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 прикажеме страницата без стилови и JavaScript.
Челси Волд е фриленсер со седиште во Хаг, Холандија и авторка на „Дејдри: Итна глобална потрага по промена на тоалети“.
Специјализираните тоалетни системи извлекуваат азот и други хранливи материи од урината за употреба како ѓубриво и други производи. Фото: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Готланд, најголемиот остров во Шведска, има малку свежа вода. Во исто време, жителите се борат со опасни нивоа на загадување од земјоделството и канализациските системи што предизвикуваат штетно цветање на алгите околу Балтичкото Море. Тие можат да убијат риби и да ги разболат луѓето.
За да помогне во решавањето на оваа низа еколошки проблеми, островот ги полага своите надежи на единствената неверојатна супстанца 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 период од 3 години во безводни писоари и наменски тоалети на повеќе локации за време на летната туристичка сезона. Тимот дојде од Шведскиот универзитет за земјоделски науки (SLU) во Упсала, кој ја одвои компанијата наречена Sanitation360. Користејќи процес што го развија истражувачите, тие ја сушат урината во парчиња слични на бетон, кои потоа ги мелат во прав и ги пресуваат во гранули за ѓубриво што одговараат на стандардна земјоделска опрема. Локалните земјоделци го користат ѓубривото за одгледување јачмен, кој потоа се испраќа во пиварници за производство на пиво што може да се врати во циклусот по консумирањето.
Притви Симха, хемиски инженер во SLU и технички директор на Sanitation360, рече дека целта на истражувачите е „да одат подалеку од концептот и да ја спроведат во пракса“ повторната употреба на урина во голем обем. Целта е да се обезбеди модел што може да се емулира низ целиот свет. „Нашата цел е сите, насекаде, да ја прават оваа вежба.“
Во експеримент во Готланд, јачмен оплоден со урина (десно) беше спореден со неоплодени растенија (во средината) и со минерални ѓубрива (лево). Фотографијата е од Џена Сенекал.
Проектот Готланд е дел од сличен светски напор за одвојување на урината од другите отпадни води и нејзино рециклирање во производи како ѓубриво. Праксата, позната како пренасочување на урина, ја проучуваат групи во САД, Австралија, Швајцарија, Етиопија и Јужна Африка, меѓу другите. Овие напори одат многу подалеку од универзитетските лаборатории. Безводните писоари се поврзани со системи за отстранување на подруми во канцелариите во Орегон и Холандија. Париз планира да инсталира тоалети за пренасочување на урина во екозона со 1.000 жители што се гради во 14-от арондисман на градот. Европската вселенска агенција ќе постави 80 тоалети во своето седиште во Париз, кое ќе започне со работа подоцна оваа година. Застапниците на пренасочувањето на урината велат дека би можело да најде употреба на места, од импровизирани воени пунктови до бегалски кампови, богати урбани центри и пространи предградија.
Научниците велат дека пренасочувањето на урината, доколку се примени во голем обем низ целиот свет, би можело 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 користат за ѓубрење на посевите или во индустриските процеси. Симха проценува дека луѓето произведуваат доволно урина за да заменат околу една четвртина од сегашните азотни и фосфатни ѓубрива во светот; таа исто така содржи калиум и многу елементи во трагови (видете „Состојки во урината“). Најдобро од сè, со тоа што не ја испуштате урината во одводот, заштедувате многу вода и го намалувате оптоварувањето на застарениот и преоптоварен канализациски систем.
Според експертите во оваа област, многу компоненти за пренасочување на урината наскоро би можеле да станат широко достапни благодарение на напредокот во тоалетите и стратегиите за отстранување на урината. Но, постојат и големи пречки за фундаментална промена во еден од најфундаменталните аспекти на животот. Истражувачите и компаниите треба да се справат со безброј предизвици, од подобрување на дизајнот на тоалетите за пренасочување на урината до олеснување на обработката на урината и претворање во вредни производи. Ова може да вклучува системи за хемиски третман поврзани со индивидуални тоалети или опрема во подрумот 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 прехранбените системи.
Додека општеството се бори со недостиг на енергија, вода и суровини за земјоделството и индустријата, пренасочувањето и повторната употреба на урината е „голем предизвик за тоа како обезбедуваме санитација“, вели биологот Лин Бродус, консултант за одржливост со седиште во Минеаполис. . „Жанр што ќе станува сè поважен. Минесота, тој беше поранешен претседател на Водната федерација на Александрија, Вирџинија, светско здружение на професионалци за квалитет на вода. „Всушност, тоа е нешто вредно.“
Некогаш, урината била вреден производ. Во минатото, некои општества ја користеле за ѓубрење на посевите, производство на кожа, перење облека и производство на барут. Потоа, кон крајот на 19-ти и почетокот на 20-ти век, во Велика Британија се појавил модерниот модел на централизирано управување со отпадните води и се проширил низ целиот свет, кулминирајќи со таканареченото уринарно слепило.
Во овој модел, тоалетите користат вода за брзо одводнување на урина, измет и тоалетна хартија во одводот, измешана со други течности од домашни, индустриски извори, а понекогаш и од атмосферски канализации. 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, отпадните води што се испуштаат од овој процес може сè уште 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 (видете „Човечка канализација“).
Научниците работат на тоа централизираните системи да бидат поодржливи и помалку загадувачки, но почнувајќи со Шведска во 1990-тите, некои истражувачи се залагаат за пофундаментални промени. Напредокот на крајот од цевководот е „само уште една еволуција на истата проклета работа“, вели Ненси Лав, инженер за животна средина на Универзитетот во Мичиген во Ан 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 што користат пренасочување на урината можат да ги намалат вкупните емисии на стакленички гасови за 47%, потрошувачката на енергија за 41%, потрошувачката на свежа вода за околу половина и загадувањето со хранливи материи од отпадните води за 64%.
Сепак, концептот останува нишен и во голема мера ограничен на автономни области како што се скандинавските еко-села, руралните помошни згради и развојните објекти во области со ниски приходи.
Тове Ларсен, хемиски инженер во Швајцарскиот федерален институт за водни науки и технологија (Eawag) во Дибендорф, вели дека голем дел од заостанатите тоалети се предизвикани од самите тоалети. Првпат воведени на пазарот во 1990-тите и 2000-тите, повеќето тоалети за пренасочување на урина имаат мал базен пред нив за собирање на течноста, поставка што бара внимателно насочување. Други дизајни вклучуваат ножни транспортни ленти што овозможуваат урината да се исцеди додека ѓубривото се транспортира до корпата за компост или сензори што управуваат со вентили за насочување на урината кон посебен излез.
Прототип на тоалет што ја одделува урината и ја суши во прав се тестира во седиштето на шведската компанија за водовод и канализација VA SYD во Малме. Фото: 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 нè одврати темата за тоалетите.“
Овие загрижености го прогонуваа првото масовно користење на тоалети за пренасочување на урина, проект во јужноафриканскиот град Етеквини во 2000-тите. Ентони Одили, кој студира здравствен менаџмент на Универзитетот Квазулу-Натал во Дурбан, рече дека ненадејното проширување на границите на градот по апартхејдот резултирало со преземање од страна на властите на некои сиромашни рурални области без тоалетна и водоводна инфраструктура.
По епидемијата на колера во август 2000 година, властите брзо распоредија неколку санитарни објекти кои ги исполнуваа финансиските и практичните ограничувања, вклучувајќи околу 80.000 суви тоалети за пренасочување на урина, од кои повеќето се уште се во употреба денес. Урината се исцедува во почвата од под тоалетот, а изметот завршува во складиште кое градот го празни на секои пет години од 2016 година.
Одили рече дека проектот создал побезбедни санитарни услови во областа. Сепак, истражувањата во општествените науки идентификуваа многу проблеми со програмата. И покрај идејата дека тоалетите се подобри од ништо, студиите, вклучително и некои од студиите во кои учествувал, подоцна покажаа дека корисниците генерално не ги сакаат, рече Одили. Многу од нив се изградени со материјали со слаб квалитет и се непријатни за употреба. Иако ваквите тоалети теоретски треба да спречат мириси, урината во тоалетите на eThekwini често завршува во фекалниот складиште, создавајќи ужасен мирис. Според Одили, луѓето „не можеле нормално да дишат“. Покрај тоа, урината практично не се користи.
На крајот на краиштата, според Одили, одлуката за воведување суви тоалети за пренасочување на урината била донесена од горе надолу и не ги земала предвид преференциите на луѓето, главно од причини поврзани со јавното здравје. Студија од 2017 година3 покажа дека повеќе од 95% од испитаниците на eThekwini сакале пристап до практичните тоалети без мирис што ги користат богатите бели жители на градот, а многумина планирале да ги инсталираат кога условите ќе дозволат. Во Јужна Африка, тоалетите долго време се симбол на расна нееднаквост.
Сепак, новиот дизајн би можел да биде пресвртница 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) издаде стапица за урина. Ова ја елиминира потребата корисникот да насочува, а функцијата за пренасочување на урината е речиси невидлива (видете „Нов вид тоалет“).
Ја користи тенденцијата на водата да се лепи за површините (наречен ефект на чајник бидејќи делува како незгоден чајник што капе) за да ја насочи урината од предниот дел на тоалетот во посебна дупка (видете „Како да рециклирате урина“). Развиена со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржа широк спектар на истражувања за иновации во тоалетите за средини со ниски приходи, стапицата за урина може да се вгради во сè, од луксузни керамички модели со пиедестал до пластични тави за сквотирање. Развиена со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржа широк спектар на истражувања за иновации во тоалетите за средини со ниски приходи, стапицата за урина може да се вгради во сè, од луксузни керамички модели со пиедестал до пластични тави за сквотирање. Развиена со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржа широк спектар на истражувања за иновации во тоалетите за лица со ниски приходи, стапицата за урина може да се вгради во сè, од модели со керамички пиедестали до пластични чучњеви.саксии. Развиен со финансирање од Фондацијата Бил и Мелинда Гејтс во Сиетл, Вашингтон, која поддржува обемни истражувања за иновации во тоалетите за лица со ниски приходи, собирачот на урина може да се вгради во сè, од луксузни модели на база на керамика до пластични послужавници за сквотови.Швајцарскиот производител LAUFEN веќе издава производ наречен „Save!“ 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 за заробување на урина кои можат да ја пренасочат урината и да ги исфрлат честичките. Овој пат, студијата се фокусира повеќе на корисниците. Оди е оптимист дека луѓето ќе ги претпочитаат новите тоалети за пренасочување на урината бидејќи мирисаат подобро и се полесни за употреба, но тој забележува дека мажите мора да седнат за да мокрит, што е огромна културна промена. Но, ако тоалетите „бидат усвоени и од населби со високи приходи - од луѓе од различно етничко потекло - тоа навистина ќе помогне во ширењето“, рече тој. „Секогаш мора да имаме расна перспектива“, додаде тој, за да бидеме сигурни дека тие нема да развијат нешто што се смета за „само за црнци“ или „само за сиромашни“.
Одвојувањето на урината е само првиот чекор во трансформирањето на санитарните услови. Следниот дел е да се открие што да се прави во врска со тоа. Во руралните средини, луѓето можат да ја складираат урината во буриња за да ги убијат сите патогени, а потоа да ја 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 одделни канализации низ градот за да се доставува урината до централна локација. А бидејќи урината е околу 95 проценти вода, премногу е скапо да се складира и транспортира. 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, „мочката е лошо решение“, рече таа. Покрај водата, поголемиот дел е уреа, соединение богато со азот што телото го произведува како нуспроизвод од метаболизмот на протеините. Уреата е корисна сама по себе: синтетичката верзија е вообичаено азотно ѓубриво (видете Потребни азотни материи). Но, исто така е и комплицирано: кога се комбинира со вода, уреата се претвора во амонијак, кој ѝ дава на урината карактеристичен мирис. Ако не се вклучи, 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 трае неколку микросекунди, што ја прави уреазата еден од најефикасните познати ензими.
Некои методи овозможуваат хидролизата да продолжи. Истражувачите од 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. Дестилерот потоа ја концентрира течноста. Подружница наречена Vuna, исто така со седиште во Дибендорф, работи на комерцијализација на систем за згради и производ наречен Aurin, кој е одобрен во Швајцарија за прехранбени растенија за прв пат во светот.
Други се обидуваат да ја спречат реакцијата на хидролиза со брзо зголемување или намалување на pH вредноста на урината, која обично е неутрална кога се излачува. На кампусот на Универзитетот во Мичиген, Лав соработува со непрофитната организација Институт за изобилство на Земјата во Братлборо, Вермонт, за да развие систем за згради што ја отстранува течната лимонска киселина од пренасочувачките тоалети и тоалетите без вода. Водата избувнува од писоарите. Потоа урината се концентрира со повторено замрзнување и одмрзнување5.
Тим од SLU предводен од инженерот за животна средина Бјорн Виненос на островот Готланд разви начин за сушење на урината во цврста уреа измешана со други хранливи материи. Тимот го оценува својот најнов прототип, самостоен тоалет со вградена сушара, во седиштето на шведската компанија за водоснабдување и канализација VA SYD во Малме.
Други методи се насочени кон поединечни хранливи материи во урината. Тие би можеле полесно да се интегрираат во постојните синџири на снабдување со ѓубрива и индустриски хемикалии, вели хемискиот инженер Вилијам Тарпе, поранешен постдокторски соработник во „Лавс“, кој сега работи на Универзитетот Стенфорд во Калифорнија.
Вообичаен метод за обновување на фосфорот од хидролизирана урина е додавањето на магнезиум, што предизвикува таложење на ѓубриво наречено струвит. Тарпе експериментира со гранули од адсорбентен материјал што може селективно да го отстрани азотот како амонијак6 или фосфорот како фосфат. Неговиот систем користи различна течност наречена регенератор што тече низ балоните откако ќе се испразнат. 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 (видете „Загадување на иднината“).
Други истражувачи развиваат начини за производство на електрична енергија со ставање урина во микробни горивни ќелии. Во Кејптаун, Јужна Африка, друг тим разви метод за производство на неконвенционални градежни тули со мешање на урина, песок и бактерии што произведуваат уреаза во калап. Тие калцифицираат во која било форма без печење. Европската вселенска агенција ја разгледува урината на астронаутите како ресурс за изградба на станови на Месечината.
„Кога размислувам за пошироката иднина на рециклирањето на урина и рециклирањето на отпадни води, сакаме да можеме да произведуваме што е можно повеќе производи“, рече Тарпе.
Додека истражувачите бараат низа идеи за комерцијализација на урината, тие знаат дека тоа е тешка битка, особено за вкоренетата индустрија. Компаниите за ѓубрива и храна, земјоделците, производителите на тоалети и регулаторите бавно прават значајни промени во своите практики. „Тука има многу инерција“, рече Симча.
На пример, на Универзитетот во Калифорнија, Беркли, истражувачката и образовната инсталација на LAUFEN заштедува! Тоа вклучува трошоци за архитекти, градење и почитување на општинските прописи - а тоа сè уште не е направено, рече Кевин Она, инженер за животна средина кој сега работи на Универзитетот во Западна Вирџинија во Моргантаун. Тој рече дека недостатокот на постоечки кодекси и прописи создал проблеми за управувањето со објектите, па затоа се придружил на групата што развивала нови кодекси.
Делумно, инерцијата може да се должи на стравот од отпорот на купувачите, но анкета од 2021 година спроведена врз луѓе во 16 земји7 покажа дека на места како Франција, Кина и Уганда, подготвеноста за консумирање храна збогатена со урина била близу 80% (видете „Дали луѓето ќе ја јадат?“).
Пам Елардо, која ја води Управата за отпадни води како заменик-администратор на Агенцијата за заштита на животната средина на градот Њујорк, рече дека ги поддржува иновациите како што е пренасочувањето на урината, бидејќи клучните цели на нејзината компанија се дополнително намалување на загадувањето и рециклирање на ресурсите. Таа очекува дека за град како Њујорк, најпрактичниот и најисплатлив метод за пренасочување на урината ќе бидат системи надвор од мрежата во реновираните или новите 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 урината можеби не се далеку. Ова ќе го подобри деловниот случај за овој премин кон управување со отпад. Пренасочувањето на урината „е вистинската техника“, рече таа. „Ова е единствената технологија што може да ги реши проблемите со јадењето дома во разумен временски период. Но, луѓето мора да се одлучат.“
Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Даигер, ГТ, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон. Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Даигер, ГТ, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон.Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Дигер, ГТ, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон. Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Даигер, Џи-Ти, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон. Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Даигер, Џи-Ти, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон.Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Дигер, ГТ, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон.науката. технологијата. 55, 593–603 (2021).
Садерленд, К. и др. Испразнење на отпечатоци од пренасочен тоалет. Фаза 2: Објавување на планот за валидација на UDDT на eThekwini City (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.Мкизе Н, Тејлор М, Удерт КМ, Гунден ТГ. и Бакли, CAJ 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.Мкизе Н, Тејлор М, Удерт КМ, Гунден ТГ. и Бакли, CAJ вода Санит.Менаџмент на берза 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. 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.).