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Chelsea Wold es una periodista independiente radicada en La Haya, Países Bajos, y autora de Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets.
Los sistemas sanitarios especializados extraen nitrógeno y otros nutrientes de la orina para su uso como fertilizante y otros productos. Crédito de la imagen: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Gotland, la isla más grande de Suecia, tiene poca agua dulce. Al mismo tiempo, sus residentes se enfrentan a niveles peligrosos de contaminación procedente de la agricultura y el alcantarillado, que provocan floraciones de algas nocivas en el mar Báltico. Estas pueden matar peces y enfermar a las personas.
Para ayudar a resolver esta serie de problemas ambientales, la isla deposita sus esperanzas en la única sustancia improbable que los une: la orina humana.
A partir de 2021, el equipo de investigación comenzó a colaborar con una empresa local que alquila baños portátiles. El objetivo es recolectar más de 70.000 litros de orina durante un período de tres años en urinarios sin agua y baños dedicados en varios lugares durante la temporada turística de verano. El equipo provenía de la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas (SLU) en Uppsala, que ha creado una empresa llamada Sanitation360. Mediante un proceso desarrollado por los investigadores, secaron la orina en trozos similares al hormigón, que luego molieron y prensaron para obtener gránulos de fertilizante compatibles con la maquinaria agrícola estándar. Los agricultores locales utilizan el fertilizante para cultivar cebada, que luego se envía a las cervecerías para producir cerveza que puede reintroducirse en el ciclo natural después de su consumo.
Prithvi Simha, ingeniera química de la SLU y directora técnica de Sanitation360, afirmó 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, puedan realizar esta práctica".
En un experimento en Gotland, se comparó la cebada fertilizada con orina (derecha) con plantas sin fertilizar (centro) y con fertilizantes minerales (izquierda). Crédito de la imagen: Jenna Senecal.
El proyecto Gotland forma parte de un esfuerzo mundial similar para separar la orina de otras aguas residuales y reciclarla en productos como fertilizantes. Esta práctica, conocida como desviación de orina, está siendo estudiada por grupos en Estados Unidos, Australia, Suiza, Etiopía y Sudáfrica, entre otros. Estos esfuerzos van mucho más allá de los laboratorios universitarios. Urinarios sin agua están conectados a sistemas de eliminación de residuos en sótanos de oficinas en Oregón y los Países Bajos. París planea instalar inodoros con desviación de orina en una ecozona de 1000 residentes que se está construyendo en el distrito 14 de la ciudad. La Agencia Espacial Europea colocará 80 inodoros en su sede de París, que comenzará a operar a finales de este año. Quienes promueven la desviación de orina afirman que podría encontrar usos en lugares que van desde puestos militares improvisados ​​hasta campos de refugiados, centros urbanos adinerados y barrios marginales en expansión.
Los científicos afirman que la desviación de orina, si se implementa a gran escala en todo el mundo, podría traer enormes beneficios al 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 puede utilizarse para fertilizar cultivos o en procesos industriales. Simha estima que los seres humanos producen suficiente orina para reemplazar aproximadamente una cuarta parte de los fertilizantes nitrogenados y fosfatados actuales del mundo; también contiene potasio y numerosos oligoelementos (véase “Componentes de la orina”). Lo mejor de todo es que, al no desechar la orina por el desagüe, se ahorra mucha agua y se reduce la carga sobre un sistema de alcantarillado obsoleto y sobrecargado.
Según expertos en la materia, muchos componentes para la desviación de orina podrían estar pronto ampliamente disponibles gracias a los avances en inodoros y estrategias de eliminación de orina. Sin embargo, también existen grandes obstáculos para un 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 desviadores de orina hasta facilitar el procesamiento de la orina y su transformación en productos valiosos. Esto puede incluir sistemas de tratamiento químico conectados a inodoros individuales o equipos del sótano que atiendan a todo el edificio y brinden servicios para la recuperación y el mantenimiento del producto concentrado o endurecido resultante (véase "De la orina al producto"). Además, existen problemas más amplios de cambio social y aceptación, vinculados tanto a los diversos grados de tabúes culturales asociados con los desechos humanos como a las convenciones profundamente arraigadas sobre las aguas residuales industriales y los sistemas alimentarios.
A medida que la sociedad lidia con la escasez de energía, agua y materias primas para la agricultura y la industria, la desviación y reutilización de la orina representa "un desafío importante para la prestación de servicios de saneamiento", afirma la bióloga Lynn Broaddus, consultora de sostenibilidad con sede en Minneapolis. "Un género que cobrará cada vez mayor importancia". En Minnesota, fue presidente de la Federación Acuática de Alexandria, Virginia, una asociación mundial de profesionales de la calidad del agua. "Es realmente valioso".
Hubo una época en que la orina era un bien preciado. En el pasado, algunas sociedades la utilizaban para fertilizar cultivos, fabricar cuero, lavar ropa y fabricar pólvora. Posteriormente, a finales 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 en la llamada ceguera urinaria.
En este modelo, los inodoros utilizan agua para drenar rápidamente la orina, las heces y el papel higiénico por el desagüe, mezclados con otros fluidos de origen doméstico, industrial y, en ocasiones, pluvial. En las plantas centralizadas de tratamiento de aguas residuales, los procesos de alto consumo energético utilizan microorganismos para tratar las aguas residuales.
Dependiendo de 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 “Aguas residuales humanas”).
Los científicos están trabajando para que los sistemas centralizados sean más sostenibles y menos contaminantes, pero a partir de Suecia en la década de 1990, algunos investigadores están presionando para cambios más fundamentales. Los avances al final del oleoducto 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. 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 convencionales de tratamiento de aguas residuales con sistemas hipotéticos de tratamiento de aguas residuales que desvían la orina y utilizan nutrientes recuperados en lugar de fertilizantes sintéticos. Estiman que las comunidades que utilizan la desviación de orina pueden reducir las emisiones totales de gases de efecto invernadero en un 47%, el consumo de energía en un 41%, el consumo de agua dulce a 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 está limitado en gran medida a áreas autónomas como ecoaldeas escandinavas, dependencias rurales y desarrollos en zonas de bajos ingresos.
Tove Larsen, ingeniera química del Instituto Federal Suizo de Ciencias y Tecnología Acuáticas (Eawag) en Dübendorf, afirma que gran parte del retraso se debe a los propios inodoros. Introducidos inicialmente en el mercado en las décadas de 1990 y 2000, la mayoría de los inodoros desviadores de orina cuentan con un pequeño recipiente frontal para recoger el líquido, una configuración que requiere una selección cuidadosa. Otros diseños incluyen cintas transportadoras accionadas con el pie que permiten el drenaje de la orina mientras el estiércol se transporta al contenedor de compost, o sensores que accionan válvulas para dirigir la orina a una salida independiente.
Un prototipo de inodoro que separa la orina y la seca hasta convertirla 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 NEXT
Pero en proyectos experimentales y de demostración en Europa, la gente no ha adoptado su uso, dijo Larsen, quejándose de que son demasiado voluminosos, malolientes y poco fiables. "El tema de los inodoros nos desconcertó mucho".
Estas preocupaciones rondaron el primer uso a gran escala de inodoros con desviación de orina, un proyecto en la ciudad sudafricana de Ethekwini en la década de 2000. Anthony Odili, quien estudia gestión 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 dado lugar a que las autoridades se hagan cargo de algunas zonas rurales pobres que carecen de infraestructura de agua y sanitarios.
Tras el brote de cólera de agosto de 2000, las autoridades desplegaron rápidamente varias instalaciones de saneamiento que cumplían con las limitaciones financieras y prácticas, incluyendo unos 80.000 sanitarios secos con separador de orina, la mayoría de los cuales siguen en uso. La orina se filtra al suelo por debajo del sanitario, y las heces terminan en un depósito que la ciudad ha vaciado cada cinco años desde 2016.
Odili afirmó que el proyecto ha creado instalaciones sanitarias más seguras en la zona. Sin embargo, la investigación en ciencias sociales ha identificado muchos problemas con el programa. A pesar de la idea de que los inodoros son mejor que nada, estudios, incluyendo algunos en los que participó, demostraron posteriormente que, en general, a los usuarios no les gustan, afirmó Odili. Muchos están construidos con materiales de mala calidad y son incómodos de usar. Si bien, en teoría, estos inodoros deberían evitar los olores, la orina en los inodoros eThekwini a menudo termina en el depósito de heces, creando un olor terrible. Según Odili, la gente "no podía respirar con normalidad". Además, la orina prácticamente no se utiliza.
En última instancia, según Odili, la decisión de introducir sanitarios secos con separador de orina fue una decisión de arriba hacia abajo y no tuvo en cuenta las preferencias de la población, principalmente por razones de salud pública. Un estudio de 20173 reveló que más del 95 % de los encuestados de eThekwini deseaban tener acceso a los sanitarios prácticos y sin olores que usaban los residentes blancos adinerados de la ciudad, y muchos planeaban instalarlos cuando las condiciones lo permitieran. En Sudáfrica, los sanitarios han sido durante mucho tiempo un símbolo de desigualdad racial.
Sin embargo, el nuevo diseño podría suponer un gran avance en la desviación urinaria. En 2017, bajo la dirección del diseñador Harald Grundl, en colaboración con Larsen y otros, la firma de diseño austriaca EOOS (surgida de EOOS Next) lanzó un sifón de orina. Este elimina la necesidad de que el usuario apunte, y la función de desviación de orina es prácticamente invisible (véase «Nuevo tipo de inodoro»).
Utiliza la tendencia del agua a adherirse a las superficies (llamado efecto tetera porque actúa como una tetera que gotea de forma incómoda) para dirigir la orina desde la parte delantera del inodoro hacia un orificio separado (ver “Cómo reciclar la orina”). Desarrollado con financiación de la Fundación Bill y Melinda Gates en Seattle, Washington, que ha apoyado una amplia gama de investigaciones sobre innovación en inodoros para entornos de bajos ingresos, el Urine Trap se puede incorporar a todo, desde modelos de pedestal de cerámica de alta gama hasta inodoros de plástico. Desarrollado con financiación de la Fundación Bill y Melinda Gates en Seattle, Washington, que ha apoyado una amplia gama de investigaciones sobre innovación en inodoros para entornos de bajos ingresos, el Urine Trap se puede incorporar a todo, desde modelos de pedestal de cerámica de alta gama hasta inodoros de plástico. Desarrollada con financiación de la Fundación Bill y Melinda Gates en Seattle, Washington, que ha apoyado una amplia gama de investigaciones sobre innovación en inodoros para personas de bajos ingresos, la trampa de orina se puede incorporar a todo, desde modelos con pedestales de cerámica hasta sentadillas de plástico.montones. Desarrollado con financiación de la Fundación Bill y Melinda Gates en Seattle, Washington, que apoya investigaciones exhaustivas sobre innovación en inodoros para personas de bajos ingresos, el recolector de orina se puede incorporar a todo, desde modelos de alta gama basados ​​en cerámica hasta bandejas de plástico para sentadillas.El fabricante suizo LAUFEN ya lanza al mercado europeo un producto llamado “Save!”, aunque su coste resulta demasiado elevado para muchos consumidores.
La Universidad de KwaZulu-Natal y el Ayuntamiento de eThekwini también están probando versiones de inodoros con sifón que pueden desviar la orina y eliminar las partículas. Esta vez, el estudio se centra más en los usuarios. Odie se muestra optimista de que la gente preferirá los nuevos inodoros con sifón porque huelen mejor y son más fáciles de usar, pero señala que los hombres tienen que sentarse para orinar, lo cual supone un gran cambio cultural. Pero si los inodoros "también son adoptados por barrios de altos ingresos, por personas de diferentes orígenes étnicos, realmente contribuirá a su difusión", dijo. "Siempre debemos tener una perspectiva racial", añadió, 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. El siguiente paso es determinar qué hacer al respecto. En las zonas rurales, se puede almacenar en cubas para eliminar cualquier patógeno y luego aplicarla a las tierras de cultivo. La Organización Mundial de la Salud recomienda esta práctica.
Pero el entorno urbano es más complejo: es donde se produce la mayor parte de la orina. No sería práctico construir varias alcantarillas separadas por toda la ciudad para transportar la orina a una ubicación central. Y dado que la orina está compuesta aproximadamente por un 95 % de agua, su almacenamiento y transporte resultan demasiado costosos. Por lo tanto, los investigadores se centran en secar, concentrar o extraer nutrientes de la orina a nivel de un inodoro o edificio, dejando agua.
No será fácil, dijo Larson. Desde un punto de vista de ingeniería, "la orina es una mala solución", dijo. Además del agua, la mayor parte 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 complicada: al combinarse con agua, la urea se convierte en amoníaco, que le da a la orina su olor característico. Si no se activa, el amoníaco puede oler mal, contaminar el aire y eliminar el valioso nitrógeno. Catalizada por la ubicua enzima ureasa, esta reacción, llamada hidrólisis de la urea, puede tardar varios microsegundos, lo que convierte a la ureasa en 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. A continuación, el destilador concentra el líquido. Una filial llamada Vuna, también con sede en Dübendorf, está trabajando en la comercialización de un sistema para edificios y un producto llamado Aurin, aprobado en Suiza para plantas alimenticias por primera vez en el mundo.
Otros intentan detener la reacción de hidrólisis elevando o bajando rápidamente el pH de la orina, que suele ser neutro al excretarse. En el campus de la Universidad de Michigan, Love colabora con el Instituto Earth Abundance, una organización sin fines de lucro, en Brattleboro, Vermont, para desarrollar un sistema para edificios que elimina el ácido cítrico líquido de los inodoros desviadores y los inodoros sin agua. El agua sale a borbotones de los urinarios. La orina se concentra mediante congelación y descongelación repetidas.
Un equipo de la SLU, dirigido por el ingeniero ambiental Bjorn Winneros, en la isla de Gotland, desarrolló un método para secar la orina y convertirla en urea sólida mezclada con otros nutrientes. El equipo evalúa su último prototipo, un inodoro independiente con secador integrado, en la sede de la empresa sueca de agua y alcantarillado VA SYD en Malmö.
Otros métodos se centran en nutrientes específicos de la orina. Podrían integrarse más fácilmente en las cadenas de suministro existentes de fertilizantes y productos químicos industriales, afirma el ingeniero químico William Tarpeh, exbecario postdoctoral de Love's, quien actualmente trabaja 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 en forma de amoníaco o el fósforo en forma de fosfato. Su sistema utiliza un fluido diferente, llamado regenerante, que fluye a través de los globos una vez que se agotan. El regenerante toma los nutrientes y renueva los globos para la siguiente ronda. Este es un método pasivo y de baja tecnología, pero los regenerantes comerciales son perjudiciales para el medio ambiente. Ahora, su equipo intenta fabricar productos más económicos y respetuosos con el medio ambiente (véase "Contaminación del futuro").
Otros investigadores están desarrollando maneras 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. Estos se calcifican en cualquier forma sin necesidad de cocerlos. La Agencia Espacial Europea está considerando la orina de los astronautas como 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.
Mientras los investigadores buscan diversas ideas para comercializar la orina, saben que es una batalla cuesta arriba, especialmente para una industria consolidada. Las empresas de fertilizantes y alimentos, los agricultores, los fabricantes de inodoros y los organismos reguladores han tardado en implementar cambios significativos en sus prácticas. «Hay mucha inercia», afirmó Simcha.
Por ejemplo, en la Universidad de California, Berkeley, la instalación de investigación y educación de LAUFEN save! incluye gastos en arquitectos, construcción y cumplimiento de las normativas municipales, algo que aún no se ha hecho, según Kevin Ona, ingeniero ambiental que ahora trabaja en la Universidad de Virginia Occidental en Morgantown. Añadió que la falta de códigos y normativas existentes dificultaba 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 realizada en 2021 a personas en 16 países7 encontró que en lugares como Francia, China y Uganda, la disposición a consumir alimentos fortificados con orina era cercana al 80% (ver '¿La gente los 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, afirmó que apoya innovaciones como la desviación de orina, ya que los objetivos principales de su empresa son reducir aún más la contaminación y reciclar recursos. Espera que, para una ciudad como Nueva York, el método más práctico y rentable para desviar la orina sean los sistemas aislados en edificios nuevos o remodelados, complementados con operaciones de mantenimiento y recolección. Si los innovadores pueden resolver un problema, "deberían funcionar", afirmó.
Dados estos avances, Larsen predice que la producción en masa y la automatización de la tecnología de desviación urinaria podrían estar a la vuelta de la esquina. Esto mejorará la viabilidad económica de esta transición hacia la gestión de residuos. La desviación urinaria «es la técnica correcta», afirmó. «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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