Suzanne Lambert, masterstudent civiele techniek van de Universiteit van Kaapstad (UCT), heeft 's werelds eerste bio-steen gekweekt uit menselijke urine onthuld. signalering van een innovatieve paradigmaverschuiving in afvalterugwinning.

De bio-stenen worden gemaakt door een natuurlijk proces dat microbiële carbonaatprecipitatie wordt genoemd. Het is niet anders dan de manier waarop schelpen worden gevormd, zei Lamberts supervisor Dr. Dyllon Randall, universitair hoofddocent waterkwaliteitstechniek.

In dit geval, los zand is gekoloniseerd met bacteriën die urease produceren. Een enzym, het urease breekt het ureum in de urine af terwijl het calciumcarbonaat produceert via een complexe chemische reactie. Dit cementeert het zand in elke vorm, of het een solide kolom is, of nu, Voor de eerste keer, een rechthoekige bouwsteen.

De afgelopen maanden zijn Lambert en honoursstudent civiele techniek Vukheta Mukhari hard aan het werk geweest in het laboratorium om verschillende biobaksteenvormen en treksterkten te testen om een ​​innovatief bouwmateriaal te produceren. Mukhari wordt mede begeleid door professor Hans Beushausen, ook van de afdeling civiele techniek. Beushausen helpt mee met het testen van de producten.

De ontwikkeling is ook goed nieuws voor het milieu en de opwarming van de aarde, aangezien biostenen bij kamertemperatuur in mallen worden gemaakt. Gewone bakstenen worden in een oven gestookt bij temperaturen rond 1 400°C en produceren enorme hoeveelheden koolstofdioxide.

De sterkte van de bio-stenen zou afhangen van de behoeften van de klant.

"Als een klant een baksteen wilde die sterker was dan 40 procent kalksteen, je zou de bacteriën de vaste stof sterker laten maken door het langer te 'groeien', ' zei Randall.

"Hoe langer je de kleine bacteriën het cement laat maken, hoe sterker het product zal zijn. Dat proces kunnen we optimaliseren."

Fundamenteel werk

Het concept om ureum te gebruiken om bakstenen te laten groeien, werd enkele jaren geleden in de Verenigde Staten getest met synthetische oplossingen, maar Lamberts baksteen gebruikt voor het eerst echte menselijke urine, met grote gevolgen voor afvalrecycling en upcycling. Haar werk bouwt voort op fundamenteel onderzoek van Jules Henze, een Zwitserse student die in 2017 vier maanden met Randall aan dit concept werkte.

"Dat vind ik zo leuk aan onderzoek. Je bouwt voort op de fundamenten van ander werk, ' zei Randall.

Meststoffen als bijproducten

In aanvulling, het biobaksteenproces produceert als bijproducten stikstof en kalium, die belangrijke componenten zijn van commerciële meststoffen.

chemisch gesproken, urine is vloeibaar goud, volgens Randall. Het is goed voor minder dan 1 procent van het huishoudelijk afvalwater (in volume), maar bevat 80 procent van de stikstof, 56 procent van het fosfor en 63 procent van het kalium van dit afvalwater.

Ongeveer 97 procent van het fosfor dat in de urine aanwezig is, kan worden omgezet in calciumfosfaat, het belangrijkste ingrediënt in meststoffen die de commerciële landbouw wereldwijd ondersteunen. Dit is belangrijk omdat de natuurlijke fosfaatreserves van de wereld opdrogen.

Zero waste

De meststoffen worden geproduceerd als onderdeel van het gefaseerde proces dat wordt gebruikt om de biostenen te produceren.

Eerst, urine wordt opgevangen in nieuwe kunstmest producerende urinoirs en gebruikt om vaste mest te maken. De resterende vloeistof wordt vervolgens gebruikt in het biologische proces om de bio-baksteen te laten groeien.

“Maar in dat proces we zijn alleen op zoek naar twee componenten:carbonaationen en het calcium. Wat we als laatste doen, is het resterende vloeibare product uit het biobaksteenproces halen en een tweede meststof maken, " hij legde uit.

De algemene regeling zou effectief resulteren in nul afval, met de urine volledig omgezet in drie nuttige producten.

"Niemand heeft er naar gekeken in termen van die hele cyclus en de potentie om meerdere waardevolle producten terug te winnen. De volgende vraag is hoe je dat op een geoptimaliseerde manier doet zodat er winst uit urine kan worden gehaald."

Er moet ook rekening worden gehouden met logistiek; urineverzameling en transport naar een resource recovery. Randall heeft deze mogelijkheden besproken in een recent overzichtsartikel over urine. Een andere van zijn masterstudenten doet onderzoek naar de transportlogistiek van urineverzameling en -behandeling, met veelbelovende resultaten.

Sociale acceptatie is een andere overweging.

"Op dit moment hebben we alleen te maken met urineverzameling uit mannelijke urinoirs, want dat is maatschappelijk geaccepteerd. Maar hoe zit het met de andere helft van de bevolking?"

In aanloop naar de onthulling van de bio-baksteen, beide studenten waren optimistisch over het potentieel van innovatie op het gebied van duurzaamheid.

"Dit project is de afgelopen anderhalf jaar een groot deel van mijn leven geweest, en ik zie zoveel potentieel voor de toepassing van het proces in de echte wereld. Ik kan niet wachten tot de wereld er klaar voor is, ' zei Lambertus.

"Werken aan dit project was een eye-opening ervaring. Gezien de vooruitgang die is geboekt in het onderzoek hier bij UCT, het creëren van een echt duurzaam bouwmateriaal is nu een mogelijkheid, " voegde Mukhari toe.

Randall zei dat het werk paradigmaverschuivingen teweegbrengt met betrekking tot hoe de samenleving afval ziet en de upcycling van dat afval.

"In dit voorbeeld neem je iets dat als afval wordt beschouwd en maak je er meerdere producten van. Je kunt hetzelfde proces voor elke afvalstroom gebruiken. Het gaat om het heroverwegen, " hij zei.