Objavljeno: 14.2.2022.
Članak uredila i objavila: Andrea Božić
Na Gotlandu, najvećem otoku u Švedskoj, slatke vode je malo. U isto vrijeme, stanovnici se bore s opasnim količinama onečišćenja iz poljoprivrede i kanalizacijskih sustava koje uzrokuje štetno cvjetanje algi u okolnom Baltičkom moru. Oni mogu ubiti ribe i razboljeti ljude. Kako bi pomogao u rješavanju ovog niza ekoloških izazova, otok svoje nade polaže u jednu, malo vjerojatnu tvar koja ih povezuje: ljudski urin.
Počevši od 2021. godine, tim istraživača počeo je surađivati s lokalnom tvrtkom koja iznajmljuje prijenosne toalete. Cilj je prikupiti više od 70.000 litara urina tijekom 3 godine iz bezvodnih pisoara i specijaliziranih zahoda na nekoliko lokacija tijekom ljetne turističke sezone. Tim je sa Švedskog sveučilišta poljoprivrednih znanosti (SLU) u Uppsali. Koristeći proces koji su razvili istraživači, oni suše urin u komade nalik na beton koje pretvaraju u prah i prešaju u pelete gnojiva koji se uklapaju u standardnu poljoprivrednu opremu. Lokalni poljoprivrednici koriste gnojivo za uzgoj ječma koji će ići u pivovaru za proizvodnju piva - koji bi nakon konzumiranja mogao ponovno ući u ciklus.
Istraživači imaju za cilj ponovno korištenje urina “izvan koncepta i u praksi” u velikim razmjerima, kaže Prithvi Simha, inženjer kemijskih procesa u SLU-u i glavni tehnološki direktor Sanitation360. Cilj je pružiti model koji bi regije diljem svijeta mogle slijediti. “Ambicija je da svi, svugdje, rade ovu praksu.”
Projekt Gotland dio je vala sličnih napora diljem svijeta da se urin odvoji od ostatka kanalizacije i da se reciklira u proizvode poput gnojiva. Tu praksu, poznatu kao preusmjeravanje urina, proučavaju, između ostalog, skupine u Sjedinjenim Državama, Australiji, Švicarskoj, Etiopiji i Južnoj Africi. Napori sežu daleko izvan granica sveučilišnih laboratorija. Pisoari bez vode spajaju se na sustave za obradu podruma u uredima u Oregonu i Nizozemskoj. U Parizu se planira ugradnja zahoda za preusmjeravanje mokraće u eko-četvrti od 1000 stanovnika koja se gradi u 14. gradskom okrugu. Europska svemirska agencija postavlja 80 WC-a za preusmjeravanje urina u svoje sjedište u Parizu, koji će početi s radom kasnije ove godine. Prema zagovornicima preusmjeravanja mokraće, moglo bi se vidjeti na mjestima od privremenih vojnih postaja do izbjegličkih kampova, bogatih urbanih centara i velikih sirotinjskih četvrti.
Znanstvenici kažu da bi preusmjeravanje mokraće imalo velike koristi za okoliš i javno zdravlje ako bi se proširilo diljem svijeta. To je dijelom zato što je urin bogat hranjivim tvarima koje bi, umjesto zagađivanja vodenih tijela, mogle ići na gnojidbu usjeva ili hraniti u industrijskim procesima. Prema Simhinim procjenama, ljudi proizvode dovoljno urina da nadomjesti oko jedne četvrtine postojećih dušičnih i fosfornih gnojiva u cijelom svijetu; također sadrži kalij i mnoge mikronutrijente. Povrh toga, neispiranje urina u odvod moglo bi uštedjeti ogromne količine vode i smanjiti opterećenje starenjem i preopterećenim kanalizacijskim sustavima.
Zahvaljujući napretku u zahodima i strategijama vezanim uz mokraću, mnoge komponente preusmjeravanja mokraće uskoro bi mogle biti spremne za široku primjenu, prema stručnjacima na tom području. Ali postoje i velike prepreke radikalnom preustroju jednog od najosnovnijih aspekata života. Istraživači i tvrtke moraju riješiti niz problema, od poboljšanja dizajna WC-a koji preusmjeravaju mokraću do lakšeg tretiranja urina i pretvaranja u vrijedne proizvode. To bi moglo uključivati sustave za kemijsku obradu koji su povezani s pojedinačnim zahodima ili podrumskim uređajima koji opslužuju cijele zgrade, s uslugama preuzimanja i održavanja dobivenog koncentriranog ili skrutnog proizvoda. Zatim, tu su šira pitanja društvene promjene i prihvaćanja, povezana i s različitim razinama kulturnih tabua oko ljudskog otpada i s duboko ukorijenjenim konvencijama o industrijskoj kanalizaciji i prehrambenim sustavima.
Preusmjeravanje i ponovna upotreba mokraće vrsta je "drastičnog preispitivanja načina na koji provodimo sanitaciju ljudi" koji će postati sve važniji kako se društva bore s nestašicom energije, vode i sirovina za poljoprivredu i industriju, kaže biologinja Lynn Broaddus, savjetnica za održivost u Minneapolisu, Minnesota, koji je bivši predsjednik Federacije vodenog okoliša u Aleksandriji, Virginia, udruge stručnjaka za kvalitetu vode iz cijelog svijeta. "Činjenica je da su to vrijedne stvari."
Mješoviti otpad
Nekada je urin bio vrijedna roba. Nekada su ga neka društva koristila za gnojidbu usjeva, štavljenje kože, pranje rublja i proizvodnju baruta. Zatim, u kasnom devetnaestom i ranom dvadesetom stoljeću, moderni model centraliziranog upravljanja kanalizacijom nastao je u Engleskoj i proširio se diljem svijeta, što je u konačnici dovelo do onoga što se naziva mokraćnom sljepoćom.
U ovom modelu zahodi s ispiranjem koriste vodu za brzo slanje urina, fekalija i toaletnog papira u kanalizaciju, gdje se miješa s drugim tekućinama iz kućanstava, industrijskih izvora, a ponekad i s olujnim otjecanjem. U centraliziranim postrojenjima za pročišćavanje, energetski intenzivan proces koristi mikrobe za čišćenje kanalizacije.
Ovisno o lokalnim propisima i stanju uređaja za pročišćavanje, otpadna voda koja se ispušta iz procesa još uvijek može sadržavati puno dušika i drugih hranjivih tvari, kao i neke druge onečišćujuće tvari. A 57% svjetske populacije uopće nije povezano s centraliziranim kanalizacijskim sustavima.
Znanstvenici rade na načinima da centralizirani sustavi budu održiviji i manje zagađuju, ali, počevši od 1990-ih u Švedskoj, neki istraživači počeli su se zalagati za temeljnije promjene. U studiji koja je modelirala sustave upravljanja otpadnim vodama u tri američke savezne države, uspoređivani su konvencionalni sustavi otpadnih voda s hipotetičkim koji preusmjeravaju urin i koriste obnovljene hranjive tvari za zamjenu sintetičkih gnojiva. Predviđali su da bi zajednice s preusmjeravanjem mokraće mogle smanjiti svoje ukupne emisije stakleničkih plinova do 47%, potrošnju energije do 41%, korištenje slatke vode za otprilike polovicu i onečišćenje nutrijentima iz otpadnih voda do 64%, ovisno o korištene tehnologije.
Ipak, koncept je ostao niša, uglavnom ograničen na područja izvan mreže, kao što su sjevernoeuropska eko-sela, ruralni gospodarski objekti i razvojni projekti u okruženjima s niskim prihodima.
Koristi se za urin
Odvajanje urina samo je prvi korak u preobrazbi sanitarnih uvjeta. Sljedeći dio projekta je što učiniti s njim. U ruralnim područjima ljudi bi ga mogli pohraniti u bačve kako bi ubili sve patogene, a zatim ga nanosili na polja. Svjetska zdravstvena organizacija daje smjernice za ovu praksu.
Foto: Dobitnik nagrade za dizajn u Švicarskoj 2021: Save! wc školjka za odvajanje urina iz Laufena nagrađena je za svoj održiv dizajn usmjeren prema budućnosti.
Ali urbane sredine su složenije - i tu se proizvodi najviše urina. Nije praktično dodati zaseban set kanalizacijskih cijevi u cijelom gradu kako bi se urin premjestio na središnje mjesto. A budući da je urin oko 95% vode, preskup je za skladištenje i transport. Stoga se istraživači usredotočuju na sušenje, koncentriranje ili na drugi način izvlačenje hranjivih tvari iz urina na razini zahoda ili zgrade, ostavljajući vodu iza sebe. Ovo nije lako, kaže Larsen. Iz inženjerske perspektive, "urin je gadno rješenje", kaže ona. Osim vode, najveći dio je urea, spoj bogat dušikom koji tijela proizvode kao nusproizvod metabolizma proteina. Urea je sama po sebi korisna: sintetička verzija je uobičajeno dušično gnojivo. Ali to je također zeznuto: kada se kombinira s vodom, urea se pretvara u plin amonijak, koji pomaže da urinu dobije karakterističan miris. Ako nije sadržan, amonijak smrdi, zagađuje zrak i odnosi vrijedan dušik. Katalizirana raširenim enzimom ureazom, ova reakcija, nazvana hidroliza uree, može potrajati mikrosekunde, što ureazu čini jednim od najučinkovitijih poznatih enzima.
Neki pristupi omogućuju nastavak hidrolize. Istraživači iz Eawaga razvili su napredni proces pretvaranja hidroliziranog urina u koncentriranu otopinu hranjivih tvari. Prvo, u spremniku mikroorganizmi pretvaraju hlapljivi amonijak u nehlapljivi amonijev nitrat, koji je uobičajeno gnojivo. Zatim destilator koncentrira tekućinu. Spin-off tvrtka pod nazivom Vuna, također u Dübendorfu, radi na komercijalizaciji sustava za korištenje u zgradama i proizvoda pod nazivom Aurin, koji je odobren u Švicarskoj za upotrebu na jestivim biljkama - prvi u svijetu.
Drugi pokušavaju zaustaviti reakciju hidrolize brzim podizanjem ili snižavanjem pH urina, koji je obično neutralan kada izađe iz tijela. Na kampusu na Sveučilištu Michigan, suradnja između Love i neprofitnog instituta Rich Earth u Brattleborou, Vermont, razvija sustav za zgrade koji ubrizgava tekuću limunsku kiselinu niz cijevi WC-a za preusmjeravanje mokraće i pisoara bez vode. Zatim koncentrira mokraću kroz ponovljeno zamrzavanje i odmrzavanje.
Tim SLU-a koji radi na projektu na otoku Gotland, pod vodstvom inženjera zaštite okoliša Björna Vinneråsa, razradio je kako osušiti urin u čvrstu ureu pomiješanu s drugim hranjivim tvarima.
Tim ocjenjuje svoj najnoviji prototip, samostalni WC s ugrađenom sušilicom, u sjedištu švedskog javnog poduzeća za vodu i otpadnu vodu VA SYD u Malmöu.
Druge metode ciljaju pojedinačne hranjive tvari iz urina. Oni bi se lakše mogli ubaciti u postojeće lance opskrbe gnojivima i industrijskim kemikalijama, kaže kemijski inženjer William Tarpeh, bivši postdoktor Love's koji je sada na Sveučilištu Stanford u Kaliforniji.
Jedan dobro uspostavljen način obnavljanja fosfora iz hidroliziranog urina je dodavanje magnezija, koji uzrokuje taloženje gnojiva zvanog struvit. A Tarpeh eksperimentira s kuglicama adsorpcijskih materijala koji selektivno izdvajaju dušik u obliku amonijaka ili fosfor u obliku fosfata. Njegov sustav koristi drugu tekućinu, zvanu regenerant, da teče preko zrna nakon što se potroše. Regenerans nosi hranjive tvari i obnavlja zrnca za još jedan krug. To je niskotehnološka, pasivna metoda, ali komercijalni regeneranti su štetni za okoliš. Njegov tim sada pokušava napraviti one koji su jeftiniji i ekološki prihvatljiviji.
Drugi istraživači razvijaju načine za proizvodnju električne energije stavljanjem urina u mikrobne gorivne ćelije. U Cape Townu, Južnoafrička Republika, drugi je tim razvio metodu za izradu nekonvencionalne građevinske cigle kombiniranjem urina, pijeska i bakterija koje proizvode ureazu u kalupu; oni se kalciraju u bilo koji oblik bez potrebe za pečenjem. A Europska svemirska agencija promatra urin astronauta kao resurs za izgradnju staništa na Mjesecu.
"Kada razmišljam o velikoj budućnosti oporavka urina i otpadnih voda, želimo biti u mogućnosti napraviti što više proizvoda", kaže Tarpeh.
Dok istraživači tragaju za mnoštvom ideja za pretvaranje urina u robu, znaju da je to teška bitka, osobito s ukorijenjenim industrijama. Tvrtke za proizvodnju gnojiva i hrane, farmeri, proizvođači zahoda i regulatori sporo unose velike promjene u svoju praksu. "Ima dosta inercije", kaže Simha.
Dio inercije može biti posljedica zabrinutosti oko otpora kupaca, ali anketa iz 2021. među ljudima u 16 zemalja7 pokazala je da se spremnost na konzumiranje hrane oplođene mokraćom približila 80% u mjestima kao što su Francuska, Kina i Uganda (pogledajte „Hoće li je ljudi jesti ?').
Pam Elardo, koja vodi Ured za pročišćavanje otpadnih voda kao zamjenica povjerenika u Odjelu za zaštitu okoliša grada New Yorka, kaže da podržava inovacije kao što je preusmjeravanje urina, jer su daljnje smanjenje onečišćenja i obnavljanje resursa ključni ciljevi za njezinu korisnost. Ona predviđa da bi najpraktičniji i najisplativiji pristup preusmjeravanju urina za grad kao što je New York bili sustavi izvan mreže za renovirane ili nove zgrade uz podršku operacijama održavanja i prikupljanja. Ako inovatori to mogu riješiti, kaže ona, "trebali bi to učiniti".
S obzirom na napredak, Larsen predviđa da bi masovna proizvodnja i automatizacija tehnologija za preusmjeravanje urina mogli biti iza ugla. A to bi poboljšalo poslovne slučajeve za ovu transformaciju u postupanju s otpadom. Preusmjeravanje urina "prava je tehnologija", kaže ona. “To je jedina tehnologija koja može riješiti problem nutrijenata iz kućanstava u razumnom roku. Ali ljudi se moraju usuditi.”
Pripremila: Astrid Werbolle
Izvor: Nature
Fotografije: Webgradnja.hr
