Torrt gödselmedel från urin

Att säga “vi är vad vi äter” är bara en del av sanningen. Vad vi utsöndrar vad vi äter är den andra delen av sanningen när det gäller växtnäringsämnen. Mänsklig avföring innehåller samma kväve, fosfor och kalium (N-P-K) som vi finner i gödningsmedel som används för att producera den mat som vi sedan äter (Winker et al., 2009). Mänsklig avföring ses oftast som ett oönskat avfall världen över, vilket skapar humanitära och miljömässiga problem (Baum et al., 2013). För att ersätta näringsämnena som tagits bort med skörden från fälten tillverkas gödningsmedel i industriella processer som bidrar till miljöförändringar på global nivå (Rockström et al., 2009). Återvinning av mänsklig avföring tillbaka till lantbruket skulle minska det nuvarande beroendet av gödselmedel från fossila källor (Ramírez & Worrell, 2006).

Återföringen skulle dessutom förbättra avkastningen i t.ex. Afrika söder om Sahara, där gödselanvändningen är låg (FAO, 2015) och skydda marina ekosystem i Östersjön genom att begränsa flödet av överskott av näringsämnen till ytvatten (Rockström et al., 2009).

Begränsningen av mänsklig urin som gödningsmedel ärdess låga näringsämneskoncentration jämfört med kommersiella gödselmedel. Urin är huvudsakligen vatten (97%), vilket innebär att näringsämneskoncentrationen är låg. Exempelvis är kvävekoncentrationen i urin 0,6% (Vinnerås et al., 2006), medan ureagödselmedel innehåller 46% kväve. Lägre näringsämneskoncentrationer kräver större volym urin som appliceras per hektar, vilket skapar logistikproblem när det gäller lagring (eftersom cirka 550 liter urin produceras per person och år) och ökar kostnaderna för transport och applicering. Därför är urin inte ett konkurrenskraftigt gödningsmedel. För att bättre kunna utnyttja näringsämnena måste det överskottsvattnet i urinen avlägsnas.

Att koncentrera näringsämnena i urinen utan att förlora kvävet är utmanande. Cirka 85% av urinkvävet finns urea (CO (NH2) 2). Efter insamlingen av urinen i toaletten hydrolyseras urean snabbt till, ammoniak (NH3), i en reaktion som katalyseras av ureasenzymer. Ammoniaken är jämfört med vatten lättare att förånga, vilket leder till att urin inte helt enkelt kan avvattnas genom torkning. Att stoppa nedbrytningen av urean under insamlingen är också en utmaning eftersom enzymet ureas som bryter ned urean är ett väldigt stabilt enzym.

Denna studie utvecklade en teknik för att begränsa ureasenzymerna med högt pH och därefter torka urinen. Torkningen ökade kvävekoncentrationen från 0,6% till > 6%. Genom torkningen produceras ett torrt gödningsmedel av monetärt värde och man undviker transport och lagring av stora vattenvolymer. Tekniken är avsedd för ett kassettbaserat sanitetssystem som samlar, behandlar och minskar volymen urin i behandlingskassetten. I försök tillsattes färsk humanurin till träaska (initialt pH> 12) vid 35 ° C och vid 65 ° C. höjningen av pH gjordes för att alkalisera och därmed inhibera enzymet ureas från att katalysera hydrolys av urea till ammoniak. Massbalansberäkningar visade 95% minskning av massan under uttorkning, samtidigt som upp till 90% av kvävet behölls i den fasta fasen. Ett sådant system skulle i hög grad förenkla logistik och kostnader för lagring, transport och applicering av urin som gödningsmedel i lantbruket. Den verkligt innovativa är slutprodukten: ett torrt pulver med 7,8% N, 2,5% P och 10,9% K, dvs ekvivalent med kommersiellt gödselmedel.

Välkommen att titta på vår senare publicering i tidskriften Science of the Total Environment.

Senecal, J., Vinnerås, B. 2017. Urea stabilisation and concentration for urine-diverting dry toilets: Urine dehydration in ash. Science of The Total Environment, 586, 650-657.

Contact
Jenna Senecal-Smith