Takk for at du besøker Nature.com.Nettleserversjonen du bruker har begrenset CSS-støtte.For den beste opplevelsen anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller deaktiverer kompatibilitetsmodus i Internet Explorer).I mellomtiden, for å sikre fortsatt støtte, vil vi gjengi nettstedet uten stiler og JavaScript.
Chelsea Wold er en frilansjournalist basert i Haag, Nederland og forfatter av Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets.
Spesialiserte toalettsystemer trekker ut nitrogen og andre næringsstoffer fra urin for bruk som gjødsel og andre produkter.Bildekreditt: MAK/Georg Mayer/EOOS NESTE
Gotland, Sveriges største øy, har lite ferskvann.Samtidig sliter innbyggerne med farlige nivåer av forurensning fra landbruk og kloakk som forårsaker skadelig algeoppblomstring rundt Østersjøen.De kan drepe fisk og gjøre folk syke.
For å bidra til å løse denne serien av miljøproblemer, setter øya sitt håp til det ene usannsynlige stoffet som binder dem: menneskelig urin.
Fra og med 2021 begynte forskerteamet å samarbeide med et lokalt selskap som leier ut bærbare toaletter.Målet er å samle mer enn 70 000 liter urin over en 3-års periode i vannløse urinaler og dedikerte toaletter på flere steder i løpet av sommerens turistsesong.Teamet kom fra Sveriges jordbruksuniversitet (SLU) i Uppsala, som har skilt ut et selskap kalt Sanitation360.Ved hjelp av en prosess forskerne utviklet, tørket de urinen til betonglignende biter, som de deretter malte til pulver og presset til gjødselgranulat som passer til standard gårdsutstyr.Lokale bønder bruker gjødselen til å dyrke bygg, som deretter sendes til bryggerier for å produsere øl som kan gå tilbake i syklusen etter konsum.
Prithvi Simha, kjemisk ingeniør ved SLU og CTO for Sanitation360, sa at forskernes mål er å "gå utover konseptet og sette ut i livet" gjenbruk av urin i stor skala.Målet er å gi en modell som kan etterlignes over hele verden."Målet vårt er at alle, overalt, skal gjøre denne øvelsen."
I et forsøk på Gotland ble uringjødslet bygg (til høyre) sammenlignet med ugjødslede planter (i midten) og med mineralgjødsel (til venstre).Bildekreditt: Jenna Senecal.
Gotland-prosjektet er en del av en lignende verdensomspennende innsats for å skille urin fra annet avløpsvann og resirkulere det til produkter som gjødsel.Praksisen, kjent som urinavledning, blir studert av grupper i blant annet USA, Australia, Sveits, Etiopia og Sør-Afrika.Denne innsatsen går langt utover universitetslaboratorier.Vannløse urinaler er koblet til kjelleravfallssystemer på kontorer i Oregon og Nederland.Paris planlegger å installere urinavledende toaletter i en økosone med 1000 innbyggere som bygges i byens 14. arrondissement.Den europeiske romfartsorganisasjonen vil plassere 80 toaletter ved hovedkvarteret i Paris, som vil starte sin virksomhet senere i år.Tilhengere av urinavledning sier at det kan finne bruk på steder som spenner fra provisoriske militære utposter til flyktningleirer, velstående bysentre og vidstrakte slumområder.
Forskere sier at urinavledning, hvis den brukes i stor skala rundt om i verden, kan gi store fordeler for miljøet og folkehelsen.Dette er blant annet fordi urin er rik på næringsstoffer som ikke forurenser vannmasser og kan brukes til å gjødsle avlinger eller i industrielle prosesser.Simha anslår at mennesker produserer nok urin til å erstatte omtrent en fjerdedel av verdens nåværende nitrogen- og fosfatgjødsel;den inneholder også kalium og mange sporstoffer (se "Bestanddele i urin").Det beste av alt er at ved å ikke skylle urin i avløpet sparer du mye vann og reduserer belastningen på et aldrende og overbelastet kloakksystem.
I følge eksperter på området kan mange urinavledningskomponenter snart bli allment tilgjengelige takket være fremskritt innen toaletter og urinavhendingsstrategier.Men det er også store hindringer for fundamental endring i et av livets mest grunnleggende aspekter.Forskere og bedrifter må håndtere et utall av utfordringer, fra å forbedre utformingen av urinavledende toaletter til å gjøre urin enklere å behandle og gjøre om til verdifulle produkter.Dette kan inkludere kjemiske behandlingssystemer koblet til individuelle toaletter eller kjellerutstyr som betjener hele bygningen og gir tjenester for gjenvinning og vedlikehold av det resulterende konsentrerte eller herdede produktet (se "Fra urin til produkt").I tillegg er det bredere spørsmål om sosial endring og aksept, knyttet både til de varierende gradene av kulturelle tabuer knyttet til menneskelig avfall og til dyptliggende konvensjoner om industrielt avløpsvann og matsystemer.
Mens samfunnet kjemper med mangel på energi, vann og råvarer for landbruk og industri, er urinavledning og gjenbruk "en stor utfordring for hvordan vi sørger for sanitærforhold," sier biolog Lynn Broaddus, en Minneapolis-basert bærekraftskonsulent..«En sjanger som vil bli stadig viktigere.Minnesota, var han tidligere president for Aquatic Federation of Alexandria, Va., en verdensomspennende sammenslutning av fagfolk innen vannkvalitet."Det er faktisk noe av verdi."
En gang i tiden var urin en verdifull vare.Tidligere brukte noen samfunn det til å gjødsle avlinger, lage skinn, vaske klær og lage krutt.Så, på slutten av 1800- og begynnelsen av 1900-tallet, oppsto den moderne modellen for sentralisert avløpsvannhåndtering i Storbritannia og spredte seg over hele verden, og kulminerte med den såkalte urinblindheten.
I denne modellen bruker toaletter vann for raskt å drenere urin, avføring og toalettpapir ned i avløpet, blandet med andre væsker fra husholdningskilder, industrielle kilder, og noen ganger stormavløp.I sentraliserte avløpsrenseanlegg bruker energikrevende prosesser mikroorganismer for å rense avløpsvann.
Avhengig av lokale regler og forhold for renseanlegget, kan avløpsvannet som slippes ut fra denne prosessen fortsatt inneholde betydelige mengder nitrogen og andre næringsstoffer, samt noen andre forurensninger.57 % av verdens befolkning er ikke koblet til et sentralisert kloakksystem i det hele tatt (se "Menneskelig kloakk").
Forskere jobber med å gjøre sentraliserte systemer mer bærekraftige og mindre forurensende, men fra og med Sverige på 1990-tallet, presser noen forskere på for mer grunnleggende endringer.Fremskritt på slutten av rørledningen er "bare enda en utvikling av den samme forbanna tingen," sa Nancy Love, en miljøingeniør ved University of Michigan i Ann Arbor.Å avlede urin vil være "transformativ," sier hun.I studie 1, som simulerte avløpshåndteringssystemer i tre amerikanske stater, sammenlignet hun og hennes kolleger konvensjonelle avløpsvannbehandlingssystemer med hypotetiske avløpsvannbehandlingssystemer som avleder urin og bruker gjenvunnede næringsstoffer i stedet for syntetisk gjødsel.De anslår at lokalsamfunn som bruker urinavledning kan redusere de samlede klimagassutslippene med 47 %, energiforbruket med 41 %, ferskvannsforbruket med omtrent halvparten og næringsforurensning av avløpsvann med 64 %.teknologi som brukes.
Konseptet forblir imidlertid nisje og stort sett begrenset til autonome områder som skandinaviske økolandsbyer, landlige uthus og utvikling i lavinntektsområder.
Tove Larsen, kjemiingeniør ved det sveitsiske føderale instituttet for akvatisk vitenskap og teknologi (Eawag) i Dübendorf, sier mye av etterslepet skyldes toalettene i seg selv.Først introdusert på markedet på 1990- og 2000-tallet, har de fleste urinavledende toaletter en liten vask foran seg for å samle opp væsken, en innstilling som krever nøye målretting.Andre design inkluderer fotdrevne transportbånd som lar urin renne når gjødselen transporteres til kompostbeholderen, eller sensorer som betjener ventiler for å lede urin til et eget utløp.
Et prototypetoalett som separerer urin og tørker den til et pulver testes ved hovedkvarteret til det svenske vann- og avløpsselskapet VA SYD i Malmö.Bildekreditt: EOOS NESTE
Men i eksperimentelle og demonstrasjonsprosjekter i Europa har folk ikke omfavnet bruken deres, sa Larsen og klaget over at de er for store, stinkende og upålitelige."Vi ble virkelig skremt av temaet toaletter."
Disse bekymringene hjemsøkte den første storskala bruken av urinavledende toaletter, et prosjekt i den sørafrikanske byen Ethekwini på 2000-tallet.Anthony Odili, som studerer helseledelse ved University of KwaZulu-Natal i Durban, sa at den plutselige utvidelsen av byens grenser etter apartheid har resultert i at myndighetene har tatt over noen fattige landlige områder uten toalett- og vanninfrastruktur.
Etter kolerautbruddet i august 2000, satte myndighetene raskt ut flere sanitæranlegg som møtte økonomiske og praktiske begrensninger, inkludert rundt 80 000 urinavledende tørre toaletter, hvorav de fleste fortsatt er i bruk i dag.Urin renner ned i jorden under toalettet, og avføring havner i et lager som byen har tømt hvert femte år siden 2016.
Odili sa at prosjektet har skapt tryggere sanitæranlegg i området.Samfunnsvitenskapelig forskning har imidlertid identifisert mange problemer med programmet.Til tross for forestillingen om at toaletter er bedre enn ingenting, viste studier, inkludert noen av studiene han deltok i, senere at brukere generelt misliker dem, sa Odili.Mange av dem er bygget med materialer av dårlig kvalitet og er ukomfortable å bruke.Mens slike toaletter teoretisk sett skal forhindre lukt, havner urinen i eThekwini-toaletter ofte i avføringsmagasinet, og skaper en forferdelig lukt.I følge Odili kunne folk "ikke puste normalt."Dessuten brukes urin praktisk talt ikke.
Til syvende og sist, ifølge Odili, var beslutningen om å innføre urinavledende tørrtoaletter ovenfra og ned og tok ikke hensyn til folks preferanser, hovedsakelig av folkehelsemessige årsaker.En studie fra 20173 fant at mer enn 95 % av eThekwinis respondenter ønsket tilgang til de praktiske, luktfrie toalettene som ble brukt av byens velstående hvite innbyggere, og mange planla å installere dem når forholdene tillot det.I Sør-Afrika har toaletter lenge vært et symbol på rasemessig ulikhet.
Imidlertid kan det nye designet være et gjennombrudd innen urinavledning.I 2017, ledet av designer Harald Grundl, i samarbeid med Larsen og andre, lanserte det østerrikske designfirmaet EOOS (spunnet av EOOS Next) en urinfelle.Dette eliminerer behovet for brukeren å sikte, og urinavledningsfunksjonen er nesten usynlig (se "Ny type toalett").
Den bruker vannets tendens til å feste seg til overflater (kalt vannkoker-effekten fordi den fungerer som en kjipt vannkoker) til å lede urin fra fronten av toalettet inn i et eget hull (se "Hvordan resirkulere urin"). Utviklet med finansiering fra Bill & Melinda Gates Foundation i Seattle, Washington, som har støttet et bredt spekter av forskning på toalettinnovasjon for lavinntektsmiljøer, kan urinfellen integreres i alt fra avanserte keramiske sokkelmodeller til plastknebøy. panner. Utviklet med finansiering fra Bill & Melinda Gates Foundation i Seattle, Washington, som har støttet et bredt spekter av forskning på toalettinnovasjon for lavinntektsmiljøer, kan urinfellen integreres i alt fra avanserte keramiske sokkelmodeller til plastknebøy. panner. Utviklet med finansiering fra Bill & Melinda Gates Foundation i Seattle, Washington, som har støttet et bredt spekter av lavinntektsforskning innen toalettinnovasjon, kan urinfellen bygges inn i alt fra modeller med keramiske sokkel til knebøy i plast.potter. Utviklet med finansiering fra Bill & Melinda Gates Foundation i Seattle, Washington, som støtter omfattende forskning på lavinntekts toalettinnovasjon, kan urinsamleren bygges inn i alt fra avanserte keramikkbaserte modeller til knebøy i plast.Den sveitsiske produsenten LAUFEN lanserer allerede et produkt kalt "Lagre!"for det europeiske markedet, selv om kostnadene er for høye for mange forbrukere.
University of KwaZulu-Natal og eThekwini City Council tester også versjoner av urinfelletoaletter som kan avlede urin og skylle ut partikler.Denne gangen fokuserer studien mer på brukere.Odie er optimistisk på at folk vil foretrekke de nye urinavledende toalettene fordi de lukter bedre og er lettere å bruke, men han konstaterer at menn må sette seg ned for å urinere, noe som er et stort kulturskifte.Men hvis toaletter «også blir adoptert og adoptert av høyinntektsbydeler – av mennesker med forskjellig etnisk bakgrunn – vil det virkelig bidra til å spre seg,» sa han."Vi må alltid ha en raselinse," la han til, for å sikre at de ikke utvikler noe som blir sett på som "bare svart" eller "bare dårlig."
Urinseparasjon er bare det første trinnet i å transformere sanitærforhold.Den neste delen er å finne ut hva du skal gjøre med det.I landlige områder kan folk lagre det i kar for å drepe eventuelle patogener og deretter bruke det på jordbruksland.Verdens helseorganisasjon gir anbefalinger for denne praksisen.
Men bymiljøet er mer komplisert – det er her det meste av urinen produseres.Det vil ikke være praktisk å bygge flere separate kloakk over hele byen for å levere urin til et sentralt sted.Og fordi urin er omtrent 95 prosent vann, er det for dyrt å lagre og transportere.Derfor fokuserer forskere på å tørke, konsentrere eller på annen måte trekke ut næringsstoffer fra urin på nivå med et toalett eller en bygning, og etterlate vann.
Det blir ikke lett, sa Larson.Fra et teknisk synspunkt er "piss en dårlig løsning," sa hun.I tillegg til vann er hoveddelen urea, en nitrogenrik forbindelse som kroppen produserer som et biprodukt av proteinmetabolismen.Urea er nyttig alene: den syntetiske versjonen er en vanlig nitrogengjødsel (se Nitrogenkrav).Men det er også vanskelig: når det kombineres med vann, blir urea til ammoniakk, som gir urinen dens karakteristiske lukt.Hvis den ikke er slått på, kan ammoniakk lukte, forurense luften og ta bort verdifullt nitrogen.Katalysert av det allestedsnærværende enzymet urease, kan denne reaksjonen, kalt ureahydrolyse, ta flere mikrosekunder, noe som gjør urease til et av de mest effektive enzymene som er kjent.
Noen metoder lar hydrolyse fortsette.Eawag-forskere har utviklet en avansert prosess som gjør hydrolysert urin til en konsentrert næringsløsning.For det første, i akvariet, konverterer mikroorganismer flyktig ammoniakk til ikke-flyktig ammoniumnitrat, en vanlig gjødsel.Destilleriet konsentrerer deretter væsken.Et datterselskap kalt Vuna, også basert i Dübendorf, jobber med å kommersialisere et system for bygninger og et produkt kalt Aurin, som er godkjent i Sveits for matplanter for første gang i verden.
Andre prøver å stoppe hydrolysereaksjonen ved raskt å heve eller senke pH i urinen, som vanligvis er nøytral når den skilles ut.På campus ved University of Michigan samarbeider Love med det ideelle organisasjonen Earth Abundance Institute i Brattleboro, Vermont, for å utvikle et system for bygninger som fjerner flytende sitronsyre fra avledningstoaletter og vannløse toaletter.Vann bryter ut fra urinaler.Urinen konsentreres deretter ved gjentatt frysing og tining5.
Et SLU-team ledet av miljøingeniør Bjorn Winneros på øya Gotland utviklet en måte å tørke urin til fast urea blandet med andre næringsstoffer.Teamet vurderer sin nyeste prototype, et frittstående toalett med innebygd tørketrommel, ved hovedkvarteret til det svenske vann- og avløpsselskapet VA SYD i Malmö.
Andre metoder retter seg mot individuelle næringsstoffer i urinen.De kan lettere integreres i eksisterende forsyningskjeder for gjødsel og industrikjemikalier, sier kjemiingeniør William Tarpeh, en tidligere postdoktor ved Love's som nå er ved Stanford University i California.
En vanlig metode for å gjenopprette fosfor fra hydrolysert urin er tilsetning av magnesium, som forårsaker utfelling av en gjødsel kalt struvitt.Tarpeh eksperimenterer med granuler av adsorberende materiale som selektivt kan fjerne nitrogen som ammoniakk6 eller fosfor som fosfat.Systemet hans bruker en annen væske kalt regenereringsmiddel som strømmer gjennom ballongene etter at de går tom.Regeneranten tar næringsstoffene og fornyer ballene til neste runde.Dette er en lavteknologisk, passiv metode, men kommersielle regenerater er dårlige for miljøet.Nå prøver teamet hans å lage billigere og mer miljøvennlige produkter (se "Fremtidens forurensning").
Andre forskere utvikler måter å generere elektrisitet på ved å plassere urin i mikrobielle brenselceller.I Cape Town, Sør-Afrika, har et annet team utviklet en metode for å lage ukonvensjonelle byggeklosser ved å blande urin, sand og ureaseproduserende bakterier i en form.De kalker til hvilken som helst form uten å brenne.Den europeiske romfartsorganisasjonen vurderer urin fra astronauter som en ressurs for å bygge boliger på månen.
"Når jeg tenker på den brede fremtiden for resirkulering av urin og avløpsvann, ønsker vi å kunne produsere så mange produkter som mulig," sa Tarpeh.
Ettersom forskere forfølger en rekke ideer for kommodifisering av urin, vet de at det er en oppoverbakke kamp, ​​spesielt for en forankret industri.Gjødsel- og matvareselskaper, bønder, toalettprodusenter og regulatorer har vært trege med å gjøre betydelige endringer i praksisen sin."Det er mye treghet her," sa Simcha.
For eksempel, ved University of California, Berkeley, sparer forsknings- og utdanningsinstallasjonen til LAUFEN!Det inkluderer utgifter til arkitekter, bygging og etterlevelse av kommunale forskrifter - og det er ikke gjort ennå, sa Kevin Ona, en miljøingeniør som nå jobber ved West Virginia University i Morgantown.Han sa at mangelen på eksisterende koder og forskrifter skapte problemer for forvaltningen av anleggene, så han ble med i gruppen som utviklet nye koder.
En del av tregheten kan skyldes frykt for motstand fra kunder, men en undersøkelse fra 2021 blant mennesker i 16 land7 fant at i steder som Frankrike, Kina og Uganda var viljen til å konsumere urinberiket mat nær 80 % (se Vil folk spise den?').
Pam Elardo, som leder Wastewater Administration som nestleder for New York City Environmental Protection Agency, sa at hun støtter innovasjoner som urinavledning da selskapets hovedmål er å redusere forurensning og resirkulere ressurser ytterligere.Hun forventer at for en by som New York vil den mest praktiske og kostnadseffektive metoden for å avlede urin være off-grid systemer i ettermontering eller nye bygninger, supplert med vedlikehold og oppsamlingsoperasjoner.Hvis innovatører kan løse et problem, "bør de fungere," sa hun.
Gitt disse fremskrittene spår Larsen at masseproduksjon og automatisering av urinavledningsteknologi kanskje ikke er langt unna.Dette vil forbedre forretningsgrunnlaget for denne overgangen til avfallshåndtering.Urinavledning "er den riktige teknikken," sa hun."Dette er den eneste teknologien som kan løse hjemmespisingsproblemer på rimelig tid.Men folk må bestemme seg.»
Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Environ.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. og Love, NG Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Environ.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. og Love, NG Environ.vitenskapen.teknologi.55, 593–603 (2021).
Sutherland, K. et al.Tømmende avtrykk av et avlede toalett.Fase 2: Utgivelse av eThekwini City UDDT-valideringsplan (University of 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.og 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.og Buckley, CAJ Water Sanit.Exchange Management 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.Kjemisk.Internasjonalt paradis engelsk.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.).