Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro dosažení nejlepšího zážitku doporučujeme používat aktualizovaný prohlížeč (nebo v aplikaci Internet Explorer vypnout režim kompatibility). Mezitím budeme web vykreslovat bez stylů a JavaScriptu, abychom zajistili jeho nepřetržitou podporu.
Chelsea Wold je nezávislá novinářka žijící v Haagu v Nizozemsku a autorka knihy Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets (Snění: Naléhavé globální úsilí o změnu toalet).
Specializované toaletní systémy extrahují dusík a další živiny z moči pro použití jako hnojivo a další produkty. Autor obrázku: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Gotland, největší švédský ostrov, má málo sladké vody. Zároveň se obyvatelé potýkají s nebezpečnou úrovní znečištění ze zemědělství a kanalizačních systémů, které způsobují škodlivé květenství řas v okolí Baltského moře. Mohou zabíjet ryby a způsobovat nemoci lidem.
Aby ostrov pomohl vyřešit tuto sérii environmentálních problémů, vkládá své naděje do jedné nepravděpodobné látky, která je váže: lidské moči.
Výzkumný tým začal v roce 2021 spolupracovat s místní společností, která pronajímá přenosné toalety. Cílem je během letní turistické sezóny shromáždit více než 70 000 litrů moči v suchých pisoárech a specializovaných toaletách na různých místech během tří let. Tým pocházel ze Švédské univerzity zemědělských věd (SLU) v Uppsale, která založila společnost s názvem Sanitation360. Pomocí procesu, který vědci vyvinuli, vysušili moč do kusů podobných betonu, které poté rozemleli na prášek a slisovali do granulovaného hnojiva, které se hodí do standardních zemědělských strojů. Místní farmáři používají hnojivo k pěstování ječmene, který se poté posílá do pivovarů k výrobě piva, které se po spotřebě může vrátit do oběhu.
Prithvi Simha, chemický inženýr na SLU a technický ředitel společnosti Sanitation360, uvedl, že cílem výzkumníků je „jít nad rámec konceptu a uvést do praxe“ opětovné použití moči ve velkém měřítku. Cílem je poskytnout model, který lze napodobit po celém světě. „Naším cílem je, aby toto cvičení prováděl každý, kdekoli na světě.“
V experimentu na Gotlandu byl ječmen hnojený močí (vpravo) porovnáván s nehnojenými rostlinami (uprostřed) a s minerálními hnojivy (vlevo). Autor obrázku: Jenna Senecal.
Projekt Gotland je součástí podobného celosvětového úsilí o oddělení moči od ostatních odpadních vod a její recyklaci do produktů, jako jsou hnojiva. Tuto praxi, známou jako odvádění moči, studují mimo jiné skupiny ve Spojených státech, Austrálii, Švýcarsku, Etiopii a Jižní Africe. Toto úsilí jde daleko za hranice univerzitních laboratoří. Bezvodé pisoáry jsou napojeny na systémy likvidace odpadních vod v suterénech v kancelářích v Oregonu a Nizozemsku. Paříž plánuje instalovat toalety s odváděním moči v ekozóně s 1 000 obyvateli, která se buduje ve 14. obvodu města. Evropská kosmická agentura umístí 80 toalet ve svém pařížském sídle, které zahájí provoz koncem tohoto roku. Zastánci odvádění moči tvrdí, že by mohlo najít využití na místech od provizorních vojenských základen až po uprchlické tábory, bohatá městská centra a rozlehlé slumy.
Vědci tvrdí, že pokud by se rozdělování moči po celém světě rozsáhle zavedlo, mohlo by přinést obrovské výhody pro životní prostředí a veřejné zdraví. Částečně je to proto, že moč je bohatá na živiny, které neznečišťují vodní plochy, a lze ji použít k hnojení plodin nebo v průmyslových procesech. Simha odhaduje, že lidé produkují dostatek moči, aby nahradili asi čtvrtinu současných světových dusíkatých a fosfátových hnojiv; moč také obsahuje draslík a mnoho stopových prvků (viz „Složky v moči“). A co je nejlepší, tím, že moč nevyléváte do odpadu, ušetříte spoustu vody a snížíte zátěž stárnoucí a přetížené kanalizační sítě.
Podle odborníků v oboru by se mnoho komponentů pro odvádění moči mohlo brzy stát široce dostupnými díky pokroku v oblasti toalet a strategií likvidace moči. Existují však také velké překážky bránící zásadní změně v jednom z nejzákladnějších aspektů života. Výzkumníci a firmy se musí vypořádat s nesčetnými problémy, od zlepšení konstrukce toalet s odváděním moči až po usnadnění zpracování moči a její přeměnu na hodnotné produkty. To může zahrnovat systémy chemického čištění připojené k jednotlivým toaletám nebo zařízení ve sklepě obsluhující celou budovu a poskytující služby pro regeneraci a údržbu výsledného koncentrovaného nebo ztvrdlého produktu (viz „Z moči k produktu“). Kromě toho existují širší otázky společenské změny a akceptace, které souvisejí jak s různou mírou kulturních tabu spojených s lidským odpadem, tak s hluboce zakořeněnými konvencemi o průmyslových odpadních vodách a potravinových systémech.
Vzhledem k tomu, že se společnost potýká s nedostatkem energie, vody a surovin pro zemědělství a průmysl, je odvádění a opětovné použití moči „velkou výzvou pro to, jak zajišťujeme hygienu,“ říká bioložka Lynn Broaddusová, konzultantka pro udržitelnost se sídlem v Minneapolis. „Tento žánr bude stále důležitější.“ V Minnesotě byl bývalým prezidentem Aquatic Federation of Alexandria ve Virginii, celosvětové asociace odborníků na kvalitu vody. „Je to ve skutečnosti něco cenného.“
Kdysi dávno byla moč cennou komoditou. V minulosti ji některé společnosti používaly k hnojení plodin, výrobě kůže, praní prádla a výrobě střelného prachu. Pak, na konci 19. a začátku 20. století, vznikl ve Velké Británii moderní model centralizovaného hospodaření s odpadními vodami, který se rozšířil po celém světě a vyvrcholil takzvanou močovou slepotou.
V tomto modelu toalety používají vodu k rychlému odvedení moči, výkalů a toaletního papíru do odpadu, smíchaného s dalšími tekutinami z domácností, průmyslových zdrojů a někdy i dešťové kanalizace. V centralizovaných čistírnách odpadních vod využívají energeticky náročné procesy k čištění odpadních vod mikroorganismy.
V závislosti na místních pravidlech a podmínkách čistírny může odpadní voda vypouštěná z tohoto procesu stále obsahovat značné množství dusíku a dalších živin, jakož i některé další kontaminanty. 57 % světové populace není vůbec připojeno k centralizované kanalizaci (viz „Lidská kanalizace“).
Vědci pracují na tom, aby centralizované systémy byly udržitelnější a méně znečišťující, ale počínaje Švédskem v 90. letech 20. století někteří výzkumníci prosazují zásadnější změny. Pokroky na konci procesu jsou „jen dalším vývojem téže zatracené věci,“ říká Nancy Loveová, environmentální inženýrka z Michiganské univerzity v Ann Arboru. Odvádění moči bude „transformativní,“ říká. Ve studii 1, která simulovala systémy hospodaření s odpadními vodami ve třech státech USA, porovnávala se svými kolegy konvenční systémy čištění odpadních vod s hypotetickými systémy čištění odpadních vod, které odvádějí moč a používají regenerované živiny místo syntetických hnojiv. Odhadují, že komunity využívající odvádění moči mohou snížit celkové emise skleníkových plynů o 47 %, spotřebu energie o 41 %, spotřebu sladké vody přibližně o polovinu a znečištění odpadních vod živinami o 64 % použité technologie.
Tento koncept však zůstává specializovaný a do značné míry omezený na autonomní oblasti, jako jsou skandinávské ekovesnice, venkovské hospodářské budovy a zástavba v oblastech s nízkými příjmy.
Tove Larsenová, chemická inženýrka ze Švýcarského federálního institutu pro vodní vědy a technologie (Eawag) v Dübendorfu, říká, že velkou část zpoždění způsobují samotné toalety. Většina toalet s odváděním moči, které byly poprvé uvedeny na trh v 90. a 2000. letech, má před sebou malou nádržku pro sběr tekutiny, což vyžaduje pečlivé zacílení. Mezi další konstrukce patří nožně ovládané dopravní pásy, které umožňují odtok moči při přepravě hnoje do kompostovacího koše, nebo senzory, které ovládají ventily, které vedou moč do samostatného vývodu.
V sídle švédské vodárenské a kanalizační společnosti VA SYD v Malmö se testuje prototyp toalety, která odděluje moč a suší ji na prášek. Zdroj obrázku: EOOS NEXT
Ale v experimentálních a demonstračních projektech v Evropě si lidé jejich používání nepřijali, uvedl Larsen a stěžoval si, že jsou příliš objemné, páchnoucí a nespolehlivé. „Téma toalet nás opravdu odradilo.“
Tyto obavy pronásledovaly první rozsáhlé využití toalet s odváděním moči, což byl projekt v jihoafrickém městě Ethekwini v roce 2000. Anthony Odili, který studuje management zdravotnictví na Univerzitě KwaZulu-Natal v Durbanu, uvedl, že náhlé rozšíření hranic města po apartheidu vedlo k tomu, že úřady převzaly některé chudé venkovské oblasti bez toalet a vodovodní infrastruktury.
Po vypuknutí cholery v srpnu 2000 úřady rychle nasadily několik hygienických zařízení, která splňovala finanční a praktická omezení, včetně přibližně 80 000 suchých toalet s odváděním moči, z nichž většina se používá dodnes. Moč zpod toalety stéká do půdy a výkaly končí ve skladu, který město od roku 2016 vyprazdňuje každých pět let.
Odili uvedl, že projekt v oblasti vytvořil bezpečnější hygienická zařízení. Výzkum v oblasti sociálních věd však odhalil mnoho problémů s programem. Navzdory představě, že toalety jsou lepší než nic, studie, včetně některých studií, na kterých se podílel, později ukázaly, že uživatelé je obecně nemají rádi, řekl Odili. Mnohé z nich jsou postaveny z nekvalitních materiálů a jejich používání je nepohodlné. I když by takové toalety teoreticky měly zabránit zápachu, moč v toaletách eThekwini často končí v úložišti fekálií a vytváří hrozný zápach. Podle Odiliho lidé „nemohli normálně dýchat“. Moč se navíc prakticky nepoužívá.
Podle Odili nakonec rozhodnutí o zavedení suchých toalet s odváděním moči přišlo shora dolů a nezohledňovalo preference lidí, zejména z důvodů veřejného zdraví. Studie z roku 20173 zjistila, že více než 95 % respondentů eThekwini si přálo mít přístup k pohodlným toaletám bez zápachu, které používají bohatí bílí obyvatelé města, a mnozí z nich plánovali jejich instalaci, jakmile to podmínky dovolí. V Jižní Africe jsou toalety již dlouho symbolem rasové nerovnosti.
Nový design by však mohl být průlomem v odvádění moči. V roce 2017 uvedla rakouská designérská firma EOOS (odštěpená od EOOS Next) pod vedením designéra Haralda Grundla ve spolupráci s Larsenem a dalšími na trh lapač moči. Díky tomu uživatel nemusí mířit a funkce odvádění moči je téměř neviditelná (viz „Nový druh toalety“).
Využívá tendenci vody ulpívat na površích (tzv. efekt konvice, protože se chová jako nepříjemně kapající konvice) k nasměrování moči z přední části toalety do samostatného otvoru (viz „Jak recyklovat moč“). Lapač moči, vyvinutý s finanční podporou Nadace Billa a Melindy Gatesových v Seattlu ve státě Washington, která podpořila širokou škálu výzkumu v oblasti inovací toalet pro prostředí s nízkými příjmy, lze začlenit do všeho od luxusních keramických podstavcových modelů až po plastové podsedlové mísy. Lapač moči, vyvinutý s finanční podporou Nadace Billa a Melindy Gatesových v Seattlu ve státě Washington, která podpořila širokou škálu výzkumu v oblasti inovací toalet pro prostředí s nízkými příjmy, lze začlenit do všeho od luxusních keramických podstavcových modelů až po plastové podsedlové mísy. Lapač moči, vyvinutý s finanční podporou Nadace Billa a Melindy Gatesových v Seattlu ve státě Washington, která podpořila širokou škálu výzkumu v oblasti inovací toalet pro osoby s nízkými příjmy, lze zabudovat do všeho od modelů s keramickými podstavci až po plastové dřepy.hrnce. Sběrač moči, vyvinutý s finanční podporou Nadace Billa a Melindy Gatesových v Seattlu ve státě Washington, která podporuje rozsáhlý výzkum inovací toalet pro osoby s nízkými příjmy, lze zabudovat do všeho od luxusních keramických modelů až po plastové podnosy.Švýcarský výrobce LAUFEN již uvádí na evropský trh produkt s názvem „Save!“, ačkoli jeho cena je pro mnoho spotřebitelů příliš vysoká.
Univerzita KwaZulu-Natal a městská rada eThekwini také testují verze toalet s odlučovačem moči, které dokáží odvádět moč a splachovat pevné částice. Studie se tentokrát více zaměřuje na uživatele. Odie je optimistický, že lidé budou dávat přednost novým toaletám s odváděním moči, protože lépe voní a snáze se používají, ale poznamenává, že muži si musí při močení sednout, což je obrovský kulturní posun. Pokud si však toalety „přijmou a začnou je používat i bohaté čtvrti – lidé z různých etnických skupin – skutečně to pomůže jejich šíření,“ řekl. „Vždy musíme mít rasový aspekt,“ dodal, aby se ujistili, že se nevyvine něco, co je vnímáno jako „pouze pro černochy“ nebo „pouze pro chudé“.
Oddělování moči je pouze prvním krokem k transformaci hygieny. Další částí je vyřešení, co s tím dělat. Ve venkovských oblastech ji lidé mohou skladovat v kádích, aby zničili všechny patogeny, a poté ji aplikovat na zemědělskou půdu. Světová zdravotnická organizace vydává doporučení pro tuto praxi.
Městské prostředí je ale složitější – právě zde se produkuje většina moči. Nebylo by praktické budovat po celém městě několik samostatných kanalizací, které by moč dopravovaly do centrálního místa. A protože moč se skládá z asi 95 procent z vody, je její skladování a přeprava příliš drahá. Vědci se proto zaměřují na sušení, zahušťování nebo jiné získávání živin z moči na úrovni toalety nebo budovy, přičemž po ní zůstává voda.
„Nebude to snadné,“ řekla Larsonová. „Z inženýrského hlediska je moč špatné řešení,“ dodala. Kromě vody tvoří většinu močovina, sloučenina bohatá na dusík, kterou tělo produkuje jako vedlejší produkt metabolismu bílkovin. Močovina je sama o sobě užitečná: syntetická verze je běžné dusíkaté hnojivo (viz Požadavky na dusík). Je to ale také ošemetné: ve spojení s vodou se močovina mění na amoniak, který dává moči charakteristický zápach. Pokud není zapnutý, amoniak může zapáchat, znečišťovat vzduch a odebírat cenný dusík. Tato reakce, nazývaná hydrolýza močoviny, katalyzovaná všudypřítomným enzymem ureázou, může trvat několik mikrosekund, což z ureázy činí jeden z nejúčinnějších známých enzymů.
Některé metody umožňují pokračování hydrolýzy. Výzkumníci z Eawag vyvinuli pokročilý proces, který přeměňuje hydrolyzovanou moč na koncentrovaný živný roztok. Nejprve v akváriu mikroorganismy přemění těkavý amoniak na netěkavý dusičnan amonný, běžné hnojivo. Destilátor poté kapalinu koncentruje. Dceřiná společnost Vuna, rovněž se sídlem v Dübendorfu, pracuje na komercializaci systému pro budovy a produktu s názvem Aurin, který byl ve Švýcarsku poprvé na světě schválen pro potravinářské rostliny.
Jiní se snaží zastavit hydrolýzní reakci rychlým zvýšením nebo snížením pH moči, která je po vyloučení obvykle neutrální. Na kampusu Michiganské univerzity Love spolupracuje s neziskovou organizací Earth Abundance Institute v Brattleboro ve Vermontu na vývoji systému pro budovy, který odstraňuje kapalnou kyselinu citronovou z odváděných toalet a toalet bez vody. Z pisoárů vytéká voda. Moč se poté zahušťuje opakovaným zmrazováním a rozmrazováním5.
Tým SLU vedený environmentálním inženýrem Björnem Winnerosem na ostrově Gotland vyvinul způsob, jak sušit moč na pevnou močovinu smíchanou s dalšími živinami. Tým vyhodnocuje svůj nejnovější prototyp, volně stojící toaletu s vestavěnou sušičkou, v sídle švédské vodárenské a kanalizační společnosti VA SYD v Malmö.
Jiné metody se zaměřují na jednotlivé živiny v moči. Mohly by být snadněji integrovány do stávajících dodavatelských řetězců hnojiv a průmyslových chemikálií, říká chemický inženýr William Tarpeh, bývalý postdoktorand z Love's, který nyní působí na Stanfordské univerzitě v Kalifornii.
Běžnou metodou obnovy fosforu z hydrolyzované moči je přidání hořčíku, které způsobuje srážení hnojiva zvaného struvit. Tarpeh experimentuje s granulemi adsorpčního materiálu, které dokáží selektivně odstraňovat dusík jako amoniak6 nebo fosfor jako fosfát. Jeho systém používá jinou tekutinu zvanou regenerant, která proudí balónky po jejich vyčerpání. Regenerant přijímá živiny a obnovuje kuličky pro další kolo. Jedná se o nízkotechnologickou, pasivní metodu, ale komerční regeneráty jsou špatné pro životní prostředí. Jeho tým se nyní snaží vyrábět levnější a ekologičtější produkty (viz „Znečištění budoucnosti“).
Další výzkumníci vyvíjejí způsoby výroby elektřiny umístěním moči do mikrobiálních palivových článků. V Kapském Městě v Jižní Africe vyvinul jiný tým metodu výroby nekonvenčních stavebních cihel smícháním moči, písku a bakterií produkujících ureázu do formy. Cihly se bez vypalování vápenatě tvarují. Evropská kosmická agentura zvažuje moč astronautů jako zdroj pro stavbu bydlení na Měsíci.
„Když přemýšlím o široké budoucnosti recyklace moči a recyklace odpadních vod, chceme být schopni vyrábět co nejvíce produktů,“ řekl Tarpeh.
Vědci, kteří zkoumají řadu nápadů na komodifikaci moči, vědí, že je to těžký boj, zejména pro zakořeněné odvětví. Společnosti vyrábějící hnojiva a potraviny, zemědělci, výrobci toalet a regulační orgány zatím pomalu zavádějí významné změny ve svých postupech. „Je zde velká setrvačnost,“ řekl Simcha.
Například na Kalifornské univerzitě v Berkeley výzkumné a vzdělávací zařízení LAUFEN save! To zahrnuje výdaje na architekty, výstavbu a dodržování městských předpisů – a to ještě není hotové, uvedl Kevin Ona, inženýr životního prostředí, který nyní pracuje na Západovirginské univerzitě v Morgantownu. Řekl, že absence stávajících předpisů a předpisů způsobuje problémy pro správu zařízení, a proto se připojil ke skupině, která vyvíjela nové předpisy.
Část této setrvačnosti může být způsobena strachem z odporu zákazníků, ale průzkum z roku 2021 mezi lidmi v 16 zemích7 zjistil, že v místech, jako je Francie, Čína a Uganda, se ochota konzumovat potraviny obohacené močí blížila 80 % (viz „Budou to lidé jíst?“).
Pam Elardová, která vede Správu odpadních vod jako zástupkyně správce Agentury pro ochranu životního prostředí města New Yorku, uvedla, že podporuje inovace, jako je odvádění moči, protože klíčovými cíli její společnosti je další snižování znečištění a recyklace zdrojů. Očekává, že pro město jako New York bude nejpraktičtější a nákladově nejefektivnější metodou odvádění moči systémy nezávislé na síti v modernizovaných nebo nových budovách, doplněné údržbou a sběrem moči. Pokud inovátoři dokážou problém vyřešit, „měli by pracovat,“ řekla.
Vzhledem k těmto pokrokům Larsen předpovídá, že masová výroba a automatizace technologie odvádění moči nemusí být daleko. To zlepší obchodní argumenty pro tento přechod k nakládání s odpady. Odvádění moči „je ta správná technika,“ řekla. „Toto je jediná technologie, která dokáže vyřešit problémy s domácím stravováním v rozumném čase. Lidé se ale musí rozhodnout.“
Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. a Love, NG. Životní prostředí. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. a Love, NG. Životní prostředí.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. a Love, NG. Životní prostředí. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. a Love, NG Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. a Love, NG Environ.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. a Love, NG. Životní prostředí.věda. technologie. 55, 593–603 (2021).
Sutherland, K. a kol. Otisky vyprazdňování odkloněné toalety. Fáze 2: Vydání validačního plánu UDDT města eThekwini (Univerzita KwaZulu-Natal, 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. a Buckley, 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. a Buckley, CAJ Water Sanit.Správa směn 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.Chemie. International Paradise English. 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.).