Хвала вам што сте посетили Nature.com. Верзија прегледача коју користите има ограничену подршку за CSS. За најбоље искуство, препоручујемо вам да користите ажурирани прегледач (или да онемогућите режим компатибилности у Internet Explorer-у). У међувремену, како бисмо осигурали континуирану подршку, приказиваћемо сајт без стилова и JavaScript-а.
Челси Волд је слободна новинарка са седиштем у Хагу, у Холандији, и ауторка књиге „Сањарење: Хитна глобална потрага за променом тоалета“.
Специјализовани тоалетни системи извлаче азот и друге хранљиве материје из урина за употребу као ђубриво и друге производе. Аутор слике: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Готланд, највеће шведско острво, има мало слатке воде. Истовремено, становници се боре са опасним нивоима загађења из пољопривреде и канализационих система који изазивају штетно цветање алги око Балтичког мора. Оне могу убити рибу и разболети људе.
Да би помогло у решавању овог низа еколошких проблема, острво полаже своје наде у једну неочекивану супстанцу која их везује: људски урин.
Почев од 2021. године, истраживачки тим је почео да сарађује са локалном компанијом која изнајмљује преносиве тоалете. Циљ је да се током периода од 3 године сакупи више од 70.000 литара урина у безводним писоарима и наменским тоалетима на више локација током летње туристичке сезоне. Тим је дошао са Шведског универзитета пољопривредних наука (SLU) у Упсали, који је основао компанију под називом Sanitation360. Користећи процес који су истраживачи развили, осушили су урин у комаде сличне бетону, које су затим млели у прах и пресовали у грануле ђубрива које одговарају стандардној пољопривредној опреми. Локални пољопривредници користе ђубриво за узгој јечма, који се затим шаље у пиваре за производњу пива које се може вратити у циклус након конзумирања.
Притхви Симха, хемијски инжењер на SLU и технички директор компаније Sanitation360, рекао је да је циљ истраживача да „иду даље од концепта и примене у пракси“ поновну употребу урина у великим размерама. Циљ је да се обезбеди модел који се може емулирати широм света. „Наш циљ је да сви, свуда, ураде ову вежбу.“
У експерименту на Готланду, јечам ђубрен урином (десно) је упоређен са неђубреним биљкама (у средини) и са минералним ђубривима (лево). Аутор слике: Џена Сенекал.
Пројекат Готланд је део сличних светских напора да се урин одвоји од осталих отпадних вода и рециклира у производе попут ђубрива. Праксу, познату као преусмеравање урина, проучавају групе у Сједињеним Државама, Аустралији, Швајцарској, Етиопији и Јужној Африци, између осталих. Ови напори иду далеко даље од универзитетских лабораторија. Писоари без воде повезани су са системима за одлагање отпадних вода у подрумима у канцеларијама у Орегону и Холандији. Париз планира да инсталира тоалете за преусмеравање урина у екозони са 1.000 становника која се гради у 14. арондисману града. Европска свемирска агенција поставиће 80 тоалета у свом седишту у Паризу, које ће почети са радом касније ове године. Заговорници преусмеравања урина кажу да би то могло да се примени на местима која се крећу од импровизованих војних положаја до избегличких кампова, богатих урбаних центара и пространих сиротињских насеља.
Научници кажу да би преусмеравање урина, ако се примени у великим размерама широм света, могло донети огромне користи животној средини и јавном здрављу. То је делимично зато што је урин богат хранљивим материјама које не загађују водене површине и могу се користити за ђубрење усева или у индустријским процесима. Симха процењује да људи производе довољно урина да замене око четвртину тренутних светских азотних и фосфатних ђубрива; такође садржи калијум и многе елементе у траговима (видети „Састојци у урину“). Најбоље од свега је што, тиме што не бацате урин у одвод, штедите много воде и смањујете оптерећење застарелог и преоптерећеног канализационог система.
Према речима стручњака у овој области, многе компоненте за преусмеравање урина ускоро би могле постати широко доступне захваљујући напретку у тоалетима и стратегијама за одлагање урина. Али постоје и велике препреке фундаменталним променама у једном од најосновнијих аспеката живота. Истраживачи и компаније морају да се позабаве мноштвом изазова, од побољшања дизајна тоалета за преусмеравање урина до олакшавања обраде урина и његовог претварања у вредне производе. То може укључивати системе за хемијски третман повезане са појединачним тоалетима или опремом у подруму која опслужује целу зграду и пружа услуге за опоравак и одржавање резултујућег концентрованог или очврслог производа (видети „Од урина до производа“). Поред тога, постоје и шира питања друштвених промена и прихватања, повезана како са различитим степеном културних табуа повезаних са људским отпадом, тако и са дубоко укорењеним конвенцијама о индустријским отпадним водама и прехрамбеним системима.
Како се друштво бори са несташицом енергије, воде и сировина за пољопривреду и индустрију, преусмеравање и поновна употреба урина представљају „велики изазов за начин на који обезбеђујемо санитацију“, каже биолог Лин Бродус, консултант за одрживост са седиштем у Минеаполису. „Жанр који ће постајати све важнији. У Минесоти је био бивши председник Водене федерације Александрије, Вирџинија, светског удружења стручњака за квалитет воде. „То је заправо нешто вредно.“
Некада давно, урин је био вредна роба. У прошлости, нека друштва су га користила за ђубрење усева, израду коже, прање одеће и производњу барута. Затим, крајем 19. и почетком 20. века, у Великој Британији је настао савремени модел централизованог управљања отпадним водама и проширио се по целом свету, што је кулминирало такозваним уринарним слепилом.
У овом моделу, тоалети користе воду за брзо одвођење урина, фецеса и тоалет папира у одвод, помешаних са другим течностима из домаћинстава, индустријских извора, а понекад и из одвода за олујне воде. У централизованим постројењима за пречишћавање отпадних вода, енергетски интензивни процеси користе микроорганизме за пречишћавање отпадних вода.
У зависности од локалних правила и услова постројења за пречишћавање, отпадне воде испуштене из овог процеса могу и даље садржати значајне количине азота и других хранљивих материја, као и неке друге загађиваче. 57% светске популације уопште није повезано на централизовани канализациони систем (видети „Људска канализација“).
Научници раде на томе да централизовани системи буду одрживији и мање загађујући, али почевши од Шведске 1990-их, неки истраживачи се залажу за фундаменталније промене. Напредак на крају цевовода је „само још једна еволуција исте проклете ствари“, рекла је Ненси Лав, инжењер заштите животне средине на Универзитету у Мичигену у Ан Арбору. Преусмеравање урина биће „трансформативно“, каже она. У Студији 1, која је симулирала системе управљања отпадним водама у три америчке државе, она и њене колеге упоредиле су конвенционалне системе за пречишћавање отпадних вода са хипотетичким системима за пречишћавање отпадних вода који преусмеравају урин и користе рекупероване хранљиве материје уместо синтетичких ђубрива. Процењују да заједнице које користе преусмеравање урина могу смањити укупне емисије гасова стаклене баште за 47%, потрошњу енергије за 41%, потрошњу слатке воде за око половину и загађење отпадних вода хранљивим материјама за 64%.
Међутим, концепт остаје нишан и углавном ограничен на аутономна подручја као што су скандинавска еко-села, сеоске помоћне зграде и развој у подручјима са ниским приходима.
Тове Ларсен, хемијски инжењер у Швајцарском федералном институту за водене науке и технологију (Eawag) у Дибендорфу, каже да је велики део заостатка узрокован самим тоалетима. Први пут представљени на тржишту 1990-их и 2000-их, већина тоалета за преусмеравање урина има мали корито испред себе за сакупљање течности, што захтева пажљиво циљање. Други дизајни укључују транспортне траке са ножним управљањем које омогућавају да се урин одводи док се стајњак транспортује до компостне канте, или сензоре који управљају вентилима за усмеравање урина у посебан излаз.
Прототип тоалета који одваја урин и суши га у прах тестира се у седишту шведске компаније за водоснабдевање и канализацију VA SYD у Малмеу. Извор слике: EOOS NEXT
Али у експерименталним и демонстрационим пројектима у Европи, људи нису прихватили њихову употребу, рекао је Ларсен, жалећи се да су превише гломазни, смрдљиви и непоуздани. „Заиста нас је одбила тема тоалета.“
Ове забринутости су прогањале прву велику употребу тоалета за преусмеравање урина, пројекат у јужноафричком граду Етеквини 2000-их. Ентони Одили, који студира здравствени менаџмент на Универзитету Квазулу-Натал у Дурбану, рекао је да је изненадно ширење граница града након апартхејда довело до тога да власти преузму нека сиромашна рурална подручја без инфраструктуре за тоалете и воду.
Након епидемије колере у августу 2000. године, власти су брзо распоредиле неколико санитарних објеката који су испуњавали финансијска и практична ограничења, укључујући око 80.000 сувих тоалета за преусмеравање урина, од којих се већина и данас користи. Урин се одводи у земљу испод тоалета, а фецес завршава у складишту које град празни сваких пет година од 2016. године.
Одили је рекао да је пројекат створио безбедније санитарне објекте у том подручју. Међутим, истраживања друштвених наука идентификовала су многе проблеме са програмом. Упркос идеји да су тоалети бољи него ништа, студије, укључујући и неке од студија у којима је учествовао, касније су показале да их корисници генерално не воле, рекао је Одили. Многи од њих су направљени од материјала лошег квалитета и неудобни су за употребу. Иако би такви тоалети теоретски требало да спрече мирисе, урин у тоалетима еТеквини често завршава у складишту за фекалије, стварајући ужасан мирис. Према Одилију, људи „нису могли нормално да дишу“. Штавише, урин се практично не користи.
На крају крајева, према Одилију, одлука о увођењу сувих тоалета са преусмеравањем урина донета је одозго надоле и није узимала у обзир жеље људи, углавном из разлога јавног здравља. Студија из 2017. године3 открила је да је више од 95% испитаника еТеквинија желело приступ практичним тоалетима без мириса које користе богати бели становници града, а многи су планирали да их инсталирају када услови дозволе. У Јужној Африци, тоалети су дуго били симбол расне неједнакости.
Међутим, нови дизајн би могао бити пробој у одвођењу урина. Године 2017, предвођена дизајнером Харалдом Грундлом, у сарадњи са Ларсеном и другима, аустријска дизајнерска фирма EOOS (одвојена од EOOS Next) лансирала је замку за урин. Ово елиминише потребу да корисник циља, а функција одвођења урина је готово невидљива (видети „Нова врста тоалета“).
Користи тенденцију воде да се лепи за површине (назива се ефекат чајника јер делује као неспретни чајник који капље) да би усмерио урин са предње стране тоалета у посебан отвор (видети „Како рециклирати урин“). Развијена уз финансијску подршку Фондације Била и Мелинде Гејтс у Сијетлу, Вашингтон, која је подржала широк спектар истраживања иновација тоалета за сиромашне, замка за урин може се уградити у све, од врхунских керамичких модела са постољем до пластичних чучњака. Развијена уз финансијску подршку Фондације Била и Мелинде Гејтс у Сијетлу, Вашингтон, која је подржала широк спектар истраживања иновација тоалета за сиромашне, замка за урин може се уградити у све, од врхунских керамичких модела са постољем до пластичних чучњака. Развијена уз финансијску подршку Фондације Била и Мелинде Гејтс у Сијетлу, Вашингтон, која је подржала широк спектар истраживања иновација тоалета за људе са ниским приходима, замка за урин може се уградити у све, од модела са керамичким постољима до пластичних чучњева.лонци. Развијен уз финансијску подршку Фондације Била и Мелинде Гејтс у Сијетлу, Вашингтон, која подржава опсежна истраживања иновација у области тоалета за особе са ниским приходима, сакупљач урина може се уградити у све, од врхунских модела на бази керамике до пластичних послужавника за чучањ.Швајцарски произвођач LAUFEN већ издаје производ под називом „Save!“ за европско тржиште, иако је његова цена превисока за многе потрошаче.
Универзитет Квазулу-Натал и Градско веће еТеквинија такође тестирају верзије тоалета са хватаљкама за урин који могу да преусмеравају урин и испере честице. Овог пута, студија се више фокусира на кориснике. Оди је оптимистичан да ће људи више волети нове тоалете са хватаљкама за урин јер боље миришу и лакше се користе, али напомиње да мушкарци морају да седну да би уринирали, што је огромна културна промена. Али ако тоалете „усвоје и богата насеља – људи из различитих етничких средина – то ће заиста помоћи ширењу“, рекао је. „Увек морамо имати расну перспективу“, додао је, како бисмо били сигурни да неће развити нешто што се сматра „само за црнце“ или „само за сиромашне“.
Одвајање урина је само први корак у трансформацији санитације. Следећи део је схватити шта да се ради поводом тога. У руралним подручјима, људи могу да га складиште у бурадима како би убили све патогене, а затим да га примене на пољопривредном земљишту. Светска здравствена организација даје препоруке за ову праксу.
Али урбана средина је компликованија – ту се производи највећи део урина. Не би било практично изградити неколико одвојених канализација широм града како би се урин достављао на централну локацију. А пошто се урин састоји од око 95 процената воде, његово складиштење и транспорт су превише скупи. Стога се истраживачи фокусирају на сушење, концентрисање или на други начин екстраховање хранљивих материја из урина на нивоу тоалета или зграде, остављајући воду иза себе.
Неће бити лако, рекла је Ларсон. Са инжењерског становишта, „мокраћа је лоше решење“, рекла је. Поред воде, већину чини уреа, једињење богато азотом које тело производи као нуспроизвод метаболизма протеина. Уреа је корисна сама по себи: синтетичка верзија је уобичајено азотно ђубриво (видети Захтеви за азотом). Али је такође компликовано: када се комбинује са водом, уреа се претвара у амонијак, који урину даје карактеристичан мирис. Ако се не укључи, амонијак може да мирише, загади ваздух и одузме вредни азот. Катализована свеприсутним ензимом уреазом, ова реакција, названа хидролиза урее, може трајати неколико микросекунди, што уреазу чини једним од најефикаснијих познатих ензима.
Неке методе омогућавају наставак хидролизе. Истраживачи компаније Eawag развили су напредни процес који претвара хидролизовани урин у концентровани раствор хранљивих материја. Прво, у акваријуму, микроорганизми претварају испарљиви амонијак у неиспарљиви амонијум нитрат, уобичајено ђубриво. Дестилатор затим концентрише течност. Подружница под називом Vuna, такође са седиштем у Дибендорфу, ради на комерцијализацији система за зграде и производа под називом Aurin, који је први пут у свету одобрен у Швајцарској за биљке које се производе храном.
Други покушавају да зауставе реакцију хидролизе брзим повећањем или смањењем pH вредности урина, који је обично неутралан када се излучи. На кампусу Универзитета у Мичигену, Лав је у партнерству са непрофитном организацијом Институт за обиље Земље у Братлбору, Вермонт, како би развио систем за зграде који уклања течну лимунску киселину из преусмеравајућих тоалета и тоалета без воде. Вода избија из писоара. Урин се затим концентрише поновљеним замрзавањем и одмрзавањем5.
Тим СЛУ, предвођен инжењером заштите животне средине Бјорном Винеросом на острву Готланд, развио је начин сушења урина у чврсту уреу помешану са другим хранљивим материјама. Тим процењује свој најновији прототип, самостојећи тоалет са уграђеним сушачем, у седишту шведске компаније за водоснабдевање и канализацију VA SYD у Малмеу.
Друге методе циљају појединачне хранљиве материје у урину. Могле би се лакше интегрисати у постојеће ланце снабдевања ђубривима и индустријским хемикалијама, каже хемијски инжењер Вилијам Тарпех, бивши постдокторски сарадник на Лавс колеџу који сада ради на Универзитету Станфорд у Калифорнији.
Уобичајена метода за обнављање фосфора из хидролизованог урина је додавање магнезијума, што узрокује таложење ђубрива названог струвит. Тарпех експериментише са гранулама адсорбентног материјала које могу селективно уклонити азот као амонијак6 или фосфор као фосфат. Његов систем користи другачију течност названу регенерант која протиче кроз балоне након што се испразне. Регенерант узима хранљиве материје и обнавља куглице за следећу рунду. Ово је нискотехнолошки, пасивни метод, али комерцијални регенерати су лоши за животну средину. Сада његов тим покушава да направи јефтиније и еколошки прихватљивије производе (видети „Загађење будућности“).
Други истраживачи развијају начине за производњу електричне енергије стављањем урина у микробне горивне ћелије. У Кејптауну, у Јужној Африци, други тим је развио метод за израду неконвенционалних грађевинских цигли мешањем урина, песка и бактерија које производе уреазу у калуп. Оне калцификују у било који облик без печења. Европска свемирска агенција разматра урин астронаута као ресурс за изградњу кућа на Месецу.
„Када размишљам о широкој будућности рециклаже урина и рециклаже отпадних вода, желимо да будемо у могућности да производимо што више производа“, рекао је Тарпех.
Док истраживачи траже низ идеја за комодификацију урина, свесни су да је то тешка битка, посебно за укорењену индустрију. Компаније за производњу ђубрива и хране, пољопривредници, произвођачи тоалета и регулатори споро су уводили значајне промене у своје праксе. „Овде постоји много инерције“, рекао је Симча.
На пример, на Универзитету Калифорније у Берклију, истраживачка и образовна инсталација LAUFEN уштеди! То укључује трошкове за архитекте, изградњу и усклађеност са општинским прописима — а то још није урађено, рекао је Кевин Она, инжењер заштите животне средине који сада ради на Универзитету Западне Вирџиније у Моргантауну. Рекао је да недостатак постојећих прописа и прописа ствара проблеме за управљање објектима, па се придружио групи која је развијала нове прописе.
Део инерције може бити последица страха од отпора купаца, али анкета из 2021. године спроведена међу људима у 16 ​​земаља7 показала је да је на местима попут Француске, Кине и Уганде спремност за конзумирање хране обогаћене урином била близу 80% (видети „Хоће ли људи то јести?“).
Пам Елардо, која води Управу за отпадне воде као заменик администратора Агенције за заштиту животне средине града Њујорка, рекла је да подржава иновације попут преусмеравања урина, јер су кључни циљеви њене компаније даље смањење загађења и рециклажа ресурса. Она очекује да ће за град попут Њујорка најпрактичнији и најисплативији метод преусмеравања урина бити системи ван мреже у реконструкцији или новим зградама, допуњени одржавањем и операцијама сакупљања. Ако иноватори могу да реше проблем, „требало би да раде“, рекла је.
С обзиром на овај напредак, Ларсен предвиђа да масовна производња и аутоматизација технологије за преусмеравање урина можда нису далеко. Ово ће побољшати пословни случај за ову транзицију на управљање отпадом. Преусмеравање урина „је права техника“, рекла је она. „Ово је једина технологија која може да реши проблеме са исхраном код куће у разумном року. Али људи морају да се одлуче.“
Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Дајгер, ГТ, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон. Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Дајгер, ГТ, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон.Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Дигер, ГТ, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон. Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Дајгер, ГТ, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон. Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Дајгер, ГТ, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон.Хилтон, СП, Кеолејан, Џорџија, Дигер, ГТ, Џоу, Б. и Лав, НГ Енвирон.наука. технологија. 55, 593–603 (2021).
Садерленд, К. и др. Отисци пражњења преусмерене тоалетне воде. Фаза 2: Објављивање плана валидације UDDT за град еТеквини (Универзитет Квазулу-Натал, 2018).
Мкхизе, Н., Таилор, М., Удерт, КМ, Гоунден, ТГ & Буцклеи, ЦАЈ Ватер Санит. Мкхизе, Н., Таилор, М., Удерт, КМ, Гоунден, ТГ & Буцклеи, ЦАЈ Ватер Санит.Мкхизе Н, Таилор М, Удерт КМ, Гоунден ТГ. и Буцклеи, ЦАЈ Ватер Санит. Мкхизе, Н., Таилор, М., Удерт, КМ, Гоунден, ТГ & Буцклеи, ЦАЈ Ватер Санит。 Мкхизе, Н., Таилор, М., Удерт, КМ, Гоунден, ТГ & Буцклеи, ЦАЈ Ватер Санит.Мкхизе Н, Таилор М, Удерт КМ, Гоунден ТГ. и Буцклеи, ЦАЈ Ватер Санит.Управљање разменом 7, 111–120 (2017).
Маззеи, Л., Цианци, М., Бенини, С. & Циурли, С. Ангев. Маззеи, Л., Цианци, М., Бенини, С. & Циурли, С. Ангев. Маззеи, Л., Цианци, М., Бенини, С. & Цхурли, С. Ангуе. Маззеи, Л., Цианци, М., Бенини, С. & Циурли, С. Ангев。 Маззеи, Л., Цианци, М., Бенини, С. & Циурли, С. Ангев。 Маззеи, Л., Цианци, М., Бенини, С. & Цхурли, С. Ангуе.Хемијски. Међународни рајски енглески. 58, 7415–7419 (2019).
Ное-Хаис, А., Хомеиер, РЈ, Давис, АП & Лове, НГ АЦС ЕСТ Енгг. Ное-Хаис, А., Хомеиер, РЈ, Давис, АП & Лове, НГ АЦС ЕСТ Енгг. Ное-Хаис, А., Хомеиер, РЈ, Давис, АП & Лове, НГ АЦС ЕСТ Енгг. Ное-Хаис, А., Хомеиер, РЈ, Давис, АП & Лове, НГ АЦС ЕСТ Енгг. Ное-Хаис, А., Хомеиер, РЈ, Давис, АП & Лове, НГ АЦС ЕСТ Енгг。 Ное-Хаис, А., Хомеиер, РЈ, Давис, АП & Лове, НГ АЦС ЕСТ Енгг. Ное-Хаис, А., Хомеиер, РЈ, Давис, АП & Лове, НГ АЦС ЕСТ Енгг. Ное-Хаис, А., Хомеиер, РЈ, Давис, АП & Лове, НГ АЦС ЕСТ Енгг.хттпс://дои.орг/10.1021/аццесс.1ц00271 (2021 г.).