Děkujeme za návštěvu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro nejlepší zážitek doporučujeme použít aktualizovaný prohlížeč (nebo zakázat režim kompatibility v Internet Explorer). Mezitím, abychom zajistili trvalou podporu, vykreslíme web bez stylů a javascriptu.
Chelsea Wold je novinář na volné noze se sídlem v Haagu, Nizozemsku a autor Daydream: naléhavá globální snaha o změnu toalet.
Specializované toaletní systémy extrahují dusík a další živiny z moči pro použití jako hnojivo a další produkty. Obrázek kredit: Mak/Georg Mayer/EOOS Next
Gotland, největší švédský ostrov, má malou sladkou vodu. Zároveň se obyvatelé potýkají s nebezpečnou úrovní znečištění zemědělstvím a kanalizačními systémy, které způsobují škodlivé květy řas kolem Baltského moře. Mohou zabíjet ryby a způsobit, že lidé budou nemocní.
Aby pomohl vyřešit tuto řadu problémů environmentálních problémů, ostrov připíná na naděje na jednu nepravděpodobnou látku, která je váže: lidská moč.
Od roku 2021 začal výzkumný tým spolupracovat s místní společností, která pronajímá přenosné toalety. Cílem je sbírat více než 70 000 litrů moči po dobu 3 let v pisoárech bez vody a vyhrazené toalety na více místech během letní turistické sezóny. Tým pocházel ze švédské univerzity zemědělských věd (SLU) v Uppsale, která odstartovala společnost s názvem Sanitation360. Pomocí procesu, který vědci vyvinuli, vyschli moč na betonové kousky, které pak rozpadli do prášku a tlačili do granulí hnojiv, které se hodí ke standardním zemědělskému vybavení. Místní zemědělci používají hnojivo k pěstování ječmene, které je poté zasláno do pivovarů k výrobě piva, které se mohou po konzumaci vrátit zpět do cyklu.
Prithvi Simha, chemický inženýr ve společnosti SLU a CTO společnosti Sanitation360, uvedl, že cílem vědců je „překročit tento koncept a zavést do praxe“ opětovné použití moči ve velkém měřítku. Cílem je poskytnout model, který lze napodobovat po celém světě. "Naším cílem je pro všechny, všude, dělat toto cvičení."
V experimentu v Gotlandu byl ječmen s ohraničováním moči (vpravo) porovnán s nefertilizovanými rostlinami (střed) as minerálními hnojivy (vlevo). Obrázek kredit: Jenna Senecal.
Projekt Gotland je součástí podobného celosvětového úsilí oddělit moč od jiných odpadních vod a recyklovat ji na produkty, jako je hnojivo. Praxe, známá jako odklon moči, je mimo jiné studována skupinami ve Spojených státech, Austrálii, Švýcarsku, Etiopii a Jižní Africe. Toto úsilí jde daleko za univerzitní laboratoře. Pisoáry bez vody jsou spojeny s systémy likvidace suterénu v kancelářích v Oregonu a Nizozemsku. Paříž plánuje instalaci toalet divávající moč do ekozonu rezidentu 1 000 rezidentních stavěných ve 14. obvody města. Evropská kosmická agentura umístí 80 toalet do svého ústředí v Paříži, které zahájí operace koncem tohoto roku. Zastánci diverze moči říkají, že by mohla najít využití v místech od provizorních vojenských základů až po uprchlické tábory, bohatá městská centra a rozlehlé slumy.
Vědci tvrdí, že odklon moči, pokud bude nasazen ve velkém měřítku po celém světě, by mohl přinést obrovské výhody životnímu prostředí a veřejnému zdraví. Je to částečně proto, že moč je bohatá na živiny, které neznečišťují vodní útvary a mohou být použity k oplodnění plodin nebo v průmyslových procesech. Simha odhaduje, že lidé produkují dostatek moči, aby nahradili asi čtvrtinu současných světových hnojiv dusíku a fosfátu; Obsahuje také draslík a mnoho stopových prvků (viz „složky v moči“). Nejlepší ze všeho je, že nevyplavíte moč dolů odtokem, ušetříte hodně vody a snížíte zatížení stárnoucího a přetíženého kanalizačního systému.
Podle odborníků v oboru se mnoho složek odklonu moči může brzy dostat dostupné díky pokroku v strategiích toalet a likvidace moči. Existují však také velké překážky pro základní změnu v jednom z nejzákladnějších aspektů života. Vědci a společnosti se musí zabývat nesčetnými výzvami, od zlepšení návrhu toalet divávající moč až po usnadnění zpracování moči a proměňování cenných produktů. To může zahrnovat systémy chemického zpracování spojené s jednotlivými toaletami nebo suterénním zařízením sloužícím celé budově a poskytování služeb pro zotavení a údržbu výsledného koncentrovaného nebo tvrzeného produktu (viz „Od moči k produktu“). Kromě toho existují širší problémy sociálních změn a přijetí, spojené s různým stupněm kulturních tabu spojených s lidským odpadem a s hlubokými konvencemi o průmyslových odpadních vodách a potravinových systémech.
Vzhledem k tomu, že společnost se potýká s nedostatkem energie, vody a surovin pro zemědělství a průmysl, je odklon a opětovné použití moči „hlavní výzvou k tomu, jak poskytujeme hygienu,“ říká biologka Lynn Broaddus, konzultantka pro udržitelnost v Minneapolisu. . "Žánr, který bude stále důležitější." Minnesota, on byl minulým prezidentem Aquatic Federation of Alexandria, Va., Celosvětovou asociaci odborníků na kvalitu vody. "Ve skutečnosti je to něco hodnotného."
Kdysi dávno byla moč cennou komoditou. V minulosti ji některé společnosti používaly k oplodnění plodin, výrobě kůže, mytí oblečení a výrobě střelných prachů. Poté, na konci 19. a začátkem 20. století, vyvstal moderní model centralizovaného odpadního voda ve Velké Británii a rozšířil se po celém světě, který vyvrcholil takzvanou močovou slepotou.
V tomto modelu toalety používají vodu k rychlému odtoku moči, výkalů a toaletního papíru po odtoku, smíchané s jinými tekutinami z domácích, průmyslových zdrojů a někdy i bouřkových odtoků. V centralizovaných čistírnách odpadních vod používají energeticky náročné procesy mikroorganismy k čištění odpadních vod.
V závislosti na místních pravidlech a podmínkách čistírny může odpadní voda vypouštěná z tohoto procesu stále obsahovat významná množství dusíku a jiných živin, jakož i jiných kontaminantů. 57% světové populace není vůbec spojeno s centralizovaným kanalizačním systémem (viz „lidská odpadní voda“).
Vědci pracují na tom, aby centralizované systémy zvýšily udržitelnější a méně znečišťující, ale počínaje Švédskem v 90. letech někteří vědci prosazují další základní změny. Pokroky na konci potrubí jsou „jen další vývoj stejné zatracené věci,“ řekla Nancy Love, environmentální inženýr na University of Michigan v Ann Arbor. Odklonění moči bude „transformativní“, říká. Ve studii 1, která simulovala systémy řízení odpadních vod ve třech amerických státech, porovnávala ona a její kolegové konvenční systémy čištění odpadních vod s hypotetickými systémy čištění odpadních vod, které odvrátí moč a používají regenerované živiny místo syntetických hnojiv. Odhadují, že komunity využívající odklon moči mohou snížit celkové emise skleníkových plynů o 47%, spotřebu energie o 41%, spotřebu sladké vody asi polovinu a znečištění odpadních vod o 64%. Použitá technologie.
Tento koncept však zůstává mezeru a do značné míry omezen na autonomní oblasti, jako jsou skandinávské ekologické obličeje, venkovské přístavby a vývoj v oblastech s nízkými příjmy.
Tove Larsen, chemický inženýr ve Švýcarském federálním institutu pro vodní vědu a technologii (EAWAG) v Dübendorfu, říká, že většina nevyřízených je způsobena samotnými toaletami. Většina toalet divávající moč, která byla poprvé představena na trhu v 90. a 2000. letech, má před sebou malou povodí, aby sbírala tekutina, nastavení, které vyžaduje pečlivé cílení. Mezi další návrhy patří nožní dopravní pásy, které umožňují odtoku moči, když je hnoj přepravován do koše na kompost nebo senzory, které provozují ventily, aby nasměrovaly moč do samostatného výstupu.
Prototypová toaleta, která odděluje moč a vyschne na prášek, se testuje v sídle švédské vody a kanalizace VA Syd v Malmö. Obrázek kredit: EOOS Další
Ale v experimentálních a demonstračních projektech v Evropě lidé nepřijali své použití, řekl Larsen a stěžoval si, že jsou příliš objemní, páchnoucí a nespolehliví. "Byli jsme opravdu odloženi tématem toalet."
Tyto obavy pronásledovaly první rozsáhlé použití toalet divávající moč, projekt v jihoafrickém městě Ethekwini v roce 2000. Anthony Odili, který studuje správu zdraví na University of Kwazulu-Natal v Durbanu, uvedl, že náhlé rozšíření městských hranic po apartheidu vedlo k tomu, že úřady převzaly některé chudé venkovské oblasti bez toalety a vodní infrastruktury.
Po vypuknutí cholery v srpnu 2000 úřady rychle nasadily několik hygienických zařízení, která splnila finanční a praktická omezení, včetně přibližně 80 000 suchých toalet divávající moč, z nichž většina se stále používá dodnes. Moč se odtéká do půdy zpod záchodu a výkaly končí ve skladovacím zařízení, které město vyprázdnilo každých pět let od roku 2016.
Odili uvedl, že projekt vytvořil v této oblasti bezpečnější sanitační zařízení. Výzkum sociální vědy však identifikoval mnoho problémů s programem. Navzdory představě, že toalety jsou lepší než nic, studie, včetně některých studií, kterých se zúčastnil, později ukázaly, že je uživatelé obecně nelíbí, uvedla Odili. Mnoho z nich je postaveno z nekvalitních materiálů a je nepříjemné použít. Zatímco takové toalety by měly teoreticky zabránit pachům, moč v toaletách Ethekwini často končí ve fekálním úložišti a vytváří hrozný zápach. Podle Odili lidé „nemohli normálně dýchat“. Navíc se moč prakticky nepoužívá.
Nakonec, podle Odiliho, rozhodnutí zavést suché toalety divák moči, shora dolů a nezohlednilo preference lidí, zejména z důvodů veřejného zdraví. Studie 2017 Studie3 zjistila, že více než 95% respondentů Ethekwini chtělo přístup k pohodlným toaletům bez zápachu používaných bohatými bílými obyvateli města a mnoho z nich je plánovalo nainstalovat, když podmínky povolí. V Jižní Africe jsou toalety již dlouho symbolem rasové nerovnosti.
Nový design by však mohl být průlomem při odklonu moči. V roce 2017, vedená návrhářem Haraldem Grundlem, ve spolupráci s Larsenem a dalšími, vydala rakouská designérská firma EOOS (odstartována z EOOS Next) pasti. To eliminuje potřebu zamířit uživatele a funkce odklonu moči je téměř neviditelná (viz „Nový druh toalety“).
Používá tendenci vody k tomu, aby se držel povrchů (nazývaný efekt konvice, protože působí jako nepříjemná kapající konvice) k nasměrování moči z přední části toalety do samostatné díry (viz „Jak recyklovat moč“). Vyvinutá s financováním z Nadace Bill & Melinda Gates Foundation v Seattlu ve Washingtonu, která podporovala široký průzkum výzkumu toaletních inovací pro nastavení s nízkými příjmy, může být začleněna do všeho od špičkových keramických modelů podstavce až po plastové dřep. Vyvinutá s financováním z Nadace Bill & Melinda Gates Foundation v Seattlu ve Washingtonu, která podporovala široký průzkum výzkumu toaletních inovací pro nastavení s nízkými příjmy, může být začleněna do všeho od špičkových keramických modelů podstavce až po plastové dřep. Vyvinutá s financováním od nadace Bill & Melinda Gates v Seattlu ve Washingtonu, která podporovala širokou škálu výzkumu inovací toalet s nízkými příjmy, může být pasti moči zabudována do všeho od modelů s keramickými podstaveců až po plastové dřepy.hrnce. Sběratel moči se vyvinul s financováním od nadace Bill & Melinda Gates Foundation v Seattlu ve Washingtonu, který podporuje rozsáhlý výzkum inovací toalet s nízkými příjmy, od špičkových modelů na bázi keramiky až po plastové podvodníky.Švýcarský výrobce Laufen již vydává produkt s názvem „Save!“ Pro evropský trh, i když jeho náklady jsou pro mnoho spotřebitelů příliš vysoké.
Městská rada University of KwaZulu-Natal a Ethekwini také testují verze toalet na pasti moči, které mohou odklonit moč a vyplachovat částice. Tentokrát se studie zaměřuje více na uživatele. Odie je optimistická, že lidé budou upřednostňovat nové toalety divák moči, protože voní lépe a je snadněji se používat, ale poznamenává, že muži si musí sednout, aby mohli močit, což je obrovský kulturní posun. Pokud však toalety „„ jsou také přijímány a přijaty čtvrtími s vysokými příjmy-lidmi z různých etnických prostředí-to opravdu pomůže rozšířit se, “řekl. "Vždy musíme mít rasovou čočku," dodal, aby se ujistil, že nevyvíjejí něco, co je považováno za "pouze černé" nebo "pouze" pouze chudé ".
Oddělení moči je pouze prvním krokem v transformaci hygieny. Další částí je přijít na to, co s tím dělat. Ve venkovských oblastech to mohou lidé ukládat do VATS, aby zabíjeli jakékoli patogeny a poté je aplikovali na zemědělskou půdu. Světová zdravotnická organizace poskytuje doporučení pro tuto praxi.
Městské prostředí je však složitější - zde se vyrábí většina moči. Nebylo by praktické stavět několik samostatných kanalizací po celém městě a dodávat moč na centrální místo. A protože moč je asi 95 procent vody, je příliš drahé na skladování a přepravu. Vědci se proto zaměřují na sušení, soustředění nebo jinak extrahování živin z moči na úrovni toalety nebo budovy a zanechávají vodu za sebou.
Nebude to snadné, řekl Larson. Z inženýrského hlediska „Piss je špatné řešení,“ řekla. Kromě vody je většinou močovina, sloučenina bohatá na dusík, kterou tělo produkuje jako vedlejší produkt metabolismu proteinu. Močovina je užitečná sama o sobě: Syntetická verze je běžné hnojivo dusíku (viz požadavky na dusík). Ale je to také složité: Když se kombinuje s vodou, močovina se změní na amoniak, což dává moči jeho charakteristický zápach. Pokud není zapnutý, amoniak může cítit, znečišťovat vzduch a odebrat cenný dusík. Tato reakce, která byla katalyzována všudypřítomným enzymovým ureázou, může trvat několik mikrosekund, což z Urosekundy může být jedním z nejúčinnějších enzymů.
Některé metody umožňují pokračovat v hydrolýze. Vědci EAWAG vyvinuli pokročilý proces, který přeměnilo hydrolyzovanou moč na koncentrovaný roztok živin. Za prvé, v akváriu mikroorganismy přeměňují těkavý amoniak na nezávislý dusičnan amonný, což je společné hnojivo. Distilátor pak koncentruje kapalinu. Dceřiná společnost s názvem Vuna se sídlem v Dübendorfu pracuje na komercializaci systému budov a produktu zvaný Aurin, který byl poprvé ve Švýcarsku schválen ve Švýcarsku pro potravinářské rostliny.
Jiní se snaží zastavit hydrolytickou reakci rychlým zvýšením nebo snížením pH moči, což je obvykle neutrální při vylučování. Na akademické půdě University of Michigan spolupracuje Love s neziskovým institutem pro hojnost Země v Brattleboro ve Vermontu, aby vyvinul systém pro budovy, který odstraňuje kapalnou kyselinu citronovou z toalet a bez voda. Voda vybuchne z pisoárů. Moč je poté koncentrována opakovaným zmrazením a rozmrazením5.
Tým SLU vedený environmentálním inženýrem Bjorn Winneros na ostrově Gotlandu vyvinul způsob, jak sušit moč do pevné močoviny smíchané s jinými živinami. Tým vyhodnocuje svůj nejnovější prototyp, volně stojící toaletu s vestavěnou sušičkou, v sídle švédské vody a kanalizace Va Syd v Malmö.
Jiné metody se zaměřují na jednotlivé živiny v moči. Mohli by být snadněji integrováni do stávajících dodavatelských řetězců pro hnojiva a průmyslové chemikálie, říká chemický inženýr William Tarpeh, bývalý postdoktorand v lásce, který je nyní na Stanfordské univerzitě v Kalifornii.
Běžnou metodou obnovy fosforu z hydrolyzované moči je přidání hořčíku, který způsobuje srážení hnojiva zvaného Struvite. Tarpeh experimentuje s granulemi adsorbentového materiálu, který může selektivně odstranit dusík jako amoniak nebo fosfor jako fosfát. Jeho systém používá jinou tekutinu zvanou regenerant, která protéká balóny poté, co dojdou. Regenerátor bere živiny a obnovuje koule pro další kolo. Jedná se o low-tech pasivní metodu, ale komerční regeneráty jsou pro životní prostředí špatné. Nyní se jeho tým snaží vyrábět levnější a ekologičtější produkty (viz „Znečištění budoucnosti“).
Jiní vědci vyvíjejí způsoby, jak vyrábět elektřinu, umístěním moči do mikrobiálních palivových článků. V Kapském Městě v Jižní Africe si další tým vyvinul metodu pro výrobu nekonvenčních stavebních cihel smícháním bakterií moči, písku a ureázy do formy. Calcify do jakéhokoli tvaru bez vystřelení. Evropská kosmická agentura považuje moč astronautů za 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.
Když vědci sledují řadu nápadů pro komodifikační moč, vědí, že je to bitva do kopce, zejména pro zakořeněný průmysl. Hnojiva a potravinářské společnosti, zemědělci, výrobci toalety a regulační orgány pomalu provádějí významné změny svých postupů. "Je tu spousta setrvačnosti," řekla Simcha.
Například na Kalifornské univerzitě, Berkeley, Instalace výzkumu a vzdělávání Laufen Save! To zahrnuje výdaje na architekty, budování a dodržování obecních předpisů - a to se ještě nestalo, řekl Kevin Ona, environmentální inženýr, který nyní pracuje na West Virginia University v Morgantown. Řekl, že nedostatek stávajících kódů a předpisů způsobil problémy pro správu zařízení, takže se připojil ke skupině, která vyvíjela nové kódy.
Část setrvačnosti může být způsobena strachem z odporu nakupujících, ale průzkum lidí z roku 2021 v 16 zemích7 zjistil, že v místech, jako je Francie, Čína a Uganda, byla ochota konzumovat jídlo s obohacením močí téměř 80% (viz budou ho lidé jíst? “).
Pam Elardo, která vede správu odpadních vod jako zástupce správce agentury pro ochranu životního prostředí v New Yorku, uvedla, že podporuje inovace, jako je odklon moči, protože klíčovým cílem její společnosti je dále snížit znečištění a recyklovat zdroje. Očekává, že pro město, jako je New York, bude nejpraktičtější a nákladově nejúčinnější metodou odklonění moči v systémech off-grid v dodatečném nebo novém budovách, doplněné údržbářskými a sběrnými operacemi. Pokud inovátoři mohou vyřešit problém, „měli by pracovat,“ řekla.
Vzhledem k těmto pokrokům Larsen předpovídá, že hromadná výroba a automatizace technologie odklonu moči nemusí být daleko. Tím se zlepší obchodní případ tohoto přechodu na nakládání s odpady. Močová odklon „je správná technika,“ řekla. „Toto je jediná technologie, která dokáže vyřešit problémy s jídlem v přiměřeném množství času. Ale lidé si musí vymyslet svou mysl. “
Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, Ng Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, Ng Environ.Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. a Love, Ng Environ. Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, Ng Environ。 Hilton, SP, Keoleian, GA, Daigger, GT, Zhou, B. & Love, Ng Environ。Hilton, SP, Keoleyan, GA, Digger, GT, Zhou, B. a Love, Ng Environ.věda. technologie. 55, 593–603 (2021).
Sutherland, K. a kol. Vyprazdňování dojmů z odkloněné toalety. Fáze 2: Vydání plánu validace UDDT Ethekwini (University of 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.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.Chemikálie. 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).