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Chelsea Wold ist ein freiberuflicher Journalist in Den Haag, Niederlande und Autor von Daydream: Eine dringende globale Suche nach Toiletten.
Spezialisierte Toilettensysteme extrahieren Stickstoff und andere Nährstoffe aus dem Urin für die Verwendung als Dünger und andere Produkte. Bildnachweis: Mak/Georg Mayer/Eoos als nächstes
Gotland, Schwedens größte Insel, hat wenig frisches Wasser. Gleichzeitig haben sich die Bewohner mit gefährlichen Verschmutzungsniveaus durch Landwirtschafts- und Abwassersysteme, die schädliche Algenblüten rund um die Ostsee verursachen. Sie können Fische töten und Menschen krank machen.
Um diese Reihe von Umweltproblemen zu lösen, hofft die Insel auf die eine unwahrscheinliche Substanz, die sie bindet: menschlicher Urin.
Ab 2021 begann das Forschungsteam mit einem lokalen Unternehmen zusammenzuarbeiten, das tragbare Toiletten mietet. Ziel ist es, über einen Zeitraum von 3 Jahren in wasserlosen Urinalen und engagierten Toiletten an mehreren Orten während der Sommer-Touristen-Saison mehr als 70.000 Liter Urin zu sammeln. Das Team stammte von der schwedischen Universität für Landwirtschaftswissenschaften (SLU) in Uppsala, die von einem Unternehmen namens Sanitation360 abgeschaltet wurde. Mit einem Prozess, den die Forscher entwickelten, trockneten sie den Urin in konkrete Stücke, die sie dann zu Pulver mahlen und in Düngemittel-Granulate gedrückt wurden, die standardmäßige landwirtschaftliche Geräte passen. Lokale Landwirte verwenden den Dünger, um Gerste anzubauen, das dann an Brauereien gesendet wird, um Ale zu produzieren, die nach dem Verbrauch wieder in den Zyklus zurückkehren können.
Prithvi Simha, Chemieingenieur an der SLU und CTO von Sanitär360, sagte, das Ziel der Forscher sei es, "über das Konzept hinauszugehen und in die Praxis umzusetzen" Urin -Wiederverwendung in großem Maßstab. Ziel ist es, ein Modell bereitzustellen, das weltweit emuliert werden kann. "Unser Ziel ist es für alle, überall, diese Übung zu machen."
In einem Experiment in Gotland wurde der Urin-befruchtete Gerste (rechts) mit nicht verwirrten Pflanzen (Mitte) und mit mineralischen Düngemitteln (links) verglichen. Bildnachweis: Jenna Senecal.
Das Gotland -Projekt ist Teil einer ähnlichen weltweiten Anstrengung, den Urin von anderen Abwasser zu trennen und in Produkte wie Dünger zu recyceln. Die Praxis, die als Urinumleitung bekannt ist, wird unter anderem von Gruppen in den USA, Australien, der Schweiz, Äthiopien und Südafrika untersucht. Diese Bemühungen gehen weit über die Universitätslabors hinaus. Wasserlose Urinale sind mit Kellerentsorgungssystemen in Büros in Oregon und den Niederlanden verbunden. Paris plant, die Toiletten von Urin-Divers in einem 1000-Rollen-Ecozone in der 14. Arrondissement der Stadt zu installieren. Die Europäische Weltraumagentur wird 80 Toiletten in der Pariser Hauptquartier platzieren, die im Laufe dieses Jahres den Betrieb beginnen werden. Befürworter von Urinumleitungen sagen, dass es Verwendungszwecke an Orten finden könnte, die von provisorischen militärischen Außenposten bis hin zu Flüchtlingslagern, wohlhabenden städtischen Zentren und weitläufigen Slums reichen.
Wissenschaftler sagen, dass die Ablenkung im Urin, wenn sie in großem Umfang weltweit eingesetzt werden, enorme Vorteile für die Umwelt und die öffentliche Gesundheit bringen könnte. Dies liegt teilweise daran, dass Urin reich an Nährstoffen ist, die keine Gewässer verschmutzen und zur Düngung von Pflanzen oder in industriellen Prozessen verwendet werden können. Simha schätzt, dass Menschen genügend Urin produzieren, um etwa ein Viertel der aktuellen Stickstoff- und Phosphatdünger der Welt zu ersetzen. Es enthält auch Kalium und viele Spurenelemente (siehe „Bestandteile im Urin“). Das Beste ist, wenn Sie den Urin nicht im Abfluss entspülen, sparen Sie viel Wasser und verringern die Belastung eines alternden und überlasteten Abwassersystems.
Laut Experten auf diesem Gebiet können viele Urinumlenkungskomponenten aufgrund Fortschritte in Toiletten und Urinentsorgungsstrategien bald weit verbreitet sein. Es gibt aber auch große Hindernisse für die grundlegende Veränderung in einem der grundlegendsten Aspekte des Lebens. Forscher und Unternehmen müssen eine Vielzahl von Herausforderungen bewältigen, von der Verbesserung des Designs von Toiletten im Urin bis hin zur Erleichterung von Urin und zu wertvollen Produkten. Dies kann chemische Behandlungssysteme umfassen, die mit einzelnen Toiletten oder Kellergeräten verbunden sind, die das gesamte Gebäude bedienen, und die Bereitstellung von Dienstleistungen für die Wiederherstellung und Wartung des resultierenden konzentrierten oder gehärteten Produkts (siehe „von Urin zu Produkt“). Darüber hinaus gibt es breitere Probleme mit sozialem Wandel und Akzeptanz, die sowohl mit den unterschiedlichen Grad kultureller Tabus im Zusammenhang mit menschlichen Abfällen als auch mit tief sitzenden Konventionen über industrielle Abwasser- und Lebensmittelsysteme verbunden sind.
Da sich die Gesellschaft mit Energie, Wasser und Rohstoffen für Landwirtschaft und Industrie mangelt, ist Urinumleitung und Wiederverwendung „eine große Herausforderung für die Bereitstellung von Hygiene“, sagt Biologe Lynn Broaddus, ein in Minneapolis ansässiger Nachhaltigkeitsberater. . „Ein Genre, das immer wichtiger wird. Minnesota, er war der frühere Präsident der Aquatischen Föderation von Alexandria, Virginia, einer weltweiten Vereinigung von Fachleuten der Wasserqualität. "Es ist eigentlich etwas Wertvolles."
Es war einmal eine wertvolle Ware. In der Vergangenheit verwendeten einige Gesellschaften es, um Pflanzen zu düngen, Leder zu machen, Kleidung zu waschen und Schießpulver zu machen. Im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert entstand in Großbritannien das moderne Modell des zentralisierten Abwassermanagements in Großbritannien und breitete sich auf der ganzen Welt aus und gipfelte in der sogenannten Harnblindheit.
In diesem Modell verwenden Toiletten Wasser, um den Urin, Kot und Toilettenpapier schnell im Abfluss abzulassen, gemischt mit anderen Flüssigkeiten aus häuslichen, industriellen Quellen und manchmal Sturmabläufen. In zentralisierten Abwasserbehandlungsanlagen verwenden energieintensive Prozesse Mikroorganismen zur Behandlung von Abwasser.
Abhängig von den örtlichen Regeln und Bedingungen der Kläranlage kann das aus diesem Verfahren abgeleitete Abwasser immer noch erhebliche Mengen an Stickstoff und anderen Nährstoffen sowie einige andere Verunreinigungen enthalten. 57% der Weltbevölkerung sind überhaupt nicht mit einem zentralisierten Abwassersystem verbunden (siehe „menschliches Abwasser“).
Wissenschaftler arbeiten daran, zentralisierte Systeme nachhaltiger und weniger verschmutzt zu gestalten, aber angefangen mit Schweden in den neunziger Jahren drängen einige Forscher auf grundlegende Veränderungen. Fortschritte am Ende der Pipeline sind „nur eine weitere Entwicklung des gleichen verdammten Ding“, sagte Nancy Love, Umweltingenieurin an der Universität von Michigan in Ann Arbor. Der Umleitungsurin wird „transformativ“ sein, sagt sie. In Studie 1, in der die Abwassermanagementsysteme in drei US -Bundesstaaten simulierten, verglichen sie und ihre Kollegen herkömmliche Abwasserbehandlungssysteme mit hypothetischen Abwasserbehandlungssystemen, die Urin umleiten und gewonnene Nährstoffe anstelle von synthetischen Düngemitteln verwenden. Sie schätzen, dass Gemeinschaften, die Urinumleitung verwenden, die Gesamt -Treibhausgasemissionen um 47%, den Energieverbrauch um 41%, den Süßwasserverbrauch um etwa die Hälfte und die Nährstoffverschmutzung des Abwassers um 64%verringern können. Technologie verwendet.
Das Konzept bleibt jedoch Nische und beschränkt sich jedoch weitgehend auf autonome Gebiete wie skandinavische Öko-Villagen, ländliche Nebengebäude und Entwicklungen in Gebieten mit niedrigem Einkommen.
Tove Larsen, ein Chemieingenieur am Schweizer Federal Institute for Aquic Science and Technology (EAWAG) in Dübendorf, sagt, ein Großteil des Rückstands sei durch die Toiletten selbst verursacht. Die meisten Urin-Denner-Toiletten, die in den neunziger und 2000er Jahren erstmals auf den Markt gebracht wurden, haben ein kleines Becken vor sich, um die Flüssigkeit zu sammeln, eine Einstellung, die sorgfältiges Targeting erfordert. Weitere Auszeichnungen sind fußbetriebene Förderbänder, die das Abtropfen des Urins beim Transport der Gülle zum Kompostbehälter ermöglichen, oder Sensoren, die Ventile zum Leiten von Urin in eine separate Auslass betreiben.
Eine Prototyp -Toilette, die den Urin trennt und in ein Pulver trocknet, wird am Hauptquartier des schwedischen Wasser- und Kanalunternehmens VA Syd in Malmö getestet. Bildnachweis: Eoos als nächstes
In experimentellen und Demonstrationsprojekten in Europa haben sich die Menschen jedoch nicht für ihre Verwendung angenommen, sagte Larsen und beschwerte sich, dass sie zu sperrig, stinkend und unzuverlässig sind. "Wir haben uns wirklich vom Thema Toiletten verschrieben."
Diese Bedenken verfolgten den ersten groß angelegten Einsatz von Urin-Denner-Toiletten, ein Projekt in der südafrikanischen Stadt Ehekwini in den 2000er Jahren. Anthony Odili, der Gesundheitsmanagement an der Universität von KwaZulu-Natal in Durban studiert, sagte, dass die plötzliche Ausweitung der Grenzen der Stadt nach der Apartheid dazu geführt habe, dass die Behörden einige arme ländliche Gebiete ohne Toiletten- und Wasserinfrastruktur übernehmen.
Nach dem Ausbruch der Cholera im August 2000 setzten die Behörden schnell mehrere sanitäre Einrichtungen ein, die finanzielle und praktische Einschränkungen erfüllten, darunter rund 80.000 Urin-Dreißigentrocken-Toiletten, von denen die meisten noch heute verwendet werden. Der Urin entfällt in den Boden unter der Toilette, und Kot landet in einer Lagereinrichtung, die die Stadt seit 2016 alle fünf Jahre geleert hat.
Odili sagte, das Projekt habe in der Region sicherere sanitäre Einrichtungen geschaffen. Sozialwissenschaftliche Forschung hat jedoch viele Probleme mit dem Programm identifiziert. Trotz der Vorstellung, dass Toiletten besser als nichts sind, zeigten Studien, einschließlich einiger der Studien, an denen er teilnahm, später, dass Benutzer sie im Allgemeinen nicht mögen, sagte Odili. Viele von ihnen sind mit Materialien von schlechter Qualität gebaut und sind unangenehm zu verwenden. Während solche Toiletten theoretisch Gerüche verhindern sollten, endet der Urin in Ethekwini -Toiletten oft in den Käkalerlager und führt zu einem schrecklichen Geruch. Laut Odili konnten die Menschen „nicht normal atmen“. Darüber hinaus wird Urin praktisch nicht verwendet.
Laut Odili war die Entscheidung, die Urin-Division trockener Toiletten einzuführen, letztendlich von oben nach unten und berücksichtigte die Vorlieben der Menschen nicht, hauptsächlich aus Gründen der öffentlichen Gesundheit. Eine Studie von 20173 ergab, dass mehr als 95% der Befragten von Ethekwini Zugang zu den bequemen, geruchlosen Toiletten wollten, die von den wohlhabenden weißen Bewohnern der Stadt verwendet wurden, und viele planten, sie zu installieren, wenn die Bedingungen zulässig sind. In Südafrika sind Toiletten seit langem ein Symbol für rassistische Ungleichheit.
Das neue Design könnte jedoch ein Durchbruch bei der Ablenkung im Urin haben. Im Jahr 2017 unter der Leitung von Designer Harald Grundl veröffentlichte die österreichische Designfirma Eoos (von Eoos Next) eine Urinfalle. Dies beseitigt die Notwendigkeit, dass der Benutzer zielen muss, und die Funktion der Urinumleitung ist nahezu unsichtbar (siehe „neue Art von Toilette“).
Es nutzt die Tendenz von Wasser, sich an Oberflächen zu halten (genannt Kesseleffekt, weil es sich wie ein unangenehmes Tropfkocher wirkt), den Urin von der Vorderseite der Toilette in ein separates Loch zu lenken (siehe „Wie man Urin recycelt“). Die Urinfalle entwickelt mit Finanzmitteln der Bill & Melinda Gates Foundation in Seattle, Washington, die eine breite Erforschung der Toiletteninnovation für einkommensschwache Einstellungen unterstützt hat, und kann in alles in alles integriert werden, von High-End-Keramik-Sockelmodellen bis hin zu Plastik-Squat-Pfannen. Die Urinfalle entwickelt mit Finanzmitteln der Bill & Melinda Gates Foundation in Seattle, Washington, die eine breite Erforschung der Toiletteninnovation für einkommensschwache Einstellungen unterstützt hat, und kann in alles in alles integriert werden, von High-End-Keramik-Sockelmodellen bis hin zu Plastik-Squat-Pfannen. Die Urinfalle entwickelt mit Finanzmitteln der Bill & Melinda Gates Foundation in Seattle, Washington, die eine breite Palette von Toilettenuntersuchungen mit niedrigem Einkommens-Toiletten-Innovationsforschung unterstützt, und kann in alles, von Modellen mit Keramikwegen bis hin zu Plastikkniebeugen, eingebaut werden.Töpfe. Der Urinsammler entwickelt mit Finanzmitteln der Bill & Melinda Gates Foundation in Seattle, Washington, die umfangreiche Forschungen zu Toiletteninnovationen mit niedrigem Einkommen unterstützt, und kann in alles integriert werden, von Modellen auf der Basis von High-End-Basis bis hin zu Plastikschatzschalen.Der Schweizer Hersteller Laufen veröffentlicht bereits ein Produkt namens "Save!" Für den europäischen Markt sind die Kosten für viele Verbraucher zu hoch.
Der Stadtrat der Universität von KwaZulu-Natal und der Stadtrat von Ethekwini testet auch Versionen von Urin-Trap-Toiletten, die Urin ablenken und Partikel ausspülen können. Dieses Mal konzentriert sich die Studie mehr auf Benutzer. Odie ist optimistisch, dass die Menschen die neuen Toiletten mit Urindelisen bevorzugen, weil sie besser riechen und leichter zu bedienen sind, aber er merkt an, dass sich Männer zum Urinieren hinsetzen müssen, was eine enorme kulturelle Veränderung darstellt. Aber wenn Toiletten "auch von Menschen mit hohem Einkommen-von Menschen mit unterschiedlichem ethnischem Hintergrund-adoptiert und adoptiert werden, wird es wirklich helfen, sich zu verbreiten", sagte er. "Wir müssen immer ein Rassenobjektiv haben", fügte er hinzu, um sicherzustellen, dass sie nicht etwas entwickeln, das nur als "nur" schwarz "oder" schlecht "angesehen wird.
Die Urintrennung ist nur der erste Schritt bei der Transformation von sanitären Einrichtungen. Der nächste Teil besteht darin, herauszufinden, was Sie dagegen tun sollen. In ländlichen Gebieten können die Menschen es in Bottichen aufbewahren, um Krankheitserreger zu töten und dann auf Ackerland anzuwenden. Die Weltgesundheitsorganisation gibt Empfehlungen für diese Praxis ab.
Aber das städtische Umfeld ist komplizierter - hier wird der größte Teil des Urins hergestellt. Es wäre nicht praktikabel, mehrere separate Abwasserkanäle in der ganzen Stadt zu bauen, um Urin an einen zentralen Ort zu liefern. Und weil der Urin zu 95 Prozent Wasser ist, ist es zu teuer, zu lagern und zu transportieren. Daher konzentrieren sich die Forscher darauf, Nährstoffe aus dem Urin auf der Ebene einer Toilette oder eines Gebäudes zu trocknen, zu konzentrieren oder auf andere Weise aus dem Urin zu extrahieren, wodurch Wasser zurückgelassen wird.
Es wird nicht einfach sein, sagte Larson. Aus technischer Sicht ist „Piss eine schlechte Lösung“, sagte sie. Zusätzlich zu Wasser ist die Mehrheit Harnstoff, eine stickstoffreiche Verbindung, die der Körper als Nebenprodukt des Proteinstoffwechsels produziert. Harnstoff ist für sich genommen nützlich: Die synthetische Version ist ein häufiger Stickstoffdünger (siehe Stickstoffbedarf). Aber es ist auch schwierig: In Kombination mit Wasser verwandelt sich Harnstoff in Ammoniak, was den Urin seinen charakteristischen Geruch verleiht. Wenn nicht eingeschaltet, kann Ammoniak riechen, die Luft verschmutzen und wertvolle Stickstoff wegnehmen. Diese Reaktion, die als Harnstoffhydrolyse bezeichnet wird, kann durch das allgegenwärtige Enzym -Urese katalysiert werden, und kann mehrere Mikrosekunden einnehmen, wodurch Uease zu einem der effizientesten Enzyme bekannt ist.
Einige Methoden ermöglichen die Fortsetzung der Hydrolyse. Eawag -Forscher haben einen fortschrittlichen Prozess entwickelt, der den hydrolysierten Urin in eine konzentrierte Nährstofflösung verwandelt. Erstens wandeln Mikroorganismen im Aquarium volatile Ammoniak in nichtflüchtige Ammoniumnitrat um, einen gemeinsamen Dünger. Der Distilller konzentriert dann die Flüssigkeit. Eine Tochtergesellschaft namens Vuna mit Sitz in Dübendorf arbeitet daran, ein System für Gebäude und ein Produkt namens Aurin zu kommerzialisieren, das erstmals in der Schweiz für Lebensmittelpflanzen auf der Welt zugelassen wurde.
Andere versuchen, die Hydrolysereaktion zu stoppen, indem sie den pH -Wert des Urins schnell erhöhen oder verringern, der bei Ausgabe normalerweise neutral ist. Auf dem Campus der Universität von Michigan arbeitet Love mit dem gemeinnützigen Erdungsverschmutzungsinstitut in Brattleboro, Vermont, zusammen, um ein System für Gebäude zu entwickeln, das flüssige Zitronensäure aus dem Umleiten von Toiletten und wasserlosen Toiletten entfernt. Wasser bricht aus Urinalen aus. Der Urin wird dann durch wiederholtes Einfrieren und Auftauen konzentriert5.
Ein SLU -Team unter der Leitung des Umweltingenieurs Bjorn -Gewinner auf der Insel Gotland entwickelte einen Weg, Urin in feste Harnstoff zu trocknen, die mit anderen Nährstoffen gemischt wurden. Das Team bewertet seinen neuesten Prototyp, eine freistehende Toilette mit integriertem Trockner, im Hauptquartier des schwedischen Wasser- und Kanalunternehmens VA Syd in Malmö.
Andere Methoden zielen auf einzelne Nährstoffe im Urin ab. Sie könnten leichter in bestehende Lieferketten für Düngemittel und Industriechemikalien integriert werden, sagt Chemieingenieur William Tarpeh, ehemaliger Postdoktorand bei Love's, der jetzt an der Stanford University in Kalifornien ist.
Eine gemeinsame Methode zur Wiederherstellung von Phosphor aus hydrolysiertem Urin ist die Zugabe von Magnesium, das die Ausfällung eines Düngers, der Struvit namens Struvit nennt. Tarpeh experimentiert mit Granulat von Adsorbensmaterial, das Stickstoff selektiv als Ammoniak 6 oder Phosphor als Phosphat entfernen kann. Sein System verwendet eine andere Flüssigkeit namens Regenerant, die nach dem Auslaufen durch die Luftballons fließt. Der Regenerant nimmt die Nährstoffe und erneuert die Kugeln für die nächste Runde. Dies ist eine Passivmethode mit Low-Tech, aber kommerzielle Regenerate sind schlecht für die Umwelt. Jetzt versucht sein Team, billigere und umweltfreundlichere Produkte herzustellen (siehe „Verschmutzung der Zukunft“).
Andere Forscher entwickeln Wege, um Strom zu erzeugen, indem sie Urin in mikrobielle Brennstoffzellen platzieren. In Kapstadt, Südafrika, hat ein anderes Team eine Methode entwickelt, um unkonventionelle Bausteine ​​durch Mischen von Urin-, Sand- und Urease-produzierenden Bakterien in eine Form zu machen. Sie kalken zu einer Form ohne Schuss. Die Europäische Weltraumagentur betrachtet den Urin von Astronauten als Ressource für den Bau von Wohnungen auf dem Mond.
"Wenn ich über die breite Zukunft des Urinrecyclings und des Abwasserrecyclings nachdenke, möchten wir in der Lage sein, so viele Produkte wie möglich herzustellen", sagte Tarpeh.
Da Forscher eine Reihe von Ideen für den Commodifying Urin verfolgen, wissen sie, dass es sich um einen harten Kampf handelt, insbesondere für eine fest verankerte Branche. Dünger und Lebensmittelunternehmen, Landwirte, Toilettenhersteller und Aufsichtsbehörden haben sich nur langsam wesentliche Änderungen an ihren Praktiken vorgenommen. "Hier gibt es viel Trägheit", sagte Simcha.
Zum Beispiel an der University of California, Berkeley, die Forschungs- und Bildungsinstallation von The LAUfen Save! Dazu gehört die Ausgaben für Architekten, den Bau und die Einhaltung der kommunalen Vorschriften - und das ist noch nicht getan, sagte Kevin Ona, ein Umweltingenieur, der jetzt an der West Virginia University in Morgantown arbeitet. Er sagte, dass der Mangel an bestehenden Codes und Vorschriften Probleme für das Management der Einrichtungen verursachte, wodurch er sich der Gruppe anschloss, die neue Codes entwickelte.
Ein Teil der Trägheit kann aufgrund der Angst vor dem Widerstand des Einkaufsbeauftragtens liegen, aber eine Umfrage von Menschen in 16 Ländern von 2021 ergab, dass in Orten wie Frankreich, China und Uganda die Bereitschaft, Urin- befürwortete Lebensmittel zu konsumieren, nahezu 80% lag (siehe, werden die Menschen es essen? ').
Pam Elardo, der die Abwasserverwaltung als stellvertretender Administrator der New York City Environmental Protection Agency leitet, sagte, sie unterstütze Innovationen wie die Ablenkung des Urins, da die Hauptziele ihres Unternehmens darin bestehen, die Verschmutzung und die Recyclingressourcen weiter zu reduzieren. Sie erwartet, dass für eine Stadt wie New York die praktischste und kostengünstigste Methode zum Umlenken von Urin bei Nachrüsten oder neuen Gebäuden, die durch Wartungs- und Sammelbetrieb ergänzt werden. Wenn Innovatoren ein Problem lösen können, "sollten sie arbeiten", sagte sie.
Angesichts dieser Fortschritte prognostiziert Larsen, dass die Massenproduktion und Automatisierung der Urinumleitungstechnologie möglicherweise nicht weit weg sind. Dies verbessert den Geschäftsfall für diesen Übergang zur Abfallwirtschaft. Harnumleitung „ist die richtige Technik“, sagte sie. „Dies ist die einzige Technologie, die in angemessener Zeit Probleme mit dem Essen von Essen lösen kann. Aber die Leute müssen sich entscheiden. “
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