentarios.
A medida que a sociedade agarra con escaseza de enerxía, auga e materias primas para a agricultura e a industria, o desvío e a reutilización de urina é "un reto importante para como proporcionamos saneamento", afirma a bióloga Lynn Broaddus, un consultor de sustentabilidade baseado en Minneapolis. . “Un xénero que será cada vez máis importante. Minnesota, foi o pasado presidente da Federación Aquática de Alexandría, Va., Unha asociación mundial de profesionais da calidade da auga. "En realidade é algo de valor."
Érase unha vez, a orina era unha mercadoría valiosa. No pasado, algunhas sociedades usárono para fertilizar cultivos, facer coiro, lavar a roupa e facer pólvora. A continuación, a finais do século XIX e principios do XX, o modelo moderno da xestión centralizada de augas residuais xurdiu en Gran Bretaña e estendeuse por todo o mundo, culminando coa chamada cegueira urinaria.
Neste modelo, os aseos usan auga para drenar rapidamente a orina, as feces e o papel hixiénico no desaugadoiro, mesturados con outros fluídos de fontes domésticas, industriais e, ás veces, drenaxes de tormentas. Nas plantas de tratamento de augas residuais centralizadas, os procesos intensivos en enerxía usan microorganismos para tratar as augas residuais.
Dependendo das regras e condicións locais da planta de tratamento, as augas residuais descargadas deste proceso aínda poden conter cantidades significativas de nitróxeno e outros nutrientes, así como algúns outros contaminantes. O 57% da poboación mundial non está conectada a un sistema de sumidoiros centralizado (ver "As augas residuais humanas").
Os científicos están a traballar para que os sistemas centralizados sexan máis sostibles e menos contaminantes, pero comezando por Suecia na década dos noventa, algúns investigadores están a impulsar cambios máis fundamentais. Os avances ao final do gasoduto son "só unha evolución da mesma maldita cousa", dixo Nancy Love, enxeñeiro ambiental da Universidade de Michigan en Ann Arbor. Ela desviar a orina será "transformadora", di ela. No estudo 1, que simulou os sistemas de xestión de augas residuais en tres estados estadounidenses, ela e os seus compañeiros compararon sistemas convencionais de tratamento de augas residuais con hipotéticos sistemas de tratamento de augas residuais que desvían a orina e o uso de nutrientes recuperados en lugar de fertilizantes sintéticos. Estiman que as comunidades que usan o desvío de urina poden reducir o 47%das emisións globais de gases de efecto invernadoiro, o consumo de enerxía nun 41%, o consumo de auga doce en aproximadamente a metade e a contaminación de nutrientes das augas residuais nun 64%. Tecnoloxía empregada.
Non obstante, o concepto segue sendo nicho e limitado en gran medida a áreas autónomas como eco-vilas escandinavas, dependencias rurais e desenvolvementos en áreas de ingresos baixos.
Tove Larsen, un enxeñeiro químico do Instituto Federal Suízo de Ciencia e Tecnoloxía Aquática (EAWAG) en Dübendorf, di que gran parte do atraso é causado polos propios aseos. Primeiro introducido no mercado na década de 1990 e 2000, a maioría dos baños de fío de orina teñen unha pequena conca diante deles para recoller o fluído, un ambiente que require unha orientación coidada. Outros deseños inclúen cintas transportadoras operadas por pés que permiten que a orina se drena a medida que o esterco é transportado á papeleira de compost ou sensores que operan as válvulas para dirixir a orina a unha toma separada.
Na sede da sede da compañía sueca e de sumidoiros está a probar un prototipo que separa a orina e a seca nun po en po. Crédito da imaxe: eoos seguinte
Pero en proxectos experimentais e de demostración en Europa, a xente non abrazou o seu uso, dixo Larsen, queixándose de que son demasiado voluminosos, cheiros e pouco fiables. "Fomos realmente despexados polo tema dos aseos."
Estas preocupacións asombraron o primeiro uso a gran escala de aseos que se desvían en orina, un proxecto na cidade sudafricana de Etekwini nos anos 2000. Anthony Odili, que estuda a xestión da saúde na Universidade de KwaZulu-Natal en Durban, dixo que a expansión súbita das fronteiras post-apartheid da cidade provocou que as autoridades tomasen algunhas zonas rurais pobres sen infraestruturas de aseo e auga.
Despois do brote de cólera en agosto de 2000, as autoridades despregaron rapidamente varias instalacións de saneamento que cumpriron restricións financeiras e prácticas, incluíndo uns 80.000 baños secos que funcionan a orina, a maioría aínda están en uso hoxe. A orina drena no chan debaixo do váter e as feces acaban nunha instalación de almacenamento que a cidade baleirou cada cinco anos desde 2016.
Odili dixo que o proxecto creou instalacións de saneamento máis seguras na zona. Non obstante, a investigación en ciencias sociais identificou moitos problemas co programa. A pesar da idea de que os aseos son mellores que nada, estudos, incluídos algúns dos estudos nos que participou, demostrou máis tarde que os usuarios non lles gustan xeralmente, dixo Odili. Moitos deles están construídos con materiais de mala calidade e son incómodos de usar. Aínda que tales aseos deben evitar teóricamente os cheiros, a orina nos baños Etekwini a miúdo acaba no almacenamento fecal, creando un cheiro terrible. Segundo Odili, a xente "non podía respirar normalmente". Ademais, a orina practicamente non se usa.
En última instancia, segundo Odili, a decisión de introducir os baños secos que seían a urina foi de arriba abaixo e non tivo en conta as preferencias da xente, principalmente por motivos de saúde pública. Un estudo de 20173 descubriu que máis do 95% dos entrevistados de Etekwini querían o acceso aos baños convenientes e inodoros empregados polos ricos residentes brancos da cidade, e moitos planearon instalalos cando as condicións permiten. En Sudáfrica, os aseos foron un símbolo da desigualdade racial.
Non obstante, o novo deseño podería ser un avance no desvío urinario. En 2017, dirixido polo deseñador Harald Grundl, en colaboración con Larsen e outros, a empresa de deseño austríaco EOOS (apartada de Eoos Next) lanzou unha trampa de urina. Isto elimina a necesidade de que o usuario apunta e a función de desvío de orina é case invisible (ver "novo tipo de aseo").
Emprega a tendencia de que a auga se pegue ás superficies (chamada efecto por caldera porque actúa como unha tetera incómoda que gotea) para dirixir a orina desde a parte dianteira do inodoro nun burato separado (ver "Como reciclar a orina"). Desenvolvido con financiamento da Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que apoiou unha ampla investigación de investigación sobre a innovación hixiénica para configuracións de baixos ingresos, a trampa de orina pode incorporarse a todo, desde modelos de pedestal de alta gama ata modelos de plástico. Desenvolvido con financiamento da Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que apoiou unha ampla investigación de investigación sobre a innovación hixiénica para configuracións de baixos ingresos, a trampa de orina pode incorporarse a todo, desde modelos de pedestal de alta gama ata modelos de plástico. Desenvolvido con financiamento da Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que apoiou unha ampla gama de investigacións de innovación de aseo de ingresos baixos, a trampa de orina pódese integrar en todo, desde modelos con pedestales cerámicos ata squats de plástico.macetas. Desenvolvido con financiamento da Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que apoia unha ampla investigación sobre innovación hixiénica de ingresos baixos, o coleccionista de urina pode integrarse en todo, desde modelos de alta gama baseada en cerámica ata bandexas de plástico.O fabricante suízo Laufen xa está lanzando un produto chamado "Gardar!" Para o mercado europeo, aínda que o seu custo é demasiado elevado para moitos consumidores.
A Universidade de KwaZulu-Natal e o Concello de Etekwini tamén están a probar versións de aseos de trampa de urina que poden desviar a orina e eliminar as partículas. Esta vez, o estudo céntrase máis nos usuarios. Odie é optimista de que a xente prefira os novos aseos que funcionan a orina porque cheiran mellor e son máis fáciles de usar, pero observa que os homes teñen que sentarse a orinar, o que supón un enorme cambio cultural. Pero se os baños "tamén son adoptados e adoptados por barrios de ingresos altos-por persoas de diferentes orixes étnicas-realmente axudará a difundirse", dixo. "Sempre temos que ter unha lente racial", engadiu, para asegurarse de que non desenvolvan algo que se ve como "só negro" ou "pobre".
A separación de urina é só o primeiro paso para transformar o saneamento. A seguinte parte é descubrir que facer ao respecto. Nas zonas rurais, a xente pode almacenalo en Vats para matar a calquera patóxeno e logo aplicalo ás terras agrícolas. A Organización Mundial da Saúde fai recomendacións para esta práctica.
Pero o ambiente urbano é máis complicado: é aquí onde se produce a maior parte da orina. Non sería práctico construír varios sumidoiros separados en toda a cidade para entregar a orina a un lugar central. E porque a orina é de aproximadamente o 95 por cento de auga, é demasiado caro para almacenar e transportar. Polo tanto, os investigadores están centrados en secar, concentrar ou extraer doutro xeito os nutrientes da orina ao nivel dun aseo ou edificio, deixando a auga atrás.
Non será fácil, dixo Larson. Desde o punto de vista da enxeñaría, "Piss é unha mala solución", dixo. Ademais da auga, a maioría é a urea, un composto rico en nitróxeno que o corpo produce como subproduto do metabolismo das proteínas. A urea é útil por si mesma: a versión sintética é un fertilizante de nitróxeno común (ver requisitos de nitróxeno). Pero tamén é complicado: cando se combina con auga, a urea convértese en amoníaco, o que dá ao orino o seu cheiro característico. Se non se acende, o amoníaco pode cheirar, contaminar o aire e quitarlle un valioso nitróxeno. Catalizado pola ubicuo enzima urease, esta reacción, chamada hidrólise da urea, pode tomar varios microsegundos, facendo que a urease sexa coñecida nun dos encimas máis eficientes.
Algúns métodos permiten continuar a hidrólise. Os investigadores de EAWAG desenvolveron un proceso avanzado que converte a orina hidrolizada nunha solución de nutrientes concentrada. En primeiro lugar, no acuario, os microorganismos converten o amoníaco volátil en nitrato de amonio non volátil, un fertilizante común. O destilador concentra entón o líquido. Unha filial chamada Vuna, con sede en Dübendorf, está a traballar para comercializar un sistema para edificios e un produto chamado Aurin, que foi aprobado en Suíza para plantas de comida por primeira vez no mundo.
Outros intentan deter a reacción de hidrólise aumentando rapidamente ou baixando o pH da orina, que normalmente é neutral cando se excreta. No campus da Universidade de Michigan, Love está asociado co Instituto de Abundancia de Terra sen ánimo de lucro en Brattleboro, Vermont, para desenvolver un sistema para edificios que elimina o ácido cítrico líquido de baños desviados e aseos sen auga. A auga irrompe dos ouriños. A orina é entón concentrada mediante conxelación repetida e descongelación5.
Un equipo SLU dirixido polo enxeñeiro ambiental Bjorn Winneros na illa de Gotland desenvolveu un xeito de secar a orina en urea sólida mesturada con outros nutrientes. O equipo avalía o seu último prototipo, un aseo independente con secador incorporado, na sede da compañía sueca de auga e sumidoiros VA Syd en Malmö.
Outros métodos teñen como obxectivo os nutrientes individuais na orina. Poderían integrarse máis facilmente nas cadeas de subministración existentes para fertilizantes e produtos químicos industriais, afirma o enxeñeiro químico William Tarpeh, un ex compañeiro posdoutoral de Love's Who agora na Universidade de Stanford de California.
Un método común para restaurar o fósforo a partir da orina hidrolizada é a adición de magnesio, o que provoca a precipitación dun fertilizante chamado Struvite. Tarpeh está experimentando con gránulos de material adsorbente que poden eliminar selectivamente o nitróxeno como amoníaco6 ou fósforo como fosfato. O seu sistema usa un fluído diferente chamado rexenerante que flúe polos globos despois de que se esgoten. O rexenerante toma os nutrientes e renova as pelotas para a seguinte rolda. Este é un método pasivo de baixa tecnoloxía, pero os rexenerados comerciais son malos para o medio ambiente. Agora o seu equipo está a tratar de facer produtos máis baratos e ecolóxicos (ver "Contaminación do futuro").
Outros investigadores están a desenvolver formas de xerar electricidade colocando a orina nas pilas de combustible microbianas. En Cidade do Cabo, Sudáfrica, outro equipo desenvolveu un método para facer que os ladrillos non convencionais do edificio mesturando ouriños, area e bacterias produtoras de urease nun molde. Califican en calquera forma sen disparar. A Axencia Espacial Europea está a considerar a orina dos astronautas como recurso para construír vivendas na lúa.
"Cando penso no futuro amplo do reciclaxe de ouriños e reciclado de augas residuais, queremos poder producir o maior número de produtos posibles", dixo Tarpeh.
Mentres os investigadores perseguen unha serie de ideas para mercantilizar a orina, saben que é unha batalla ascendente, especialmente para unha industria arraigada. As empresas de fertilizantes e alimentos, agricultores, fabricantes de aseo e reguladores tardaron en facer cambios significativos nas súas prácticas. "Hai moita inercia aquí", dixo Simcha.
Por exemplo, na Universidade de California, Berkeley, a instalación de investigación e educación do Laufen Save! Isto inclúe o gasto en arquitectos, a construción e o cumprimento das normativas municipais, e iso aínda non se fai, dixo Kevin Ona, un enxeñeiro ambiental que agora traballa na Universidade de Virxinia Occidental de Morgantown. Dixo que a falta de códigos e regulamentos existentes crearon problemas para a xestión das instalacións, polo que se uniu ao grupo que estaba a desenvolver novos códigos.
Parte da inercia pode deberse ao medo á resistencia aos compradores, pero unha enquisa de 2021 de persoas en 16 países7 descubriu que en lugares como Francia, China e Uganda, a vontade de consumir alimentos fortificados con orina estaba preto do 80% (ver a xente comela? ').
Pam Elardo, que lidera a administración de augas residuais como administrador adxunto da Axencia de Protección Ambiental da cidade de Nova York, dixo que apoia innovacións como o desvío de urina como os obxectivos clave da súa compañía son reducir aínda máis a contaminación e reciclar os recursos. Ela espera que para unha cidade como Nova York, o método máis práctico e rendible para desviar a orina será sistemas fóra da rede en edificios novos ou novos, complementados por operacións de mantemento e recollida. Se os innovadores poden resolver un problema, "deberían traballar", dixo.
Dados estes avances, Larsen prevé que a produción en masa e a automatización da tecnoloxía de diversión de orina non poden estar lonxe. Isto mellorará o caso empresarial desta transición á xestión de residuos. O desvío urinario "é a técnica correcta", dixo. "Esta é a única tecnoloxía que pode resolver problemas de comer na casa nun tempo razoable. Pero a xente ten que pensar. "
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. e 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. e Love, ng Environ.a ciencia. Tecnoloxía. 55, 593–603 (2021).
Sutherland, K. et al. Baleirando impresións dun aseo desviado. Fase 2: Lanzamento do Plan de validación de Uddt City Etekwini (Universidade 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. e 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. e Buckley, CAJ Water Sanit.Xestión de intercambios 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.Químico. INGLESTO INTERNACIONAL DE PARADISE. 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.).