Hvala za obisk Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo CSS. Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da v Internet Explorerju uporabite posodobljen brskalnik (ali onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju). Za zagotovitev nadaljnje podpore bomo spletno mesto postavili brez stilov in javascripta.
Chelsea Wold je samostojni novinar s sedežem v Haagu, na Nizozemskem in avtor Daydream: nujno globalno prizadevanje za spreminjanje stranišč.
Specializirani toaletni sistemi Ekstrahirajte dušik in druga hranila iz urina za uporabo kot gnojilo in druge izdelke. Kredit za sliko: Mak/Georg Mayer/EOOS Naprej
Gotland, največji švedski otok, ima malo sladke vode. Hkrati se prebivalci spopadajo z nevarnimi stopnjami onesnaženja iz kmetijstva in kanalizacijskih sistemov, ki povzročajo škodljive cvetove alg okoli Baltskega morja. Lahko ubijejo ribe in ljudi zbolijo.
Za pomoč pri reševanju te serije okoljskih problemov otok pripada upanja na tisto malo verjetno snov, ki jih veže: človeški urin.
Od leta 2021 je raziskovalna skupina začela sodelovati z lokalnim podjetjem, ki najema prenosne stranišča. Cilj je zbrati več kot 70.000 litrov urina v 3-letnem obdobju brez vodnih pisoarjev in namenskih stranišč na več lokacijah v poletni turistični sezoni. Ekipa je prišla iz švedske univerze za kmetijske znanosti (SLU) v Uppsali, ki je odvrgla podjetje, imenovano Sanitation360. S pomočjo procesa, ki so ga razvili raziskovalci, so urin posušili v betonske koščke, ki jih nato prizemljujejo v prah in stisnejo v zrnca gnojil, ki ustrezajo standardni kmetijski opremi. Lokalni kmetje uporabljajo gnojilo za gojenje ječmena, ki ga nato pošljejo v pivovarne, da proizvedejo ale, ki se lahko po porabi vrne v cikel.
Prithvi Simha, kemični inženir pri SLU in CTO of Sanitation360, je dejal, da je cilj raziskovalcev v velikem obsegu "preseči koncept in uresničiti" ponovno uporabo urina. Cilj je zagotoviti model, ki ga je mogoče posnemati po vsem svetu. "Naš cilj je, da vsi, povsod, to vajo."
V poskusu v Gotlandu so ječme iz urina (desno) primerjali z neplodnimi rastlinami (v sredini) in z mineralnimi gnojili (levo). Kredit za sliko: Jenna Senecal.
Projekt Gotland je del podobnih svetovnih prizadevanj za ločitev urina od drugih odpadne vode in recikliranje v izdelke, kot je gnojilo. Prakso, znano kot preusmeritev urina, med drugim preučujejo skupine v ZDA, Avstraliji, Švici, Etiopiji in Južni Afriki. Ta prizadevanja presegajo univerzitetne laboratorije. Urisi brez vode so povezani s sistemi za odstranjevanje kleti v pisarnah v Oregonu in na Nizozemskem. Pariz načrtuje namestitev stranišč za delitev urina v 1.000 prezivni ekozoni, ki je zgrajena v 14. okrožju mesta. Evropska vesoljska agencija bo na sedež Pariza postavila 80 stranišč, ki bodo začele delovati pozneje letos. Zagovorniki preusmeritve urina pravijo, da bi lahko našli uporabo v mestih, ki segajo od improviziranih vojaških obstojev do begunskih taborišč, bogatih mestnih središč in razgibanih slumov.
Znanstveniki pravijo, da bi lahko preusmeritev urina, če bi bila nameščena v velikem obsegu po vsem svetu, prinesla velike koristi za okolje in javno zdravje. Deloma je to zato, ker je urin bogat s hranili, ki ne onesnažujejo vodnih teles in ga je mogoče uporabiti za gnojenje pridelkov ali v industrijskih procesih. Simha ocenjuje, da ljudje proizvajajo dovolj urina, da nadomestijo približno četrtino sedanjih na svetu dušik in fosfatnih gnojil; Vsebuje tudi kalij in številne elemente v sledovih (glejte "Voliv v urinu"). Najboljše od tega, da ne izplaknete urina navzdol po odtoku, prihranite veliko vode in zmanjšate breme za staranje in preobremenjeni kanalizacijski sistem.
Po mnenju strokovnjakov na tem področju lahko številne komponente za preusmeritev urina kmalu postanejo široko dostopne zaradi napredka v strategijah za odstranjevanje stranišč in urin. Obstajajo pa tudi velike ovire za temeljne spremembe v enem najbolj temeljnih vidikov življenja. Raziskovalci in podjetja se morajo spoprijeti z nešteto izzivov, od izboljšanja zasnove stranišč, ki delijo urin, do lažje obdelave urina in pretvorbe v dragocene izdelke. To lahko vključuje sisteme za kemično čiščenje, povezane s posameznimi stranišči ali kletno opremo, ki služi celotni zgradbi, in zagotavlja storitve za obnovitev in vzdrževanje nastalega koncentriranega ali utrjenega izdelka (glejte "od urina do izdelka"). Poleg tega obstajajo širša vprašanja družbenih sprememb in sprejemanja, povezana tako z različnimi stopnjami kulturnih tabujev, povezanih s človeškimi odpadki, kot na globoke konvencije o industrijskih odpadnih vodah in prehranskih sistemih.
Ko se družba spopada s pomanjkanjem energije, vode in surovin za kmetijstvo in industrijo, je preusmeritev in ponovna uporaba urina "velik izziv za zagotavljanje sanitarij", pravi biolog Lynn Broaddus, svetovalka za trajnostni razvoj, ki temelji na Minneapolisu. . »Žanr, ki bo postal vse pomembnejši. Minnesota, bil je pretekli predsednik vodne zveze Aleksandrije, Vaha, svetovnega združenja strokovnjakov za kakovost vode. "To je pravzaprav nekaj koristnega."
Nekoč je bil urin dragoceno blago. V preteklosti so jo nekatere družbe uporabljale za gnojenje pridelkov, izdelavo usnja, umivalo oblačila in izdelavo smodnika. Nato se je v poznem 19. in zgodnjem 20. stoletju sodobni model centraliziranega ravnanja z odpadnimi vodami pojavil v Veliki Britaniji in se razširil po vsem svetu, vrhunec pa je vrhunec v tako imenovani slepoti urina.
V tem modelu stranišča uporabljajo vodo, da hitro odtečejo urin, iztrebki in toaletni papir navzdol po odtoku, pomešani z drugimi tekočinami iz domačih, industrijskih virov in včasih nevihtnih odtokov. V centraliziranih čistilnih napravah energijsko intenzivne procese uporabljajo mikroorganizme za čiščenje odpadne vode.
Glede na lokalna pravila in pogoje čistilne naprave lahko odpadna voda, izpuščena iz tega procesa, še vedno vsebuje znatne količine dušika in drugih hranilnih snovi, pa tudi nekatere druge onesnaževalce. 57% svetovnega prebivalstva sploh ni povezano s centraliziranim kanalizacijskim sistemom (glej "Človeška kanalizacija").
Znanstveniki si prizadevajo, da bi centralizirani sistemi postali bolj trajnostni in manj onesnažujoči, vendar se začnejo s Švedsko v devetdesetih letih prejšnjega stoletja, nekateri raziskovalci si prizadevajo za bolj temeljne spremembe. Napredek na koncu plinovoda je "le še en razvoj iste preklete stvari," je dejala Nancy Love, okoljska inženirka na Univerzi v Michiganu v Ann Arbor. Preusmeritev urina bo "transformativna", pravi. V študiji 1, ki je simulirala sisteme za upravljanje odpadne vode v treh ameriških državah, je ona in njeni kolegi primerjali običajne sisteme za čiščenje odpadne vode s hipotetičnimi sistemi za čiščenje odpadne vode, ki preusmerijo urin in uporabljajo obnovljena hranila namesto sintetičnih gnojil. Ocenjujejo, da lahko skupnosti, ki uporabljajo preusmeritev urina, zmanjšajo skupne emisije toplogrednih plinov za 47%, porabo energije za 41%, porabo sladke vode za približno polovico in hranilno onesnaževanje odpadne vode za 64%. uporabljena tehnologija.
Vendar koncept ostaja nišno in v glavnem omejen na avtonomna območja, kot so skandinavske eko-vaške, podeželske gospodarske zgradbe in razvoj na območjih z nizkimi dohodki.
Tove Larsen, kemični inženir na švicarskem zveznem inštitutu za vodno znanost in tehnologijo (EAWAG) v Dübendorfu, pravi, da velik del zaostankov povzročajo same stranišča. Večina stranišč za delitev urina, ki je bila prvič predstavljena v devetdesetih in 2000-ih, ima pred njimi majhen bazen, da zbere tekočino, nastavitev, ki zahteva skrbno ciljanje. Druge zasnove vključujejo tekoče trakove, ki omogočajo odtekanje urina, ko se gnoj prevaža v koš za kompost, ali senzorje, ki izvajajo ventile, da urin usmerijo v ločeno vtičnico.
Na sedežu švedske vodne in kanalizacijske družbe VA Syd v Malmöu se testira prototipno stranišče, ki ločuje urin in ga posuši v prah. Kredit za sliko: EOOS naslednji
Toda v eksperimentalnih in demonstracijskih projektih v Evropi ljudje niso sprejeli svoje uporabe, je dejal Larsen in se pritoževal, da so preveč zajetni, smrdeči in nezanesljivi. "Resnično nas je odložila tema stranišč."
Ti pomisleki so v 2000-ih letih preganjali prvo obsežno uporabo urinskih stranišč, projekta v južnoafriškem mestu Ethekwini. Anthony Odili, ki študira zdravstveno upravljanje na Univerzi v KwaZulu-Natalu v Durbanu, je dejal, da je zaradi nenadne širitve mestnih meja po apartheidu povzročila, da so oblasti prevzele nekatera slaba podeželska območja brez stranišča in vodne infrastrukture.
Po izbruhu kolere avgusta 2000 so oblasti hitro uvedle več sanitarnih objektov, ki so ustrezale finančnim in praktičnim omejitvam, vključno z približno 80.000 suhimi stranišči, ki delijo urin, od katerih jih večina še danes uporablja. Urin odteka v tla izpod stranišča, iztrebki pa se končajo v skladišču, ki se je mesto izpraznilo vsakih pet let od leta 2016.
Odili je dejal, da je projekt na tem območju ustvaril varnejše sanitarne zmogljivosti. Vendar so raziskave družboslovja opredelile številne težave s programom. Kljub misli, da so stranišča boljša kot nič, so študije, vključno z nekaterimi študijami, v katerih je sodeloval, pozneje pokazale, da jih uporabniki na splošno ne marajo, je dejal Odili. Mnogi od njih so zgrajeni s slabo kakovostnimi materiali in so neprijetni za uporabo. Medtem ko bi takšna stranišča teoretično preprečila vonjave, se urin v straniščih Ethekwini pogosto konča v shranjevanju fekale, kar ustvarja grozen vonj. Po Odiliju ljudje "niso mogli normalno dihati." Poleg tega se urin praktično ne uporablja.
Na koncu je po Odiliju odločitev o uvedbi suhih stranišč, ki delijo urin, od zgoraj navzdol in ni upoštevala preferenc ljudi, predvsem iz javnozdravstvenih razlogov. Študija 20173 je pokazala, da je več kot 95% anketirancev Ethekwinija želelo dostop do priročnih, brez vonja, ki jih uporabljajo mestni bogati beli prebivalci, in mnogi so načrtovali, da jih bodo namestili, ko so dovoljeni pogoji. V Južni Afriki so stranišča že dolgo simbol rasne neenakosti.
Vendar pa bi bil novi dizajn lahko preboj v preusmeritvi v urinar. Leta 2017, ki ga je vodil oblikovalec Harald Grundl, v sodelovanju z Larsenom in drugimi, je avstrijsko oblikovalsko podjetje EOOS (Sput Off From Eoos Next) izdalo urinsko past. To odpravlja potrebo po ciljanju uporabnika, funkcija preusmeritve urina pa je skoraj nevidna (glej "Nova vrsta stranišča").
Uporablja težnjo vode, da se drži površin (imenovan kot kotliček, ker deluje kot neroden kapljanje kotliček), da urin usmeri s sprednje strani stranišča v ločeno luknjo (glejte "Kako reciklirati urin"). Razviti s financiranjem fundacije Bill & Melinda Gates v Seattlu v Washingtonu, ki je podprla široko raziskovanje inovacij toaletov za nastavitve z nizkimi dohodki, lahko urin vgradimo v vse, od vrhunskih modelov keramičnih podstavkov do plastičnih ponv. Razviti s financiranjem fundacije Bill & Melinda Gates v Seattlu v Washingtonu, ki je podprla široko raziskovanje inovacij toaletov za nastavitve z nizkimi dohodki, lahko urin vgradimo v vse, od vrhunskih modelov keramičnih podstavkov do plastičnih ponv. Razviti s financiranjem fundacije Bill & Melinda Gates v Seattlu v Washingtonu, ki je podprla široko paleto raziskav o inovacijah toaletnih inovacij z nizkimi dohodki, je past urina mogoče vgraditi v vse, od modelov s keramičnimi podstavki do plastičnih počepov.lonci. Razvit s financiranjem fundacije Bill & Melinda Gates v Seattlu v Washingtonu, ki podpira obsežne raziskave o inovacijah toaletnih toaletov z nizkimi dohodki, je zbiralnik urina mogoče vgraditi v vse, od vrhunskih modelov na keramiki do plastičnih pladnjev.Švicarski proizvajalec Laufen že sprošča izdelek z imenom "Shrani!" Za evropski trg, čeprav so njeni stroški za številne potrošnike previsoki.
Univerza v KwaZulu-Natal in mestni svet Ethekwini tudi testirata različice stranišč urina, ki lahko preusmerijo urin in izpišejo delce. Tokrat se študija bolj osredotoča na uporabnike. Odie je optimističen, da bodo ljudje raje nova stranišča za delitev urina, ker dišijo bolje in jih je lažja za uporabo, vendar ugotavlja, da se morajo moški usesti, da urinirajo, kar je velik kulturni premik. Če pa stranišča "sprejemajo in sprejmejo tudi soseske z visokimi dohodki-ljudje iz različnih etničnih okolij-, bo to resnično pomagalo pri širjenju," je dejal. "Vedno moramo imeti rasno lečo," je dodal, da se prepričamo, da ne bodo razvili nečesa, kar je videti kot "samo črno" ali "slabo."
Ločitev urina je le prvi korak pri preoblikovanju sanitarij. Naslednji del je ugotoviti, kaj storiti glede tega. Na podeželskih območjih ga lahko ljudje shranijo v kadi, da ubijejo vse patogene in jih nato uporabijo na kmetijskih zemljiščih. Svetovna zdravstvena organizacija daje priporočila za to prakso.
Toda mestno okolje je bolj zapleteno - tu se proizvaja večina urina. Ne bi bilo praktično zgraditi več ločenih kanalizacij po vsem mestu, da bi dostavili urin na osrednjo lokacijo. In ker je urin približno 95 odstotkov vode, je za shranjevanje in prevoz predrago. Zato se raziskovalci osredotočajo na sušenje, koncentrirajo ali kako drugače pridobivajo hranila iz urina na ravni stranišča ali stavbe, za seboj pa puščajo vodo.
Ne bo enostavno, je dejal Larson. Z inženirskega stališča je "Piss slaba rešitev," je dejala. Poleg vode je večina sečnine, spojina, bogata z dušikom, ki jo telo proizvaja kot stranski proizvod presnove beljakovin. Sečnina je koristna sama: sintetična različica je skupno dušikovo gnojilo (glejte zahteve za dušik). Je pa tudi težavno: v kombinaciji z vodo se sečnina spremeni v amonijak, kar daje urinu svoj značilen vonj. Če se ne vklopi, lahko amonijak vonja, onesnaži zrak in odvzame dragocen dušik. Ta reakcija, ki jo imenujemo hidroliza sečnine, katalizira z vseprisotno encimsko ureazo, lahko vzame več mikrosekund, zaradi česar je ureaza eden najučinkovitejših znanih encimov.
Nekatere metode omogočajo nadaljevanje hidrolize. Raziskovalci EAWAG so razvili napreden postopek, ki hidrolizira urin v koncentrirano hranilno raztopino. Prvič, v akvariju mikroorganizmi pretvorijo hlapni amoniak v nehlapni amonijev nitrat, skupno gnojilo. Destilarna nato koncentrira tekočino. Hčerinska družba z imenom Vuna s sedežem v Dübendorfu si prizadeva za komercializacijo sistema za stavbe in izdelek, imenovan Aurin, ki je bil v Švici odobren za prehrambene rastline prvič na svetu.
Drugi poskušajo ustaviti reakcijo hidrolize tako, da hitro dvignejo ali znižajo pH urina, ki je običajno nevtralen, ko se izloči. Na kampusu Univerze v Michiganu Love sodeluje z neprofitnim inštitutom za obilje Zemlje v Brattleboroju v Vermontu, da bi razvil sistem za stavbe, ki odstranjuje tekočo citronsko kislino iz preusmeritve stranišč in brez vodnih stranišč. Voda izbruhne iz pisoarjev. Urin se nato koncentrira s ponavljajočim se zamrzovanjem in odmrzovanjem5.
Ekipa SLU, ki jo je vodil okoljski inženir Bjorn Witinonos na otoku Gotland, je razvila način, kako se urinu izsuši v trdno sečnino, pomešano z drugimi hranili. Ekipa ocenjuje svoj najnovejši prototip, samostoječe stranišče z vgrajenim sušilnikom, na sedežu švedske družbe za vodo in kanalizacijo VA Syd v Malmöu.
Druge metode so usmerjene v posamezna hranila v urinu. Lahko bi jih lažje vključili v obstoječe dobavne verige za gnojila in industrijske kemikalije, pravi kemični inženir William Tarpeh, nekdanji podoktorski sodelavec pri Love's, ki je zdaj na univerzi Stanford v Kaliforniji.
Pogosta metoda obnavljanja fosforja iz hidroliziranega urina je dodajanje magnezija, ki povzroča padavino gnojila, imenovanega Struvite. Tarpeh eksperimentira z zrnci adsorbentnega materiala, ki lahko selektivno odstrani dušik kot amonia6 ali fosfor kot fosfat. Njegov sistem uporablja drugačno tekočino, imenovano regenerant, ki teče skozi balone, potem ko jim zmanjka. Regenerant vzame hranila in obnovi kroglice za naslednji krog. To je nizkotehnološka, ​​pasivna metoda, vendar so komercialni regenerati slabi za okolje. Zdaj njegova ekipa poskuša narediti cenejše in bolj okolju prijazne izdelke (glejte "Onesnaževanje prihodnosti").
Drugi raziskovalci razvijajo načine za proizvodnjo električne energije z namestitvijo urina v mikrobne gorivne celice. V Cape Townu v Južni Afriki je druga ekipa razvila metodo za izdelavo nekonvencionalnih gradbenih opek z mešanjem bakterij urina, peska in ureaze v kalup. Kalcificirajo v katero koli obliko brez streljanja. Evropska vesoljska agencija razmišlja o urinu astronavtov kot vira za gradnjo stanovanj na Luni.
"Ko razmišljam o široki prihodnosti recikliranja urina in recikliranju odpadne vode, želimo, da bi lahko proizvedli čim več izdelkov," je dejal Tarpeh.
Ker raziskovalci zasledujejo vrsto idej za komodirajoči urin, vedo, da gre za bojni boj, zlasti za uveljavljeno industrijo. Gnojila in prehrambena podjetja, kmetje, proizvajalci stranišč in regulatorji počasi spreminjajo svoje prakse. "Tu je veliko vztrajnosti," je dejal Simcha.
Na primer, na kalifornijski univerzi v Berkeleyju, Raziskovalna in izobraževalna instalacija Laufen Save! To vključuje porabo za arhitekte, gradnjo in izpolnjevanje občinskih predpisov - in to še ni storjeno, je dejal Kevin Ona, okoljski inženir, ki zdaj dela na univerzi West Virginia v Morgantownu. Povedal je, da pomanjkanje obstoječih kodeksov in predpisov povzroča težave pri upravljanju objektov, zato se je pridružil skupini, ki je razvijala nove kode.
Del vztrajnosti je lahko posledica strahu pred odpornostjo na kupce, toda raziskava ljudi iz leta 2021 v 16 državah7 je ugotovila, da je v krajih, kot so Francija, Kitajska in Uganda, pripravljenost zaužiti hrano, obogateno z urinom, skoraj 80% (glej jo bodo ljudje pojedli? ").
Pam Elardo, ki vodi upravo za odpadne vode kot namestnica upravitelja agencije za varstvo okolja v New Yorku, je dejala, da podpira inovacije, kot je preusmeritev urina, saj so ključni cilji njenega podjetja za nadaljnje zmanjšanje onesnaževanja in recikliranje virov. Pričakuje, da bo za mesto, kot je New York, najbolj praktična in stroškovno učinkovita metoda preusmeritve urina v sistemih zunaj omrežja v naknadno opremljanju ali novih stavbah, dopolnjenih z vzdrževalnimi in zbiralnimi operacijami. Če lahko inovatorji rešijo težavo, "bi morali delati," je dejala.
Glede na ta napredek Larsen napoveduje, da množična proizvodnja in avtomatizacija tehnologije preusmeritve urina morda ne bosta daleč. To bo izboljšalo poslovni primer za ta prehod na ravnanje z odpadki. Urinska preusmeritev "je prava tehnika," je dejala. "To je edina tehnologija, ki lahko v razumnem času reši težave s prehranjevanjem na domu. Toda ljudje se morajo odločiti. "
Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, Ng Environment. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, Ng Environment.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. in Love, Ng Environment. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, ng Environment。 Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, ng Environment。Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. in Love, Ng Environment.znanost. tehnologija. 55, 593–603 (2021).
Sutherland, K. et al. Izpraznitev vtisov o preusmeritvenem stranišču. Faza 2: Izdana načrta za potrjevanje Ethekwini City UDDT (Univerza v KwaZulu-Natal, 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. in Buckley, Caj Water Sanit. 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. in Buckley, Caj Water Sanit.Management Exchange 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.Kemična. Mednarodna rajska angleščina. 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 G.).