Onderzoekers van het Cornell University's College of Agriculture and Life Sciences en de Canadian Light Source (CLS) van de University of Saskatchewan hebben bewezen dat het mogelijk is om stikstofrijke meststoffen te maken door de vaste en vloeibare componenten van menselijk afval te combineren.

De vondst, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Duurzame chemie en techniek , heeft het potentieel om de landbouwopbrengsten in ontwikkelingslanden te verhogen en de verontreiniging van het grondwater door stikstofafvoer te verminderen.

Speciale scheidingstoiletten die zijn ontwikkeld via de Reinvent the Toilet Challenge hebben geholpen bij het oplossen van langdurige sanitaire problemen in de sloppenwijken van Nairobi, Kenia. Echter, de methoden die werden gebruikt om de twee outputs te verwijderen, slaagden er niet in om een ​​belangrijke voedingsstof te vangen waar lokale velden naar hongerden:stikstof.

Cornell-onderzoekers Leilah Krounbi, een voormalig Ph.D. student, nu bij het Weizmann Instituut in Israël, en Johannes Lehmann, senior auteur en hoogleraar bodem- en gewaswetenschappen, vroeg zich af of het misschien mogelijk is om de afvalstroomkringloop te sluiten door stikstof uit de urine te recyclen, die anders verloren zou gaan aan de afvoer. Terwijl andere onderzoekers adsorbers hebben ontwikkeld met behulp van hightech-ingrediënten zoals koolstofnanobuisjes of actieve kool, Lehmann en zijn team wilden weten of ze dit konden doen met beslist low-tech materialen zoals menselijke uitwerpselen. Adsorbers zijn materialen waarvan het oppervlak gas of vloeistoffen kan opvangen en vasthouden.

"We wilden uitzoeken hoe we stikstof uit de vloeibare afvalstromen kunnen halen, breng het op een vast materiaal zodat het een kunstmestkwaliteit heeft en kan worden gebruikt in dit idee van een circulaire economie, ’ zei Lehmann.

De onderzoekers begonnen met het verhitten van de vaste component van menselijk afval tot 500 graden Celsius in afwezigheid van zuurstof om een ​​pathogeenvrije houtskool te produceren, biochar genaamd. Volgende, ze manipuleerden het oppervlak van de biochar door het te primen met CO2, waardoor het ammoniak kon opnemen, het stikstofrijke gas dat door de urine wordt afgegeven. Het chemische proces zorgde ervoor dat de ammoniak zich aan de biochar hechtte. Door het proces te herhalen, ze zouden de biochar kunnen vullen met extra lagen stikstof. Het resultaat is een vast materiaal rijk aan stikstof.

Door de SGM-bundellijn bij de CLS te gebruiken, konden Lehmann en zijn team zien hoe de chemie in de stikstof veranderde toen het ammoniak adsorbeerde. De bundellijn gaf ook een indicatie van hoe beschikbaar de stikstof voor planten zou zijn als het resulterende materiaal als meststof zou worden gebruikt.

"Om te begrijpen wat de interacties zijn tussen stikstof, het ammoniakgas en de koolstof, er is echt geen andere goede manier dan het gebruik van de NEXAFS (near-edge, X-ray absorptie fijne structuur) spectroscopie die de CLS-bundellijn biedt, " zei Lehmann. "Het was echt ons werkpaard om te begrijpen wat voor soort chemische bindingen er tussen het stikstofgas en onze adsorber ontstaan."

Het onderzoeksteam heeft aangetoond dat het inderdaad mogelijk is om een ​​meststof te maken met de meest elementaire ingrediënten, menselijk afval. Echter, ze hebben nog een aantal vragen te beantwoorden:Kun je het proces optimaliseren om de hoeveelheid ammoniak die door biochar wordt opgenomen te maximaliseren? Hoe zal deze "gerecycleerde" meststof zich verhouden tot bestaande commerciële stikstofmeststoffen voor verschillende gewassen en bodems? Kun je een kosteneffectieve machine bouwen die dit proces automatisch uitvoert in een echte wereld?

Wat begon als de zoektocht naar een oplossing voor een zeer lokaal probleem, is wijdverbreid toepasbaar, zei Lehmann. "Ik denk dat het net zo belangrijk is voor een afvalwaterzuiveringsinstallatie in Saskatchewan, of een melkveebedrijf in de staat New York, zoals het is voor een inwoner van Nairobi. Het is een basisprincipe dat overal bruikbaar is."