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Chelsea Wold es un periodista independiente con sede en La Haya, Países Bajos y autor de Daydream: una búsqueda global urgente para cambiar los baños.
Los sistemas de baño especializados extraen nitrógeno y otros nutrientes de la orina para su uso como fertilizantes y otros productos. Crédito de la imagen: Mak/Georg Mayer/EOOS Siguiente
Gotland, la isla más grande de Suecia, tiene poco agua dulce. Al mismo tiempo, los residentes están lidiando con niveles peligrosos de contaminación de los sistemas agrícolas y de aguas residuales que están causando flores de algas nocivas alrededor del Mar Báltico. Pueden matar peces y enfermar a la gente.
Para ayudar a resolver esta serie de problemas ambientales, la isla está fijando sus esperanzas en la única sustancia poco probable que los une: la orina humana.
A partir de 2021, el equipo de investigación comenzó a trabajar con una compañía 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 dedicados en múltiples ubicaciones durante la temporada de turistas de verano. El equipo vino de la Universidad de Ciencias Agrícolas Suecas (SLU) en Uppsala, que ha provocado una compañía llamada Sanitation360. Utilizando un proceso que desarrollaron los investigadores, secaron la orina en trozos de concreto, que luego se metieron en polvo y presionaron en gránulos de fertilizantes que se ajustan a equipos agrícolas 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, ingeniero químico 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 emularse en todo el mundo. "Nuestro objetivo es que todos, en todas partes, hagan este ejercicio".
En un experimento en Gotland, se comparó la cebada fertilizada por 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 el fertilizante. La práctica, conocida como desvío 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 los sistemas de eliminación de sótanos en las oficinas de Oregon y los Países Bajos. París planea instalar inodoros divididos en orina en un Ecozone de 1,000 residente que se está construyendo en el decimocuarto distrito de la ciudad. La Agencia Espacial Europea colocará a 80 baños en su sede de París, que comenzará a operar a finales de este año. Los proponentes de desvío de orina dicen que podría encontrar usos en lugares que van desde puestos avanzados militares improvisados ​​hasta campos de refugiados, centros urbanos ricos y barrios marginales.
Los científicos dicen que la desviación de orina, si se despliega a gran escala en todo el mundo, podría traer enormes 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 usarse para fertilizar cultivos o en procesos industriales. Simha estima que los humanos producen suficiente orina para reemplazar aproximadamente una cuarta parte de los fertilizantes actuales de nitrógeno y fosfato del mundo; También contiene potasio y muchos elementos traza (ver "Constituyentes en orina"). Lo mejor de todo, al no enjuagar la orina por el desagüe, ahorra mucha agua y reduce la carga de un sistema de alcantarillado envejecido y sobrecargado.
Según los expertos en el campo, muchos componentes de desvío de orina pronto pueden estar ampliamente disponibles gracias a los avances en los baños y las estrategias de eliminación de orina. Pero también hay grandes obstáculos para el cambio fundamental en uno de los aspectos más fundamentales de la vida. Los investigadores y las empresas deben abordar una miríada de desafíos, desde mejorar el diseño de inodoros de división de orina hasta hacer que la orina sea más fácil de procesar y convertirse en productos valiosos. Esto puede incluir sistemas de tratamiento químico conectados a baños individuales o equipos de sótano que sirven a todo el edificio y brindar servicios para la recuperación y mantenimiento del producto concentrado o endurecido resultante (ver "de orina a producto"). Además, existen cuestiones más amplias de cambio social y aceptación, vinculados tanto a los diversos grados de tabúes culturales asociados con los desechos humanos como con las convenciones profundas sobre las aguas residuales industriales y los sistemas alimentarios.
A medida que la sociedad lidia con 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 proporcionamos saneamiento", dice la bióloga Lynn Broaddus, una consultora de sostenibilidad con sede en Minneapolis. . “Un género que se volverá cada vez más importante. Minnesota, fue ex presidente de la Federación Acuática de Alexandria, Virginia, una asociación mundial de profesionales de la calidad del agua. "En realidad es algo de valor".
Érase una vez, la orina era una mercancía valiosa. En el pasado, algunas sociedades lo usaban para fertilizar cultivos, hacer cuero, lavar la ropa y hacer pólvora. Luego, a fines del siglo XIX y principios del XX, el modelo moderno de gestión centralizada de aguas residuales surgió en Gran Bretaña y se extendió por todo el mundo, culminando con 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 líquidos de fuentes nacionales, industriales y, a veces, tormenta drenan. En las plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas, los procesos intensivos en energía utilizan microorganismos para tratar las aguas residuales.
Dependiendo de las reglas y condiciones locales 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 "aguas residuales humanas").
Los científicos están trabajando para hacer que los sistemas centralizados sean más sostenibles y menos contaminantes, pero comenzando con Suecia en la década de 1990, algunos investigadores están presionando para cambios más fundamentales. Los avances al final de la tubería son "solo otra evolución de la misma maldita cosa", dijo Nancy Love, una ingeniera ambiental de la Universidad de Michigan en Ann Arbor. La orina desviar será "transformadora", dice ella. En el Estudio 1, que simuló los sistemas de gestión de aguas residuales en tres estados de EE. UU., Ella y sus colegas compararon los sistemas de tratamiento de aguas residuales convencionales 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 el desvío 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 de las aguas residuales de los nutrientes en un 64%. tecnología utilizada.
Sin embargo, el concepto sigue siendo nicho y en gran medida limitado a áreas autónomas como las vilanchas ecandinavas, las dependencias rurales y los desarrollos en áreas de bajos ingresos.
Tove Larsen, ingeniero químico del Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuática (EAWAG) en Dübendorf, dice que gran parte de la cartera de baños es causada por los mismos baños. Introducido por primera vez en el mercado en los años 90 y 2000, la mayoría de los baños de divida en orina tienen una pequeña cuenca frente a ellos para recolectar el fluido, un escenario que requiere una orientación cuidadosa. Otros diseños incluyen cintas transportadoras de 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 seca en un polvo se está probando en la sede de la compañía sueca de agua y alcantarillado VA Syd en Malmö. Crédito de la imagen: EOOS Siguiente
Pero en proyectos experimentales y de demostración en Europa, las personas no han adoptado su uso, dijo Larsen, quejándose de que son demasiado voluminosos, malolientes y poco confiables. "Realmente nos desanimó el tema de los baños".
Estas preocupaciones perseguían el primer uso a gran escala de inodoros divididos de orina, un proyecto en la ciudad sudafricana de Ethekwini en la década de 2000. Anthony Odili, quien estudia la gestión de la salud en la Universidad de Kwazulu-Natal en Durban, dijo que la repentina expansión de las fronteras posteriores al apartheid de la ciudad ha resultado en que las autoridades se hagan cargo de algunas áreas rurales pobres sin inodoro y infraestructura de agua.
Después del brote del cólera en agosto de 2000, las autoridades desplegaron rápidamente varias instalaciones de saneamiento que cumplían con limitaciones financieras y prácticas, incluidos unos 80,000 inodoros secos de división de orina, la mayoría de los cuales todavía están en uso en la actualidad. La orina drena en el suelo desde debajo del baño, 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 baños son mejores que nada, los estudios, incluidos algunos de los estudios en los que participó, luego mostraron que a los usuarios generalmente no les gustan, dijo Odili. Muchos de ellos están construidos con materiales de baja calidad y se sienten incómodos de usar. Si bien tales baños deberían prevenir teóricamente los olores, la orina en los inodoros de 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 de división 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 3 de 2017 encontró que más del 95% de los encuestados de Ethekwini querían acceso a los baños convenientes e inodoro utilizados por los ricos residentes blancos de la ciudad, y muchos planearon instalarlos cuando las condiciones permitían. En Sudáfrica, los baños han sido durante mucho tiempo un símbolo de la desigualdad racial.
Sin embargo, el nuevo diseño podría ser un avance en el desvío urinario. En 2017, dirigido por el diseñador Harald Grundl, en colaboración con Larsen y otros, la firma de diseño austriaca EOOS (escindida por EOOS Next) lanzó una trampa de orina. Esto elimina la necesidad de que el usuario apunte, y la función de desvío de orina es casi invisible (ver "nuevo tipo de baño").
Utiliza la tendencia del agua a adherirse a las superficies (llamado efecto de tetera porque actúa como una tetera de goteo incómoda) para dirigir la orina desde la parte delantera del inodoro hacia un agujero separado (ver "Cómo reciclar la orina"). Desarrollado con fondos de la Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que ha apoyado una amplia franja de investigación sobre la innovación del baño para entornos de bajos ingresos, la trampa de orina se puede incorporar a todo, desde modelos de pedestal de cerámica de alta gama hasta sesiones de cuclillas de plástico. Desarrollado con fondos de la Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que ha apoyado una amplia franja de investigación sobre la innovación del baño para entornos de bajos ingresos, la trampa de orina se puede incorporar a todo, desde modelos de pedestal de cerámica de alta gama hasta sesiones de cuclillas de plástico. Desarrollado con fondos de la Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que ha apoyado una amplia gama de investigaciones de innovación de inodoro de bajos ingresos, la trampa de orina se puede integrar en todo, desde modelos con pedestales de cerámica hasta sentadillas de plástico.montones. Desarrollado con fondos de la Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, que respalda una extensa investigación en innovación de inodoro de bajos ingresos, el coleccionista de orina puede integrarse en todo, desde modelos de cerámica de alta gama hasta bandejas de plástico.El fabricante suizo Laufen ya está lanzando un producto llamado "¡Guardar!" Para el mercado europeo, aunque su costo es demasiado alto para muchos consumidores.
El Ayuntamiento de la Universidad de Kwazulu-Natal y Ethekwini también está probando versiones de inodoros de trampa de orina que pueden desviar la orina y eliminar las partículas. Esta vez, el estudio se centra más en los usuarios. Odie es optimista de que las personas preferirán los nuevos inodoros de división 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 baños "también son adoptados y adoptados por vecindarios de altos ingresos, por personas de diferentes orígenes étnicos, realmente ayudará a extenderse", dijo. "Siempre tenemos que tener una lente racial", agregó, para asegurarnos de que no desarrollen algo que sea visto como "solo negro" o "solo pobre".
La separación de orina es solo el primer paso para transformar el saneamiento. La siguiente parte es descubrir qué hacer al respecto. En las zonas rurales, las personas pueden almacenarlo en VATS para matar a cualquier patógeno y luego aplicarlo a 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 entregar orina a una ubicación central. Y debido a que la orina es de aproximadamente 95 por ciento de agua, es demasiado costoso almacenar y transportar. Por lo tanto, los investigadores se centran en secar, concentrarse 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 la urea, un compuesto rico en nitrógeno que el cuerpo produce como un subproducto del metabolismo de las proteínas. La urea es útil por sí sola: la versión sintética es un fertilizante de nitrógeno 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 se enciende, el amoníaco puede oler, contaminar el aire y eliminar el valioso nitrógeno. Catalizada por la uviñosa ureasa enzimática, esta reacción, llamada hidrólisis de urea, puede tomar varios microsegundos, lo que hace que la ureasa sea una de las enzimas más eficientes conocidas.
Algunos métodos permiten que la hidrólisis continúe. 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 alimenticias por primera vez en el mundo.
Otros intentan detener la reacción de hidrólisis al elevar o bajar rápidamente el pH de la orina, que generalmente es neutral cuando se excreta. En el campus de la Universidad de Michigan, Love se está asociando con el Instituto de Abundancia de la Tierra sin fines de lucro en Brattleboro, Vermont, para desarrollar un sistema para edificios que elimine el ácido cítrico líquido de desviar los inodoros y los inodoros sin agua. El agua estalla de los urinarios. La orina se concentra por 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 compañía sueca de agua y alcantarillado VA Syd en Malmö.
Otros métodos se dirigen a 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 de Love's que ahora está en la Universidad de Stanford en California.
Un método común para restaurar el fósforo a partir de la orina hidrolizada es la adición de magnesio, lo que provoca la precipitación de un fertilizante llamado estruvita. Tarpeh está experimentando con gránulos de material adsorbente que pueden eliminar selectivamente el nitrógeno como amoniaco6 o fósforo como fosfato. Su sistema usa un fluido diferente llamado regenerador que fluye a través de los globos después de que se agotaron. El regenerador toma los nutrientes y renueva las bolas para la próxima 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 hacer productos más baratos y más amigables con el medio ambiente (ver "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 hacer ladrillos de construcción poco convencionales mediante la mezcla de bacterias productoras de orina, arena y ureasa en un molde. 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 el reciclaje de aguas residuales, queremos poder producir tantos productos como sea posible", dijo Tarpeh.
A medida que los investigadores persiguen una variedad de ideas para la orina comercial, saben que es una batalla cuesta arriba, especialmente para una industria arraigada. Las compañías de fertilizantes y alimentos, agricultores, fabricantes de baño y reguladores han tardado en hacer cambios significativos en sus prácticas. "Aquí hay mucha inercia", 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 regulaciones existentes creó 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 temor a la resistencia a los compradores, pero una encuesta de 2021 de personas en 16 países 7 descubrió que en lugares como Francia, China y Uganda, la voluntad de consumir alimentos fortificados con orina era cerca del 80% (¿ver la gente se comerá? ').
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 las innovaciones como la desviación de orina, ya que los objetivos clave de su empresa son reducir aún más la contaminación y reciclar 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 de modernización o nuevos, complementados con operaciones de mantenimiento y recolección. Si los innovadores pueden resolver un problema, "deberían trabajar", dijo.
Dados estos avances, Larsen predice que la producción en masa y la automatización de la tecnología de desvío de orina pueden no estar muy lejos. Esto mejorará el caso comercial para esta transición a la gestión de residuos. El desvío urinario "es la técnica correcta", dijo. “Esta es la única tecnología que puede resolver problemas de alimentación en el hogar en un tiempo razonable. Pero la gente tiene que decidir ".
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