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 за компатибилност во Internet Explorer). Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја направиме страницата без стилови и JavaScript.
Челси Волд е хонорарен новинар со седиште во Хаг, Холандија и автор на Daydream: Итна глобална потрага за промена на тоалетите.
Специјализираните системи за тоалети извлекуваат азот и други хранливи материи од урина за употреба како ѓубриво и други производи. Кредит на слика: Мак/Георг Мајер/Еоос Следно
Готланд, најголемиот остров во Шведска, има малку свежа вода. Во исто време, жителите се борат со опасно ниво на загадување од земјоделството и канализационите системи кои предизвикуваат штетни цветања на алги околу Балтичкото Море. Тие можат да убијат риба и да ги направат луѓето болни.
За да помогне во решавањето на оваа серија на проблеми со животната средина, островот ги закачува 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 преносни тоалети. Целта е да се соберат повеќе од 70.000 литри урина во текот на 3-годишен период во безводни уринали и посветени тоалети на повеќе локации во текот на летната туристичка сезона. Тимот потекнува од шведскиот универзитет за земјоделски науки (СЛУ) во Упсала, која се откажа од компанија наречена Sanitation360. Користејќи процес што го развија истражувачите, тие ја исушија урината во бетонски парчиња, кои потоа ги вметнуваат во прав и притиснаа во гранули за ѓубрива што одговараат на стандардната опрема за фарма. Локалните земјоделци го користат ѓубривото за да растат јачмен, кој потоа се испраќа до пиварници за производство на але што може да се врати во циклусот по потрошувачката.
Притви Сима, хемиски инженер во SLU и CTO на Sanitation360, рече дека целта на истражувачите е „да го надминат концептот и да се практикуваат“ урината повторна употреба во голем обем. Целта е да се обезбеди модел што може да се имитира ширум светот. „Нашата цел е сите, насекаде, да ја направат оваа вежба“.
Во експериментот во Готланд, јачменот со опфаќање на урина (десно) беше споредена со неоплодени растенија (центар) и со минерални ѓубрива (лево). Кредит на слика: enена Сенекал.
Проектот Готланд е дел од сличен светски напор за одвојување на урината од други отпадни води и да се рециклира во производи како ѓубриво. Практиката, позната како пренасочување на урина, ја проучуваат групи во Соединетите држави, Австралија, Швајцарија, Етиопија и Јужна Африка, меѓу другите. Овие напори одат далеку над универзитетските лаборатории. Уриналите без вода се поврзани со системите за отстранување на подрумот во канцелариите во Орегон и Холандија. Париз планира да инсталира тоалети за дивертирање на урина во екозон од 1.000 жители, кој се гради во 14-та арандекција на градот. Европската вселенска агенција ќе постави 80 тоалети во седиштето во Париз, што ќе започне со работа подоцна оваа година. Поддржувачите на урината за пренасочување велат дека може да се најде употреба на места кои се движат од импровизирани воени места до бегалски кампови, богати урбани центри и распрскувачки сиромашни квартови.
Научниците велат дека пренасочувањето на урина, доколку се распореди во голем обем низ целиот свет, може да донесе огромни придобивки за животната средина и јавното здравство. Ова е делумно затоа што урината е богата со хранливи материи кои не ги загадуваат водните тела и можат да се користат за оплодување на земјоделски култури или во индустриски процеси. Сима проценува дека луѓето произведуваат доволно урина за да заменат околу една четвртина од сегашните светски ѓубрива и фосфатни ѓубрива; Исто така, содржи калиум и многу елементи во трагови (видете „Составки во урината“). Најдобро од сè, со тоа што не ја испуштите урината низ мозоци, заштедувате многу вода и го намалувате товарот на старечки и преоптоварен канализационен систем.
Според експертите од областа, многу компоненти за пренасочување на урина наскоро може да станат широко достапни благодарение на напредокот во тоалетите и стратегиите за отстранување на урина. Но, постојат и големи пречки за фундаменталните промени во еден од најосновните аспекти на животот. Истражувачите и компаниите треба да се осврнат на огромен број предизвици, од подобрување на дизајнот на тоалети за урината што се наоѓаат до урината полесно да се процесираат и да се претворат во вредни производи. Ова може да вклучува системи за хемиски третман поврзани со индивидуални тоалети или подрумска опрема што служат на целата зграда и давање услуги за обновување и одржување на добиениот концентриран или зацврстен производ (види „Од урина до производ“). Покрај тоа, постојат пошироки прашања за социјални промени и прифаќање, поврзани и со различните степени на културни табуа поврзани со човечки отпад и со длабоки конвенции за индустриски отпадни води и системи за храна.
Бидејќи општеството се справува со недостиг на енергија, вода и суровини за земјоделство и индустрија, пренасочувањето и повторната употреба на урина е „голем предизвик за тоа како ние обезбедуваме канализација“, вели биологот Лин Броддус, консултант за одржливост со седиште во Минеаполис. . „Жанр што ќе стане поважен. Минесота, тој беше минатиот претседател на водната федерација на Александрија, Ва., Светско здружение на професионалци за квалитет на водата. „Тоа е всушност нешто од вредност“.
Еднаш, одамна, урината беше вредна стока. Во минатото, некои општества го користеа за оплодување на земјоделски култури, правење кожа, миење облека и правење барут. Потоа, кон крајот на 19-ти и почетокот на 20-тиот век, се појави современиот модел на централизирано управување со отпадните води во Велика Британија и се шири низ целиот свет, кулминирајќи во таканаречената уринарна слепило.
Во овој модел, тоалетите користат вода за брзо исцедување на урината, измет и тоалетна хартија надолу од мозоци, измешани со други течности од домашни, индустриски извори, а понекогаш и одводнува бура. Во централизираните постројки за третман на отпадни води, енергетските интензивни процеси користат микроорганизми за лекување на отпадните води.
Во зависност од локалните правила и состојбите на пречистителната станица, отпадните води испуштени од овој процес сè уште можат да содржат значителни количини на азот и други хранливи материи, како и некои други загадувачи. 57% од светската популација воопшто не е поврзана 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 90 -тите години, некои истражувачи вршат притисок за повеќе фундаментални промени. Напредокот на крајот на гасоводот се „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, кој симулирал системи за управување со отпадни води во три американски држави, таа и нејзините колеги ги споредувале конвенционалните системи за третман на отпадни води со хипотетички системи за третман на отпадни води кои ги пренасочуваат урината и користат обновени хранливи материи наместо синтетички ѓубрива. Тие проценуваат дека заедниците кои користат пренасочување на урина можат да ги намалат вкупните емисии на стакленички гасови за 47%, потрошувачка на енергија за 41%, потрошувачка на слатководни води за околу половина и загадување на хранливи материи на отпадните води за 64%. користена технологија.
Како и да е, концептот останува лажен и во голема мерка ограничен на автономни области како што се скандинавските еко-селиња, руралните градежни работи и развојот во области со ниски приходи.
Тове Ларсен, хемиски инженер во Швајцарскиот федерален институт за водна наука и технологија (EAWAG) во Дабендорф, вели дека голем дел од заостанатите страни се предизвикани од самите тоалети. Прво воведен на пазарот во 90-тите и 2000-тите, повеќето тоалети за урината имаат мал слив пред нив за да ја соберат течноста, поставка за која е потребно внимателно таргетирање. Другите дизајни вклучуваат подвижни ленти со нозе кои овозможуваат урината да се исцеди бидејќи ѓубривото се транспортира во корпа за компост, или сензори што работат вентили за да ја насочат урината до посебен излез.
Прототип тоалет што ја раздвојува урината и ја суши во прав се тестира во седиштето на шведската компанија за вода и канализација VA Сид во Малме. Кредит на слика: EOOS Следно
Но, во експериментални и демонстративни проекти во Европа, луѓето не ја прифатија нивната употреба, рече Ларсен, жалејќи се дека се премногу гломазни, миризливи и несигурни. „Навистина бевме одложени од темата тоалети“.
Овие загрижености ја прогонуваа првата голема употреба на тоалети за урината, проект во јужноафриканскиот град Етеквини во 2000-тите. Ентони Одили, кој го проучува здравствениот менаџмент на Универзитетот КваЗулу-Натал во Дурбан, рече дека ненадејната експанзија на границите на градот постпартхејд резултираше во тоа што властите ги преземаат некои сиромашни рурални области без тоалетна и водена инфраструктура.
По избувнувањето на колера во август 2000 година, властите брзо распоредија неколку санитарни капацитети кои се соочија со финансиски и практични ограничувања, вклучително и околу 80.000 суви тоалети што се дивеат на урина, од кои повеќето се уште се во употреба денес. Урината се исцеди во почвата од под тоалетот, а измет завршува во објект за складирање што градот го испразни на секои пет години од 2016 година.
Одили рече дека проектот создал побезбедни санитарни објекти во областа. Сепак, истражувањето за општествени науки идентификуваше многу проблеми со програмата. И покрај идејата дека тоалетите се подобри од ништо, студиите, вклучително и некои од студиите во кои учествувале, подоцна покажале дека корисниците генерално не ги сакаат, рече Одили. Многу од нив се изградени со слаби квалитетни материјали и се непријатни за употреба. Додека ваквите тоалети треба теоретски да спречат мириси, урината во тоалетите во Етеквини често завршува во складиштето на фекал, создавајќи ужасен мирис. Според Одили, луѓето „не можеле да дишат нормално“. Покрај тоа, урината практично не се користи.
На крајот на краиштата, според Одили, одлуката да се воведат суви тоалети што се дивертираат од урина беше горе надолу и не ги зеде предвид преференциите на луѓето, главно од причини за јавно здравје. Студијата за 2017 година 3 откри дека повеќе од 95% од испитаниците на Етеквини сакале пристап до удобни, без мирис тоалети што ги користат богатите жители на белите жители на градот, а многумина планирале да ги инсталираат кога ќе дозволат услови. Во Јужна Африка, тоалетите веќе долго време биле симбол на расната нееднаквост.
Сепак, новиот дизајн може да биде пробив во пренасочувањето на уринарните. Во 2017 година, предводена од дизајнерот Харалд Грундл, во соработка со Ларсен и други, австриската дизајнерска фирма ЕООС (испрскана од ЕОО следната) објави стапица на урина. Ова ја елиминира потребата од корисникот да се стреми, а функцијата за пренасочување на урината е скоро невидлива (види „Нов вид тоалет“).
Ја користи тенденцијата на вода да се држи до површините (наречен ефект на котел затоа што делува како незгоден котел што капе) за да ја насочи урината од предниот дел на тоалетот во посебна дупка (види „Како да се рециклира урината“). Развиена со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржува широк опсег на истражување во иновациите во тоалетот за поставки со ниски приходи, стапицата на урината може да се вклучи во сè, од модели на керамички пиедестал до пластични тавчиња за сквоти. Развиена со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржува широк опсег на истражување во иновациите во тоалетот за поставки со ниски приходи, стапицата на урината може да се вклучи во сè, од модели на керамички пиедестал до пластични тавчиња за сквоти. Развиена со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржува широк спектар на истражување за иновации во тоалети со ниски приходи, стапицата на урина може да се вгради во сè, од модели со керамички пиедестали до пластични сквотови.садови. Развиена со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржува широко истражување за иновациите во тоалетите со ниски приходи, колекционерот на урина може да биде вграден во сè, од модели со висока керамика, до пластични ленти за сквоти.Швајцарскиот производител Лауфен веќе објавува производ наречен „Зачувај!“ За европскиот пазар, иако нејзината цена е превисока за многу потрошувачи.
Градскиот совет на Универзитетот КваЗулу-Натал и Етеквини исто така тестираат верзии на тоалети за стапици на урина кои можат да ја пренасочат урината и да ги испушти честичките. Овој пат, студијата повеќе се фокусира на корисниците. Оди е оптимист дека луѓето ќе ги претпочитаат новите тоалети за урината, бидејќи тие мирисаат подобро и се полесни за употреба, но тој забележува дека мажите треба да седнат за да уринираат, што е огромна културна промена. Но, ако тоалетите „исто така се усвоени и усвоени од населби со високи приходи-од луѓе со различно етничко потекло-тоа навистина ќе помогне да се шират“, рече тој. „Ние секогаш мора да имаме расна леќа“, додаде тој, за да се осигураме дека тие не развиваат нешто што се смета за „само црно“ или „само сиромашни“.
Одвојувањето на урина е само првиот чекор во трансформацијата на санитарните услови. Следниот дел е да сфатите што да направите за тоа. Во руралните области, луѓето можат да го чуваат во садови за да убијат какви било патогени, а потоа да го применат на обработливо земјиште. Светската здравствена организација дава препораки за оваа практика.
Но, урбаното опкружување е покомплицирано - ова е местото каде што се произведува поголемиот дел од урината. Не би било практично да се изгради неколку одделни канализации низ градот за да се испорача урината на централна локација. И бидејќи урината е околу 95 проценти вода, премногу е скапо за чување и транспорт. Затоа, истражувачите се фокусираат на сушење, концентрирање или на друг начин извлекуваат хранливи материи од урина на ниво на тоалет или зграда, оставајќи вода зад себе.
Нема да биде лесно, рече Ларсон. Од инженерска гледна точка, „Пис е лошо решение“, рече таа. Покрај водата, мнозинството е уреа, соединение богато со азот што телото го произведува како нуспроизвод на метаболизмот на протеините. Уреа е корисно самостојно: синтетичката верзија е вообичаено ѓубриво со азот (види барања за азот). Но, исто така е незгодно: кога се комбинира со вода, уреата се претвора во амонијак, што му дава на урината свој карактеристичен мирис. Ако не е вклучен, амонијак може да мириса, да го загади воздухот и да одземе вреден азот. Катализирана од сеприсутниот ензим уреаза, оваа реакција, наречена уреа хидролиза, може да земе неколку микросекунди, со што уреазата е една од најефикасните ензими познати.
Некои методи овозможуваат да продолжи хидролизата. Истражувачите на EAWAG развиле напреден процес кој ја претвора хидролизираната урина во концентриран хранлив раствор. Прво, во аквариумот, микроорганизмите ја претвораат испарливата амонијак во нестабилен амониум нитрат, заедничко ѓубриво. Дестилаторот потоа ја концентрира течноста. Подружница наречена Вуна, исто така со седиште во Дабендорф, работи на комерцијализирање на систем за згради и производ наречен Аурин, кој е одобрен во Швајцарија за храна постројки за прв пат во светот.
Други се обидуваат да ја запрат реакцијата на хидролиза со брзо подигнување или спуштање на pH на урината, што обично е неутрално кога се излачува. На кампусот на Универзитетот во Мичиген, Loveубовта е во партнерство со непрофитниот институт за изобилство на Земјата во Братлборо, Вермонт, да развие систем за згради што ја отстранува течната лимонска киселина од пренасочување на тоалети и безводни тоалети. Водата еруптира од уринали. Урината потоа се концентрира со повторено замрзнување и одмрзнување5.
Тимот на СЛУ предводен од инженерот за животна средина Бјорн победници на островот Готланд разви начин да се исуши урината во цврста уреа измешана со други хранливи материи. Тимот го оценува нивниот најнов прототип, хонорамен тоалет со вграден фен, во седиштето на шведската вода и канализационата компанија VA Сид во Малме.
Другите методи ги таргетираат индивидуалните хранливи материи во урината. Тие би можеле полесно да се интегрираат во постојните синџири на снабдување за ѓубрива и индустриски хемикалии, вели хемискиот инженер Вилијам Тарпе, поранешен постдокторски соработник на Loveубовта, кој сега е на универзитетот Стенфорд во Калифорнија.
Заеднички метод за враќање на фосфор од хидролизирана урина е додавање на магнезиум, што предизвикува врнежи од ѓубриво наречено struvite. Тарпе експериментира со гранули на adsorbent материјал што може селективно да го отстрани азотот како амонијак или фосфор како фосфат. Неговиот систем користи различна течност наречена регенерација што тече низ балоните откако ќе истечат. Регенерацијата ги зема хранливите материи и ги обновува топките за следната рунда. Ова е ниско-технолошки, пасивен метод, но комерцијалните регенерации се лоши за животната средина. Сега неговиот тим се обидува да направи поевтини и повеќе еколошки производи (види „Загадување на иднината“).
Други истражувачи развиваат начини за производство на електрична енергија со ставање на урина во клетките на микробно гориво. Во Кејп Таун, Јужна Африка, друг тим разви метод за правење неконвенционални градежни тули со мешање на бактерии за урина, песок и уреаза во калап. Тие се калцифицираат во која било форма без отпуштање. Европската вселенска агенција ја разгледува урината на астронаутите како ресурс за градење домување на Месечината.
„Кога размислувам за широката иднина на рециклирање на урина и рециклирање на отпадни води, сакаме да можеме да произведеме што е можно повеќе производи“, рече Тарпе.
Бидејќи истражувачите следат низа идеи за урината на урината, тие знаат дека тоа е тешка битка, особено за вградена индустрија. Компаниите за ѓубриво и храна, земјоделците, производителите на тоалети и регулаторите се бавни за да направат значителни промени во нивните практики. „Тука има многу инерција“, рече Симча.
На пример, на Универзитетот во Калифорнија, Беркли, Инсталација за истражување и образование на Лауфен Зачувај! Тоа вклучува трошење на архитекти, градење и почитување на општинските регулативи - и тоа сè уште не е сторено, рече Кевин Она, инженер за животна средина, кој сега работи на универзитетот Западна Вирџинија во Моргантаун. Тој рече дека недостатокот на постојни кодови и регулативи создал проблеми за управување со објектите, па тој се приклучи на групата што развива нови кодови.
Дел од инерцијата може да се должи на стравот од отпорност на купувачи, но истражувањето од 2021 година на луѓе во 16 земји 7 откри дека на места како Франција, Кина и Уганда, подготвеноста да консумираат храна со урина е близу 80% (види ќе ја јадат луѓето? “).
Пам Елардо, кој ја води администрацијата на отпадните води како заменик администратор на агенцијата за заштита на животната средина во Newујорк, рече дека поддржува иновации како што е пренасочување на урина, бидејќи клучните цели на нејзината компанија се дополнително да го намалат загадувањето и да ги рециклираат ресурсите. Таа очекува дека за град како Newујорк, најпрактичен и економичен метод за пренасочување на урината ќе биде надвор од мрежните системи во реновирање или нови згради, дополнети со операции за одржување и собирање. Ако иноваторите можат да решат проблем, „тие треба да работат“, рече таа.
Со оглед на овие достигнувања, Ларсен предвидува дека масовното производство и автоматизацијата на технологијата за пренасочување на урина можеби не е далеку. Ова ќе го подобри деловниот случај за оваа транзиција кон управување со отпад. Уринарната пренасочување „е вистинската техника“, рече таа. „Ова е единствената технологија што може да ги реши проблемите со јадење дома во разумно време. Но, луѓето треба да го направат својот ум “.
Хилтон, СП, Килејан, ГА, Дагер, ГТ, ouоу, Б. Хилтон, СП, Килејан, ГА, Дагер, ГТ, ouоу, Б.Хилтон, СП, Килејан, ГА, Дигер, ГТ, ouоу, Б. и Loveубов, Нг Екол. Хилтон, СП, Килејан, ГА, Дагер, ГТ, ouоу, Б. Хилтон, СП, Килејан, ГА, Дагер, ГТ, ouоу, Б.Хилтон, СП, Килејан, ГА, Дигер, ГТ, ouоу, Б. и Loveубов, Нг Екол.науката. технологија. 55, 593–603 (2021).
Сатерленд, К. и др. Празни впечатоци од тоалетот за пренасочување. Фаза 2: Ослободување на План за валидација на Етеквини Сити УДДТ (Универзитет во КваЗулу-Натал, 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. и Бакли, Кај вода Санит. 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. и Бакли, Кај вода Санит.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. Меѓународен 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.).