Děkujeme, že jste navštívili Nature.com.Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS.Chcete-li dosáhnout nejlepšího výsledku, doporučujeme použít aktualizovaný prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v aplikaci Internet Explorer).Mezitím, abychom zajistili nepřetržitou podporu, vykreslíme web bez stylů a JavaScriptu.
Chelsea Wold je novinářka na volné noze se sídlem v Haagu v Nizozemsku a autorka knihy Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets.
Specializované toaletní systémy extrahují dusík a další živiny z moči pro použití jako hnojivo a další produkty.Obrazový kredit: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Gotland, největší švédský ostrov, má málo sladké vody.Obyvatelé se zároveň potýkají s nebezpečnými úrovněmi znečištění ze zemědělství a kanalizačních systémů, které způsobují škodlivé výkvěty řas kolem Baltského moře.Mohou zabíjet ryby a způsobit lidem nemoc.
Aby pomohl vyřešit tuto sérii ekologických problémů, ostrov upíná své naděje k jedné nepravděpodobné látce, která je váže: lidské moči.
Od roku 2021 začal výzkumný tým spolupracovat s místní společností, která pronajímá přenosné toalety.Cílem je shromáždit více než 70 000 litrů moči během 3 let v bezvodých pisoárech a vyhrazených toaletách na různých místech během letní turistické sezóny.Tým pocházel ze Švédské univerzity zemědělských věd (SLU) v Uppsale, která odštěpila společnost s názvem Sanitation360.Pomocí procesu, který výzkumníci vyvinuli, vysušili moč na kusy podobné betonu, které pak rozemleli na prášek a slisovali do granulí hnojiva, které se hodí ke standardnímu zemědělskému vybavení.Místní farmáři používají hnojivo k pěstování ječmene, který se pak posílá do pivovarů na výrobu piva, které se po konzumaci může vrátit zpět do cyklu.
Prithvi Simha, chemický inženýr v SLU a CTO společnosti Sanitation360, řekl, že cílem výzkumníků je „překročit koncept 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 dělal každý a kdekoli."
V experimentu na Gotlandu byl močem hnojený ječmen (vpravo) srovnáván s nehnojenými rostlinami (uprostřed) as minerálními hnojivy (vlevo).Obrazový kredit: Jenna Senecal.
Projekt Gotland je součástí podobného celosvětového úsilí o oddělení moči od ostatních odpadních vod a její recyklaci na produkty, jako jsou hnojiva.Praktiku, známou jako odklon moči, studují mimo jiné skupiny ve Spojených státech, Austrálii, Švýcarsku, Etiopii a Jižní Africe.Tyto snahy jdou daleko za hranice univerzitních laboratoří.Bezvodé pisoáry jsou napojeny na systémy likvidace sklepů v kancelářích v Oregonu a Nizozemsku.Paříž plánuje instalovat záchody na odvádění moči v ekozóně s 1000 obyvateli, která se buduje ve 14. městském obvodu.Evropská kosmická agentura umístí 80 toalet ve svém pařížském sídle, které zahájí provoz koncem tohoto roku.Zastánci odklonu moči tvrdí, že by mohla najít využití na místech od provizorních vojenských základen po uprchlické tábory, bohatá městská centra a rozlehlé slumy.
Vědci tvrdí, že odklon moči, bude-li zaveden ve velkém měřítku po celém světě, by mohl 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 nahradila asi čtvrtinu současných světových dusíkatých a fosfátových hnojiv;obsahuje také draslík a mnoho stopových prvků (viz „Složky v moči“).Nejlepší ze všeho je, že nevyplachováním moči do odpadu ušetříte spoustu vody a snížíte zátěž stárnoucího a přetíženého kanalizačního systému.
Podle odborníků v oboru se mnoho komponentů na odvádění moči může brzy stát široce dostupnými díky pokrokům v toaletách a strategiím likvidace moči.Zásadní změně jednoho z nejzásadnějších aspektů života ale brání i velké překážky.Výzkumníci a společnosti se musí vypořádat s nesčetnými problémy, od zlepšení designu toalet s odváděním moči až po usnadnění zpracování moči a její přeměny na hodnotné produkty.To může zahrnovat systémy chemické úpravy napojené na jednotlivé toalety nebo suterénní zařízení sloužící celé budově a poskytující služby pro obnovu a údržbu výsledného koncentrovaného nebo ztvrdlého produktu (viz „Od moči k produktu“).Kromě toho existují širší otázky společenské změny a přijetí, spojené jak s různými stupni kulturních tabu spojených s lidským odpadem, tak s hluboce zakořeněnými konvencemi o průmyslových odpadních vodách a potravinových systémech.
Jak se společnost potýká s nedostatkem energie, vody a surovin pro zemědělství a průmysl, zneužívání a opětovné použití moči je „hlavní výzvou pro to, jak zajišťujeme sanitaci,“ říká bioložka Lynn Broaddusová, konzultantka pro udržitelnost se sídlem v Minneapolis..„Žánr, který bude stále důležitější.Minnesota, byl bývalým prezidentem Aquatic Federation of Alexandria, Virginia, celosvětové asociace odborníků na kvalitu vody."Je to vlastně něco cenného."
Kdysi byla moč cennou komoditou.V minulosti ho některé společnosti používaly k hnojení plodin, výrobě kůže, praní prádla a výrobě střelného prachu.Na konci 19. a na počátku 20. století pak ve Velké Británii vznikl moderní model centralizovaného nakládání s odpadními vodami, který se rozšířil do celého světa a vyvrcholil takzvanou močovou slepotou.
V tomto modelu toalety používají vodu k rychlému odtoku moči, výkalů a toaletního papíru do odpadu, smíchaného s jinými tekutinami z domácích, průmyslových zdrojů a někdy i bouřkových odtoků.V centralizovaných čistírnách odpadních vod energeticky náročné procesy využívají 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 a také některé další kontaminanty.57 % světové populace není vůbec napojeno na centralizovaný kanalizační systém (viz „Lidské odpadní vody“).
Vědci pracují na tom, aby byly centralizované systémy udržitelnější a méně znečišťující, ale počínaje Švédskem v 90. letech 20. století někteří výzkumníci prosazují zásadnější změny.Pokroky na konci potrubí jsou „jen další evolucí stejné zatracené věci,“ řekla Nancy Love, environmentální inženýrka z University of Michigan v Ann Arbor.Odklonění moči bude „transformativní,“ říká.Ve studii 1, která simulovala systémy hospodaření s odpadními vodami ve třech státech USA, ona a její kolegové porovnávali konvenční systémy čištění odpadních vod s hypotetickými systémy čištění odpadních vod, které odvádějí moč a místo syntetických hnojiv využívají regenerované živiny.Odhadují, že komunity využívající zneužívání 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 %.použitá technologie.
Koncepce však zůstává výklenek a do značné míry se omezuje na autonomní oblasti, jako jsou skandinávské eko-vesnice, venkovské přístavby a rozvoj v oblastech s nízkými příjmy.
Tove Larsen, chemická inženýrka ze Švýcarského federálního institutu pro vodní vědu a technologii (Eawag) v Dübendorfu, říká, že velkou část nevyřízených záležitostí způsobují samotné toalety.Většina záchodů na odvádění moči, které byly poprvé uvedeny na trh v 90. a 20. století, má před sebou malé umyvadlo pro zachycení tekutiny, což vyžaduje pečlivé zacílení.Mezi další konstrukce patří nožní dopravní pásy, které umožňují odtékání moči při přepravě hnoje do kompostovacího koše, nebo senzory, které ovládají ventily pro nasměrování moči do samostatného výstupu.
V sídle švédské vodárenské a kanalizační společnosti VA SYD v Malmö se testuje prototyp toalety, která odděluje moč a suší ji na prášek.Obrazový kredit: EOOS NEXT
Ale v experimentálních a demonstračních projektech v Evropě lidé jejich použití nepřijali, řekl Larsen a stěžoval si, že jsou příliš objemné, páchnoucí a nespolehlivé."Opravdu nás odradilo téma toalet."
Tyto obavy pronásledovaly první rozsáhlé použití záchodů na odvádění moči, projekt v jihoafrickém městě Ethekwini v roce 2000.Anthony Odili, který studuje management zdravotnictví 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 rozmístily několik hygienických zařízení, která vyhovovala finančním a praktickým omezením, včetně přibližně 80 000 suchých záchodů na odvádění moči, z nichž většina se používá dodnes.Moč odtéká do půdy zpod toalety a výkaly končí ve skladišti, které město od roku 2016 každých pět let vyprazdňuje.
Odili řekl, že projekt vytvořil bezpečnější hygienická zařízení v oblasti.Společenskovědní výzkum 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 je uživatelé obecně nemají rádi, řekl Odili.Mnohé z nich jsou vyrobeny z nekvalitních materiálů a jejich použití je nepohodlné.Zatímco takové toalety by teoreticky měly zápachu zamezit, moč na toaletách eThekwini často končí ve fekálním skladu a vytváří hrozný zápach.Podle Odiliho lidé „nemohli normálně dýchat“.Navíc se moč prakticky nepoužívá.
Nakonec podle Odiliho bylo rozhodnutí zavést suché toalety s odváděním moči shora dolů a nezohledňovalo preference lidí, zejména z důvodů veřejného zdraví.Studie z roku 20173 zjistila, že více než 95 % respondentů eThekwini chce přístup k pohodlným toaletám bez zápachu, které používají bohatí bílí obyvatelé města, a mnozí plánovali je nainstalovat, až to podmínky dovolí.V Jihoafrické republice jsou toalety již dlouho symbolem rasové nerovnosti.
Nový design by však mohl být průlomem v odvádění moči.V roce 2017, pod vedením designéra Haralda Grundla, ve spolupráci s Larsenem a dalšími vydala rakouská designová firma EOOS (odštěpená od EOOS Next) močový lapač.Uživatel tak nemusí mířit a funkce odvádění moči je téměř neviditelná (viz „Nový druh toalety“).
Využívá tendenci vody ulpívat na povrchu (tzv. efekt konvice, protože působí jako nešikovná kapající konvice) k nasměrování moči z přední části toalety do samostatného otvoru (viz „Jak recyklovat moč“). Lapač moči, vyvinutý s finanční podporou nadace Bill & Melinda Gates Foundation v Seattlu ve Washingtonu, která podpořila široký výzkum v oblasti inovací toalet pro prostředí s nízkými příjmy, lze zabudovat do všeho od špičkových modelů s keramickým podstavcem až po plastové dřepy. pánve. Lapač moči, vyvinutý s finanční podporou nadace Bill & Melinda Gates Foundation v Seattlu ve Washingtonu, která podpořila široký výzkum v oblasti inovací toalet pro prostředí s nízkými příjmy, lze zabudovat do všeho od špičkových modelů s keramickým podstavcem až po plastové dřepy. pánve. Lapač moči, vyvinutý s finanční podporou nadace Bill & Melinda Gates Foundation v Seattlu ve Washingtonu, která podpořila širokou škálu výzkumů inovací toalet s nízkými příjmy, lze zabudovat do všeho od modelů s keramickými podstavci až po plastové dřepy.hrnce. Sběrač moči, vyvinutý s finanční podporou nadace Bill & Melinda Gates Foundation v Seattlu, Washington, která podporuje rozsáhlý výzkum inovací toalet s nízkými příjmy, může být zabudován do všeho od špičkových modelů na bázi keramiky až po plastové podnosy na dřepy.Švýcarský výrobce LAUFEN již uvádí na trh produkt s názvem „Ušetřete!“pro evropský trh, ačkoli jeho cena je pro mnoho spotřebitelů příliš vysoká.
Univerzita KwaZulu-Natal a městská rada eThekwini také testují verze záchodů na zachycení moči, které dokážou odvést moč a vyplavit částice.Tentokrát se studie zaměřuje spíše na uživatele.Odie je optimistický, že lidé budou preferovat nové toalety na odvádění moči, protože lépe voní a snáze se používají, ale poznamenává, že muži musí k močení sedět, což je obrovský kulturní posun.Pokud však toalety „přijmou a přijmou také čtvrti s vysokými příjmy – lidé z různých etnických původů –, skutečně to pomůže šíření,“ řekl."Vždy musíme mít rasovou čočku," dodal, abychom zajistili, že se u nich nevyvine něco, co je považováno za "pouze černé" nebo "pouze chudé."
Separace moči je pouze prvním krokem v transformaci hygieny.Další částí je vymýšlení, co s tím dělat.Ve venkovských oblastech jej lidé mohou skladovat v kádích, aby zabili případné patogeny, a poté je aplikovat na zemědělskou půdu.Světová zdravotnická organizace vydává doporučení pro tuto praxi.
Městské prostředí je však složitější – právě zde vzniká většina moči.Nebylo by praktické vybudovat několik samostatných kanalizací po celém městě, které by přiváděly moč do centrálního místa.A protože moč je z 95 procent tvořena vodou, je příliš drahá na skladování a přepravu.Vědci se proto zaměřují na sušení, zahušťování nebo jiné získávání živin z moči na úrovni toalety nebo budovy a zanechávají za sebou vodu.
Nebude to snadné, řekl Larson.Z technického hlediska je „piss špatné řešení,“ řekla.Kromě vody tvoří většinu močovina, sloučenina bohatá na dusík, kterou tělo produkuje jako vedlejší produkt metabolismu bílkovin.Močovina je užitečná sama o sobě: syntetická verze je běžné dusíkaté hnojivo (viz Požadavky na dusík).Je to ale také ošemetné: močovina se ve spojení s vodou mění na čpavek, který dává moči charakteristický zápach.Pokud není zapnutý, čpavek může zapáchat, znečišťovat vzduch a odebírat cenný dusík.Tato reakce, katalyzovaná všudypřítomným enzymem ureázou, nazývaná hydrolýza močoviny, může trvat několik mikrosekund, díky čemuž je ureáza jedním z nejúčinnějších známých enzymů.
Některé metody umožňují pokračování hydrolýzy.Výzkumníci Eawag vyvinuli pokročilý proces, který mění hydrolyzovanou moč na koncentrovaný živný roztok.Za prvé, v akváriu mikroorganismy přeměňují těkavý čpavek na netěkavý dusičnan amonný, což je běžné hnojivo.Destilátor poté kapalinu zahustí.Dceřiná společnost s názvem Vuna, rovněž sídlící v Dübendorfu, pracuje na komercializaci systému pro budovy a produktu s názvem Aurin, který byl poprvé na světě schválen ve Švýcarsku pro potravinářské závody.
Jiní se snaží zastavit hydrolytickou reakci rychlým zvýšením nebo snížením pH moči, která je při vylučování obvykle neutrální.V kampusu Michiganské univerzity spolupracuje Love s neziskovou organizací Earth Abundance Institute v Brattleboro ve Vermontu na vývoji systému pro budovy, který odstraňuje kapalnou kyselinu citronovou z odkloněných záchodů a záchodů bez vody.Voda vytéká z pisoárů.Moč se pak koncentruje opakovaným zmrazováním a rozmrazováním5.
Tým SLU vedený environmentálním inženýrem Bjornem Winnerosem na ostrově Gotland vyvinul způsob sušení moči na pevnou močovinu smíchanou s dalšími živinami.Tým hodnotí svůj nejnovější prototyp, volně stojící toaletu s vestavěným sušičem, 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 pro hnojiva a průmyslové chemikálie, říká chemický inženýr William Tarpeh, bývalý postdoktorand na Love's, který nyní působí na Stanfordské univerzitě v Kalifornii.
Běžnou metodou obnovy fosforu z hydrolyzované moči je přídavek hořčíku, který způsobuje vysrážení hnojiva zvaného struvit.Tarpeh experimentuje s granulemi adsorpčního materiálu, které mohou selektivně odstraňovat dusík jako čpavek6 nebo fosfor jako fosfát.Jeho systém používá jinou tekutinu zvanou regenerant, která protéká balónky poté, co dojdou.Regenerátor odebírá živiny a obnovuje kuličky pro další kolo.Jedná se o nízkotechnologickou pasivní metodu, ale komerční regeneráty jsou škodlivé pro životní prostředí.Nyní se jeho tým snaží vyrábět levnější a ekologičtější produkty (viz „Znečištění budoucnosti“).
Jiní 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.Kalcifikují do libovolného tvaru bez vypalování.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.
Jak výzkumníci sledují 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 jen pomalu provádějí významné změny ve svých postupech."Je tady velká setrvačnost," řekla Simča.
Například na University of California, Berkeley, výzkumná a vzdělávací instalace LAUFEN save!To zahrnuje výdaje na architekty, stavbu a dodržování obecních předpisů – a to se ještě nestalo, řekl Kevin Ona, environmentální inženýr, který nyní pracuje na West Virginia University v Morgantownu.Řekl, že nedostatek existujících kodexů a předpisů vytváří problémy pro řízení zařízení, a tak se připojil ke skupině, která vyvíjela nové kodexy.
Část setrvačnosti může být způsobena strachem z odporu nakupujících, ale průzkum z roku 2021 mezi lidmi v 16 zemích7 zjistil, že v místech jako Francie, Čína a Uganda se ochota konzumovat potraviny obohacené močí blížila 80 % (viz Budou lidé jíst to?').
Pam Elardo, která vede Úřad pro odpadní vody jako zástupkyně správce Agentury pro ochranu životního prostředí New York City, uvedla, že podporuje inovace, jako je odklon moči, protože klíčovými cíli její společnosti je další snižování znečištění a recyklace zdrojů.Očekává, že pro město, jako je New York, budou nejpraktičtější a nákladově nejefektivnější metodou odklonu moči systémy off-grid v modernizovaných nebo nových budovách, doplněné o údržbu a sběr.Pokud inovátoři dokážou vyřešit problém, „měli by fungovat,“ řekla.
Vzhledem k těmto pokrokům Larsen předpovídá, že hromadná výroba a automatizace technologie odklonu moči nemusí být daleko.Tím se zlepší obchodní situace tohoto přechodu na nakládání s odpady.Odklon moči „je správná technika,“ řekla.„Toto je jediná technologie, která dokáže vyřešit problémy s domácím stravováním v rozumném čase.Ale lidé se musí rozhodnout."
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. and 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. and Love, NG Environ.věda.technika.55, 593–603 (2021).
Sutherland, K. a kol.Vyprazdňující dojmy z odkloněného záchodu.Fáze 2: Vydání ověřovacího plánu eThekwini City UDDT (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.Mezinárodní ráj anglicky.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.).