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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 estão enfrentando níveis perigosos de poluição da agricultura e dos sistemas de esgoto que estão causando proliferação de algas nocivas ao redor do Mar Báltico.Eles podem matar peixes e deixar as pessoas doentes.
Para ajudar a resolver essa série de problemas ambientais, a ilha deposita suas esperanças na única substância improvável que os liga: 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 durante 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 Agrícolas (SLU) em Uppsala, que desmembrou uma empresa chamada Sanitation360.Usando um processo que os pesquisadores desenvolveram, eles secaram a urina em pedaços semelhantes a concreto, que depois moeram em pó e prensaram em grânulos de fertilizantes que se encaixam em equipamentos agrícolas padrão.Os agricultores locais usam o fertilizante para cultivar cevada, que é enviada às cervejarias para produzir cerveja que pode voltar 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 mundialmente.“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 (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.Os mictórios sem água estão conectados a sistemas de descarte de porões em escritórios no Oregon e na Holanda.Paris planeja instalar banheiros separadores de urina em uma ecozona de 1.000 residentes que está sendo construída no 14º arrondissement da cidade.A Agência Espacial Européia colocará 80 banheiros em sua sede em Paris, que começará a operar ainda este ano.Os defensores da separação de urina dizem que ela pode ser usada em lugares que variam de postos militares improvisados ​​a campos de refugiados, centros urbanos ricos e favelas em expansão.
Os cientistas dizem que a separação de urina, se implantada em larga escala em todo o mundo, pode trazer enormes benefícios ao meio ambiente e à saúde pública.Isso ocorre em parte porque a urina é rica em nutrientes que não poluem os corpos d'água e podem ser usados ​​para fertilizar plantações ou em processos industriais.Simha estima que os humanos produzem urina suficiente para substituir cerca de um quarto dos atuais fertilizantes de nitrogênio e fosfato do mundo;também contém potássio e muitos oligoelementos (ver “Constituintes na urina”).O melhor de tudo é que, ao não jogar a urina no ralo, você economiza muita água e reduz a carga em um sistema de esgoto envelhecido e sobrecarregado.
De acordo com especialistas na área, muitos componentes de separação de urina podem em breve se tornar amplamente disponíveis graças aos avanços em banheiros e estratégias de descarte de urina.Mas também existem grandes obstáculos para uma mudança fundamental em um dos aspectos mais fundamentais da vida.Pesquisadores e empresas precisam enfrentar uma infinidade de desafios, desde melhorar o projeto de vasos sanitários separadores de urina até tornar a urina mais fácil de processar e transformar em produtos valiosos.Isso pode incluir sistemas de tratamento químico conectados a banheiros individuais ou equipamentos de porão que atendem todo o edifício e fornecem serviços para a recuperação e manutenção do produto concentrado ou endurecido resultante (consulte “Da urina ao produto”).Além disso, há questões mais amplas de mudança e aceitação social, ligadas tanto aos vários graus de tabus culturais associados aos dejetos humanos quanto às convenções profundamente arraigadas sobre águas residuais industriais e sistemas alimentares.
À medida que a sociedade enfrenta a escassez de energia, água e matérias-primas para agricultura e indústria, a separação e reutilização de urina é “um grande desafio para a forma como fornecemos saneamento”, diz a bióloga Lynn Broaddus, consultora de sustentabilidade com sede em Minneapolis..“Um gênero que se tornará cada vez mais importante.Minnesota, ele foi o ex-presidente da Federação Aquática de Alexandria, Virgínia, uma associação mundial de profissionais de qualidade da água.“Na verdade, é algo de valor.”
Era uma vez, a urina era uma mercadoria valiosa.No passado, algumas sociedades o usavam para fertilizar plantações, fazer couro, lavar roupas e fazer pólvora.Então, no final do século 19 e início do século 20, o modelo moderno de gerenciamento centralizado de águas residuais surgiu na Grã-Bretanha e se espalhou pelo mundo, culminando na chamada cegueira urinária.
Nesse modelo, os banheiros usam água para drenar rapidamente urina, fezes e papel higiênico pelo ralo, misturados com outros fluidos de fontes domésticas, industriais e, às vezes, bueiros.Em estações centralizadas de tratamento de águas residuais, processos intensivos em energia usam microorganismos para tratar águas residuais.
Dependendo das regras e condições locais da estação de tratamento, as águas residuais descarregadas desse 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 (ver “Esgoto humano”).
Os 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.Avanços no final do pipeline são “apenas outra evolução da mesma maldita 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 gestão 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 separação de urina podem reduzir as emissões gerais 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 de nutrientes das águas residuais em 64%.tecnologia utilizada.
No entanto, o conceito permanece um nicho e amplamente limitado a áreas autônomas, como ecovilas escandinavas, dependências rurais e empreendimentos em áreas de baixa renda.
Tove Larsen, engenheiro químico do Instituto Federal Suíço de Ciência e Tecnologia Aquática (Eawag) em Dübendorf, diz que grande parte do acúmulo é causada pelos próprios banheiros.Introduzidos pela primeira vez no mercado nas décadas de 1990 e 2000, a maioria dos vasos sanitários separadores de urina tem uma pequena bacia na frente deles para coletar o fluido, um ambiente que requer um direcionamento cuidadoso.Outros projetos incluem correias transportadoras acionadas por pedal que permitem a drenagem da urina enquanto o esterco é transportado para a lixeira de compostagem, ou sensores que operam válvulas para direcionar a urina para uma saída separada.
Um protótipo de banheiro que separa a urina e a transforma em 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 desconcertados com o tema dos banheiros.”
Essas preocupações assombraram o primeiro uso em larga escala de banheiros separadores de urina, um projeto na cidade sul-africana de Ethekwini nos anos 2000.Anthony Odili, que estuda administração de saúde na Universidade de KwaZulu-Natal em Durban, disse que a expansão repentina das fronteiras pós-apartheid da cidade resultou na tomada de algumas áreas rurais pobres sem banheiro e infra-estrutura de água pelas autoridades.
Após o surto de cólera em agosto de 2000, as autoridades rapidamente implantaram várias 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 hoje.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 disse que o projeto criou instalações sanitárias mais seguras na área.No entanto, a pesquisa em ciências sociais identificou muitos problemas com o programa.Apesar da noção de que banheiros são melhores do que nada, estudos, incluindo alguns dos estudos 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 devam teoricamente evitar odores, a urina nos banheiros eThekwini geralmente acaba no armazenamento fecal, criando um cheiro terrível.Segundo Odili, as pessoas “não conseguiam respirar normalmente”.Além disso, a urina praticamente não é usada.
Em última análise, de acordo com 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 razões de saúde pública.Um estudo de 20173 descobriu que mais de 95% dos entrevistados da eThekwini queriam acesso aos banheiros convenientes e inodoros usados ​​pelos residentes brancos ricos da cidade, e muitos planejavam instalá-los quando as condições permitissem.Na África do Sul, os banheiros sempre foram 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 de design austríaca EOOS (derivada da EOOS Next) lançou um coletor de urina.Isso elimina a necessidade de o usuário apontar e a função de separação de urina é quase invisível (consulte “Novo tipo de banheiro”).
Ele usa a tendência da água de aderir às superfícies (chamado de efeito chaleira porque age como uma chaleira pingando desajeitada) para direcionar a urina da frente do vaso sanitário para um orifício separado (consulte “Como reciclar a urina”). Desenvolvido com financiamento da Fundação Bill & Melinda Gates em Seattle, Washington, que apoiou uma ampla gama de pesquisas sobre inovação em banheiros para ambientes de baixa renda, o Urine Trap pode ser incorporado em tudo, desde modelos de pedestal de cerâmica de alta qualidade até agachamentos de plástico panelas. Desenvolvido com financiamento da Fundação Bill & Melinda Gates em Seattle, Washington, que apoiou uma ampla gama de pesquisas sobre inovação em banheiros para ambientes de baixa renda, o Urine Trap pode ser incorporado em tudo, desde modelos de pedestal de cerâmica de alta qualidade até agachamentos de plástico panelas. Desenvolvido com financiamento da Fundação Bill & Melinda Gates em Seattle, Washington, que tem apoiado uma ampla gama de pesquisas de inovação em banheiros de baixa renda, o coletor de urina pode ser embutido 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 apóia uma extensa pesquisa sobre inovação em banheiros de baixa renda, o coletor de urina pode ser incorporado em tudo, desde modelos de cerâmica de alta qualidade até bandejas plásticas de agachamento.A fabricante suíça 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 coletores 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 vão preferir os novos banheiros separadores de urina porque cheiram melhor e são mais fáceis de usar, mas ele observa que os homens precisam se sentar para urinar, o que é uma grande mudança cultural.Mas se os banheiros “também forem adotados e adotados por bairros de alta renda – por pessoas de diferentes origens étnicas – isso realmente ajudará a se espalhar”, disse ele.“Sempre temos que ter uma lente racial”, acrescentou, para garantir que eles não desenvolvam algo que seja visto como “somente negro” ou “somente pobre”.
A separação de urina é apenas o primeiro passo na transformação do saneamento.A próxima parte é descobrir o que fazer a respeito.Nas áreas rurais, as pessoas podem armazená-lo em tanques para matar quaisquer patógenos e depois aplicá-lo em terras agrícolas.A Organização Mundial de Saúde faz recomendações para esta prática.
Mas o ambiente urbano é mais complicado – é aqui que a maior parte da urina é produzida.Não seria prático construir vários esgotos separados em toda a cidade para entregar a urina em 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 banheiro ou edifício, deixando a água para trás.
Não será fácil, disse Larson.Do ponto de vista da engenharia, “o mijo é uma solução ruim”, disse ela.Além da água, a maioria é uréia, um composto rico em nitrogênio que o corpo produz como subproduto do metabolismo de proteínas.A uréia é útil por conta própria: a versão sintética é um fertilizante de nitrogênio comum (consulte Requisitos de nitrogênio).Mas também é complicado: quando combinada com água, a ureia se transforma em amônia, que dá à urina seu odor característico.Se não estiver ligada, a amônia pode cheirar mal, poluir o ar e retirar o valioso nitrogênio.Catalisada pela onipresente enzima urease, essa reação, chamada de hidrólise da uréia, pode levar vários microssegundos, tornando a urease uma das enzimas mais eficientes conhecidas.
Alguns métodos permitem que a hidrólise continue.Os pesquisadores da Eawag desenvolveram um processo avançado que transforma a urina hidrolisada em uma solução nutritiva concentrada.Primeiro, no aquário, os microorganismos 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 excretado.No campus da Universidade de Michigan, Love está em parceria com o Earth Abundance Institute, organização sem fins lucrativos, em Brattleboro, Vermont, para desenvolver um sistema para edifícios que remove o ácido cítrico líquido de banheiros de desvio e banheiros sem água.A água irrompe dos mictórios.A urina é então concentrada por congelamento e descongelamento repetidos5.
Uma equipe da SLU liderada pelo engenheiro ambiental Bjorn Winneros, na ilha de Gotland, desenvolveu uma maneira de secar a urina em ureia sólida misturada com outros nutrientes.A equipe avalia seu mais recente protótipo, um banheiro autônomo com secador embutido, na sede da empresa sueca de água e esgoto VA SYD em Malmö.
Outros métodos visam nutrientes individuais na urina.Eles poderiam ser mais facilmente integrados às cadeias de abastecimento existentes de fertilizantes e produtos químicos industriais, diz o engenheiro químico William Tarpeh, um ex-bolsista de pós-doutorado da Love's que agora está na Universidade de Stanford, na Califórnia.
Um método comum de 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 nitrogênio como amônia6 ou fósforo como fosfato.Seu sistema usa um fluido diferente chamado regenerante que flui através dos balões depois que eles acabam.O regenerante pega os nutrientes e renova as bolas para a próxima rodada.Este é um método passivo de baixa tecnologia, mas regenerações comerciais são ruins para o meio ambiente.Agora, sua equipe está tentando fabricar produtos mais baratos e ecologicamente corretos (consulte “Poluição do futuro”).
Outros pesquisadores estão desenvolvendo maneiras de gerar eletricidade colocando urina em células de combustível microbianas.Na Cidade do Cabo, na África do Sul, outra equipe desenvolveu um método para fazer tijolos de construção não convencionais misturando urina, areia e bactérias produtoras de urease em um molde.Eles calcificam em qualquer forma sem disparar.A Agência Espacial Européia está considerando a urina dos 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 maior número possível de produtos”, disse Tarpeh.
À medida que os pesquisadores perseguem uma série de ideias para comoditizar a urina, eles sabem que é uma batalha difícil, especialmente para uma indústria consolidada.Empresas de fertilizantes e alimentos, agricultores, fabricantes de banheiros e reguladores demoraram a fazer mudanças significativas em suas práticas.“Há muita inércia aqui”, disse Simcha.
Por exemplo, na Universidade da Califórnia, em Berkeley, a instalação de pesquisa e educação do LAUFEN save!Isso inclui gastos com arquitetos, construção e conformidade com os regulamentos municipais – e isso ainda não foi feito, disse Kevin Ona, um engenheiro ambiental que agora trabalha na West Virginia University em Morgantown.Ele disse que a falta de códigos e regulamentos 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 do comprador, mas uma pesquisa de 2021 com pessoas em 16 países7 descobriu que em lugares como França, China e Uganda, a vontade de consumir alimentos enriquecidos com urina era de quase 80% (consulte As pessoas vão comer isto?').
Pam Elardo, que lidera a Administração de Águas Residuais como vice-administradora da Agência de Proteção Ambiental da cidade de Nova York, disse que apóia inovações como a separação de urina, pois 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 desviar urina seja sistemas fora da rede em reforma ou novos edifícios, complementados por operações de manutenção e coleta.Se os inovadores podem resolver um problema, “eles devem funcionar”, disse ela.
Diante desses avanços, Larsen prevê que a produção em massa e a automação da tecnologia de separação de urina podem não estar longe.Isso melhorará o caso de negócios para essa transição para a gestão de resíduos.A derivação urinária “é a técnica certa”, disse ela.“Esta é a única tecnologia que pode resolver problemas de alimentação em casa em um período de tempo razoável.Mas as pessoas têm que se decidir.”
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. e 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. e Love, NG Environ.a ciência.tecnologia.55, 593–603 (2021).
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