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Chelsea Wold è una giornalista freelance con sede a L'Aia, Paesi Bassi e autrice di Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets.
I servizi igienici specializzati estraggono azoto e altri nutrienti dall'urina per utilizzarli come fertilizzanti e altri prodotti.Immagine di credito: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Gotland, l'isola più grande della Svezia, ha poca acqua dolce.Allo stesso tempo, i residenti sono alle prese con livelli pericolosi di inquinamento da agricoltura e sistemi fognari che stanno causando fioriture algali dannose intorno al Mar Baltico.Possono uccidere i pesci e far ammalare le persone.
Per aiutare a risolvere questa serie di problemi ambientali, l'isola sta riponendo le sue speranze sull'unica sostanza improbabile che li lega: l'urina umana.
A partire dal 2021, il team di ricerca ha iniziato a collaborare con un'azienda locale che noleggia servizi igienici portatili.L'obiettivo è raccogliere più di 70.000 litri di urina in un periodo di 3 anni in orinatoi senz'acqua e servizi igienici dedicati in più località durante la stagione turistica estiva.Il team proveniva dall'Università svedese di scienze agrarie (SLU) di Uppsala, che ha scorporato una società chiamata Sanitation360.Usando un processo sviluppato dai ricercatori, hanno essiccato l'urina in pezzi simili al cemento, che poi hanno macinato in polvere e pressato in granuli di fertilizzante che si adattano alle attrezzature agricole standard.Gli agricoltori locali usano il fertilizzante per coltivare l'orzo, che viene poi 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 possa essere emulato in tutto il mondo."Il nostro obiettivo è che tutti, ovunque, facciano questo esercizio."
In un esperimento a Gotland, l'orzo fertilizzato con l'urina (a destra) è stato confrontato con piante non fertilizzate (al centro) e con fertilizzanti minerali (a sinistra).Credito immagine: Jenna Senecal.
Il progetto Gotland fa parte di un simile sforzo mondiale per separare l'urina dalle altre acque reflue e riciclarla in prodotti come i fertilizzanti.La pratica, nota come diversione dell'urina, è studiata da gruppi negli Stati Uniti, in Australia, Svizzera, Etiopia e Sud Africa, tra gli altri.Questi sforzi vanno ben oltre i laboratori universitari.Gli orinatoi senz'acqua sono collegati ai sistemi di smaltimento dei seminterrati negli uffici dell'Oregon e dei Paesi Bassi.Parigi prevede di installare servizi igienici per la deviazione dell'urina in un'ecozona da 1.000 residenti in costruzione nel 14° arrondissement della città.L'Agenzia spaziale europea collocherà 80 servizi igienici presso la sua sede di Parigi, che entreranno in funzione entro la fine dell'anno.I sostenitori della diversione dell'urina affermano che potrebbe trovare usi in luoghi che vanno da avamposti militari improvvisati a campi profughi, ricchi centri urbani e baraccopoli tentacolari.
Gli scienziati affermano che la diversione dell'urina, se utilizzata 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 utilizzate per fertilizzare le colture o nei processi industriali.Simha stima che gli esseri umani producano abbastanza urina per sostituire circa un quarto degli attuali fertilizzanti azotati e fosfatici del mondo;contiene inoltre potassio e molti oligoelementi (vedi “Costituenti delle urine”).Soprattutto, non scaricando l'urina nello scarico, si risparmia molta acqua e si riduce il carico su un sistema fognario obsoleto e sovraccarico.
Secondo gli esperti del settore, molti componenti della diversione dell'urina potrebbero presto diventare ampiamente disponibili grazie ai progressi nei servizi igienici e alle strategie di smaltimento delle urine.Ma ci sono anche grandi ostacoli al cambiamento fondamentale in uno degli aspetti fondamentali della vita.I ricercatori e le aziende devono affrontare una miriade di sfide, dal miglioramento della progettazione di servizi igienici per la deviazione dell'urina al rendere l'urina più facile da elaborare e trasformare in prodotti di valore.Ciò può includere sistemi di trattamento chimico collegati a singoli servizi igienici o attrezzature seminterrate che servono l'intero edificio e forniscono servizi per il recupero e la manutenzione del prodotto concentrato o indurito risultante (vedi "Dall'urina al prodotto").Inoltre, ci sono questioni più ampie di cambiamento sociale e accettazione, legate sia ai vari gradi di tabù culturali associati ai rifiuti umani sia a convenzioni radicate sulle acque reflue industriali e sui sistemi alimentari.
Mentre la società è alle prese con la carenza 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 la biologa Lynn Broaddus, consulente per la sostenibilità con sede a Minneapolis..“Un genere che diventerà sempre più importante.Minnesota, è stato l'ex 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 un bene prezioso.In passato, alcune società lo usavano per fertilizzare i raccolti, fare il cuoio, lavare i vestiti e fare la polvere da sparo.Poi, tra la fine dell'Ottocento e l'inizio del Novecento, il modello moderno di gestione centralizzata delle acque reflue è nato in Gran Bretagna e si è diffuso in tutto il mondo, culminando nella cosiddetta cecità urinaria.
In questo modello, i servizi igienici utilizzano l'acqua per drenare rapidamente urina, feci e carta igienica nello scarico, mescolata con altri fluidi provenienti da fonti domestiche, industriali e talvolta scarichi di tempesta.Negli impianti centralizzati di trattamento delle acque reflue, i processi ad alta intensità energetica utilizzano microrganismi per trattare le acque reflue.
A seconda delle norme locali e delle condizioni dell'impianto di trattamento, le acque reflue scaricate da questo processo possono ancora contenere quantità significative di azoto e altri nutrienti, nonché alcuni altri contaminanti.Il 57% della popolazione mondiale non è affatto collegato a un sistema fognario centralizzato (vedi “Acque reflue umane”).
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 della pipeline sono "solo un'altra evoluzione della stessa dannata cosa", ha affermato Nancy Love, ingegnere ambientale presso l'Università del Michigan ad Ann Arbor.Deviare l'urina sarà "trasformativo", dice.Nello studio 1, che ha simulato i sistemi di gestione delle acque reflue in tre stati degli Stati Uniti, lei e i suoi colleghi hanno confrontato i sistemi convenzionali di trattamento delle acque reflue con ipotetici sistemi di trattamento delle acque reflue che deviano l'urina e utilizzano nutrienti recuperati invece di fertilizzanti sintetici.Stimano che le comunità che utilizzano la deviazione delle urine possono 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 da nutrienti delle acque reflue del 64%.tecnologia utilizzata.
Tuttavia, il concetto rimane di nicchia e in gran parte limitato ad aree autonome come ecovillaggi scandinavi, annessi rurali e sviluppi in aree a basso reddito.
Tove Larsen, ingegnere chimico presso l'Istituto federale svizzero per la scienza e la tecnologia acquatiche (Eawag) di Dübendorf, afferma che gran parte dell'arretrato è causato dai servizi igienici stessi.Introdotte per la prima volta sul mercato negli anni '90 e 2000, la maggior parte delle toilette che deviano l'urina hanno davanti una piccola bacinella per raccogliere il fluido, un'impostazione che richiede un'attenta selezione.Altri progetti includono nastri trasportatori azionati a pedale che consentono il drenaggio dell'urina mentre il letame viene trasportato nel bidone del compost o sensori che azionano valvole per dirigere l'urina verso un'uscita separata.
Un prototipo di gabinetto che separa l'urina e la asciuga in polvere è in fase di test presso la sede dell'azienda svedese di acqua e fognature VA SYD a Malmö.Credito immagine: EOOS SUCCESSIVO
Ma nei progetti sperimentali e dimostrativi in ​​Europa, le persone non ne hanno accettato l'uso, ha detto Larsen, lamentandosi del fatto che sono troppo ingombranti, maleodoranti e inaffidabili."Siamo rimasti davvero scoraggiati dall'argomento dei servizi igienici".
Queste preoccupazioni hanno perseguitato il primo utilizzo su larga scala di servizi igienici per la deviazione dell'urina, un progetto nella città sudafricana di Ethekwini negli anni 2000.Anthony Odili, che studia gestione sanitaria presso l'Università di KwaZulu-Natal a Durban, ha affermato che l'improvvisa espansione dei confini della città post-apartheid ha portato le autorità a impossessarsi di alcune aree rurali povere prive di servizi igienici e infrastrutture idriche.
Dopo l'epidemia di colera nell'agosto 2000, le autorità hanno rapidamente implementato diverse strutture igienico-sanitarie che soddisfacevano vincoli finanziari e pratici, tra cui circa 80.000 servizi igienici a secco che deviano l'urina, la maggior parte dei quali sono ancora in uso oggi.L'urina defluisce nel terreno da sotto il gabinetto e le feci finiscono in un deposito che la città svuota ogni cinque anni dal 2016.
Odili ha affermato che il progetto ha creato strutture igienico-sanitarie più sicure nell'area.Tuttavia, la ricerca nelle scienze sociali ha identificato molti problemi con il programma.Nonostante l'idea che i servizi igienici siano meglio di niente, gli studi, inclusi alcuni degli studi a cui ha partecipato, hanno successivamente dimostrato che agli utenti generalmente non piacciono, ha detto Odili.Molti di essi sono costruiti con materiali di scarsa qualità e sono scomodi da utilizzare.Sebbene tali servizi igienici dovrebbero teoricamente prevenire gli odori, l'urina nei servizi igienici eThekwini spesso finisce nel deposito fecale, creando un odore terribile.Secondo Odili, le persone "non potevano respirare normalmente".Inoltre, l'urina non viene praticamente utilizzata.
In definitiva, secondo Odili, la decisione di introdurre servizi igienici a secco che deviano l'urina è stata presa dall'alto e non ha tenuto conto delle preferenze delle persone, principalmente per motivi di salute pubblica.Uno studio del 20173 ha rilevato che oltre il 95% degli intervistati di eThekwini desiderava accedere ai servizi igienici comodi e inodori utilizzati dai ricchi residenti bianchi della città e molti avevano in programma di installarli quando le condizioni lo consentissero.In Sud Africa, i servizi igienici sono stati a lungo un simbolo di disuguaglianza razziale.
Tuttavia, il nuovo design potrebbe rappresentare una svolta nella diversione urinaria.Nel 2017, guidato dal designer Harald Grundl, in collaborazione con Larsen e altri, lo studio di design austriaco EOOS (scorporato da EOOS Next) ha rilasciato una trappola per l'urina.Ciò elimina la necessità per l'utente di mirare e la funzione di deviazione dell'urina è quasi invisibile (vedi "Nuovo tipo di toilette").
Sfrutta la tendenza dell'acqua ad aderire alle superfici (chiamato effetto bollitore perché agisce come un goffo bollitore gocciolante) per dirigere l'urina dalla parte anteriore della toilette in un foro separato (vedere "Come riciclare l'urina"). Sviluppato con il finanziamento della Bill & Melinda Gates Foundation di Seattle, Washington, che ha sostenuto un'ampia gamma di ricerche sull'innovazione dei servizi igienici per ambienti a basso reddito, l'Urine Trap può essere incorporato in qualsiasi cosa, dai modelli con piedistallo in ceramica di fascia alta allo squat in plastica padelle. Sviluppato con il finanziamento della Bill & Melinda Gates Foundation di Seattle, Washington, che ha sostenuto un'ampia gamma di ricerche sull'innovazione dei servizi igienici per ambienti a basso reddito, l'Urine Trap può essere incorporato in qualsiasi cosa, dai modelli con piedistallo in ceramica di fascia alta allo squat in plastica padelle. Sviluppata con il finanziamento della Bill & Melinda Gates Foundation di Seattle, Washington, che ha sostenuto un'ampia gamma di ricerche sull'innovazione dei servizi igienici a basso reddito, la trappola per l'urina può essere integrata in qualsiasi cosa, dai modelli con piedistalli in ceramica agli squat in plastica.pentole. Sviluppato con il finanziamento della Bill & Melinda Gates Foundation di Seattle, Washington, che sostiene un'ampia ricerca sull'innovazione dei servizi igienici a basso reddito, il raccoglitore di urina può essere integrato in qualsiasi cosa, dai modelli di fascia alta in ceramica ai vassoi tozzi in plastica.Il produttore svizzero LAUFEN sta già rilasciando un prodotto chiamato "Salva!"per il mercato europeo, anche se il suo costo è troppo elevato per molti consumatori.
L'Università di KwaZulu-Natal e il consiglio comunale di eThekwini stanno anche testando versioni di servizi igienici con trappole per urina che possono deviare l'urina e scovare 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 l'urina perché hanno un odore migliore 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 "vengono adottati e adottati anche da quartieri ad alto reddito - da persone di diverse etnie - contribuirà davvero a diffondersi", ha affermato."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 nella trasformazione dei servizi igienico-sanitari.La parte successiva è capire cosa fare al riguardo.Nelle zone rurali, le persone possono conservarlo in tini per uccidere eventuali agenti patogeni e quindi applicarlo ai terreni agricoli.L'Organizzazione mondiale della sanità formula raccomandazioni per questa pratica.
Ma l'ambiente urbano è più complicato: è qui che viene prodotta la maggior parte dell'urina.Non sarebbe pratico costruire diverse fognature separate in tutta la città per portare l'urina in una posizione centrale.E poiché l'urina è composta per circa il 95% da acqua, è troppo costosa da conservare e trasportare.Pertanto, i ricercatori si stanno concentrando sull'essiccazione, la concentrazione o l'estrazione in altro modo dei nutrienti dall'urina a livello di un gabinetto o di un edificio, lasciando dietro di sé l'acqua.
Non sarà facile, ha detto Larson.Da un punto di vista ingegneristico, "la pipì è una cattiva soluzione", ha detto.Oltre all'acqua, la maggior parte è urea, un composto ricco di azoto che il corpo produce come sottoprodotto del metabolismo delle proteine.L'urea è utile da sola: la versione sintetica è un comune fertilizzante azotato (vedi Fabbisogno di azoto).Ma è anche complicato: se combinato con l'acqua, l'urea si trasforma in ammoniaca, che conferisce all'urina il suo odore caratteristico.Se non accesa, l'ammoniaca può odorare, inquinare l'aria e portare via prezioso azoto.Catalizzata dall'onnipresente enzima ureasi, questa reazione, chiamata idrolisi dell'urea, può richiedere diversi microsecondi, rendendo l'ureasi uno degli enzimi più efficienti conosciuti.
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 comune fertilizzante.Il distillatore quindi concentra 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 al mondo.
Altri cercano di arrestare la reazione di idrolisi aumentando o abbassando rapidamente il pH dell'urina, che di solito è neutro quando viene escreto.Nel campus dell'Università del Michigan, Love sta collaborando con l'Earth Abundance Institute senza scopo di lucro a Brattleboro, nel Vermont, per sviluppare un sistema per gli edifici che rimuova l'acido citrico liquido dai servizi igienici e dalle toilette senz'acqua.L'acqua fuoriesce dagli orinatoi.L'urina viene quindi concentrata mediante ripetuti congelamenti e scongelamenti5.
Un team SLU guidato dall'ingegnere ambientale Bjorn Winneros sull'isola di Gotland ha sviluppato un modo per essiccare l'urina in urea solida mescolata con altri nutrienti.Il team valuta il loro ultimo prototipo, una toilette indipendente con essiccatore incorporato, presso la sede dell'azienda svedese di acqua e fognature VA SYD a Malmö.
Altri metodi prendono di mira i singoli nutrienti nelle urine.Potrebbero essere integrati più facilmente nelle catene di approvvigionamento esistenti per fertilizzanti e prodotti chimici industriali, afferma l'ingegnere chimico William Tarpeh, un ex borsista post-dottorato presso Love's che ora è alla Stanford University in California.
Un metodo comune per ripristinare il fosforo dall'urina idrolizzata è l'aggiunta di magnesio, che provoca la precipitazione di un fertilizzante chiamato struvite.Tarpeh sta sperimentando granuli di materiale adsorbente in grado di rimuovere selettivamente l'azoto come ammoniaca6 o il fosforo come fosfato.Il suo sistema utilizza un fluido diverso chiamato rigenerante che scorre attraverso i palloncini dopo che si sono esauriti.Il rigenerante prende i nutrienti e rinnova le palline per il giro successivo.Questo è un metodo passivo a bassa tecnologia, ma i rigenerati commerciali sono dannosi per l'ambiente.Ora il suo team sta cercando di realizzare prodotti più economici e più rispettosi dell'ambiente (vedi "Inquinamento del futuro").
Altri ricercatori stanno sviluppando metodi per generare elettricità inserendo l'urina in celle a combustibile microbiche.A Città del Capo, in Sud Africa, un altro team ha sviluppato un metodo per realizzare mattoni da costruzione non convenzionali mescolando urina, sabbia e batteri produttori di ureasi in uno stampo.Calcificano in qualsiasi forma senza sparare.L'Agenzia spaziale europea sta considerando l'urina degli astronauti come una risorsa per costruire alloggi sulla luna.
"Quando penso all'ampio futuro del riciclaggio delle urine e delle acque reflue, vogliamo essere in grado di produrre il maggior numero possibile di prodotti", ha affermato Tarpeh.
Mentre i ricercatori perseguono una serie di idee per mercificare l'urina, sanno che è una battaglia in salita, soprattutto per un'industria radicata.Le aziende produttrici di fertilizzanti e alimenti, gli agricoltori, i produttori di servizi igienici e le autorità di regolamentazione sono state lente nell'apportare modifiche significative alle loro pratiche."C'è molta inerzia qui", ha detto Simha.
Ad esempio, presso l'Università della California, Berkeley, l'installazione di ricerca e formazione LAUFEN save!Ciò include la spesa per gli architetti, la costruzione e il rispetto dei regolamenti municipali - e questo non è ancora stato fatto, ha affermato Kevin Ona, un ingegnere ambientale che ora lavora alla West Virginia University di Morgantown.Disse che la mancanza di codici e regolamenti esistenti creava problemi per la gestione delle strutture, quindi si unì al gruppo che stava sviluppando nuovi codici.
Parte dell'inerzia potrebbe essere dovuta alla paura della resistenza degli acquirenti, ma un sondaggio del 2021 condotto su persone in 16 paesi7 ha rilevato che in luoghi come Francia, Cina e Uganda, la disponibilità a consumare cibo fortificato con urina era vicina all'80% (vedi Le persone mangeranno Esso?').
Pam Elardo, che guida la Wastewater Administration come vice amministratore della New York City Environmental Protection Agency, ha affermato di sostenere innovazioni come la deviazione dell'urina poiché gli obiettivi principali della sua azienda sono ridurre ulteriormente l'inquinamento e riciclare le risorse.Si aspetta che per una città come New York, il metodo più pratico ed economico per deviare l'urina saranno i sistemi off-grid in retrofit o nuovi edifici, integrati da operazioni di manutenzione e raccolta.Se gli innovatori possono risolvere un problema, "dovrebbero funzionare", ha detto.
Alla luce di questi progressi, Larsen prevede che la produzione di massa e l'automazione della tecnologia di diversione dell'urina 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 di alimentazione domestica in un ragionevole lasso di tempo.Ma le persone devono prendere una decisione”.
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