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Chelsea Wold è un giornalista freelance con sede a Hague, Paesi Bassi e autore di Daydream: una ricerca globale urgente per cambiare i servizi igienici.
I sistemi di servizi igienici specializzati estraggono azoto e altri nutrienti dalle urine per l'uso come fertilizzante e altri prodotti. Credito di immagine: Mak/Georg Mayer/EOOS Avanti
Gotland, l'isola più grande della Svezia, ha poca acqua dolce. Allo stesso tempo, i residenti sono alle prese con pericolosi livelli di inquinamento da parte dell'agricoltura e dei sistemi di liquami che causano fioriture algali dannose intorno al Mar Baltico. Possono uccidere i pesci e far starca le persone.
Per aiutare a risolvere questa serie di problemi ambientali, l'isola sta fissando le sue speranze su una sostanza improbabile che li lega: l'urina umana.
A partire dal 2021, il team di ricerca ha iniziato a lavorare con un'azienda locale che affitta servizi igienici portatili. L'obiettivo è quello di raccogliere oltre 70.000 litri di urina per un periodo di 3 anni in orinali senza acqua e servizi igienici dedicati in più località durante la stagione turistica estiva. Il team è venuto dall'Università svedese delle scienze agricole (SLU) a Uppsala, che ha fatto girare una società chiamata Sanitation360. Usando un processo sviluppato dai ricercatori, hanno asciugato l'urina in blocchi simili a cemento, che poi macinavano in polvere e hanno premuto in granuli di fertilizzanti che si adattano alle attrezzature agricole standard. Gli agricoltori locali usano il fertilizzante per far crescere l'orzo, che viene quindi inviato ai birrifici per produrre birra che può tornare nel ciclo dopo il consumo.
Prithvi Simha, ingegnere chimico presso SLU e CTO di Sanitation360, ha affermato che l'obiettivo dei ricercatori è quello di "andare oltre il concetto e mettere in pratica" il riutilizzo delle urine su larga scala. L'obiettivo è fornire un modello che può essere emulato in tutto il mondo. "Il nostro obiettivo è per tutti, ovunque, fare questo esercizio."
In un esperimento a Gotland, l'orzo fertilizzato nelle urine (a destra) è stato confrontato con le piante non fertilizzate (al centro) e con fertilizzanti minerali (a sinistra). Credito di immagine: Jenna Senecal.
Il progetto Gotland fa parte di uno sforzo simile in tutto il mondo per separare l'urina dalle altre acque reflue e riciclarle in prodotti come fertilizzanti. La pratica, nota come diversione di urina, è studiata da gruppi negli Stati Uniti, in Australia, Svizzera, Etiopia e Sudafrica, tra gli altri. Questi sforzi vanno ben oltre i laboratori universitari. Gli orinatoi senza acqua sono collegati ai sistemi di smaltimento del seminterrato negli uffici dell'Oregon e dei Paesi Bassi. Parigi prevede di installare servizi igienici che deviano le urine in un ecozone di 1.000 residenti in costruzione nel 14 ° arrondissement della città. L'Agenzia spaziale europea collocherà 80 servizi igienici presso il suo quartier generale di Parigi, che inizieranno le operazioni entro la fine dell'anno. I sostenitori della diversione delle urine affermano che potrebbe trovare usi in luoghi che vanno dagli avamposti militari improvvisati ai campi profughi, ai ricchi centri urbani e ai bassifondi tentacolari.
Gli scienziati affermano che la diversione delle urine, se distribuita su larga scala in tutto il mondo, potrebbe portare enormi benefici all'ambiente e alla salute pubblica. Ciò è in parte dovuto al fatto che l'urina è ricca di sostanze nutritive che non inquinano i corpi idrici e possono essere utilizzati per fertilizzare le colture o in processi industriali. Simha stima che gli esseri umani producano abbastanza urina per sostituire circa un quarto degli attuali fertilizzanti di azoto e fosfato del mondo; Contiene anche potassio e molti oligoelementi (vedi "componenti nelle urine"). Soprattutto, non lavando l'urina nello scarico, risparmia molta acqua e riduci l'onere per un sistema di fognatura che invecchia e sovraccarico.
Secondo gli esperti del settore, molti componenti di diversione delle urine potrebbero presto diventare ampiamente disponibili grazie ai progressi nei servizi igienici e nelle strategie di smaltimento delle urine. Ma ci sono anche grandi ostacoli al cambiamento fondamentale in uno degli aspetti più fondamentali della vita. I ricercatori e le aziende devono affrontare una miriade di sfide, dal miglioramento della progettazione di servizi igienici che deviano le urine per rendere l'urina più facile da elaborare e trasformarsi in prodotti preziosi. Ciò può includere sistemi di trattamento chimico collegati a singoli servizi igienici o apparecchiature seminterrato che servono l'intero edificio e la fornitura di servizi per il recupero e la manutenzione del prodotto concentrato o indurito risultante (vedere "dall'urina al prodotto"). Inoltre, ci sono questioni più ampie di cambiamento sociale e accettazione, collegate sia ai vari gradi di tabù culturali associati ai rifiuti umani sia alle convenzioni radicate sulle acque reflue e sui sistemi alimentari industriali.
Mentre la società si prepara con carenze di energia, acqua e materie prime per l'agricoltura e l'industria, la diversione e il riutilizzo delle urine è "una grande sfida per il modo in cui forniamo servizi igienico-sanitari", afferma il biologo Lynn Broaddus, un consulente di sostenibilità con sede a Minneapolis. . “Un genere che diventerà sempre più importante. Minnesota, era il passato presidente della Federazione acquatica di Alessandria, in Virginia, un'associazione mondiale di professionisti della qualità dell'acqua. "In realtà è qualcosa di valore."
C'era una volta l'urina era una merce preziosa. In passato, alcune società lo usavano per fertilizzare le colture, fare pelle, lavare i vestiti e fare polvere da sparo. Quindi, alla fine del XIX e all'inizio del XX secolo, il moderno modello di gestione centralizzata delle acque reflue è sorto in Gran Bretagna e si è diffuso in tutto il mondo, culminando nella cosiddetta cecità urinaria.
In questo modello, i servizi igienici usano l'acqua per drenare rapidamente l'urina, le feci e la carta igienica, mescolati con altri fluidi da fonti domestiche e industriali e talvolta scarichi di tempesta. Negli impianti centralizzati di trattamento delle acque reflue, i processi ad alta intensità di energia utilizzano microrganismi per trattare le acque reflue.
A seconda delle regole e delle condizioni locali dell'impianto di trattamento, le acque reflue scaricate da questo processo possono ancora contenere quantità significative di azoto e altri nutrienti, nonché di altri contaminanti. Il 57% della popolazione mondiale non è affatto collegato a un sistema fognario centralizzato (vedi "liquami umani").
Gli scienziati stanno lavorando per rendere i sistemi centralizzati più sostenibili e meno inquinanti, ma a partire dalla Svezia negli anni '90, alcuni ricercatori stanno spingendo per cambiamenti più fondamentali. I progressi alla fine del gasdotto sono "solo un'altra evoluzione della stessa dannata cosa", ha detto Nancy Love, ingegnere ambientale presso l'Università del Michigan ad Ann Arbor. La deviazione delle urine sarà "trasformativa", dice. Nello Studio 1, che simulava i sistemi di gestione delle acque reflue in tre stati statunitensi, lei e i suoi colleghi hanno confrontato i sistemi di trattamento delle acque reflue convenzionali con ipotetici sistemi di trattamento delle acque reflue che deviano le urine e l'uso hanno recuperato i nutrienti anziché i fertilizzanti sintetici. Stimano che le comunità che utilizzano la diversione delle urine possano ridurre le emissioni complessive di gas serra del 47%, il consumo di energia del 41%, il consumo di acqua dolce di circa la metà e l'inquinamento nutrizionale delle acque reflue del 64%. tecnologia utilizzata.
Tuttavia, il concetto rimane di nicchia e in gran parte limitato a aree autonome come eco-villaggi scandinavi, annessi rurali e sviluppi in aree a basso reddito.
Tove Larsen, un ingegnere chimico presso lo svizzero Federal Institute for Aquatic Science and Technology (EAWAG) a Dübendorf, afferma che gran parte del backlog è causato dai servizi igienici stessi. Introdotto per la prima volta sul mercato negli anni '90 e 2000, la maggior parte dei servizi igienici che violano le urine ha un piccolo bacino di fronte a loro per raccogliere il fluido, un'impostazione che richiede un attento targeting. Altri progetti includono le cinture del trasportatore a piedi che consentono all'urina di drenare mentre il letame viene trasportato nel cestino del compost o sensori che gestiscono valvole per dirigere l'urina verso una presa separata.
Un toilette prototipo che separa l'urina e la asciuga in una polvere viene testata presso il quartier generale dell'azienda svedese e della compagnia di fognature VA Syd a Malmö. Credito di immagine: Eoos Next
Ma nei progetti sperimentali e dimostrativi in ​​Europa, le persone non hanno abbracciato il loro uso, ha detto Larsen, lamentando di essere troppo ingombranti, puzzolenti e inaffidabili. "Siamo stati davvero scoraggiati dall'argomento dei servizi igienici."
Queste preoccupazioni hanno perseguitato il primo uso su larga scala dei servizi igienici che deviano le urine, un progetto nella città sudafricana di Etekwini negli anni 2000. Anthony Odili, che studia la gestione della salute presso l'Università di KwaZulu-Natal a Durban, ha affermato che l'improvvisa espansione dei confini post-apartheid della città ha portato alle autorità a rilevare alcune aree rurali povere senza toilette e infrastrutture idriche.
Dopo l'epidemia di colera nell'agosto 2000, le autorità hanno rapidamente distribuito diverse strutture igienico-sanitarie che hanno incontrato vincoli finanziari e pratici, tra cui circa 80.000 servizi igienici secchi che deviano le urine, la maggior parte dei quali sono ancora in uso oggi. L'urina drena nel terreno da sotto il bagno e le feci finiscono in una struttura di stoccaggio che la città ha svuotato ogni cinque anni dal 2016.
Odili ha affermato che il progetto ha creato servizi igienico -sanitari più sicuri nell'area. Tuttavia, la ricerca sulle scienze sociali ha identificato molti problemi con il programma. Nonostante l'idea che i servizi igienici siano migliori di niente, gli studi, inclusi alcuni degli studi a cui ha partecipato, in seguito hanno dimostrato che gli utenti generalmente non li non amano, ha detto Odili. Molti di essi sono costruiti con materiali di scarsa qualità e sono scomodi da usare. Mentre tali servizi igienici dovrebbero teoricamente prevenire gli odori, l'urina nei servizi igienici di Ethekwini finisce spesso nello stoccaggio fecale, creando un odore terribile. Secondo Odili, le persone "non potevano respirare normalmente". Inoltre, l'urina non è praticamente utilizzata.
Alla fine, secondo Odili, la decisione di introdurre servizi igienici secchi che deviano le urine era dall'alto verso il basso e non ha tenuto conto delle preferenze delle persone, principalmente per motivi di salute pubblica. Uno studio del 2017 ha scoperto che oltre il 95% degli intervistati di Ethekwini voleva accedere ai comodi e inodore di servizi igienici utilizzati dai ricchi residenti bianchi della città e molti hanno pianificato di installarli quando le condizioni consentivano. In Sudafrica, i servizi igienici sono stati a lungo un simbolo di disuguaglianza razziale.
Tuttavia, il nuovo design potrebbe essere una svolta nella diversione urinaria. Nel 2017, guidato dal designer Harald Grundl, in collaborazione con Larsen e altri, lo studio di progettazione austriaco Eoos (trasformato da Eoos Next) ha rilasciato una trappola delle urine. Ciò elimina la necessità che l'utente miri e la funzione di diversione delle urine è quasi invisibile (vedi "nuovo tipo di toilette").
Usa la tendenza dell'acqua ad attaccarsi alle superfici (chiamato effetto bollitore perché si comporta come un bollitore gocciolante scomodo) per dirigere l'urina dalla parte anteriore del gabinetto in un buco separato (vedi "come riciclare l'urina"). Sviluppato con finanziamenti dalla Bill & Melinda Gates Foundation di Seattle, Washington, che ha supportato una vasta fascia di ricerca sull'innovazione del bagno per le impostazioni a basso reddito, la trappola delle urine può essere incorporata in tutto, dai modelli di piedistallo ceramico di fascia alta alle padelle di squat in plastica. Sviluppato con finanziamenti dalla Bill & Melinda Gates Foundation di Seattle, Washington, che ha supportato una vasta fascia di ricerca sull'innovazione del bagno per le impostazioni a basso reddito, la trappola delle urine può essere incorporata in tutto, dai modelli di piedistallo ceramico di fascia alta alle padelle di squat in plastica. Sviluppato con finanziamenti dalla Bill & Melinda Gates Foundation di Seattle, Washington, che ha supportato una vasta gamma di ricerche sull'innovazione del bagno a basso reddito, la trappola delle urine può essere integrata in tutto, dai modelli con piedistalli ceramici agli squat in plastica.pentole. Sviluppato con finanziamenti dalla Bill & Melinda Gates Foundation di Seattle, Washington, che supporta ampie ricerche sull'innovazione del bagno a basso reddito, il collezionista di urine può essere integrato in tutto, dai modelli a base di ceramica di fascia alta ai vassoi di squat in plastica.Il produttore svizzero Laufen sta già rilasciando un prodotto chiamato "Save!" Per il mercato europeo, sebbene il suo costo sia troppo alto per molti consumatori.
L'Università di KwaZulu-Natal e il Consiglio comunale di Etekwini stanno anche testando versioni di servizi igienici di trappole per urine in grado di deviare l'urina e eliminare il particolato. Questa volta, lo studio si concentra maggiormente sugli utenti. Odie è ottimista sul fatto che le persone preferiranno i nuovi servizi igienici che deviano le urine perché hanno un odore meglio e sono più facili da usare, ma osserva che gli uomini devono sedersi per urinare, il che è un enorme cambiamento culturale. Ma se i servizi igienici "sono anche adottati e adottati da quartieri ad alto reddito-da persone di diversa origine etnica-ciò contribuirà davvero a diffondere", ha detto. "Dobbiamo sempre avere una lente razziale", ha aggiunto, per assicurarci che non sviluppino qualcosa che è visto come "solo nero" o "solo povero".
La separazione delle urine è solo il primo passo per trasformare i servizi igienico -sanitari. La parte successiva è capire cosa fare al riguardo. Nelle aree rurali, le persone possono archiviarlo in vasche per uccidere eventuali agenti patogeni e quindi applicarlo ai terreni agricoli. L'Organizzazione mondiale della sanità fornisce raccomandazioni per questa pratica.
Ma l'ambiente urbano è più complicato: è qui che viene prodotta la maggior parte delle urine. Non sarebbe pratico costruire diverse fogne separate in tutta la città per consegnare l'urina in una posizione centrale. E poiché l'urina è di circa il 95 % di acqua, è troppo costoso per essere riportato e trasportati. Pertanto, i ricercatori si stanno concentrando sull'essiccamento, la concentrazione o l'estrazione altrimenti di nutrienti dalle urine a livello di un bagno o edificio, lasciando l'acqua alle spalle.
Non sarà facile, ha detto Larson. Dal punto di vista ingegneristico, "Piss è una brutta soluzione", ha detto. Oltre all'acqua, la maggioranza è l'urea, un composto ricco di azoto che il corpo produce come sottoprodotto del metabolismo proteico. L'urea è utile da sola: la versione sintetica è un fertilizzante di azoto comune (vedi requisiti di azoto). Ma è anche complicato: se combinato con acqua, l'urea si trasforma in ammoniaca, che dà alle urine il suo odore caratteristico. In caso contrario, l'ammoniaca può annusare, inquinare l'aria e togliere azoto prezioso. Catalizzata dall'ubiquito l'ureasi enzimatica, questa reazione, chiamata idrolisi dell'urea, può assumere diversi microsecondi, rendendo noto l'ureasi uno degli enzimi più efficienti.
Alcuni metodi consentono di continuare l'idrolisi. I ricercatori EAWAG hanno sviluppato un processo avanzato che trasforma l'urina idrolizzata in una soluzione nutritiva concentrata. Innanzitutto, nell'acquario, i microrganismi convertono l'ammoniaca volatile in nitrato di ammonio non volatile, un fertilizzante comune. Il distillatore concentra quindi il liquido. Una filiale chiamata Vuna, anch'essa con sede a Dübendorf, sta lavorando per commercializzare un sistema per edifici e un prodotto chiamato Aurin, che è stato approvato in Svizzera per le piante alimentari per la prima volta nel mondo.
Altri cercano di fermare la reazione di idrolisi sollevando o abbassando rapidamente il pH delle urine, che di solito è neutra quando escreto. Nel campus dell'Università del Michigan, Love sta collaborando con il non profit Earth Abbondance Institute a Brattleboro, nel Vermont, per sviluppare un sistema per edifici che rimuove l'acido citrico liquido dalla deviazione di servizi igienici e servizi igienici senza acqua. L'acqua esplode dagli orinatoi. L'urina viene quindi concentrata da ripetuti congelamento e scongelamento5.
Un team SLU guidato dall'ingegnere ambientale Bjorn Winneros sull'isola di Gotland ha sviluppato un modo per asciugare l'urina in urea solida mescolata con altri nutrienti. Il team valuta il loro ultimo prototipo, un bagno autoportante con asciugatrice integrata, presso il quartier generale dell'azienda idrica svedese e della compagnia di fogne VA Syd a Malmö.
Altri metodi colpiscono i singoli nutrienti nelle urine. Potrebbero essere più facilmente integrati nelle catene di approvvigionamento esistenti per fertilizzanti e sostanze chimiche industriali, afferma l'ingegnere chimico William Tarpeh, un ex collega post -dottorato di Love's che ora è alla Stanford University in California.
Un metodo comune per ripristinare il fosforo dalle urine idrolizzate è l'aggiunta di magnesio, che provoca la precipitazione di un fertilizzante chiamato struvite. Tarpeh sta sperimentando granuli di materiale adsorbente che può rimuovere selettivamente l'azoto come ammonia6 o fosforo come fosfato. Il suo sistema utilizza un fluido diverso chiamato rigenerante che scorre attraverso i palloncini dopo che si esauriscono. Il rigenerante prende i nutrienti e rinnova le palle per il round successivo. Questo è un metodo a bassa tecnologia e passiva, ma i rigenerati commerciali sono dannosi per l'ambiente. Ora il suo team sta cercando di rendere prodotti più economici e più rispettosi dell'ambiente (vedi "inquinamento del futuro").
Altri ricercatori stanno sviluppando modi per generare elettricità posizionando l'urina nelle celle a combustibile microbica. A Cape Town, in Sudafrica, un altro team ha sviluppato un metodo per creare mattoni edili non convenzionali mescolando i batteri di urina, sabbia e urease in uno stampo. Calcificano in qualsiasi forma senza sparare. L'agenzia spaziale europea sta prendendo in considerazione l'urina degli astronauti come risorsa per la costruzione di alloggi sulla luna.
"Quando penso all'ampio futuro del riciclaggio delle urine e del riciclaggio delle acque reflue, vogliamo essere in grado di produrre il maggior numero possibile di prodotti", ha detto Tarpeh.
Mentre i ricercatori perseguono una serie di idee per la mercificazione delle urine, sanno che è una battaglia in salita, specialmente per un'industria radicata. Fertilizzanti e aziende alimentari, agricoltori, produttori di servizi igienici e regolatori sono stati lenti a apportare modifiche significative alle loro pratiche. "C'è molta inerzia qui", ha detto Simcha.
Ad esempio, all'Università della California, Berkeley, l'installazione di ricerca e istruzione di Laufen Save! Ciò include la spesa per architetti, la costruzione e il rispetto delle normative municipali - e questo non è ancora fatto, ha affermato Kevin Ona, un ingegnere ambientale che ora lavora alla West Virginia University di Morgantown. Ha detto che la mancanza di codici e regolamenti esistenti ha creato problemi per la gestione delle strutture, quindi si è unito al gruppo che stava sviluppando nuovi codici.
Parte dell'inerzia può essere dovuta alla paura della resistenza agli acquirenti, ma un sondaggio del 2021 su persone in 16 paesi7 ha scoperto che in luoghi come Francia, Cina e Uganda, la volontà di consumare cibo fortificato all'urina era vicino all'80% (vedi che le persone lo mangiano? ').
Pam Elardo, che guida l'amministrazione delle acque reflue come vice amministratore dell'Agenzia per la protezione ambientale di New York City, ha dichiarato di sostenere innovazioni come la diversione delle urine poiché gli obiettivi chiave della sua azienda sono ridurre ulteriormente l'inquinamento e il riciclo delle risorse. Si aspetta che per una città come New York, il metodo più pratico ed economico per deviare l'urina sarà sistemi off-grid in retrofit o nuovi edifici, integrato da operazioni di manutenzione e raccolta. Se gli innovatori possono risolvere un problema, "dovrebbero funzionare", ha detto.
Dati questi progressi, Larsen prevede che la produzione di massa e l'automazione della tecnologia di diversione delle urine potrebbero non essere lontane. Ciò migliorerà il business case per questa transizione alla gestione dei rifiuti. La diversione urinaria "è la tecnica giusta", ha detto. “Questa è l'unica tecnologia in grado di risolvere i problemi alimentari domestici in un ragionevole quantità di tempo. Ma le persone devono decidere. "
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