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Chelsea Wold est un journaliste indépendant basé à La Haye, aux Pays-Bas et auteur de Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilettes.
Les systèmes de toilettes spécialisés extraient de l'azote et d'autres nutriments de l'urine pour une utilisation comme engrais et autres produits. Crédit d'image: Mak / Georg Mayer / EOOS Suivant
Gotland, la plus grande île de Suède, a peu d'eau douce. Dans le même temps, les résidents sont aux prises avec des niveaux dangereux de pollution provenant de l'agriculture et des systèmes d'égouts qui provoquent des proliférations d'algues nocives autour de la mer Baltique. Ils peuvent tuer du poisson et rendre les gens malades.
Pour aider à résoudre cette série de problèmes environnementaux, l'île épingle ses espoirs sur la seule substance improbable qui les lie: l'urine humaine.
À partir de 2021, l'équipe de recherche a commencé à travailler avec une entreprise locale qui loue des toilettes portables. L'objectif est de collecter plus de 70 000 litres d'urine sur une période de 3 ans dans les urinoirs sans eau et les toilettes dédiées à plusieurs endroits pendant la saison touristique d'été. L'équipe est venue de l'Université suédoise des sciences agricoles (SLU) à Uppsala, qui a transformé une entreprise appelée Sanitation360. En utilisant un processus que les chercheurs ont développé, ils ont séché l'urine en morceaux en béton, qu'ils ont ensuite mis en poudre et pressé dans des granules d'engrais qui s'adaptent à l'équipement agricole standard. Les agriculteurs locaux utilisent l'engrais pour cultiver l'orge, qui est ensuite envoyé aux brasseries pour produire de la bière qui peut revenir dans le cycle après la consommation.
Prithvi Simha, ingénieur chimique au SLU et CTO de Sanitation360, a déclaré que l'objectif des chercheurs était de «dépasser le concept et de mettre en pratique» la réutilisation de l'urine à grande échelle. L'objectif est de fournir un modèle qui peut être émulé dans le monde entier. «Notre objectif est pour tout le monde, partout, de faire cet exercice.»
Dans une expérience à Gotland, l'orge fertilisé urine (à droite) a été comparée aux plantes non fertilisées (au centre) et aux engrais minéraux (à gauche). Crédit d'image: Jenna Senecal.
Le projet Gotland fait partie d'un effort mondial similaire pour séparer l'urine des autres eaux usées et la recycler en produits comme l'engrais. La pratique, connue sous le nom de diversion d'urine, est étudiée par des groupes aux États-Unis, en Australie, en Suisse, en Éthiopie et en Afrique du Sud, entre autres. Ces efforts vont bien au-delà des laboratoires universitaires. Les urinoirs sans eau sont connectés aux systèmes d'élimination du sous-sol dans les bureaux de l'Oregon et des Pays-Bas. Paris prévoit d'installer des toilettes divertissant dans l'urine dans une écozone de 1 000 résidents en construction dans le 14e arrondissement de la ville. L'Agence spatiale européenne placera 80 toilettes à son siège social de Paris, qui commencera ses opérations plus tard cette année. Les partisans de la détournement d'urine disent qu'il pourrait trouver des utilisations dans des endroits allant des avant-postes militaires de fortune aux camps de réfugiés, aux centres urbains riches et aux bidonvilles tentaculaires.
Les scientifiques disent que le détournement d'urine, s'il était déployé à grande échelle dans le monde, pourrait apporter d'énormes avantages à l'environnement et à la santé publique. Cela est dû en partie au fait que l'urine est riche en nutriments qui ne polluent pas les plans d'eau et peuvent être utilisés pour fertiliser les cultures ou dans les processus industriels. Simha estime que les humains produisent suffisamment d'urine pour remplacer environ un quart des engrais actuels d'azote et de phosphate du monde; Il contient également du potassium et de nombreux oligo-éléments (voir «Constituants dans l'urine»). Mieux encore, en ne rincesant pas l'urine dans les égouts, vous économisez beaucoup d'eau et réduisez le fardeau d'un système d'égout vieillissant et surchargé.
Selon des experts dans le domaine, de nombreuses composantes de détournement d'urine pourraient bientôt devenir largement disponibles grâce aux avancées des toilettes et des stratégies d'élimination de l'urine. Mais il y a aussi de grands obstacles au changement fondamental dans l'un des aspects les plus fondamentaux de la vie. Les chercheurs et les entreprises doivent relever une myriade de défis, de l'amélioration de la conception des toilettes qui divisent l'urine à la facilitation de l'urine plus facile à traiter et à transformer en produits précieux. Cela peut inclure des systèmes de traitement chimique liés aux toilettes individuelles ou aux équipements de sous-sol desservant l'ensemble du bâtiment et fournissant des services pour la récupération et l'entretien du produit concentré ou durci résultant (voir «de l'urine au produit»). De plus, il existe des problèmes plus larges de changement social et d'acceptation, liés à la fois aux degrés différents de tabous culturels associés aux déchets humains et aux conventions profondes sur les eaux usées industrielles et les systèmes alimentaires.
Alors que la société est aux prises avec des pénuries d'énergie, d'eau et de matières premières pour l'agriculture et l'industrie, la diversion et la réutilisation de l'urine sont «un défi majeur à la façon dont nous fournissons l'assainissement», explique la biologiste Lynn Broaddus, consultante en durabilité basée à Minneapolis. . «Un genre qui deviendra de plus en plus important. Minnesota, il était l'ancien président de la Fédération aquatique d'Alexandrie, en Virginie, une association mondiale de professionnels de la qualité de l'eau. «C'est en fait quelque chose de valeur.»
Il était une fois, l'urine était une marchandise précieuse. Dans le passé, certaines sociétés l'ont utilisé pour fertiliser les cultures, fabriquer du cuir, laver les vêtements et faire de la poudre à canon. Puis, à la fin du XIXe et au début du XXe siècle, le modèle moderne de la gestion des eaux usées centralisée est apparu en Grande-Bretagne et s'est propagé dans le monde entier, aboutissant à la soi-disant cécité urinaire.
Dans ce modèle, les toilettes utilisent l'eau pour drainer rapidement l'urine, les excréments et le papier hygiénique dans les égouts, mélangés à d'autres fluides provenant de sources industrielles et parfois des drains de tempête. Dans les usines de traitement des eaux usées centralisées, les processus à forte intensité énergétique utilisent des micro-organismes pour traiter les eaux usées.
Selon les règles et conditions locales de la station de traitement, les eaux usées retirées de ce processus peuvent toujours contenir des quantités importantes d'azote et d'autres nutriments, ainsi que de certains autres contaminants. 57% de la population mondiale n'est pas du tout liée à un système d'égouts centralisé (voir «eaux usées humaines»).
Les scientifiques travaillent à rendre les systèmes centralisés plus durables et moins polluants, mais à commencer par la Suède dans les années 1990, certains chercheurs font pression pour des changements plus fondamentaux. Les progrès à la fin du pipeline ne sont «qu'une autre évolution de la même putain de chose», a déclaré Nancy Love, ingénieur environnemental à l'Université du Michigan à Ann Arbor. L'urine qui divertit sera «transformatrice», dit-elle. Dans l'étude 1, qui a simulé des systèmes de gestion des eaux usées dans trois États américains, elle et ses collègues ont comparé les systèmes de traitement des eaux usées conventionnels avec des systèmes de traitement des eaux usées hypothétiques qui détournent l'urine et utilisent des nutriments récupérés au lieu des engrais synthétiques. Ils estiment que les communautés utilisant le détournement d'urine peuvent réduire les émissions globales de gaz à effet de serre de 47%, la consommation d'énergie de 41%, la consommation d'eau douce d'environ la moitié et la pollution nutritive des eaux usées de 64%. technologie utilisée.
Cependant, le concept reste de niche et largement limité aux zones autonomes telles que les éco-villages scandinaves, les dépendances rurales et les développements dans les zones à faible revenu.
Tove Larsen, ingénieur chimique au Suisse Federal Institute for Aquatic Science and Technology (EWAG) à Dübendorf, dit qu'une grande partie de l'arriéré est causée par les toilettes elles-mêmes. Introduit pour la première fois sur le marché dans les années 1990 et 2000, la plupart des toilettes divertissant urine ont un petit bassin devant eux pour collecter le liquide, un cadre qui nécessite un ciblage minutieux. Les autres conceptions incluent les ceintures de convoyeurs à pied qui permettent à l'urine de s'écouler lorsque le fumier est transporté vers le bac à compost, ou des capteurs qui fonctionnent des vannes pour diriger l'urine vers une prise séparée.
Une prototype de toilettes qui sépare l'urine et la séche en poudre est testée au siège de la société suédoise d'eau et d'égouts VA Syd à Malmö. Crédit d'image: EOOS Suivant
Mais dans les projets expérimentaux et de démonstration en Europe, les gens n'ont pas adopté leur utilisation, a déclaré Larsen, se plaignant qu'ils sont trop volumineux, malodorants et peu fiables. «Nous avons vraiment été rebutés par le sujet des toilettes.»
Ces préoccupations ont hanté la première utilisation à grande échelle de toilettes divertissant l'urine, un projet dans la ville sud-africaine d'Ethekwini dans les années 2000. Anthony Odili, qui étudie la gestion de la santé à l'Université du KwaZulu-Natal à Durban, a déclaré que l'expansion soudaine des frontières post-apartheid de la ville a conduit les autorités à prendre le contrôle de certaines zones rurales pauvres sans infrastructure de toilettes et d'eau.
Après l'épidémie de choléra en août 2000, les autorités ont rapidement déployé plusieurs installations d'assainissement qui ont respecté les contraintes financières et pratiques, dont 80 000 toilettes sèches divertissant l'urine, dont la plupart sont encore utilisés aujourd'hui. L'urine s'écoule dans le sol sous les toilettes, et les excréments se retrouvent dans une installation de stockage que la ville a vidé tous les cinq ans depuis 2016.
Odili a déclaré que le projet avait créé des installations d'assainissement plus sûres dans la région. Cependant, la recherche en sciences sociales a identifié de nombreux problèmes avec le programme. Malgré l'idée que les toilettes sont meilleures que rien, les études, y compris certaines des études auxquelles il ont participé, ont montré plus tard que les utilisateurs ne les aiment généralement pas, a déclaré Odili. Beaucoup d'entre eux sont construits avec des matériaux de mauvaise qualité et sont inconfortables à utiliser. Bien que de telles toilettes devraient théoriquement empêcher les odeurs, l'urine dans les toilettes Ethekwini se retrouve souvent dans le stockage fécal, créant une odeur terrible. Selon Odili, les gens «ne pouvaient pas respirer normalement». De plus, l'urine n'est pratiquement pas utilisée.
En fin de compte, selon Odili, la décision d'introduire des toilettes sèches divertissant l'urine a été de haut en bas et n'a pas pris en compte les préférences des gens, principalement pour des raisons de santé publique. Une étude de 20173 a révélé que plus de 95% des répondants d'Ethekwini voulaient accéder aux toilettes pratiques et inodores utilisées par les riches résidents blancs de la ville, et beaucoup prévoyaient de les installer lorsque les conditions sont autorisées. En Afrique du Sud, les toilettes sont depuis longtemps un symbole de l'inégalité raciale.
Cependant, le nouveau design pourrait être une percée dans le détournement urinaire. En 2017, dirigé par le designer Harald Grundl, en collaboration avec Larsen et autres, la société de design autrichienne EOOS (Spun Off de EOOS Next) a publié un piège à urine. Cela élimine la nécessité pour l'utilisateur de viser, et la fonction de détournement d'urine est presque invisible (voir «nouveau type de toilettes»).
Il utilise la tendance de l'eau à coller aux surfaces (appelé l'effet de la bouilloire car il agit comme une bouilloire gênante gênante) pour diriger l'urine de l'avant des toilettes dans un trou séparé (voir «Comment recycler l'urine»). Développé avec le financement de la Fondation Bill & Melinda Gates à Seattle, Washington, qui a soutenu une large bande de recherches sur l'innovation des toilettes pour des environnements à faible revenu, le piège à urine peut être incorporé dans tout, des modèles de piédestal en céramique haut de gamme aux casseroles en plats en plastique. Développé avec le financement de la Fondation Bill & Melinda Gates à Seattle, Washington, qui a soutenu une large bande de recherches sur l'innovation des toilettes pour des environnements à faible revenu, le piège à urine peut être incorporé dans tout, des modèles de piédestal en céramique haut de gamme aux casseroles en plats en plastique. Développé avec le financement de la Fondation Bill & Melinda Gates à Seattle, Washington, qui a soutenu une large gamme de recherches sur l'innovation des toilettes à faible revenu, le piège à urine peut être construit dans tout, des modèles avec des piédestaux en céramique aux squats en plastique.Pots. Développé avec le financement de la Fondation Bill & Melinda Gates à Seattle, Washington, qui soutient des recherches approfondies sur l'innovation de toilette à faible revenu, le collecteur d'urine peut être intégré à tout, des modèles à base de céramique haut de gamme aux plateaux de squat en plastique.Le fabricant suisse Laufen publie déjà un produit appelé «Save!» Pour le marché européen, bien que son coût soit trop élevé pour de nombreux consommateurs.
Le conseil municipal de l'Université du KwaZulu-Natal et de l'Ethekwini teste également les versions de toilettes de pièges urinaires qui peuvent détourner l'urine et éliminer les particules. Cette fois, l'étude se concentre davantage sur les utilisateurs. Odie est optimiste que les gens préfèrent les nouvelles toilettes qui divisent l'urine parce qu'ils sentent mieux et sont plus faciles à utiliser, mais il note que les hommes doivent s'asseoir pour uriner, ce qui est un énorme changement culturel. Mais si les toilettes «sont également adoptées et adoptées par des quartiers à revenu élevé - par des personnes issues de différents horizons ethniques - cela aidera vraiment à se propager», a-t-il déclaré. "Nous devons toujours avoir un objectif racial", a-t-il ajouté, pour nous assurer qu'ils ne développent pas quelque chose qui est considéré comme «noir uniquement» ou «pauvre uniquement».
La séparation d'urine n'est que la première étape de la transformation de l'assainissement. La partie suivante est de savoir quoi faire à ce sujet. Dans les zones rurales, les gens peuvent les stocker en cuve pour tuer tous les agents pathogènes, puis l'appliquer aux terres agricoles. L'Organisation mondiale de la santé fait des recommandations pour cette pratique.
Mais l'environnement urbain est plus compliqué - c'est là que la majeure partie de l'urine est produite. Il ne serait pas pratique de construire plusieurs égouts séparés dans toute la ville pour livrer l'urine à un emplacement central. Et parce que l'urine représente environ 95% d'eau, il est trop cher de stocker et de transporter. Par conséquent, les chercheurs se concentrent sur le séchage, la concentration ou l'extraction de nutriments de l'urine au niveau des toilettes ou du bâtiment, laissant de l'eau derrière.
Ce ne sera pas facile, a déclaré Larson. Du point de vue de l'ingénierie, «PISS est une mauvaise solution», a-t-elle déclaré. En plus de l'eau, la majorité est l'urée, un composé riche en azote que le corps produit comme sous-produit du métabolisme des protéines. L'urée est utile à elle seule: la version synthétique est un engrais d'azote commun (voir les besoins en azote). Mais c'est aussi délicat: lorsqu'il est combiné avec de l'eau, l'urée se transforme en ammoniac, ce qui donne à l'urine son odeur caractéristique. S'il n'est pas activé, l'ammoniac peut sentir, polluer l'air et emporter de l'azote précieux. Catalysé par l'ubiquineuse enzyme uréase, cette réaction, appelée hydrolyse de l'urée, peut prendre plusieurs microsecondes, ce qui fait de l'uréase l'une des enzymes les plus efficaces connues.
Certaines méthodes permettent à l'hydrolyse de se poursuivre. Les chercheurs EAWAG ont développé un processus avancé qui transforme l'urine hydrolysée en une solution nutritive concentrée. Premièrement, dans l'aquarium, les micro-organismes convertissent l'ammoniac volatile en nitrate d'ammonium non volatile, un engrais commun. Le distillateur concentre ensuite le liquide. Une filiale appelée Vuna, également basée à Dübendorf, s'efforce de commercialiser un système pour les bâtiments et un produit appelé Aurin, qui a été approuvé en Suisse pour les usines alimentaires pour la première fois au monde.
D'autres essaient d'arrêter la réaction d'hydrolyse en augmentant ou en abaissant rapidement le pH de l'urine, qui est généralement neutre lorsqu'il est excrété. Sur le campus de l'Université du Michigan, Love s'associe à l'Institut Abundance Earth à but non lucratif à Brattleboro, au Vermont, pour développer un système de bâtiments qui élimine l'acide citrique liquide des toilettes détournées et des toilettes sans eau. L'eau éclate des urinoirs. L'urine est ensuite concentrée par congélation répétée et dégel5.
Une équipe SLU dirigée par l'ingénieur environnemental Bjorn Winneros sur l'île de Gotland a développé un moyen de sécher l'urine en urée solide mélangée à d'autres nutriments. L'équipe évalue son dernier prototype, une toilette indépendante avec sécheuse intégrée, au siège de la société suédoise d'eau et d'égouts VA Syd à Malmö.
D'autres méthodes ciblent les nutriments individuels dans l'urine. Ils pourraient être plus facilement intégrés dans les chaînes d'approvisionnement existantes pour les engrais et les produits chimiques industriels, explique l'ingénieur chimique William Tarpeh, ancien boursier postdoctoral chez Love's qui est maintenant à l'Université de Stanford en Californie.
Une méthode courante de restauration du phosphore à partir d'urine hydrolysée est l'ajout de magnésium, qui provoque la précipitation d'un engrais appelé struvite. Tarpeh expérimente des granules de matériau adsorbant qui peuvent éliminer sélectivement l'azote sous forme d'ammoniac6 ou de phosphore comme phosphate. Son système utilise un fluide différent appelé régénérant qui circule dans les ballons après leur épuisement. Le régénérant prend les nutriments et renouvelle les balles pour le prochain tour. Il s'agit d'une méthode passive de faible technologie, mais les régénéres commerciaux sont mauvais pour l'environnement. Maintenant, son équipe essaie de fabriquer des produits moins chers et plus respectueux de l'environnement (voir «Pollution du futur»).
D'autres chercheurs développent des moyens de produire de l'électricité en plaçant l'urine dans les piles à combustible microbiennes. À Cape Town, en Afrique du Sud, une autre équipe a développé une méthode pour faire des briques de construction non conventionnelles en mélangeant des bactéries urinaires, de sable et de producteur d'uréas en un moule. Ils calcifient en n'importe quelle forme sans tir. L'Agence spatiale européenne considère l'urine des astronautes comme ressource pour construire des logements sur la lune.
"Quand je pense à l'avenir large du recyclage de l'urine et du recyclage des eaux usées, nous voulons pouvoir produire autant de produits que possible", a déclaré Tarpeh.
Alors que les chercheurs poursuivent une gamme d'idées pour la marchandisation de l'urine, ils savent que c'est une bataille difficile, en particulier pour une industrie enracinée. Engrais et sociétés alimentaires, agriculteurs, fabricants de toilettes et régulateurs ont été lents à apporter des modifications importantes à leurs pratiques. "Il y a beaucoup d'inertie ici", a déclaré Simcha.
Par exemple, à l'Université de Californie à Berkeley, l'installation de la recherche et de l'éducation du Laufen Save! Cela comprend les dépenses en architectes, la construction et la conformité des réglementations municipales - et cela n'a pas encore fait, a déclaré Kevin Ona, un ingénieur environnemental qui travaille maintenant à la West Virginia University à Morgantown. Il a déclaré que le manque de codes et réglementations existants avait créé des problèmes pour la gestion des installations, il a donc rejoint le groupe qui développait de nouveaux codes.
Une partie de l'inertie peut être due à la peur de la résistance des acheteurs, mais une enquête en 2021 auprès des personnes dans 16 pays7 a révélé que dans des endroits comme la France, la Chine et l'Ouganda, la volonté de consommer des aliments enrichie par l'urine était proche de 80% (voir les gens le mangeront-ils? ').
Pam Elardo, qui dirige l'administration des eaux usées en tant qu'administrateur adjoint de l'Environmental Protection Agency de New York, a déclaré qu'elle soutenait des innovations telles que le détournement d'urine, car les principaux objectifs de son entreprise sont de réduire encore la pollution et de recycler les ressources. Elle s'attend à ce que pour une ville comme New York, la méthode la plus pratique et la plus rentable de détourner l'urine soit des systèmes hors réseau en modes de travail ou de nouveaux bâtiments, complétés par des opérations de maintenance et de collecte. Si les innovateurs peuvent résoudre un problème, «ils devraient travailler», a-t-elle déclaré.
Compte tenu de ces avancées, Larsen prédit que la production de masse et l'automatisation de la technologie de détournement d'urine peuvent ne pas être loin. Cela améliorera l'analyse de rentabilisation pour cette transition vers la gestion des déchets. Le détournement urinaire «est la bonne technique», a-t-elle déclaré. «C'est la seule technologie qui peut résoudre des problèmes d'alimentation à domicile dans un temps raisonnable. Mais les gens doivent se décider. »
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