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Chelsea Wold é uma jornalista freelancer baseada em Haia, Holanda, e autora de Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets.
Sistemas sanitários especializados extraem nitrogênio e outros nutrientes da urina para uso como fertilizante e outros produtos. Crédito da imagem: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Gotland, a maior ilha da Suécia, tem pouca água doce. Ao mesmo tempo, os moradores enfrentam níveis perigosos de poluição provenientes da agricultura e dos sistemas de esgoto, que estão causando a proliferação de algas nocivas ao redor do Mar Báltico. Elas podem matar peixes e deixar pessoas doentes.
Para ajudar a resolver essa série de problemas ambientais, a ilha está depositando suas esperanças na única substância improvável que os une: a urina humana.
A partir de 2021, a equipe de pesquisa começou a trabalhar com uma empresa local que aluga banheiros portáteis. O objetivo é coletar mais de 70.000 litros de urina ao longo de um período de 3 anos em mictórios sem água e banheiros dedicados em vários locais durante a temporada turística de verão. A equipe veio da Universidade Sueca de Ciências Agrárias (SLU) em Uppsala, que separou uma empresa chamada Sanitation360. Usando um processo desenvolvido pelos pesquisadores, eles secaram a urina em pedaços semelhantes a concreto, que então moeram até virar pó e prensaram em grânulos de fertilizante que se adaptam a equipamentos agrícolas padrão. Agricultores locais usam o fertilizante para cultivar cevada, que então é enviada para cervejarias para produzir cerveja que pode retornar ao ciclo após o consumo.
Prithvi Simha, engenheiro químico da SLU e CTO da Sanitation360, disse que o objetivo dos pesquisadores é "ir além do conceito e colocar em prática" a reutilização de urina em larga escala. O objetivo é fornecer um modelo que possa ser emulado em todo o mundo. "Nosso objetivo é que todos, em todos os lugares, façam este exercício."
Em um experimento em Gotland, cevada fertilizada com urina (à direita) foi comparada com plantas não fertilizadas (ao centro) e com fertilizantes minerais (à esquerda). Crédito da imagem: Jenna Senecal.
O projeto Gotland faz parte de um esforço mundial semelhante para separar a urina de outras águas residuais e reciclá-la em produtos como fertilizantes. A prática, conhecida como separação de urina, está sendo estudada por grupos nos Estados Unidos, Austrália, Suíça, Etiópia e África do Sul, entre outros. Esses esforços vão muito além dos laboratórios universitários. Mictórios sem água são conectados a sistemas de descarte de urina em porões de escritórios no Oregon e na Holanda. Paris planeja instalar vasos sanitários separadores de urina em uma ecozona de 1.000 residentes que está sendo construída no 14º arrondissement da cidade. A Agência Espacial Europeia instalará 80 vasos sanitários em sua sede em Paris, que iniciará suas operações ainda este ano. Os defensores da separação de urina dizem que ela pode ser usada em locais que vão desde postos militares improvisados ​​a campos de refugiados, centros urbanos ricos e favelas em expansão.
Cientistas afirmam que a separação de urina, se implementada em larga escala em todo o mundo, poderia trazer enormes benefícios ao meio ambiente e à saúde pública. Isso se deve, em parte, ao fato de a urina ser rica em nutrientes que não poluem os corpos d'água e pode ser usada para fertilizar plantações ou em processos industriais. Simha estima que os humanos produzem urina suficiente para substituir cerca de um quarto dos fertilizantes de nitrogênio e fosfato atuais do mundo; ela também contém potássio e muitos oligoelementos (veja “Componentes da urina”). O melhor de tudo é que, ao não jogar urina no ralo, você economiza muita água e reduz a sobrecarga de um sistema de esgoto envelhecido e sobrecarregado.
De acordo com especialistas na área, muitos componentes para separação de urina podem em breve se tornar amplamente disponíveis graças aos avanços em vasos sanitários e estratégias de descarte de urina. Mas também existem grandes obstáculos para mudanças fundamentais em um dos aspectos mais fundamentais da vida. Pesquisadores e empresas precisam enfrentar uma miríade de desafios, desde a melhoria do design de vasos sanitários separadores de urina até a facilitação do processamento e da transformação da urina em produtos valiosos. Isso pode incluir sistemas de tratamento químico conectados a vasos sanitários individuais ou equipamentos no porão, atendendo a todo o edifício e fornecendo serviços para a recuperação e manutenção do produto concentrado ou endurecido resultante (consulte “Da Urina ao Produto”). Além disso, existem questões mais amplas de mudança e aceitação social, ligadas tanto aos diferentes graus de tabus culturais associados aos dejetos humanos quanto a convenções arraigadas sobre águas residuais industriais e sistemas alimentares.
Enquanto a sociedade luta contra a escassez de energia, água e matérias-primas para a agricultura e a indústria, a separação e o reuso de urina representam "um grande desafio para a forma como fornecemos saneamento", afirma a bióloga Lynn Broaddus, consultora de sustentabilidade de Minneapolis. "Um gênero que se tornará cada vez mais importante." Em Minnesota, ele foi presidente da Federação Aquática de Alexandria, Virgínia, uma associação mundial de profissionais de qualidade da água. "Na verdade, é algo valioso."
Antigamente, a urina era um bem valioso. No passado, algumas sociedades a utilizavam para fertilizar plantações, fabricar couro, lavar roupas e produzir pólvora. Então, no final do século XIX e início do século XX, o modelo moderno de gestão centralizada de águas residuais surgiu na Grã-Bretanha e se espalhou pelo mundo, culminando na chamada cegueira urinária.
Neste modelo, os vasos sanitários utilizam água para drenar rapidamente urina, fezes e papel higiênico pelo ralo, misturados a outros fluidos de fontes domésticas, industriais e, às vezes, de bueiros. Em estações de tratamento de águas residuais centralizadas, processos que consomem muita energia utilizam microrganismos para tratar as águas residuais.
Dependendo das regras locais e das condições da estação de tratamento, as águas residuais descarregadas deste processo ainda podem conter quantidades significativas de nitrogênio e outros nutrientes, bem como alguns outros contaminantes. 57% da população mundial não está conectada a um sistema de esgoto centralizado (veja “Esgoto humano”).
Cientistas estão trabalhando para tornar os sistemas centralizados mais sustentáveis ​​e menos poluentes, mas, começando com a Suécia na década de 1990, alguns pesquisadores estão pressionando por mudanças mais fundamentais. Os avanços no final do processo são "apenas mais uma evolução da mesma coisa", disse Nancy Love, engenheira ambiental da Universidade de Michigan em Ann Arbor. Desviar a urina será "transformador", diz ela. No Estudo 1, que simulou sistemas de gerenciamento de águas residuais em três estados dos EUA, ela e seus colegas compararam sistemas convencionais de tratamento de águas residuais com sistemas hipotéticos de tratamento de águas residuais que desviam a urina e usam nutrientes recuperados em vez de fertilizantes sintéticos. Eles estimam que as comunidades que usam a separação de urina podem reduzir as emissões totais de gases de efeito estufa em 47%, o consumo de energia em 41%, o consumo de água doce em cerca de metade e a poluição por nutrientes das águas residuais em 64%. tecnologia utilizada.
No entanto, o conceito continua sendo um nicho e amplamente limitado a áreas autônomas, como ecovilas escandinavas, dependências rurais e empreendimentos em áreas de baixa renda.
Tove Larsen, engenheira química do Instituto Federal Suíço de Ciência e Tecnologia Aquática (Eawag) em Dübendorf, afirma que grande parte do acúmulo de resíduos é causada pelos próprios vasos sanitários. Lançados no mercado nas décadas de 1990 e 2000, a maioria dos vasos sanitários separadores de urina possui uma pequena bacia na frente para coletar o fluido, um sistema que exige um direcionamento cuidadoso. Outros projetos incluem correias transportadoras acionadas por pedal, que permitem a drenagem da urina enquanto o esterco é transportado para a composteira, ou sensores que acionam válvulas para direcionar a urina para uma saída separada.
Um protótipo de vaso sanitário que separa a urina e a seca até virar pó está sendo testado na sede da empresa sueca de água e esgoto VA SYD, em Malmö. Crédito da imagem: EOOS NEXT
Mas em projetos experimentais e de demonstração na Europa, as pessoas não adotaram seu uso, disse Larsen, reclamando que são muito volumosos, fedorentos e pouco confiáveis. "Ficamos realmente desanimados com a questão dos vasos sanitários."
Essas preocupações assombraram o primeiro uso em larga escala de banheiros separadores de urina, um projeto na cidade sul-africana de Ethekwini na década de 2000. Anthony Odili, que estuda gestão de saúde na Universidade de KwaZulu-Natal em Durban, disse que a expansão repentina das fronteiras pós-apartheid da cidade fez com que as autoridades assumissem o controle de algumas áreas rurais pobres sem infraestrutura de banheiros e água.
Após o surto de cólera em agosto de 2000, as autoridades rapidamente implantaram diversas instalações sanitárias que atenderam às restrições financeiras e práticas, incluindo cerca de 80.000 banheiros secos separadores de urina, a maioria dos quais ainda em uso. A urina escorre para o solo por baixo do vaso sanitário, e as fezes acabam em um depósito que a cidade esvazia a cada cinco anos desde 2016.
Odili afirmou que o projeto criou instalações sanitárias mais seguras na região. No entanto, pesquisas em ciências sociais identificaram muitos problemas com o programa. Apesar da noção de que banheiros são melhores do que nada, estudos, incluindo alguns dos quais ele participou, mostraram posteriormente que os usuários geralmente não gostam deles, disse Odili. Muitos deles são construídos com materiais de baixa qualidade e são desconfortáveis ​​de usar. Embora esses banheiros teoricamente previnam odores, a urina nos banheiros eThekwini frequentemente acaba no depósito fecal, criando um cheiro horrível. Segundo Odili, as pessoas "não conseguiam respirar normalmente". Além disso, a urina praticamente não é utilizada.
Em última análise, segundo Odili, a decisão de introduzir banheiros secos separadores de urina foi tomada de cima para baixo e não levou em consideração as preferências das pessoas, principalmente por questões de saúde pública. Um estudo de 20173 constatou que mais de 95% dos entrevistados de eThekwini queriam ter acesso aos banheiros práticos e inodoros usados ​​pelos moradores brancos ricos da cidade, e muitos planejavam instalá-los quando as condições permitissem. Na África do Sul, os banheiros são há muito tempo um símbolo de desigualdade racial.
No entanto, o novo design pode ser um avanço na separação urinária. Em 2017, liderada pelo designer Harald Grundl, em colaboração com Larsen e outros, a empresa austríaca de design EOOS (desmembrada da EOOS Next) lançou um coletor de urina. Isso elimina a necessidade de o usuário mirar, e a função de separação de urina é quase invisível (veja “Novo tipo de vaso sanitário”).
Ele usa a tendência da água grudar nas superfícies (chamado de efeito chaleira porque age como uma chaleira pingando desajeitadamente) para direcionar a urina da frente do vaso sanitário para um orifício separado (veja “Como reciclar urina”). Desenvolvido com financiamento da Fundação Bill & Melinda Gates em Seattle, Washington, que apoiou uma ampla gama de pesquisas sobre inovação em vasos sanitários para ambientes de baixa renda, o Urine Trap pode ser incorporado em tudo, desde modelos de pedestal de cerâmica de alta qualidade até bacias de plástico para cócoras. Desenvolvido com financiamento da Fundação Bill & Melinda Gates em Seattle, Washington, que apoiou uma ampla gama de pesquisas sobre inovação em vasos sanitários para ambientes de baixa renda, o Urine Trap pode ser incorporado em tudo, desde modelos de pedestal de cerâmica de alta qualidade até bacias de plástico para cócoras. Desenvolvido com financiamento da Fundação Bill & Melinda Gates em Seattle, Washington, que apoiou uma ampla gama de pesquisas sobre inovação em banheiros de baixa renda, o coletor de urina pode ser incorporado em tudo, desde modelos com pedestais de cerâmica até agachamentos de plástico.potes. Desenvolvido com financiamento da Fundação Bill & Melinda Gates em Seattle, Washington, que apoia pesquisas abrangentes sobre inovação em vasos sanitários de baixa renda, o coletor de urina pode ser incorporado em tudo, desde modelos de cerâmica de alta qualidade até bandejas de plástico para agachamento.O fabricante suíço LAUFEN já está lançando um produto chamado “Save!” para o mercado europeu, embora seu custo seja muito alto para muitos consumidores.
A Universidade de KwaZulu-Natal e a Câmara Municipal de eThekwini também estão testando versões de vasos sanitários com coletor de urina que podem desviar a urina e eliminar partículas. Desta vez, o estudo se concentra mais nos usuários. Odie está otimista de que as pessoas preferirão os novos vasos sanitários separadores de urina porque eles têm um cheiro melhor e são mais fáceis de usar, mas ele observa que os homens precisam se sentar para urinar, o que representa uma enorme mudança cultural. Mas se os vasos sanitários "também forem adotados e adotados por bairros de alta renda – por pessoas de diferentes origens étnicas – isso realmente ajudará na disseminação", disse ele. "Temos sempre que ter uma perspectiva racial", acrescentou, para garantir que eles não desenvolvam algo que seja visto como "apenas para negros" ou "apenas para pobres".
A separação da urina é apenas o primeiro passo para transformar o saneamento. A próxima etapa é descobrir o que fazer a respeito. Em áreas rurais, as pessoas podem armazená-la em tanques para matar quaisquer patógenos e depois aplicá-la em terras agrícolas. A Organização Mundial da Saúde faz recomendações para essa prática.
Mas o ambiente urbano é mais complexo – é aqui que a maior parte da urina é produzida. Não seria prático construir vários esgotos separados pela cidade para levar a urina a um local central. E como a urina é composta por cerca de 95% de água, é muito caro armazená-la e transportá-la. Portanto, os pesquisadores estão se concentrando em secar, concentrar ou extrair nutrientes da urina no nível de um vaso sanitário ou edifício, deixando água para trás.
Não será fácil, disse Larson. Do ponto de vista da engenharia, "urina é uma solução ruim", disse ela. Além da água, a maior parte é ureia, um composto rico em nitrogênio que o corpo produz como subproduto do metabolismo de proteínas. A ureia é útil por si só: a versão sintética é um fertilizante de nitrogênio comum (veja Requisitos de Nitrogênio). Mas também é complicada: quando combinada com água, a ureia se transforma em amônia, que dá à urina seu odor característico. Se não for ativada, a amônia pode exalar mau cheiro, poluir o ar e remover o nitrogênio valioso. Catalisada pela enzima urease, onipresente no mundo, essa reação, chamada hidrólise da ureia, pode levar vários microssegundos, tornando a urease uma das enzimas mais eficientes conhecidas.
Alguns métodos permitem a continuação da hidrólise. Pesquisadores da Eawag desenvolveram um processo avançado que transforma urina hidrolisada em uma solução nutritiva concentrada. Primeiro, no aquário, microrganismos convertem amônia volátil em nitrato de amônio não volátil, um fertilizante comum. O destilador então concentra o líquido. Uma subsidiária chamada Vuna, também sediada em Dübendorf, está trabalhando para comercializar um sistema para edifícios e um produto chamado Aurin, que foi aprovado na Suíça para plantas alimentícias pela primeira vez no mundo.
Outros tentam interromper a reação de hidrólise aumentando ou diminuindo rapidamente o pH da urina, que geralmente é neutro quando excretada. No campus da Universidade de Michigan, Love está em parceria com a organização sem fins lucrativos Earth Abundance Institute em Brattleboro, Vermont, para desenvolver um sistema para edifícios que remove ácido cítrico líquido de vasos sanitários com desvio e vasos sanitários sem água. A água jorra dos mictórios. A urina é então concentrada por congelamento e descongelamento repetidos.
Uma equipe da SLU, liderada pelo engenheiro ambiental Bjorn Winneros, na ilha de Gotland, desenvolveu uma maneira de secar urina em ureia sólida misturada com outros nutrientes. A equipe avalia seu protótipo mais recente, um vaso sanitário autônomo com secador embutido, na sede da empresa sueca de água e esgoto VA SYD, em Malmö.
Outros métodos têm como alvo nutrientes individuais na urina. Eles poderiam ser mais facilmente integrados às cadeias de suprimentos existentes de fertilizantes e produtos químicos industriais, afirma o engenheiro químico William Tarpeh, ex-bolsista de pós-doutorado da Love's e atualmente na Universidade Stanford, na Califórnia.
Um método comum para restaurar o fósforo da urina hidrolisada é a adição de magnésio, que causa a precipitação de um fertilizante chamado estruvita. Tarpeh está experimentando grânulos de material adsorvente que podem remover seletivamente o nitrogênio como amônia6 ou o fósforo como fosfato. Seu sistema utiliza um fluido diferente, chamado regenerante, que flui pelos balões após o término da produção. O regenerante absorve os nutrientes e renova as bolas para a próxima rodada. Este é um método passivo e de baixa tecnologia, mas os regenerantes comerciais são prejudiciais ao meio ambiente. Agora, sua equipe está tentando fabricar produtos mais baratos e ecologicamente corretos (veja “Poluição do Futuro”).
Outros pesquisadores estão desenvolvendo maneiras de gerar eletricidade colocando urina em células de combustível microbianas. Na Cidade do Cabo, África do Sul, outra equipe desenvolveu um método para fabricar tijolos de construção não convencionais misturando urina, areia e bactérias produtoras de urease em um molde. Eles se calcificam em qualquer formato sem necessidade de queima. A Agência Espacial Europeia está considerando a urina de astronautas como um recurso para a construção de moradias na Lua.
“Quando penso no amplo futuro da reciclagem de urina e de águas residuais, queremos ser capazes de produzir o máximo de produtos possível”, disse Tarpeh.
À medida que pesquisadores buscam uma série de ideias para mercantilizar a urina, eles sabem que é uma batalha árdua, especialmente para um setor já consolidado. Empresas de fertilizantes e alimentos, agricultores, fabricantes de vasos sanitários e órgãos reguladores têm sido lentas em implementar mudanças significativas em suas práticas. "Há muita inércia aqui", disse Simcha.
Por exemplo, na Universidade da Califórnia, Berkeley, a instalação de pesquisa e educação do LAUFEN economiza! Isso inclui gastos com arquitetos, construção e conformidade com as regulamentações municipais — e isso ainda não foi feito, disse Kevin Ona, engenheiro ambiental que agora trabalha na Universidade da Virgínia Ocidental em Morgantown. Ele disse que a falta de códigos e regulamentações existentes criava problemas para a gestão das instalações, então ele se juntou ao grupo que estava desenvolvendo novos códigos.
Parte da inércia pode ser devido ao medo da resistência dos consumidores, mas uma pesquisa de 2021 com pessoas em 16 países7 descobriu que em lugares como França, China e Uganda, a disposição de consumir alimentos fortificados com urina era próxima a 80% (veja 'As pessoas comerão?').
Pam Elardo, que lidera a Administração de Águas Residuais como administradora adjunta da Agência de Proteção Ambiental da Cidade de Nova York, afirmou apoiar inovações como a separação de urina, visto que os principais objetivos de sua empresa são reduzir ainda mais a poluição e reciclar recursos. Ela espera que, para uma cidade como Nova York, o método mais prático e econômico de separação de urina seja a instalação de sistemas off-grid em reformas ou novos edifícios, complementados por operações de manutenção e coleta. Se os inovadores conseguirem resolver um problema, "eles devem funcionar", disse ela.
Considerando esses avanços, Larsen prevê que a produção em massa e a automação da tecnologia de separação de urina podem não estar tão distantes. Isso melhorará o argumento comercial para essa transição para a gestão de resíduos. A separação urinária "é a técnica certa", disse ela. "Esta é a única tecnologia que pode resolver os problemas de alimentação em casa em um prazo razoável. Mas as pessoas precisam se decidir."
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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).