Grazas por visitar Nature.com. A versión do navegador que estás a usar ten compatibilidade limitada con CSS. Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que uses un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer). Mentres tanto, para garantir a compatibilidade continua, renderizaremos o sitio sen estilos nin JavaScript.
Chelsea Wold é unha xornalista independente residente na Haia, Países Baixos, e autora de Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets.
Os sistemas de inodoros especializados extraen nitróxeno e outros nutrientes da urina para usalos como fertilizante e outros produtos. Crédito da imaxe: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Gotland, a illa máis grande de Suecia, ten pouca auga doce. Ao mesmo tempo, os residentes están a loitar contra niveis perigosos de contaminación procedentes da agricultura e dos sistemas de sumidoiros, que están a causar floracións de algas nocivas no mar Báltico. Poden matar peixes e enfermar ás persoas.
Para axudar a resolver esta serie de problemas ambientais, a illa deposita as súas esperanzas na única substancia improbable que os une: a urina humana.
A partir de 2021, o equipo de investigación comezou a traballar cunha empresa local que aluga baños portátiles. O obxectivo é recoller máis de 70.000 litros de ouriños durante un período de 3 anos en urinarios sen auga e baños específicos en varios lugares durante a tempada turística de verán. O equipo procedía da Universidade Sueca de Ciencias Agrícolas (SLU) en Uppsala, que creou unha empresa chamada Sanitation360. Usando un proceso que desenvolveron os investigadores, secaron os ouriños en anacos semellantes ao formigón, que logo moeron en po e prensaron en gránulos de fertilizante que se axustan aos equipos agrícolas estándar. Os agricultores locais usan o fertilizante para cultivar cebada, que logo se envía ás fábricas de cervexa para producir cervexa que pode volver ao ciclo despois do consumo.
Prithvi Simha, enxeñeira química da SLU e directora de tecnoloxía de Sanitation360, afirmou que o obxectivo dos investigadores é «ir máis alá do concepto e poñer en práctica» a reutilización da urina a grande 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 cebada fertilizada con urina (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 urina doutras augas residuais e reciclala en produtos como fertilizantes. A práctica, coñecida como desviación de urina, está a ser estudada por grupos nos Estados Unidos, Australia, Suíza, Etiopía e Sudáfrica, entre outros. Estes esforzos van moito máis alá dos laboratorios universitarios. Os urinarios sen auga están conectados a sistemas de eliminación de residuos no soto en oficinas de Oregón e os Países Baixos. París planea instalar inodoros con desviación de urina nunha ecozona de 1.000 residentes que se está a construír no distrito 14 da cidade. A Axencia Espacial Europea colocará 80 inodoros na súa sede de París, que comezará a funcionar a finais deste ano. Os defensores da desviación de urina din que podería atopar usos en lugares que van desde postos militares improvisados ​​ata campos de refuxiados, centros urbanos ricos e barrios marxinais en expansión.
Os científicos din que a desviación de urina, se se implementa a grande escala en todo o mundo, podería traer enormes beneficios para o medio ambiente e a saúde pública. Isto débese en parte a que a urina é rica en nutrientes que non contaminan as masas de auga e que se poden usar para fertilizar cultivos ou en procesos industriais. Simha estima que os humanos producen urina dabondo para substituír aproximadamente unha cuarta parte dos fertilizantes nitroxenados e fosfatados actuais do mundo; tamén contén potasio e moitos oligoelementos (véxase "Compoñentes na urina"). O mellor de todo é que, ao non tirar a urina polo desaugadoiro, aforras moita auga e reduces a carga sobre un sistema de sumidoiros antigo e sobrecargado.
Segundo os expertos na materia, moitos compoñentes de desviación de urina poderían estar dispoñibles en breve grazas aos avances nos inodoros e nas estratexias de eliminación de urina. Pero tamén existen grandes obstáculos para un cambio fundamental nun dos aspectos máis fundamentais da vida. Os investigadores e as empresas deben abordar unha infinidade de desafíos, desde mellorar o deseño dos inodoros con desviación de urina ata facilitar o procesamento da urina e convertela en produtos valiosos. Isto pode incluír sistemas de tratamento químico conectados a inodoros individuais ou equipos de soto que dean servizo a todo o edificio e proporcionen servizos para a recuperación e o mantemento do produto concentrado ou endurecido resultante (véxase "Da urina ao produto"). Ademais, existen cuestións máis amplas de cambio e aceptación social, ligadas tanto aos distintos graos de tabús culturais asociados aos residuos humanos como ás convencións profundamente arraigadas sobre as augas residuais industriais e os sistemas alimentarios.
Mentres a sociedade loita contra a escaseza de enerxía, auga e materias primas para a agricultura e a industria, a desviación e reutilización da urina é "un desafío importante para a forma en que proporcionamos saneamento", di a bióloga Lynn Broaddus, consultora de sustentabilidade con sede en Minneapolis. "Un xénero que cobrará cada vez máis importancia. Minnesota, foi o expresidente da Federación Acuática de Alexandria, Virxinia, unha asociación mundial de profesionais da calidade da auga. "En realidade, é algo valioso".
Houbo un tempo no que a urina era un ben valioso. No pasado, algunhas sociedades usábana para fertilizar cultivos, fabricar coiro, lavar roupa e fabricar pólvora. Despois, a finais do século XIX e principios do XX, xurdiu en Gran Bretaña o modelo moderno de xestión centralizada das augas residuais que se estendeu por todo o mundo, culminando na chamada cegueira urinaria.
Neste modelo, os inodoros usan auga para drenar rapidamente a urina, as feces e o papel hixiénico polo sumidoiro, mesturados con outros fluídos procedentes de fontes domésticas e industriais e, ás veces, de sumidoiros pluviais. Nas plantas centralizadas de tratamento de augas residuais, os procesos que requiren moita enerxía usan microorganismos para tratar as augas residuais.
Dependendo das normas locais e das condicións da planta de tratamento, as augas residuais vertidas deste proceso poden conter cantidades significativas de nitróxeno e outros nutrientes, así como outros contaminantes. O 57 % da poboación mundial non está conectada a un sistema de sumidoiros centralizado (véxase «Augas residuais humanas»).
Os científicos están a traballar para que os sistemas centralizados sexan máis sostibles e menos contaminantes, pero comezando con Suecia na década de 1990, algúns investigadores están a impulsar cambios máis fundamentais. Os avances ao final da canalización son "só outra evolución do mesmo maldito produto", dixo Nancy Love, enxeñeira ambiental da Universidade de Michigan en Ann Arbor. Desviar a urina será "transformador", di ela. No Estudo 1, que simulou sistemas de xestión de augas residuais en tres estados dos Estados Unidos, ela e os seus colegas compararon os sistemas convencionais de tratamento de augas residuais con sistemas hipotéticos de tratamento de augas residuais que desvían a urina e usan nutrientes recuperados en lugar de fertilizantes sintéticos. Estiman que as comunidades que usan a desviación de urina poden reducir as emisións globais de gases de efecto invernadoiro nun 47 %, o consumo de enerxía nun 41 %, o consumo de auga doce nuns 50 % e a contaminación por nutrientes das augas residuais nun 64 %.
Non obstante, o concepto segue a ser de nicho e está limitado en gran medida a áreas autónomas como as ecoaldeas escandinavas, as dependencias rurais e os desenvolvementos en zonas de baixos ingresos.
Tove Larsen, enxeñeira química do Instituto Federal Suízo para a Ciencia e a Tecnoloxía Acuáticas (Eawag) en Dübendorf, afirma que gran parte do atraso débese aos propios inodoros. Introducidos por primeira vez no mercado nas décadas de 1990 e 2000, a maioría dos inodoros con desvío de ouriños teñen unha pequena pía diante deles para recoller o líquido, unha configuración que require unha selección coidadosa. Outros deseños inclúen cintas transportadoras accionadas por pé que permiten que a ouriña drene mentres o esterco se transporta ao composteiro, ou sensores que accionan válvulas para dirixir a ouriña a unha saída separada.
Un prototipo de inodoro que separa a urina e a seca ata convertela en po está a ser probado na sede da empresa sueca de auga e sumidoiros VA SYD en Malmö. Crédito da imaxe: EOOS NEXT
Pero nos proxectos experimentais e de demostración en Europa, a xente non adoptou o seu uso, dixo Larsen, queixándose de que son demasiado voluminosos, malolientes e pouco fiables. «O tema dos inodoros desanimounos moito».
Estas preocupacións atormentaron o primeiro uso a grande escala de inodoros con desvío de ouriños, un proxecto na cidade surafricana de Ethekwini na década de 2000. Anthony Odili, que estuda xestión sanitaria na Universidade de KwaZulu-Natal en Durban, dixo que a repentina expansión das fronteiras pospanoapartheid da cidade provocou que as autoridades se apoderasen dalgunhas zonas rurais pobres sen infraestruturas de auga nin aseos.
Despois do brote de cólera en agosto de 2000, as autoridades despregaron rapidamente varias instalacións de saneamento que cumprían restricións financeiras e prácticas, incluíndo uns 80.000 baños secos con desvío de ouriños, a maioría dos cales aínda seguen en uso na actualidade. Os ouriños drenan ao chan desde debaixo do inodoro e as feces acaban nunha instalación de almacenamento que a cidade baleira cada cinco anos desde 2016.
Odili dixo que o proxecto creou instalacións sanitarias máis seguras na zona. Non obstante, a investigación en ciencias sociais identificou moitos problemas co programa. Malia a idea de que os baños son mellores que nada, os estudos, incluídos algúns dos estudos nos que participou, demostraron posteriormente que aos usuarios en xeral non lles gustan, dixo Odili. Moitos deles están construídos con materiais de mala calidade e son incómodos de usar. Aínda que estes baños deberían teoricamente evitar os cheiros, a urina dos baños de eThekwini adoita acabar no almacenamento de feces, creando un cheiro terrible. Segundo Odili, a xente «non podía respirar con normalidade». Ademais, a urina practicamente non se usa.
En definitiva, segundo Odili, a decisión de introducir baños secos con desvío de urina foi de arriba abaixo e non tivo en conta as preferencias da xente, principalmente por razóns de saúde pública. Un estudo de 20173 descubriu que máis do 95 % dos enquisados ​​de eThekwini querían ter acceso aos cómodos baños inodoros que empregaban os ricos residentes brancos da cidade, e moitos planeaban instalalos cando as condicións o permitisen. En Sudáfrica, os baños levan moito tempo sendo un símbolo de desigualdade racial.
Non obstante, o novo deseño podería supoñer un gran avance na derivación de ouriños. En 2017, dirixida polo deseñador Harald Grundl, en colaboración con Larsen e outros, a empresa de deseño austríaca EOOS (separada de EOOS Next) lanzou un sifón para ouriños. Isto elimina a necesidade de que o usuario apunte e a función de derivación de ouriños é case invisible (véxase "Novo tipo de inodoro").
Aproveita a tendencia da auga a adherirse ás superficies (o que se denomina efecto chaleira porque actúa como unha chaleira incómoda que gotea) para dirixir a urina desde a parte dianteira do inodoro a un orificio separado (consulta "Como reciclar a urina"). Desenvolvido con financiamento da Fundación Bill e Melinda Gates de Seattle, Washington, que apoiou unha ampla gama de investigacións sobre a innovación de inodoros para entornos de baixos ingresos, o sifón para ouriños pódese incorporar en todo tipo de inodoros, desde modelos de pedestal cerámico de alta gama ata inodoros de plástico. Desenvolvido con financiamento da Fundación Bill e Melinda Gates de Seattle, Washington, que apoiou unha ampla gama de investigacións sobre a innovación de inodoros para entornos de baixos ingresos, o sifón para ouriños pódese incorporar en todo tipo de inodoros, desde modelos de pedestal cerámico de alta gama ata inodoros de plástico. Desenvolvido con financiamento da Fundación Bill e Melinda Gates de Seattle, Washington, que apoiou unha ampla gama de investigacións sobre innovación en inodoros para persoas de baixos ingresos, o sifón para urina pódese integrar en todo tipo de modelos, desde modelos con pedestais cerámicos ata agachamentos de plástico.macetas. Desenvolvido con financiamento da Fundación Bill e Melinda Gates de Seattle, Washington, que apoia unha extensa investigación sobre a innovación en inodoros de baixos ingresos, o colector de urina pódese integrar en todo tipo de dispositivos, desde modelos cerámicos de alta gama ata bandexas de plástico para agacharse.O fabricante suízo LAUFEN xa está a lanzar un produto chamado "Save!" para o mercado europeo, aínda que o seu custo é demasiado elevado para moitos consumidores.
A Universidade de KwaZulu-Natal e o Concello de eThekwini tamén están a probar versións de inodoros con sifón para ouriños que poden desviar a ouriña e eliminar as partículas. Esta vez, o estudo céntrase máis nos usuarios. Odie é optimista de que a xente preferirá os novos inodoros con sifón para ouriños porque cheiran mellor e son máis fáciles de usar, pero sinala que os homes teñen que sentarse para ouriñar, o que supón un gran cambio cultural. Pero se os inodoros «tamén son adoptados e adoptados polos barrios de altos ingresos, por persoas de diferentes orixes étnicas, axudará moito a difundilo», dixo. «Sempre temos que ter unha lente racial», engadiu, para asegurarnos de que non desenvolvan algo que se vexa como «só para negros» ou «só para pobres».
A separación da urina é só o primeiro paso na transformación do saneamento. A seguinte parte é descubrir que facer ao respecto. Nas zonas rurais, a xente pode almacenala en cubas para matar calquera patóxeno e despois aplicala ás terras de cultivo. A Organización Mundial da Saúde fai recomendacións para esta práctica.
Pero o contorno urbano é máis complicado: é aquí onde se produce a maior parte da urina. Non sería práctico construír varias canalizacións separadas por toda a cidade para levar a urina a un lugar central. E como a urina está composta por aproximadamente un 95 % de auga, é demasiado cara de almacenar e transportar. Polo tanto, os investigadores están a centrarse en secar, concentrar ou extraer doutro xeito nutrientes da urina ao nivel dun inodoro ou edificio, deixando auga atrás.
Non será doado, dixo Larson. Desde o punto de vista da enxeñaría, «o ouriño é unha mala solución», dixo. Ademais da auga, a maior parte é urea, un composto rico en nitróxeno que o corpo produce como subproduto do metabolismo das proteínas. A urea é útil por si soa: a versión sintética é un fertilizante nitroxenado común (véxase Necesidades de nitróxeno). Pero tamén é complicado: cando se combina coa auga, a urea convértese en amoníaco, o que lle dá á urina o seu cheiro característico. Se non se activa, o amoníaco pode cheirar, contaminar o aire e levar nitróxeno valioso. Catalizada polo encima urease, que é omnipresente, esta reacción, chamada hidrólise da urea, pode levar varios microsegundos, o que converte a urease nun dos encimas máis eficientes coñecidos.
Algúns métodos permiten que a hidrólise continúe. Os investigadores de Eawag desenvolveron un proceso avanzado que converte a urina hidrolizada nunha solución nutritiva concentrada. Primeiro, no acuario, os microorganismos converten o amoníaco volátil en nitrato de amonio non volátil, un fertilizante común. Despois, o destilador concentra o líquido. Unha filial chamada Vuna, tamén con sede en Dübendorf, está a traballar na comercialización dun sistema para edificios e un produto chamado Aurin, que foi aprobado en Suíza para plantas de alimentación por primeira vez no mundo.
Outros tentan deter a reacción de hidrólise elevando ou baixando rapidamente o pH da urina, que adoita ser neutro cando se excreta. No campus da Universidade de Michigan, Love está a colaborar coa organización sen ánimo de lucro Earth Abundance Institute en Brattleboro, Vermont, para desenvolver un sistema para edificios que elimina o ácido cítrico líquido dos inodoros desviadores e dos inodoros sen auga. A auga sae dos urinarios. A urina concéntrase entón mediante conxelación e desconxelación repetidas5.
Un equipo da SLU dirixido polo enxeñeiro ambiental Bjorn Winneros na illa de Gotland desenvolveu un xeito de secar a urina e convertela en urea sólida mesturada con outros nutrientes. O equipo avalía o seu último prototipo, un inodoro independente con secador incorporado, na sede da empresa sueca de auga e sumidoiros VA SYD en Malmö.
Outros métodos céntranse en nutrientes individuais na urina. Poderían integrarse máis facilmente nas cadeas de subministración existentes de fertilizantes e produtos químicos industriais, afirma o enxeñeiro químico William Tarpeh, antigo investigador posdoutoral de Love's que agora traballa na Universidade de Stanford en California.
Un método común para restaurar o fósforo da urina hidrolizada é a adición de magnesio, o que provoca a precipitación dun fertilizante chamado estruvita. Tarpeh está a experimentar con gránulos de material adsorbente que poden eliminar selectivamente nitróxeno como amoníaco6 ou fósforo como fosfato. O seu sistema usa un fluído diferente chamado rexenerante que flúe a través dos globos despois de que se esgoten. O rexenerante toma os nutrientes e renova as bólas para a seguinte rolda. Este é un método pasivo de baixa tecnoloxía, pero os rexeneradores comerciais son prexudiciais para o medio ambiente. Agora o seu equipo está a tentar fabricar produtos máis baratos e respectuosos co medio ambiente (véxase “A contaminación do futuro”).
Outros investigadores están a desenvolver xeitos de xerar electricidade colocando ouriños en pilas de combustible microbianas. En Cidade do Cabo, Sudáfrica, outro equipo desenvolveu un método para fabricar ladrillos de construción non convencionais mesturando ouriños, area e bacterias produtoras de urease nun molde. Calcíficanse e adquiren calquera forma sen necesidade de cocelos. A Axencia Espacial Europea está a considerar os ouriños dos astronautas como un recurso para construír vivendas na Lúa.
«Cando penso no futuro amplo da reciclaxe de urina e a reciclaxe de augas residuais, queremos ser capaces de producir o maior número posible de produtos», dixo Tarpeh.
Mentres os investigadores buscan unha serie de ideas para mercantilizar a urina, saben que é unha batalla difícil, especialmente para unha industria arraigada. As empresas de fertilizantes e alimentos, os agricultores, os fabricantes de inodoros e os 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 aforra! Iso inclúe gastos en arquitectura, construción e cumprimento das normativas municipais, e iso aínda non está feito, dixo Kevin Ona, un enxeñeiro ambiental que agora traballa na Universidade de Virxinia Occidental en Morgantown. Dixo que a falta de códigos e regulamentos existentes creaba 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 dos compradores, pero unha enquisa realizada en 2021 a persoas en 16 países7 descubriu que en lugares como Francia, China e Uganda, a disposición a consumir alimentos enriquecidos con urina era próxima ao 80 % (véxase "Comerá a xente?").
Pam Elardo, que dirixe a Administración de Augas Residuais como administradora adxunta da Axencia de Protección Ambiental da cidade de Nova York, dixo que apoia innovacións como a desviación de urina, xa que os obxectivos principais da súa empresa son reducir aínda máis a contaminación e reciclar os recursos. Agarda que para unha cidade como Nova York, o método máis práctico e rendible de desviar a urina sexan os sistemas fóra da rede en edificios novos ou de remodelación, complementados con operacións de mantemento e recollida. Se os innovadores poden resolver un problema, «deberían funcionar», dixo.
Tendo en conta estes avances, Larsen predí que a produción en masa e a automatización da tecnoloxía de desviación de urina poden non estar lonxe. Isto mellorará a viabilidade comercial desta transición á xestión de residuos. A desviación de urina «é a técnica correcta», dixo. «Esta é a única tecnoloxía que pode resolver os problemas de alimentación na casa nun período de tempo razoable. Pero a xente ten que decidirse».
Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. e Love, NG Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. e Love, NG Environ.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. e Love, NG Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. e Love, NG Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. e 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. Baleiramento de impresións dun inodoro desviador. Fase 2: Publicación do Plan de validación UDDT da cidade de eThekwini (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.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.).