Grazas por visitar Nature.com.A versión do navegador que estás a usar ten compatibilidade limitada de CSS.Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que utilices un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer).Mentres tanto, para garantir a asistencia continua, renderizaremos o sitio sen estilos e JavaScript.
Chelsea Wold é unha xornalista independente afincada na Haia, Holanda e autora de Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets.
Os sistemas de aseos especializados extraen nitróxeno e outros nutrientes da urina para o seu uso 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 veciños están lidiando con niveis perigosos de contaminación da agricultura e dos sistemas de sumidoiros que están a provocar floracións 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 pon 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 dedicados en múltiples lugares durante a tempada turística estival.O equipo procedía da Universidade Sueca de Ciencias Agrícolas (SLU) en Uppsala, que escindiu unha empresa chamada Sanitation360.Usando un proceso que desenvolveron os investigadores, secaron a urina en anacos parecidos ao formigón, que despois moían en po e prensaban en gránulos de fertilizante que se adaptaban aos equipos agrícolas estándar.Os agricultores locais usan o fertilizante para cultivar cebada, que despois se envía ás fábricas de cervexa para producir cervexa que pode volver ao ciclo despois do consumo.
Prithvi Simha, enxeñeiro químico da SLU e CTO de Sanitation360, dixo que o obxectivo dos investigadores é "ir máis aló do concepto e poñer en práctica" a reutilización da urina a gran escala.O obxectivo é proporcionar un modelo que poida ser emulado en todo o mundo."O noso obxectivo é que todos, en todas partes, fagan este exercicio".
Nun experimento en Gotland, comparouse a cebada fertilizada con ouriños (dereita) con plantas sen fertilizar (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 reciclalas en produtos como fertilizantes.A práctica, coñecida como derivación de ouriños, está a ser estudada por grupos de Estados Unidos, Australia, Suíza, Etiopía e Sudáfrica, entre outros.Estes esforzos van moito máis alá dos laboratorios universitarios.Os urinarios sen auga están conectados aos sistemas de eliminación do soto nas oficinas de Oregón e os Países Baixos.París planea instalar baños que desvían orina nunha ecozona de 1.000 habitantes que se está construíndo no distrito 14 da cidade.A Axencia Espacial Europea colocará 80 baños na súa sede de París, que comezará a funcionar a finais deste ano.Os defensores do desvío de ouriños din que podería atopar usos en lugares que van desde postos militares improvisados ​​ata campamentos de refuxiados, centros urbanos ricos e barrios pobres.
Os científicos din que a desviación de ouriños, se se implanta a gran escala en todo o mundo, podería traer enormes beneficios ao medio ambiente e á 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 utilizar para fertilizar cultivos ou en procesos industriais.Simha estima que os humanos producen orina suficiente para substituír preto dunha cuarta parte dos fertilizantes nitróxenos e fosfatos actuais do mundo;tamén contén potasio e moitos oligoelementos (ver "Constituíntes na orina").O mellor de todo é que ao non botar a orina polo sumidoiro, aforrará moita auga e reduce a carga dun sistema de sumidoiros envellecido e sobrecargado.
Segundo os expertos na materia, moitos compoñentes de derivación de orina poden chegar a estar moi dispoñibles en breve grazas aos avances nos baños e as estratexias de eliminación de orina.Pero tamén hai grandes obstáculos para o cambio fundamental nun dos aspectos máis fundamentais da vida.Os investigadores e as empresas deben afrontar unha infinidade de desafíos, desde mellorar o deseño dos baños que desvían a orina ata facer que a urina sexa máis fácil de procesar e converter en produtos valiosos.Isto pode incluír sistemas de tratamento químico conectados a inodoros individuais ou equipos de soto que dan servizo a todo o edificio e que proporcionan servizos para a recuperación e mantemento do produto concentrado ou endurecido resultante (consulte "Da urina ao produto").Ademais, hai cuestións máis amplas de cambio social e aceptación, vinculadas tanto aos diferentes graos de tabús culturais asociados aos residuos humanos como a convencións profundas sobre as augas residuais industriais e os sistemas alimentarios.
Mentres a sociedade lidia coa escaseza de enerxía, auga e materias primas para a agricultura e a industria, a desviación e reutilización de ouriños é "un gran desafío para como proporcionamos saneamento", di a bióloga Lynn Broaddus, consultora de sustentabilidade con sede en Minneapolis..“Un xénero que vai cobrando cada vez máis importancia.Minnesota, foi o pasado presidente da Federación Acuática de Alexandria, Virginia, unha asociación mundial de profesionais da calidade da auga."En realidade é algo de valor".
Érase unha vez, a orina era un ben valioso.Antigamente, algunhas sociedades usárono para fertilizar os cultivos, facer coiro, lavar roupa e facer pólvora.Entón, a finais do século XIX e principios do XX, xurdiu en Gran Bretaña o modelo moderno de xestión centralizada das augas residuais e estendeuse por todo o mundo, culminando na chamada cegueira urinaria.
Neste modelo, os inodoros usan auga para drenar rapidamente a ouriña, as feces e o papel hixiénico polo sumidoiro, mesturada con outros fluídos de fontes domésticas, industriais e, ás veces, con sumidoiros pluviais.Nas depuradoras centralizadas de augas residuais, os procesos de uso intensivo enerxético utilizan microorganismos para tratar as augas residuais.
Dependendo das normas e condicións locais da estación de tratamento, as augas residuais vertidas deste proceso aínda poden conter cantidades significativas de nitróxeno e outros nutrientes, así como algúns outros contaminantes.O 57% da poboación mundial non está en absoluto conectada a un sistema de sumidoiros centralizado (ver "Apuración humana").
Os científicos están a traballar para que os sistemas centralizados sexan máis sostibles e menos contaminantes, pero a partir de Suecia nos anos 90, algúns investigadores están a impulsar cambios máis fundamentais.Os avances ao final do gasoduto son "só outra evolución do mesmo maldito", dixo Nancy Love, enxeñeira ambiental da Universidade de Michigan en Ann Arbor.Desviar a orina 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 hipotéticos sistemas de tratamento de augas residuais que desvían a urina e usan nutrientes recuperados en lugar de fertilizantes sintéticos.Estiman que as comunidades que utilizan a derivación de ouriños poden reducir as emisións xerais de gases de efecto invernadoiro nun 47%, o consumo de enerxía nun 41%, o consumo de auga doce preto da metade e a contaminación por nutrientes das augas residuais nun 64%.tecnoloxía empregada.
Non obstante, o concepto segue sendo un nicho e 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 de Ciencia e Tecnoloxía Acuática (Eawag) en Dübendorf, di que gran parte do atraso é causado polos propios baños.Introducidos por primeira vez no mercado nos anos 1990 e 2000, a maioría dos inodoros que desvían orina teñen unha pequena cunca diante deles para recoller o fluído, unha configuración que require unha orientación coidadosa.Outros deseños inclúen cintas transportadoras que funcionan con pés que permiten que a urina drene mentres o esterco se transporta ao composteiro, ou sensores que operan válvulas para dirixir a orina a unha saída separada.
Na sede da empresa sueca de auga e sumidoiros VA SYD, en Malmö, estase probando un prototipo de inodoro que separa a urina e a seca nun po.Crédito da imaxe: EOOS NEXT
Pero nos proxectos experimentais e de demostración en Europa, a xente non aceptou o seu uso, dixo Larsen, queixándose de que son demasiado voluminosos, fedores e pouco fiables."O tema dos baños nos emocionou moito".
Estas preocupacións asombraron o primeiro uso a gran escala de baños que desvían orina, un proxecto na cidade surafricana de Ethekwini nos anos 2000.Anthony Odili, que estuda xestión sanitaria na Universidade de KwaZulu-Natal en Durban, dixo que a súbita expansión das fronteiras da cidade despois do apartheid provocou que as autoridades se apoderasen dalgunhas zonas rurais pobres sen infraestruturas sanitarias e hidráulicas.
Despois do brote de cólera en agosto de 2000, as autoridades despregaron rapidamente varias instalacións de saneamento que cumprían as limitacións financeiras e prácticas, incluíndo uns 80.000 baños secos que desvían orina, a maioría dos cales aínda están en uso na actualidade.Os ouriños drenan ao chan por debaixo do inodoro e as feces acaban nun almacén que a cidade baleira 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 baños son mellores que nada, os estudos, incluíndo algúns dos estudos nos que participou, demostraron máis tarde que os usuarios xeralmente non lles gustan, dixo Odili.Moitos deles están construídos con materiais de mala calidade e son incómodos de usar.Aínda que estes baños teoricamente deberían evitar os cheiros, a urina dos baños eThekwini adoita terminar no almacenamento de feces, creando un cheiro terrible.Segundo Odili, a xente "non podía respirar normalmente".Ademais, practicamente non se usa a orina.
En definitiva, segundo Odili, a decisión de introducir baños secos que desvían orina 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 entrevistados de eThekwini querían acceder aos inodoros cómodos e inodores que usaban os ricos residentes brancos da cidade, e moitos planeaban instalalos cando as condicións o permitisen.En Sudáfrica, os baños foron durante moito tempo un símbolo da desigualdade racial.
Non obstante, o novo deseño podería ser un avance na derivación urinaria.En 2017, dirixida polo deseñador Harald Grundl, en colaboración con Larsen e outros, a firma de deseño austríaca EOOS (seccionada de EOOS Next) lanzou unha trampa de orina.Isto elimina a necesidade de que o usuario apunte e a función de desviación de orina é case invisible (consulte "Novo tipo de inodoro").
Usa a tendencia da auga a pegarse ás superficies (chamado efecto chaleira porque actúa como unha chaleira incómoda) para dirixir a orina desde a parte frontal do inodoro a un orificio separado (consulta "Como reciclar a urina"). Desenvolvido con financiamento da Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que apoiou unha ampla investigación sobre innovación de inodoros para ambientes de baixos ingresos, a trampa de urina pódese incorporar a todo, desde modelos de pedestal de cerámica de gama alta ata agachadas de plástico. tixolas. Desenvolvido con financiamento da Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que apoiou unha ampla investigación sobre innovación de inodoros para ambientes de baixos ingresos, a trampa de urina pódese incorporar a todo, desde modelos de pedestal de cerámica de gama alta ata agachadas de plástico. tixolas. Desenvolvida con financiamento da Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que apoiou unha ampla gama de investigacións innovadoras de inodoros de baixos ingresos, a trampa de orina pódese integrar en todo, desde modelos con pedestais de cerámica ata sentadillas de plástico.potes. Desenvolvido co financiamento da Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que apoia unha ampla investigación sobre a innovación en inodoros de baixos ingresos, o colector de orina pódese incorporar a todo, desde modelos de gama alta a base de cerámica ata bandexas de plástico.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 trampa de orina que poden desviar a urina e eliminar as partículas.Nesta ocasión, o estudo céntrase máis nos usuarios.Odie é optimista de que a xente prefire os novos baños que desvían orina porque cheiran mellor e son máis fáciles de usar, pero sinala que os homes teñen que sentarse a ouriñar, o que supón un gran cambio cultural.Pero se os baños "tamén son adoptados e adoptados polos barrios de altos ingresos, por persoas de diferentes orixes étnicas, realmente axudará a propagarse", dixo."Sempre temos que ter unha lente racial", engadiu, para asegurarse de que non desenvolvan algo que se ve como "só negro" ou "só pobre".
A separación dos ouriños 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 cubas para matar calquera patóxeno e despois aplicalo ás terras de cultivo.A Organización Mundial da Saúde fai recomendacións para esta práctica.
Pero o medio urbano é máis complicado: aquí é onde se produce a maior parte da urina.Non sería práctico construír varios sumidoiros separados por toda a cidade para entregar os ouriños a un lugar céntrico.E debido a que a orina é preto do 95 por cento de auga, é demasiado caro almacenala e transportala.Polo tanto, os investigadores céntranse en secar, concentrar ou extraer nutrientes da ouriña ao nivel dun baño ou edificio, deixando a auga.
Non será doado, dixo Larson.Desde o punto de vista da enxeñaría, "o meado 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 só: 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 á urina o seu cheiro característico.Se non está acendido, o amoníaco pode cheirar, contaminar o aire e quitarlle o valioso nitróxeno.Catalizada pola omnipresente enzima ureasa, esta reacción, chamada hidrólise da urea, pode levar varios microsegundos, facendo que a ureasa sexa unha das enzimas máis eficientes coñecidas.
Algúns métodos permiten continuar a hidrólise.Os investigadores da Eawag desenvolveron un proceso avanzado que converte a urina hidrolizada nunha solución nutritiva concentrada.En primeiro lugar, no acuario, os microorganismos converten o amoníaco volátil en nitrato de amonio non volátil, un fertilizante común.A continuación, o destilador concentra o líquido.Unha filial chamada Vuna, tamén con sede en Dübendorf, traballa para comercializar un sistema para edificios e un produto chamado Aurin, que foi aprobado en Suíza para plantas alimentarias por primeira vez no mundo.
Outros intentan deter a reacción de hidrólise aumentando ou baixando rapidamente o pH da urina, que adoita ser neutra cando se excreta.No campus da Universidade de Michigan, Love está asociado co Earth Abundance Institute, sen ánimo de lucro, en Brattleboro, Vermont, para desenvolver un sistema para edificios que elimine o ácido cítrico líquido dos inodoros desviados e os inodoros sen auga.A auga brota dos urinarios.A orina concéntrase despois mediante conxelación e desconxelación repetidas5.
Un equipo de SLU dirixido polo enxeñeiro ambiental Bjorn Winneros na illa de Gotland desenvolveu un xeito de secar a urina 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 apuntan aos nutrientes individuais na orina.Poderíanse integrar máis facilmente nas cadeas de subministración existentes de fertilizantes e produtos químicos industriais, di o enxeñeiro químico William Tarpeh, antigo bolseiro posdoutoral de Love's que agora está na Universidade de Stanford en California.
Un método común para restaurar o fósforo da orina hidrolizada é a adición de magnesio, que provoca a precipitación dun fertilizante chamado estruvita.Tarpeh está experimentando con gránulos de material adsorbente que poden eliminar selectivamente o nitróxeno como amoníaco6 ou o fósforo como fosfato.O seu sistema usa un fluído diferente chamado rexenerante que flúe a través dos globos despois de que se esgotan.O rexenerante toma os nutrientes e renova as bolas 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 tentar facer produtos máis baratos e respectuosos co medio ambiente (ver "Contaminación do futuro").
Outros investigadores están a desenvolver formas de xerar electricidade colocando ouriños en pilas de combustible microbianas.En Cidade do Cabo, Sudáfrica, outro equipo desenvolveu un método para facer ladrillos de construción non convencionais mesturando ouriños, area e bacterias produtoras de ureasa nun molde.Calcifícanse en calquera forma sen disparar.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 ouriños e de augas residuais, queremos poder producir o maior número de produtos posible", 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 aseos e os reguladores tardaron en facer cambios significativos nas súas prácticas."Aquí hai moita inercia", dixo Simcha.
Por exemplo, na Universidade de California, Berkeley, a instalación de investigación e educación do LAUFEN save!Iso inclúe gastos en arquitectos, construción e cumprimento das normativas municipais, e iso aínda non está feito, dixo Kevin Ona, enxeñeiro ambiental que agora traballa na Universidade de West Virginia en Morgantown.Dixo que a falta de códigos e normativas existentes xeraba problemas para a xestión das instalacións, polo que se incorporou ao grupo que estaba a elaborar 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 vontade de consumir alimentos enriquecidos con ouriños era preto do 80 % (consulta A xente comerá iso?').
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 o desvío de ouriños xa que os obxectivos fundamentais da súa empresa 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 de desviar a orina sexan os sistemas fóra da rede en reformas ou edificios novos, complementados con operacións de mantemento e recollida.Se os innovadores poden resolver un problema, "deberían funcionar", dixo.
Tendo en conta estes avances, Larsen prevé que a produción en masa e a automatización da tecnoloxía de derivación de ouriños poden non estar moi lonxe.Isto mellorará o caso de negocio para esta transición á xestión de residuos.A derivación urinaria "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. & 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.Impresións de baleirado dun inodoro desvío.Fase 2: Lanzamento do Plan de Validación UDDT de eThekwini City (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 do intercambio 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.).