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Chelsea Wold es una periodista independiente con sede en La Haya, Países Bajos y autora de Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets.
Los sistemas de inodoros especializados extraen nitrógeno y otros nutrientes de la orina para usarlos como fertilizantes y otros productos.Crédito de la imagen: MAK/Georg Mayer/EOOS SIGUIENTE
Gotland, la isla más grande de Suecia, tiene poca agua dulce.Al mismo tiempo, los residentes están lidiando con niveles peligrosos de contaminación provenientes de la agricultura y los sistemas de alcantarillado que están causando la proliferación de algas nocivas en el Mar Báltico.Pueden matar peces y enfermar a las personas.
Para ayudar a resolver esta serie de problemas ambientales, la isla cifra sus esperanzas en la única sustancia improbable que los une: la orina humana.
A partir de 2021, el equipo de investigación comenzó a trabajar con una empresa local que alquila baños portátiles.El objetivo es recolectar más de 70,000 litros de orina durante un período de 3 años en urinarios sin agua y baños exclusivos en varios lugares durante la temporada turística de verano.El equipo provino de la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas (SLU) en Uppsala, que escindió una empresa llamada Sanitation360.Usando un proceso que desarrollaron los investigadores, secaron la orina en trozos similares al concreto, que luego molieron en polvo y prensaron en gránulos de fertilizante que se ajustan al equipo agrícola estándar.Los agricultores locales usan el fertilizante para cultivar cebada, que luego se envía a las cervecerías para producir cerveza que puede volver al ciclo después del consumo.
Prithvi Simha, ingeniera química de SLU y CTO de Sanitation360, dijo que el objetivo de los investigadores es “ir más allá del concepto y poner en práctica” la reutilización de orina a gran escala.El objetivo es proporcionar un modelo que pueda ser emulado en todo el mundo.“Nuestro objetivo es que todos, en todas partes, hagan este ejercicio”.
En un experimento en Gotland, se comparó cebada fertilizada con orina (derecha) con plantas no fertilizadas (centro) y con fertilizantes minerales (izquierda).Crédito de la imagen: Jenna Senecal.
El proyecto Gotland es parte de un esfuerzo mundial similar para separar la orina de otras aguas residuales y reciclarla en productos como fertilizantes.La práctica, conocida como desviación de orina, está siendo estudiada por grupos en los Estados Unidos, Australia, Suiza, Etiopía y Sudáfrica, entre otros.Estos esfuerzos van mucho más allá de los laboratorios universitarios.Los urinarios sin agua están conectados a sistemas de eliminación de desechos en sótanos en oficinas de Oregón y los Países Bajos.París planea instalar retretes desviadores de orina en una ecozona de 1.000 residentes que se está construyendo en el distrito 14 de la ciudad.La Agencia Espacial Europea colocará 80 baños en su sede de París, que comenzará a funcionar a finales de este año.Los defensores de la desviación de orina dicen que podría encontrar usos en lugares que van desde puestos militares improvisados ​​hasta campos de refugiados, centros urbanos ricos y barrios marginales en expansión.
Los científicos dicen que la desviación de orina, si se implementa a gran escala en todo el mundo, podría traer grandes beneficios para el medio ambiente y la salud pública.Esto se debe en parte a que la orina es rica en nutrientes que no contaminan los cuerpos de agua y pueden utilizarse para fertilizar cultivos o en procesos industriales.Simha estima que los humanos producen suficiente orina para reemplazar aproximadamente una cuarta parte de los fertilizantes de nitrógeno y fosfato actuales del mundo;también contiene potasio y muchos oligoelementos (ver “Constituyentes en la orina”).Lo mejor de todo es que al no tirar la orina por el desagüe, ahorra mucha agua y reduce la carga de un sistema de alcantarillado envejecido y sobrecargado.
Según expertos en el campo, muchos componentes de desvío de orina pronto estarán ampliamente disponibles gracias a los avances en inodoros y estrategias de eliminación de orina.Pero también existen grandes obstáculos para el cambio fundamental en uno de los aspectos más fundamentales de la vida.Los investigadores y las empresas deben abordar una gran cantidad de desafíos, desde mejorar el diseño de los inodoros con desviador de orina hasta hacer que la orina sea más fácil de procesar y convertir en productos valiosos.Esto puede incluir sistemas de tratamiento químico conectados a inodoros individuales o equipos de sótanos que sirvan a todo el edificio y brinden servicios para la recuperación y el mantenimiento del producto concentrado o endurecido resultante (consulte “De la orina al producto”).Además, existen cuestiones más amplias de cambio social y aceptación, vinculadas tanto a los distintos grados de tabúes culturales asociados con los desechos humanos como a convenciones profundamente arraigadas sobre los sistemas alimentarios y de aguas residuales industriales.
A medida que la sociedad se enfrenta a la escasez de energía, agua y materias primas para la agricultura y la industria, el desvío y la reutilización de la orina es "un gran desafío para la forma en que brindamos saneamiento", dice la bióloga Lynn Broaddus, consultora de sostenibilidad con sede en Minneapolis..“Un género que será cada vez más importante.Minnesota, fue el ex presidente de la Federación Acuática de Alexandria, Va., una asociación mundial de profesionales de la calidad del agua."En realidad es algo de valor".
Érase una vez, la orina era un bien valioso.En el pasado, algunas sociedades lo usaban para fertilizar cultivos, fabricar cuero, lavar ropa y fabricar pólvora.Luego, a finales del siglo XIX y principios del XX, surgió en Gran Bretaña el modelo moderno de gestión centralizada de aguas residuales y se extendió por todo el mundo, culminando en la llamada ceguera urinaria.
En este modelo, los inodoros usan agua para drenar rápidamente la orina, las heces y el papel higiénico por el desagüe, mezclados con otros fluidos de fuentes domésticas e industriales y, a veces, desagües pluviales.En las plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas, los procesos intensivos en energía utilizan microorganismos para tratar las aguas residuales.
Según las normas locales y las condiciones de la planta de tratamiento, las aguas residuales descargadas de este proceso aún pueden contener cantidades significativas de nitrógeno y otros nutrientes, así como algunos otros contaminantes.El 57% de la población mundial no está conectada a un sistema de alcantarillado centralizado (ver “Alcantarillado humano”).
Los científicos están trabajando para hacer que los sistemas centralizados sean más sostenibles y menos contaminantes, pero a partir de Suecia en la década de 1990, algunos investigadores están impulsando cambios más fundamentales.Los avances al final de la tubería son "solo otra evolución de la misma maldita cosa", dijo Nancy Love, ingeniera ambiental de la Universidad de Michigan en Ann Arbor.Desviar la orina será "transformador", dice ella.En el Estudio 1, que simuló sistemas de gestión de aguas residuales en tres estados de EE. UU., ella y sus colegas compararon los sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales con sistemas hipotéticos de tratamiento de aguas residuales que desvían la orina y usan nutrientes recuperados en lugar de fertilizantes sintéticos.Estiman que las comunidades que utilizan la desviación de orina pueden reducir las emisiones generales de gases de efecto invernadero en un 47 %, el consumo de energía en un 41 %, el consumo de agua dulce en aproximadamente la mitad y la contaminación por nutrientes de las aguas residuales en un 64 %.tecnología utilizada.
Sin embargo, el concepto sigue siendo un nicho y se limita en gran medida a áreas autónomas como ecoaldeas escandinavas, dependencias rurales y desarrollos en áreas de bajos ingresos.
Tove Larsen, ingeniera química del Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas (Eawag) en Dübendorf, dice que gran parte de la acumulación se debe a los inodoros mismos.Introducidos por primera vez en el mercado en las décadas de 1990 y 2000, la mayoría de los inodoros con desviador de orina tienen un pequeño lavabo frente a ellos para recolectar el líquido, una configuración que requiere una cuidadosa selección.Otros diseños incluyen cintas transportadoras operadas con el pie que permiten que la orina drene a medida que el estiércol se transporta al contenedor de compost, o sensores que operan válvulas para dirigir la orina a una salida separada.
Un inodoro prototipo que separa la orina y la convierte en polvo se está probando en la sede de la empresa sueca de agua y alcantarillado VA SYD en Malmö.Crédito de la imagen: EOOS SIGUIENTE
Pero en proyectos experimentales y de demostración en Europa, la gente no ha aceptado su uso, dijo Larsen, quejándose de que son demasiado voluminosos, malolientes y poco confiables.“Nos desanimó mucho el tema de los inodoros”.
Estas preocupaciones obsesionaron el primer uso a gran escala de retretes con desviador de orina, un proyecto en la ciudad sudafricana de Ethekwini en la década de 2000.Anthony Odili, que estudia administración de la salud en la Universidad de KwaZulu-Natal en Durban, dijo que la repentina expansión de las fronteras de la ciudad después del apartheid ha provocado que las autoridades se apoderen de algunas áreas rurales pobres sin infraestructura sanitaria y de agua.
Después del brote de cólera en agosto de 2000, las autoridades desplegaron rápidamente varias instalaciones de saneamiento que cumplieron con las limitaciones financieras y prácticas, incluidos unos 80.000 retretes secos con desviador de orina, la mayoría de los cuales todavía están en uso.La orina se drena en el suelo debajo del inodoro y las heces terminan en una instalación de almacenamiento que la ciudad ha vaciado cada cinco años desde 2016.
Odili dijo que el proyecto ha creado instalaciones de saneamiento más seguras en el área.Sin embargo, la investigación en ciencias sociales ha identificado muchos problemas con el programa.A pesar de la noción de que los inodoros son mejores que nada, los estudios, incluidos algunos de los estudios en los que participó, demostraron más tarde que a los usuarios generalmente les desagradan, dijo Odili.Muchos de ellos están construidos con materiales de mala calidad y son incómodos de usar.Si bien estos inodoros teóricamente deberían evitar los olores, la orina en los inodoros eThekwini a menudo termina en el almacenamiento fecal, creando un olor terrible.Según Odili, la gente “no podía respirar normalmente”.Además, la orina prácticamente no se usa.
En última instancia, según Odili, la decisión de introducir inodoros secos con desviador de orina fue de arriba hacia abajo y no tuvo en cuenta las preferencias de las personas, principalmente por razones de salud pública.Un estudio de 20173 encontró que más del 95 % de los encuestados de eThekwini querían tener acceso a los baños cómodos e inodoros que usan los residentes blancos adinerados de la ciudad, y muchos planeaban instalarlos cuando las condiciones lo permitieran.En Sudáfrica, los inodoros han sido durante mucho tiempo un símbolo de desigualdad racial.
Sin embargo, el nuevo diseño podría ser un gran avance en la desviación urinaria.En 2017, dirigida por el diseñador Harald Grundl, en colaboración con Larsen y otros, la firma de diseño austriaca EOOS (escindida de EOOS Next) lanzó una trampa de orina.Esto elimina la necesidad de que el usuario apunte, y la función de desviación de orina es casi invisible (ver "Nuevo tipo de inodoro").
Utiliza la tendencia del agua a adherirse a las superficies (llamado efecto de la tetera porque actúa como una tetera que gotea de manera incómoda) para dirigir la orina desde la parte delantera del inodoro hacia un orificio separado (consulte "Cómo reciclar la orina"). Desarrollada con fondos de la Fundación Bill y Melinda Gates en Seattle, Washington, que ha apoyado una amplia gama de investigaciones sobre la innovación de inodoros para entornos de bajos ingresos, la trampa para orina se puede incorporar en todo, desde modelos de pedestal de cerámica de alta gama hasta modelos en cuclillas de plástico. sartenes Desarrollada con fondos de la Fundación Bill y Melinda Gates en Seattle, Washington, que ha apoyado una amplia gama de investigaciones sobre la innovación de inodoros para entornos de bajos ingresos, la trampa para orina se puede incorporar en todo, desde modelos de pedestal de cerámica de alta gama hasta modelos en cuclillas de plástico. sartenes Desarrollada con fondos de la Fundación Bill y Melinda Gates en Seattle, Washington, que ha apoyado una amplia gama de investigaciones innovadoras sobre inodoros para personas de bajos ingresos, la trampa de orina se puede incorporar a todo, desde modelos con pedestales de cerámica hasta cuclillas de plástico.ollas. Desarrollado con fondos de la Fundación Bill y Melinda Gates en Seattle, Washington, que apoya una amplia investigación sobre la innovación en inodoros para personas de bajos ingresos, el recolector de orina puede integrarse en todo, desde modelos cerámicos de alta gama hasta bandejas de plástico en cuclillas.El fabricante suizo LAUFEN ya está lanzando un producto llamado “¡Ahorra!”para el mercado europeo, aunque su coste es demasiado elevado para muchos consumidores.
La Universidad de KwaZulu-Natal y el Ayuntamiento de eThekwini también están probando versiones de inodoros con trampa de orina que pueden desviar la orina y eliminar partículas.En esta ocasión, el estudio se centra más en los usuarios.Odie es optimista de que la gente preferirá los nuevos inodoros con desviador de orina porque huelen mejor y son más fáciles de usar, pero señala que los hombres tienen que sentarse para orinar, lo cual es un gran cambio cultural.Pero si los inodoros “también son adoptados y adoptados por vecindarios de altos ingresos, por personas de diferentes orígenes étnicos, realmente ayudará a que se propaguen”, dijo.“Siempre tenemos que tener una perspectiva racial”, agregó, para asegurarnos de que no desarrollen algo que se considere “solo para negros” o “solo para pobres”.
La separación de la orina es solo el primer paso para transformar el saneamiento.La siguiente parte es averiguar qué hacer al respecto.En áreas rurales, la gente puede almacenarlo en tanques para matar cualquier patógeno y luego aplicarlo en las tierras de cultivo.La Organización Mundial de la Salud hace recomendaciones para esta práctica.
Pero el entorno urbano es más complicado: aquí es donde se produce la mayor parte de la orina.No sería práctico construir varias alcantarillas separadas en toda la ciudad para llevar la orina a una ubicación central.Y debido a que la orina tiene un 95 por ciento de agua, es demasiado costosa para almacenar y transportar.Por lo tanto, los investigadores se están enfocando en secar, concentrar o extraer nutrientes de la orina al nivel de un inodoro o edificio, dejando atrás el agua.
No será fácil, dijo Larson.Desde el punto de vista de la ingeniería, "la orina es una mala solución", dijo.Además del agua, la mayoría es urea, un compuesto rico en nitrógeno que el cuerpo produce como subproducto del metabolismo de las proteínas.La urea es útil por sí sola: la versión sintética es un fertilizante nitrogenado común (ver Requisitos de nitrógeno).Pero también es complicado: cuando se combina con agua, la urea se convierte en amoníaco, lo que le da a la orina su olor característico.Si no está encendido, el amoníaco puede oler, contaminar el aire y quitar nitrógeno valioso.Catalizada por la omnipresente enzima ureasa, esta reacción, denominada hidrólisis de la urea, puede tardar varios microsegundos, lo que convierte a la ureasa en una de las enzimas más eficientes que se conocen.
Algunos métodos permiten que continúe la hidrólisis.Los investigadores de Eawag han desarrollado un proceso avanzado que convierte la orina hidrolizada en una solución nutritiva concentrada.Primero, en el acuario, los microorganismos convierten el amoníaco volátil en nitrato de amonio no volátil, un fertilizante común.El destilador luego concentra el líquido.Una subsidiaria llamada Vuna, también con sede en Dübendorf, está trabajando para comercializar un sistema para edificios y un producto llamado Aurin, que ha sido aprobado en Suiza para plantas de alimentos por primera vez en el mundo.
Otros tratan de detener la reacción de hidrólisis aumentando o disminuyendo rápidamente el pH de la orina, que suele ser neutral cuando se excreta.En el campus de la Universidad de Michigan, Love se asoció con el Earth Abundance Institute sin fines de lucro en Brattleboro, Vermont, para desarrollar un sistema para edificios que elimine el ácido cítrico líquido de los inodoros de desvío y los inodoros sin agua.El agua brota de los urinarios.Luego, la orina se concentra mediante congelación y descongelación repetidas5.
Un equipo de SLU dirigido por el ingeniero ambiental Bjorn Winneros en la isla de Gotland desarrolló una forma de secar la orina en urea sólida mezclada con otros nutrientes.El equipo evalúa su último prototipo, un inodoro independiente con secador incorporado, en la sede de la empresa sueca de agua y alcantarillado VA SYD en Malmö.
Otros métodos tienen como objetivo los nutrientes individuales en la orina.Podrían integrarse más fácilmente en las cadenas de suministro existentes para fertilizantes y productos químicos industriales, dice el ingeniero químico William Tarpeh, ex becario postdoctoral en Love's que ahora está en la Universidad de Stanford en California.
Un método común para restaurar el fósforo de la orina hidrolizada es la adición de magnesio, que provoca la precipitación de un fertilizante llamado estruvita.Tarpeh está experimentando con gránulos de material adsorbente que pueden eliminar selectivamente el nitrógeno como amoníaco6 o el fósforo como fosfato.Su sistema utiliza un fluido diferente llamado regenerante que fluye a través de los globos una vez que se acaban.El regenerante toma los nutrientes y renueva las bolas para la siguiente ronda.Este es un método pasivo de baja tecnología, pero los regenerados comerciales son malos para el medio ambiente.Ahora su equipo está tratando de fabricar productos más baratos y más respetuosos con el medio ambiente (ver “La contaminación del futuro”).
Otros investigadores están desarrollando formas de generar electricidad colocando orina en celdas de combustible microbianas.En Ciudad del Cabo, Sudáfrica, otro equipo ha desarrollado un método para fabricar ladrillos de construcción no convencionales mezclando orina, arena y bacterias productoras de ureasa en un molde.Se calcifican en cualquier forma sin disparar.La Agencia Espacial Europea está considerando la orina de los astronautas como un recurso para construir viviendas en la luna.
“Cuando pienso en el amplio futuro del reciclaje de orina y aguas residuales, queremos poder producir tantos productos como sea posible”, dijo Tarpeh.
A medida que los investigadores persiguen una variedad de ideas para comercializar la orina, saben que es una batalla cuesta arriba, especialmente para una industria arraigada.Las empresas de fertilizantes y alimentos, los agricultores, los fabricantes de inodoros y los reguladores han tardado en realizar cambios significativos en sus prácticas.“Hay mucha inercia aquí”, dijo Simcha.
Por ejemplo, en la Universidad de California, Berkeley, la instalación de investigación y educación de LAUFEN save!Eso incluye gastar en arquitectos, construir y cumplir con las regulaciones municipales, y eso aún no se ha hecho, dijo Kevin Ona, un ingeniero ambiental que ahora trabaja en la Universidad de West Virginia en Morgantown.Dijo que la falta de códigos y reglamentos existentes creaba problemas para la gestión de las instalaciones, por lo que se unió al grupo que estaba desarrollando nuevos códigos.
Parte de la inercia puede deberse al miedo a la resistencia de los compradores, pero una encuesta de 2021 de personas en 16 países7 encontró que en lugares como Francia, China y Uganda, la disposición a consumir alimentos enriquecidos con orina era cercana al 80 % (ver ¿Comerá la gente ¿él?').
Pam Elardo, quien dirige la Administración de Aguas Residuales como administradora adjunta de la Agencia de Protección Ambiental de la Ciudad de Nueva York, dijo que apoya innovaciones como la desviación de orina, ya que los objetivos clave de su empresa son reducir aún más la contaminación y reciclar los recursos.Ella espera que para una ciudad como Nueva York, el método más práctico y rentable para desviar la orina sean los sistemas fuera de la red en edificios nuevos o reacondicionados, complementados con operaciones de mantenimiento y recolección.Si los innovadores pueden resolver un problema, “deberían funcionar”, dijo.
Dados estos avances, Larsen predice que la producción en masa y la automatización de la tecnología de desviación de orina pueden no estar muy lejos.Esto mejorará el caso de negocios para esta transición a la gestión de residuos.La desviación urinaria “es la técnica correcta”, dijo.“Esta es la única tecnología que puede resolver los problemas de alimentación en el hogar en un tiempo razonable.Pero la gente tiene que decidirse”.
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Sutherland, K. et al.Impresiones de vaciado de un retrete de desvío.Fase 2: Lanzamiento del Plan de Validación UDDT de eThekwini City (Universidad de KwaZulu-Natal, 2018).
Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG y Buckley, CAJ Water Sanit. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG y Buckley, CAJ Water Sanit.Mkhize N, Taylor M, Udert KM, Gounden TG.y Buckley, CAJ Water Sanit. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG y Buckley, CAJ Water Sanit. Mkhize, N., Taylor, M., Udert, KM, Gounden, TG y Buckley, CAJ Water Sanit.Mkhize N, Taylor M, Udert KM, Gounden TG.y Buckley, CAJ Water Sanit.Gestión de intercambio 7, 111–120 (2017).
Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. y Ciurli, S. Angew. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. y Ciurli, S. Angew. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. y Churli, S. Angue. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. y Ciurli, S. Angew. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. y Ciurli, S. Angew. Mazzei, L., Cianci, M., Benini, S. y Churli, S. Angue.Químico.Inglés Paraíso Internacional.58, 7415–7419 (2019).
Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP y Love, NG ACS EST Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, NG ACS EST Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP y Love, NG ACS EST Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, NG ACS EST Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP y Love, NG ACS EST Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP & Love, NG ACS EST Engg. Noe-Hays, A., Homeyer, RJ, Davis, AP y 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 a.).