Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Верзијата на прелистувачот што ја користите има ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја направиме страницата без стилови и JavaScript.
Челзи Волд е хонорарна новинарка со седиште во Хаг, Холандија и автор на Дејдрим: Итна глобална потрага за промена на тоалетите.
Специјализираните тоалетни системи извлекуваат азот и други хранливи материи од урината за употреба како ѓубриво и други производи.Кредит на слика: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Готланд, најголемиот остров во Шведска, има малку свежа вода.Во исто време, жителите се борат со опасните нивоа на загадување од земјоделството и канализациските системи кои предизвикуваат штетно цветање на алги околу Балтичкото Море.Тие можат да убијат риби и да ги разболат луѓето.
За да помогне во решавањето на оваа серија еколошки проблеми, островот ги полага своите надежи на една неверојатна супстанција што ги врзува: човечка урина.
Почнувајќи од 2021 година, истражувачкиот тим започна да работи со локална компанија која изнајмува преносливи тоалети.Целта е да се соберат повеќе од 70.000 литри урина во период од 3 години во безводни писоари и посебни тоалети на повеќе локации во текот на летната туристичка сезона.Тимот дојде од Шведскиот универзитет за земјоделски науки (SLU) во Упсала, кој ја отфрли компанијата наречена Sanitation360.Користејќи го процесот што го развија истражувачите, тие ја исушија урината на парчиња слични на бетон, кои потоа ги мелеа во прав и ги притиснаа во гранули од вештачко ѓубриво кои одговараат на стандардната фармерска опрема.Локалните фармери го користат ѓубривото за одгледување јачмен, кој потоа се испраќа до пиварите за да се произведе алва што може да се врати во циклусот по потрошувачката.
Притви Симха, хемиски инженер во SLU и CTO на Sanitation360, рече дека целта на истражувачите е „да се надмине концептот и да се спроведе во пракса“ повторна употреба на урината во голем обем.Целта е да се обезбеди модел кој може да се имитира низ целиот свет.„Нашата цел е секој, секаде, да ја прави оваа вежба.
Во еден експеримент во Готланд, јачменот оплоден со урина (десно) беше спореден со неоплодени растенија (во средината) и со минерални ѓубрива (лево).Кредит на сликата: Џена Сенекал.
Проектот Готланд е дел од слични светски напори за одделување на урината од другите отпадни води и нејзино рециклирање во производи како ѓубриво.Практиката, позната како пренасочување на урината, ја проучуваат групи во САД, Австралија, Швајцарија, Етиопија и Јужна Африка, меѓу другите.Овие напори ги надминуваат универзитетските лаборатории.Безводните писоари се поврзани со системите за отстранување на подрумот во канцелариите во Орегон и Холандија.Париз планира да постави тоалети за пренасочување на урината во екозоната со 1.000 жители, која се гради во 14-тиот арондисман на градот.Европската вселенска агенција ќе постави 80 тоалети во своето седиште во Париз, кое ќе започне со работа подоцна оваа година.Поддржувачите на пренасочување на урината велат дека може да се користи на места кои се движат од импровизирани воени пунктови до бегалски кампови, богати урбани центри и големи сиромашни квартови.
Научниците велат дека пренасочувањето на урината, доколку се користи во голем обем низ светот, може да донесе огромни придобивки за животната средина и јавното здравје.Ова е делумно затоа што урината е богата со хранливи материи кои не ги загадуваат водните тела и може да се користи за оплодување на култури или во индустриски процеси.Симха проценува дека луѓето произведуваат доволно урина за да заменат околу една четвртина од сегашните азотни и фосфатни ѓубрива во светот;содржи и калиум и многу елементи во трагови (види „Составни состојки во урината“).Најдобро од сè, со тоа што не ја испуштате урината низ одводот, заштедувате многу вода и го намалувате товарот на застарениот и преоптоварен канализациски систем.
Според експертите во оваа област, многу компоненти за пренасочување на урината наскоро може да станат широко достапни благодарение на напредокот во тоалетите и стратегиите за отстранување на урината.Но, постојат и големи пречки за фундаментални промени во еден од најфундаменталните аспекти на животот.Истражувачите и компаниите треба да се справат со огромен број предизвици, од подобрување на дизајнот на тоалетите за пренасочување на урината до олеснување на обработката и претворањето на урината во вредни производи.Ова може да вклучува системи за хемиски третман поврзани со индивидуални тоалети или подрумска опрема што ја опслужува целата зграда и обезбедува услуги за обновување и одржување на добиениот концентриран или стврднат производ (видете „Од урина до производ“).Покрај тоа, постојат пошироки прашања за општествени промени и прифаќање, поврзани и со различните степени на културни табуа поврзани со човечкиот отпад и со длабоко вкоренетите конвенции за индустриските отпадни води и системите за храна.
Додека општеството се бори со недостигот на енергија, вода и суровини за земјоделството и индустријата, пренасочувањето и повторната употреба на урината е „голем предизвик за тоа како обезбедуваме санитарни услови“, вели биологот Лин Бродус, консултант за одржливост од Минеаполис..„Жанр кој ќе станува сè поважен.Минесота, тој беше претходниот претседател на Водната федерација на Александрија, Вирџинија, светско здружение на професионалци за квалитет на вода.„Тоа е всушност нешто од вредност“.
Некогаш, урината била вредна роба.Во минатото, некои општества го користеле за оплодување на земјоделски култури, правење кожа, перење алишта и правење барут.Потоа, кон крајот на 19 и почетокот на 20 век, современиот модел на централизирано управување со отпадните води се појави во Велика Британија и се прошири низ целиот свет, кулминирајќи со таканареченото уринарно слепило.
Во овој модел, тоалетите користат вода за брзо испуштање на урината, изметот и тоалетната хартија низ одводот, измешана со други течности од домашни, индустриски извори, а понекогаш и одводи за бури.Во централизираните постројки за третман на отпадни води, енергетски интензивните процеси користат микроорганизми за третман на отпадните води.
Во зависност од локалните правила и услови на пречистителната станица, отпадната вода што се испушта од овој процес може да содржи значителни количини на азот и други хранливи материи, како и некои други загадувачи.57% од светското население воопшто не е поврзано со централизиран канализациски систем (види „Човечка канализација“).
Научниците работат на тоа да ги направат централизираните системи поодржливи и помалку загадувачки, но почнувајќи од Шведска во 1990-тите, некои истражувачи се залагаат за пофундаментални промени.Напредокот на крајот на гасоводот е „само уште една еволуција на истата проклета работа“, рече Ненси Лав, инженер за животна средина на Универзитетот во Мичиген во Ен Арбор.Пренасочувањето на урината ќе биде „трансформативно“, вели таа.Во студијата 1, која симулираше системи за управување со отпадни води во три американски држави, таа и нејзините колеги ги споредија конвенционалните системи за третман на отпадни води со хипотетички системи за третман на отпадни води кои ја пренасочуваат урината и користат обновени хранливи материи наместо синтетички ѓубрива.Тие проценуваат дека заедниците кои користат пренасочување на урината можат да ги намалат вкупните емисии на стакленички гасови за 47%, потрошувачката на енергија за 41%, потрошувачката на слатка вода за околу половина и загадувањето со хранливи материи на отпадните води за 64%.користена технологија.
Сепак, концептот останува ниски и во голема мера ограничен на автономните области како што се скандинавските еко-села, руралните доградби и развојот во областите со ниски приходи.
Тове Ларсен, хемиски инженер во Швајцарскиот федерален институт за водена наука и технологија (Eawag) во Дибендорф, вели дека голем дел од заостатокот е предизвикан од самите тоалети.За прв пат претставени на пазарот во 1990-тите и 2000-тите, повеќето тоалети за пренасочување на урината имаат мал слив пред себе за собирање на течноста, поставка што бара внимателно насочување.Други дизајни вклучуваат подвижни ленти со стапало кои овозможуваат истекување на урината додека ѓубривото се транспортира во корпата за компост или сензори кои работат со вентили за да ја насочат урината до посебен излез.
Прототип на тоалет кој ја одвојува урината и ја суши во прав се тестира во седиштето на шведската компанија за водовод и канализација VA SYD во Малме.Кредит на слика: EOOS NEXT
Но, во експерименталните и демонстративните проекти во Европа, луѓето не ја прифатија нивната употреба, рече Ларсен, жалејќи се дека се премногу гломазни, смрдливи и несигурни.„Навистина бевме вознемирени од темата за тоалетите“.
Овие грижи ја прогонуваа првата голема употреба на тоалети за пренасочување на урината, проект во јужноафриканскиот град Етеквини во 2000-тите.Ентони Одили, кој студира здравствен менаџмент на Универзитетот во КваЗулу-Натал во Дурбан, рече дека ненадејното проширување на границите на градот по апартхејдот резултирало со преземање на властите во некои сиромашни рурални области без инфраструктура за тоалет и вода.
По избувнувањето на колерата во август 2000 година, властите брзо распоредија неколку санитарни установи кои исполнија финансиски и практични ограничувања, вклучително и околу 80.000 суви тоалети кои ја пренасочуваат урината, од кои повеќето се користат и денес.Урината тече во почвата од под тоалетот, а изметот завршува во складиште што градот го празне на секои пет години од 2016 година.
Одили рече дека проектот создаде побезбедни санитарни јазли во областа.Сепак, истражувањата на општествените науки идентификуваа многу проблеми со програмата.И покрај идејата дека тоалетите се подобри од ништо, студиите, вклучително и некои од студиите во кои тој учествувал, подоцна покажаа дека на корисниците генерално не им се допаѓаат, рече Одили.Многу од нив се изградени со неквалитетни материјали и се непријатни за употреба.Додека таквите тоалети теоретски треба да спречат мириси, урината во тоалетите eThekwini често завршува во складиштето за фекалии, создавајќи ужасен мирис.Според Одили, луѓето „не можеле нормално да дишат“.Покрај тоа, урината практично не се користи.
На крајот, според Одили, одлуката да се воведат суви тоалети што пренасочуваат урината била одозгора надолу и не ги земала предвид преференциите на луѓето, главно поради јавно здравствени причини.Студија од 2017 година3 покажа дека повеќе од 95% од испитаниците на eThekwini сакале пристап до удобните тоалети без мирис што ги користат богатите бели жители на градот, а многумина планирале да ги постават кога ќе дозволат условите.Во Јужна Африка тоалетите долго време се симбол на расната нееднаквост.
Сепак, новиот дизајн би можел да биде чекор напред во пренасочувањето на урината.Во 2017 година, предводена од дизајнерот Харалд Грундл, во соработка со Ларсен и други, австриската дизајнерска фирма EOOS (одвоена од EOOS Next) објави замка за урина.Ова ја елиминира потребата корисникот да нишани, а функцијата за пренасочување на урината е речиси невидлива (видете „Нов вид на тоалет“).
Ја користи тенденцијата на водата да се држи до површините (наречен ефект на котел затоа што делува како незгодно котел што капе) за да ја насочи урината од предниот дел на тоалетот во посебна дупка (видете „Како да се рециклира урината“). Развиена со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржа широк опсег на истражувања за иновации во тоалетот за поставки со ниски приходи, Урината замка може да се вклучи во сè, од врвни модели на керамички постаменти до пластични сквотови. тави. Развиена со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржа широк опсег на истражувања за иновации во тоалетот за поставки со ниски приходи, Урината замка може да се вклучи во сè, од врвни модели на керамички постаменти до пластични сквотови. тави. Развиена со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржа широк спектар на истражувања за иновации на тоалети со ниски приходи, стапицата за урина може да се вгради во сè, од модели со керамички постаменти до пластични сквотови.саксии. Развиен со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржува опширно истражување за иновациите во тоалетите со ниски приходи, колекторот на урина може да се вгради во сè, од врвни модели базирани на керамика до пластични садови за сквотови.Швајцарскиот производител LAUFEN веќе го издава производот наречен „Зачувај!“за европскиот пазар, иако неговата цена е превисока за многу потрошувачи.
Универзитетот во КваЗулу-Натал и Градскиот совет на еТеквини, исто така, тестираат верзии на тоалети со замка за урина кои можат да ја пренасочат урината и да ги исфрлат честичките.Овој пат студијата повеќе се фокусира на корисниците.Оди е оптимист дека луѓето ќе ги претпочитаат новите тоалети за пренасочување на урината бидејќи тие мирисаат подобро и се полесни за користење, но тој забележува дека мажите мора да седнат за да уринираат, што е огромна културна промена.Но, ако тоалетите „се усвојуваат и присвојуваат и од населби со високи приходи – од луѓе од различно етничко потекло – тоа навистина ќе помогне во ширењето“, рече тој.„Секогаш мораме да имаме расна леќа“, додаде тој, за да се осигураме дека нема да развијат нешто што се смета за „само црно“ или „само сиромашно“.
Одвојувањето на урината е само првиот чекор во трансформирањето на санитарните услови.Следниот дел е да откриете што да направите во врска со тоа.Во руралните области, луѓето можат да го складираат во канти за да ги убијат сите патогени и потоа да го применат на обработливо земјиште.Светската здравствена организација дава препораки за оваа практика.
Но, урбаната средина е посложена - тука се произведува најголемиот дел од урината.Не би било практично да се изградат неколку посебни канализации низ градот за да се достави урината до централна локација.И бидејќи урината е околу 95 проценти вода, таа е премногу скапа за складирање и транспорт.Затоа, истражувачите се фокусираат на сушење, концентрирање или на друг начин извлекување на хранливи материи од урината на ниво на тоалет или зграда, оставајќи вода зад себе.
Нема да биде лесно, рече Ларсон.Од инженерска гледна точка, „мочањето е лошо решение“, рече таа.Покрај водата, мнозинството е уреа, соединение богато со азот што телото го произведува како нуспроизвод на метаболизмот на протеините.Уреата е корисна сама по себе: синтетичката верзија е вообичаено азотно ѓубриво (види Барања за азот).Но, тоа е исто така незгодно: кога се комбинира со вода, уреата се претвора во амонијак, што на урината и го дава карактеристичниот мирис.Ако не е вклучен, амонијакот може да мириса, да го загадува воздухот и да го одземе вредниот азот.Катализирана од сеприсутниот ензим уреаза, оваа реакција, наречена хидролиза на уреа, може да потрае неколку микросекунди, со што уреазата е еден од најефикасните ензими познати.
Некои методи овозможуваат хидролиза да продолжи.Истражувачите на Eawag развија напреден процес кој ја претвора хидролизираната урина во концентриран хранлив раствор.Прво, во аквариумот, микроорганизмите го претвораат испарливиот амонијак во неиспарлив амониум нитрат, вообичаено ѓубриво.Дестилаторот потоа ја концентрира течноста.Подружницата наречена Vuna, исто така со седиште во Дибендорф, работи на комерцијализирање на системот за згради и производот наречен Aurin, кој е одобрен во Швајцарија за погони за храна за прв пат во светот.
Други се обидуваат да ја запрат реакцијата на хидролиза со брзо подигање или намалување на pH вредноста на урината, која обично е неутрална кога се излачува.Во кампусот на Универзитетот во Мичиген, Love соработува со непрофитниот Институт за изобилство на Земјата во Братлборо, Вермонт, за да развие систем за згради што ја отстранува течната лимонска киселина од пренасочувањето на тоалетите и тоалетите без вода.Водата избива од писоарите.Урината потоа се концентрира со постојано замрзнување и одмрзнување5.
Тимот на SLU предводен од инженерот за животна средина Бјорн Винерос на островот Готланд разви начин за сушење на урината во цврста уреа измешана со други хранливи материи.Тимот го оценува нивниот најнов прототип, самостоен тоалет со вградена машина за сушење, во седиштето на шведската компанија за вода и канализација VA SYD во Малме.
Други методи се насочени кон индивидуалните хранливи материи во урината.Тие би можеле полесно да се интегрираат во постоечките синџири на снабдување за ѓубрива и индустриски хемикалии, вели хемискиот инженер Вилијам Тарпех, поранешен постдокторски соработник во Love's кој сега е на Универзитетот Стенфорд во Калифорнија.
Вообичаен метод за враќање на фосфорот од хидролизирана урина е додавањето на магнезиум, што предизвикува таложење на ѓубриво наречено струвит.Tarpeh експериментира со гранули од адсорбентен материјал кој може селективно да го отстрани азот како амонијак6 или фосфор како фосфат.Неговиот систем користи различна течност наречена регенератор која тече низ балоните откако ќе истечат.Регенераторот ги зема хранливите материи и ги обновува топчињата за следната рунда.Ова е нискотехнолошки, пасивен метод, но комерцијалните регенерации се лоши за животната средина.Сега неговиот тим се обидува да направи поевтини и поеколошки производи (види „Загадување на иднината“).
Други истражувачи развиваат начини за генерирање електрична енергија со ставање на урина во микробиолошки горивни ќелии.Во Кејп Таун, Јужна Африка, друг тим разви метод за правење неконвенционални градежни тули со мешање на урина, песок и бактерии кои произведуваат уреаза во мувла.Тие се калцифицираат во каква било форма без отпуштање.Европската вселенска агенција ја разгледува урината на астронаутите како ресурс за изградба на станови на Месечината.
„Кога размислувам за широката иднина на рециклирање урина и рециклирање отпадни води, сакаме да можеме да произведеме што е можно повеќе производи“, рече Тарпе.
Како што истражувачите следат низа идеи за комодифицирање на урината, тие знаат дека тоа е тешка битка, особено за вградената индустрија.Компаниите за ѓубрива и храна, земјоделците, производителите на тоалети и регулаторите бавно прават значителни промени во нивните практики.„Има многу инерција овде“, рече Симча.
На пример, на Универзитетот во Калифорнија, Беркли, инсталацијата за истражување и едукација на LAUFEN спаси!Тоа вклучува трошење за архитекти, градење и усогласување со општинските прописи - и тоа сè уште не е направено, рече Кевин Она, инженер за животна средина кој сега работи на Универзитетот Западна Вирџинија во Моргантаун.Тој рече дека немањето постојни шифри и регулативи му создавале проблеми на управувањето со објектите, па затоа и се приклучил на групата која изработувала нови шифри.
Дел од инерцијата може да се должи на стравот од отпорот на купувачите, но истражувањето од 2021 година на луѓе во 16 земји7 покажа дека во места како Франција, Кина и Уганда, подготвеноста да се консумира храна збогатена со урина била близу 80% (види Дали луѓето ќе јадат тоа?').
Пем Елардо, која ја води Управата за отпадни води како заменик-администратор на Агенцијата за заштита на животната средина во Њујорк, рече дека ги поддржува иновациите како што е пренасочувањето на урината бидејќи клучните цели на нејзината компанија се дополнително да го намали загадувањето и да ги рециклира ресурсите.Таа очекува дека за град како Њујорк, најпрактичниот и најисплатлив метод за пренасочување на урината ќе бидат системи надвор од мрежата во доградба или нови згради, дополнети со операции за одржување и собирање.Ако иноваторите можат да решат проблем, „треба да работат“, рече таа.
Со оглед на овие достигнувања, Ларсен предвидува дека масовното производство и автоматизацијата на технологијата за пренасочување на урината можеби не е далеку.Ова ќе го подобри деловниот случај за оваа транзиција кон управување со отпад.Уринарното пренасочување „е вистинската техника“, рече таа.„Ова е единствената технологија која може да ги реши проблемите со исхраната во домот за разумно време.Но, луѓето треба да се одлучат“.
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. и 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. и Love, NG Environ.науката.технологија.55, 593-603 (2021).
Сатерленд, К. и сор.Празнење впечатоци од пренасочен тоалет.Фаза 2: Објавување на планот за валидација на eThekwini City UDDT (Универзитет во КваЗулу-Натал, 2018 година).
Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG & Buckley, CAJ Water Sanit. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG & Buckley, CAJ Water Sanit.Мкизе Н, Тејлор М, Удерт КМ, Гунден ТГ.и Бакли, CAJ Санит за вода. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG & Buckley, CAJ Water Sanit. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG & Buckley, CAJ Water Sanit.Мкизе Н, Тејлор М, Удерт КМ, Гунден ТГ.и Бакли, CAJ Санит за вода.Управување со размена 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.Хемиски.Интернационален рајски англиски јазик.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.).