Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращого досвіду ми рекомендуємо використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми візуємо сайт без стилів та JavaScript.
Челсі Волд - журналіст -позаштатний журналіст, що базується в Гаазі, Нідерландах і автором Daydream: терміновий глобальний пошук у туалетах.
Спеціалізовані туалетні системи витягують азот та інші поживні речовини з сечі для використання як добрива та інші продукти. Кредит на зображення: MAK/GEORG MAYER/EOOS Далі
Готланд, найбільший острів Швеції, має мало прісної води. У той же час мешканці стикаються з небезпечним рівнем забруднення від сільського господарства та каналізаційних систем, які викликають шкідливі цвітіння водоростей навколо Балтійського моря. Вони можуть вбити рибу і змусити людей хворіти.
Щоб допомогти вирішити цю серію екологічних проблем, острів покладає свої надії на ту, що малоймовірно, речовина, яка їх пов'язує: людська сеча.
Починаючи з 2021 року, дослідницька група почала працювати з місцевою компанією, яка орендує портативні туалети. Мета полягає в тому, щоб зібрати понад 70 000 літрів сечі протягом 3-річного періоду в безводних сечовині та віддані туалети в декількох місцях під час літнього туристичного сезону. Команда приїхала зі Шведського університету сільськогосподарських наук (СЛУ) в Уппсалі, яка відірвала компанію під назвою Sanitation360. Використовуючи процес, який розробили дослідники, вони висушили сечу в бетонні шматки, які вони потім обертаються в порошок і притискаються до гранул добрив, які підходять до стандартного сільськогосподарського обладнання. Місцеві фермери використовують добрива для вирощування ячменю, який потім відправляється в пивоварні для виробництва елю, який може повернутися в цикл після споживання.
Прітві Сімха, хімічний інженер із СЛУ та CTO Sanitation360, заявив, що мета дослідників - "вийти за рамки концепції та втілити в практику" повторне використання сечі у великих масштабах. Мета полягає в тому, щоб забезпечити модель, яку можна емулювати у всьому світі. "Наша мета - для всіх, скрізь робити цю вправу".
В експерименті в Готленді, запалення сечі (праворуч) порівнювали з незаплідненими рослинами (в центрі) та з мінеральними добривами (зліва). Кредит на зображення: Дженна Сенекал.
Проект Gotland є частиною подібних у всьому світі зусиль для відокремлення сечі від інших стічних вод та переробки її в такі продукти, як добриво. Практику, відома як диверсія сечі, вивчається групами в США, Австралії, Швейцарії, Ефіопії та Південній Африці. Ці зусилля виходять далеко за рамки університетських лабораторій. Безводні пісони підключені до систем утилізації підвальних приміщень в офісах в Орегоні та Нідерландах. Париж планує встановити туалети, що розводиться з сечею, в 1000-резидентній Ecozone, що будується в 14-му понісі міста. Європейське космічне агентство розмістить 80 туалетів у своєму штаб -квартирі Парижа, який розпочне діяльність пізніше цього року. Прихильники диверсії сечі кажуть, що він може знайти використання в місцях, починаючи від імпровізованих військових форпостів до таборів для біженців, заможних міських центрів та розповсюджених нетрів.
Вчені стверджують, що диверсія сечі, якщо вони розгортаються у великих масштабах у всьому світі, може принести величезну користь для навколишнього середовища та здоров'я населення. Частково це відбувається тому, що сеча багата поживними речовинами, які не забруднюють водойми і можуть бути використані для запліднення культур або в промислових процесах. SIMHA оцінює, що люди виробляють достатню кількість сечі, щоб замінити близько чверті поточних світових добрив азоту та фосфатів; Він також містить калію та багато мікроелементів (див. "Склади в сечі"). Найкраще, не промиваючи сечу вниз по стоку, ви заощадите багато води та зменшуєте навантаження на старіння та перевантажену каналізаційну систему.
На думку експертів у цій галузі, багато компонентів диверсії сечі незабаром можуть стати широко доступними завдяки просуванню туалетів та стратегій утилізації сечі. Але також існують великі перешкоди для фундаментальних змін в одному з найбільш фундаментальних аспектів життя. Дослідникам та компаніям потрібно вирішити безліч викликів-від вдосконалення дизайну туалетів, що розкидаються з сечею, до полегшення сечі для обробки та перетворення на цінні продукти. Це може включати системи хімічної обробки, пов'язані з окремими туалетами або підвальним обладнанням, що обслуговують всю будівлю, та надання послуг для відновлення та обслуговування отриманого концентрованого або загартованого продукту (див. "Від сечі до продукту"). Крім того, існують більш широкі проблеми соціальних змін та прийняття, пов'язані як з різним ступенем культурних табу, пов’язаних з людськими відходами, так і з глибокими конвенціями про промислові стічні води та харчові системи.
Оскільки суспільство має дефіцит енергії, води та сировини для сільського господарства та промисловості, відволікання сечі та повторне використання є "головним завданням того, як ми надаємо санітарію",-каже біолог Лінн Броддус, консультант з питань сталого розвитку в Міннеаполісі. . «Жанр, який стане все більш важливим. Міннесота, він був минулим президентом Водної Федерації Олександрії, штат Вашингтон, всесвітньою асоціацією професіоналів якості води. "Це насправді щось цінне".
Колись сеча була цінним товаром. У минулому деякі товариства використовували його для запліднення врожаю, виготовлення шкіри, прання одягу та виготовлення порох. Потім, наприкінці 19-на початку 20 століть, сучасна модель централізованого управління стічними водами виникла у Великобританії і поширилася по всьому світу, що завершилася так званою сечовою сліпотою.
У цій моделі туалети використовують воду для швидкого осушення сечі, калу та туалетного паперу вниз по стоку, змішаної з іншими рідинами з побутових, промислових джерел, а іноді і штормовими стоками. У централізованих засобах очищення стічних вод енергетичні процеси використовують мікроорганізми для лікування стічних вод.
Залежно від місцевих правил та умов очисної споруди, стічні води, виписані з цього процесу, все ще можуть містити значну кількість азоту та інших поживних речовин, а також деяких інших забруднень. 57% світового населення взагалі не пов'язані з централізованою каналізаційною системою (див. "Людська каналізація").
Вчені працюють над тим, щоб зробити централізовані системи більш стійкими та менш забруднюючими, але починаючи зі Швеції в 90 -х роках, деякі дослідники наполягають на більш фундаментальних змінах. Асесія в кінці трубопроводу - це "просто чергова еволюція тієї ж проклятої речі", - сказала Ненсі Лав, інженер з навколишнього середовища Мічиганського університету в Ен -Арбор. Відволікання сечі буде "трансформативною", - каже вона. У дослідженні 1, яке моделювало системи управління стічними водами у трьох державах США, вона та її колеги порівнювали звичайні системи очищення стічних вод із гіпотетичними системами очищення стічних вод, які відволікають сечу та використовують відновлені поживні речовини замість синтетичних добрив. Вони оцінюють, що громади, що використовують диверсію сечі, можуть зменшити загальні викиди парникових газів на 47%, споживання енергії на 41%, споживання прісної води приблизно на половину та забруднення поживними речовинами стічних вод на 64%. використовується технологія.
Однак концепція залишається нішею і значною мірою обмежена автономними районами, такими як скандинавські еко-вілині, сільські господарські будівлі та події в районах з низьким рівнем доходу.
Тей Ларсен, інженер -хімік у Швейцарському федеральному інституті водних наук та технологій (EAWAG) у Дюбендорфі, каже, що значна частина відставання викликана самими туалетами. Вперше введений на ринок у 90-х та 2000-х роках, більшість туалетів, що відводять сечі, мають перед ними невеликий басейн для збору рідини, що вимагає ретельного націлювання. Інші конструкції включають ремені конвеєра, які дозволяють сечі стікати, коли гній транспортується до відро для компосту, або датчики, які експлуатують клапани для спрямування сечі на окрему розетку.
Туалет прототипу, який розділяє сечу і висихає її на порошок, випробовується в штаб -квартирі шведської компанії з водопостачання та каналізації VA Syd в Мальме. Кредит на зображення: EOOS Далі
Але в експериментальних та демонстраційних проектах у Європі люди не сприйняли їх використання, сказав Ларсен, скаржачись, що вони занадто об'ємні, смердючі та ненадійні. "Нас справді відкладали темою туалетів".
Ці занепокоєння переслідували перше масштабне використання туалетів, що розкидаються на сечі, проекту в південноафриканському місті Етеквіні у 2000-х. Ентоні Оділі, який вивчає управління охороною здоров'я в Університеті Квазулу-Наталь у Дурбані, заявив, що раптове розширення міських кордонів після апартеїду призвело до того, що влада перейняла деякі бідні сільські райони без туалету та водної інфраструктури.
Після спалаху холери в серпні 2000 року влада швидко розгорнула декілька санітарних установок, які відповідали фінансовим та практичним обмеженням, включаючи близько 80 000 сухих туалетів, що відводять сечу, більшість з яких ще використовуються сьогодні. Сеча стікає в ґрунт з -під туалету, і кало опиняється в сховищі, яке місто спорожняло кожні п’ять років з 2016 року.
Оділі заявив, що проект створив безпечніші санітарні установи в цьому районі. Однак дослідження суспільних наук визначили багато проблем з програмою. Незважаючи на те, що туалети кращі за нічого, дослідження, включаючи деякі дослідження, в яких він брав участь, пізніше показали, що користувачі, як правило, їх не люблять, сказав Оділі. Багато з них побудовані з низької якості матеріалів і незручні у використанні. Хоча такі туалети повинні теоретично запобігти запахам, сеча в туалетах Ethekwini часто опиняється у фекальному сховищі, створюючи жахливий запах. За словами Оділі, люди "не могли нормально дихати". Більше того, сеча практично не використовується.
Зрештою, за словами Оділі, рішення про введення сухих туалетів, що розбиваються сечею, було зверху вниз і не враховувало переваги людей, головним чином з міркувань охорони здоров'я. Дослідження 2017 року виявило, що понад 95% респондентів Ethekwini хотіли отримати доступ до зручних туалетів без запаху, які використовували заможні білі жителі міста, і багато хто планував встановити їх, коли дозволяються умови. У Південній Африці туалети вже давно є символом расової нерівності.
Однак нова конструкція може стати проривом у диверсії в сечі. У 2017 році на чолі з дизайнером Харальдом Грюндлом у співпраці з Ларсеном та іншими, австрійська дизайнерська фірма EOOS (відірвана з Eoos Next) випустила пастку сечі. Це усуває необхідність націлювання користувача, а функція диверсії сечі майже невидима (див. "Новий тип туалету").
Він використовує тенденцію води для прилипання до поверхонь (називається ефектом чайника, оскільки він діє як незручний чайник, що капає), щоб направити сечу з передньої частини туалету в окремий отвір (див. "Як переробити сечу"). Розроблений за фінансуванням Фонду Білла та Мелінда Гейтс у Сіетлі, штат Вашингтон, який підтримував широку розшуку досліджень інновацій у туалеті для налаштувань з низьким рівнем доходу, пастка сечі може бути включена у все, від високоякісного керамічного п’єдесталу до пластикових приладів. Розроблений за фінансуванням Фонду Білла та Мелінда Гейтс у Сіетлі, штат Вашингтон, який підтримував широку розшуку досліджень інновацій у туалеті для налаштувань з низьким рівнем доходу, пастка сечі може бути включена у все, від високоякісного керамічного п’єдесталу до пластикових приладів. Розроблений з фінансуванням Фонду Білла та Мелінда Гейтс у Сіетлі, штат Вашингтон, який підтримував широкий спектр досліджень інновацій у туалеті з низьким рівнем доходу, пастка сечі може бути вбудована у все, від моделей з керамічними п’єдесталами до пластикових присідань.горщики. Розроблений за фінансуванням Фонду Білла та Мелінда Гейтс у Сіетлі, штат Вашингтон, який підтримує широкі дослідження інновацій у туалеті з низьким рівнем доходу, колектор сечі може бути вбудований у все, від висококласних моделей на основі кераміки до пластикових присідань.Швейцарський виробник Laufen вже випускає продукт під назвою "Зберегти!" Для європейського ринку, хоча його вартість занадто висока для багатьох споживачів.
Університет Квазулу-Наталь та Етеквіні також випробовують версії туалетів з пастки сечі, які можуть відволікати сечу та вимивати частинки. Цього разу дослідження зосереджується більше на користувачах. Оді оптимістично є тим, що люди віддають перевагу новим туалетам, що відводять сечу, оскільки вони краще пахнуть і легше використовувати, але він зазначає, що чоловіки повинні сісти, щоб мочитися, що є величезною культурною зміною. Але якщо туалети "також будуть прийняті та прийняті мікрорайонами з високим рівнем доходу-людьми з різного етнічного походження-це дійсно допоможе поширитись",-сказав він. "Ми завжди повинні мати расову лінзу", - додав він, щоб переконатися, що вони не розвивають щось, що сприймається як "лише чорний" або "лише бідний".
Розділення сечі - це лише перший крок у трансформації санітарії. Наступна частина - це з'ясувати, що з цим робити. У сільській місцевості люди можуть зберігати його у чанах, щоб вбити будь -які збудники, а потім застосувати його до сільськогосподарських угідь. Всесвітня організація охорони здоров’я дає рекомендації щодо цієї практики.
Але міське середовище складніше - саме тут виробляється більша частина сечі. Не було б практично побудувати кілька окремих каналізації по всьому місту, щоб доставити сечу в центральне місце. А оскільки сеча становить близько 95 відсотків води, зберігати та транспортувати занадто дорого. Тому дослідники зосереджуються на висиханні, концентруванні або іншим чином видобуванні поживних речовин із сечі на рівні туалету чи будівлі, залишаючи воду позаду.
Це буде непросто, сказав Ларсон. З точки зору інженерії, "Piss - це погане рішення", - сказала вона. Окрім води, більшість-це сечовина, багата на азот сполука, яку організм виробляє як побічний продукт білкового метаболізму. Сечовина корисна сама по собі: синтетична версія - це звичайне азотне добриво (див. Вимоги до азоту). Але це також складно: у поєднанні з водою сечовина перетворюється на аміак, який надає сечі її характерний запах. Якщо не ввімкнути, аміак може відчути паху, забруднювати повітря та забирати цінний азот. Каталізується всюдисущим ферментом уреазою, ця реакція, що називається гідролізом сечовини, може приймати кілька мікросекунд, що робить уреазу одним із найефективніших ферментів.
Деякі методи дозволяють продовжувати гідроліз. Дослідники EAWAG розробили вдосконалений процес, який перетворює гідролізовану сечу в концентрований поживний розчин. По-перше, у акваріумі мікроорганізми перетворюють летючий аміак у неулятильний аміачний нітрат, загальний добрив. Потім спиртник концентрує рідину. Дочірня компанія під назвою Vuna, яка також базується в Дюбендорфі, працює над комерціалізацією системи для будівель та продукту під назвою Aurin, який був затверджений у Швейцарії для харчових рослин вперше у світі.
Інші намагаються зупинити реакцію гідролізу, швидко підвищуючи або знижуючи рН сечі, яка зазвичай є нейтральною при виведенні. У кампусі Мічиганського університету Лав співпрацює з Інститутом некомерційної організації Землі в Браттлборо, штат Вермонт, щоб розробити систему будівель, що видаляє рідку лимонну кислоту від туалетів та безводних туалетів. Вода вивергається з пісунів. Потім сечу зосереджують шляхом повторного замерзання та відтавання5.
Команда SLU на чолі з інженером з навколишнього середовища Бьорн -переможця на острові Готленд розробила спосіб висушити сечу в тверду сечовину, змішану з іншими поживними речовинами. Команда оцінює свій останній прототип, автостоянний туалет із вбудованою сушаркою, у штаб-квартирі шведської компанії з водопостачання та каналізації VA Syd в Мальме.
Інші методи орієнтовані на окремі поживні речовини в сечі. Вони можуть бути легше інтегруватись у існуючі ланцюги поставок для добрив та промислових хімічних речовин, - каже хімічний інженер Вільям Тарпе, колишній докторант "Лав", який зараз знаходиться в Стенфордському університеті в Каліфорнії.
Поширеним методом відновлення фосфору з гідролізованої сечі є додавання магнію, що спричиняє осадження добрива, що називається струвіт. Тарпе експериментує з гранулами адсорбентного матеріалу, які можуть вибірково видалити азот як аміаку6 або фосфору як фосфат. Його система використовує іншу рідину під назвою Recenerant, яка протікає через повітряні кулі після того, як вони закінчуються. Відроджувач приймає поживні речовини та поновлює кульки для наступного раунду. Це низькотехнологічний пасивний метод, але комерційні відродження є поганими для навколишнього середовища. Тепер його команда намагається зробити дешевші та екологічніші продукти (див. "Забруднення майбутнього").
Інші дослідники розробляють способи отримання електроенергії, розміщуючи сечу в мікробні паливні елементи. У Кейптауні, Південна Африка, інша команда розробила метод виготовлення нетрадиційних будівельних цегли, змішавши бактерії сечі, піску та уреази у форму. Вони кальцифікуються в будь -яку форму без стрільби. Європейське космічне агентство розглядає сечу космонавтів як ресурс для будівництва житла на Місяці.
"Коли я думаю про широке майбутнє переробки сечі та переробки стічних вод, ми хочемо мати можливість виробляти якомога більше продуктів", - сказав Тарпе.
Оскільки дослідники проводять цілий ряд ідей для комодифікації сечі, вони знають, що це важкий бій, особливо для закріпленої галузі. Компанії з добрив та харчування, фермери, виробники туалетів та регулятори повільно вносять значні зміни у їх практиці. "Тут багато інерції", - сказав Сімша.
Наприклад, в Каліфорнійському університеті, Берклі, дослідницька та навчальна установка Laufen Save! Це включає витрати на архітекторів, будівництво та дотримання муніципальних правил - і цього ще не зроблено, - сказав Кевін Она, інженер з навколишнього середовища, який зараз працює в університеті Західної Вірджинії в Моргантауні. Він зазначив, що відсутність існуючих кодів та правил створила проблеми для управління закладами, тому він приєднався до групи, яка розробляла нові коди.
Частина інерції може бути пов’язана зі страхом опору покупців, але опитування людей у ​​16 ​​країнах в 16 країнах було встановлено, що в таких місцях, як Франція, Китай та Уганда, готовність споживати їжу, фіксовану в сечі, була близько 80% (див. Чи їдять люди? ').
Пам Елардо, яка очолює адміністрацію стічних вод як заступника адміністратора Агентства охорони навколишнього природного середовища Нью -Йорка, заявила, що вона підтримує такі інновації, як відволікання сечі як ключовими цілями її компанії, є подальше зменшення забруднення та переробки ресурсів. Вона очікує, що для такого міста, як Нью-Йорк, найбільш практичним та економічно вигідним методом відводу сечі буде системами без мережі в модернізованому чи новому будівлі, доповненому операціями з технічного обслуговування та збору. Якщо новатори можуть вирішити проблему, "вони повинні працювати", - сказала вона.
Враховуючи ці досягнення, Ларсен прогнозує, що масове виробництво та автоматизація технології диверсії сечі можуть бути далеко не далеко. Це покращить діловий випадок цього переходу до поводження з відходами. Диверсія сечі " - це правильна техніка", - сказала вона. «Це єдина технологія, яка може вирішити проблеми з домашнім харчуванням за розумну кількість часу. Але люди повинні вирішити свою думку ».
Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Environment. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Environment.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. і Love, NG Environment. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Environment。 Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, NG Environment。Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. і Love, NG Environment.наука. Технологія. 55, 593–603 (2021).
Сазерленд, К. та ін. Випорожнення вражень відволікаючого туалету. Фаза 2: Випуск плану перевірки UDDT Ethekwini City (Університет Квазулу-Натал, 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. і Баклі, 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. і Баклі, 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.Хімічна речовина. Міжнародний раю англійська. 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.).