Het wegleiden van urine van gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties en het recyclen van de voedingsrijke vloeistof om kunstmest te maken, zou bij gebruik op stadsschaal meerdere milieuvoordelen opleveren, volgens een nieuwe studie onder leiding van de Universiteit van Michigan.

De studie, online gepubliceerd op 15 december in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie , grootschalig gemodelleerd, gecentraliseerde urine-omleidings- en kunstmestverwerkingssystemen - die momenteel geen van alle bestaan ​​- en hun verwachte milieueffecten vergeleken met conventionele afvalwaterzuiverings- en kunstmestproductiemethoden.

De onderzoekers ontdekten dat het omleiden en recyclen van urine leidde tot een aanzienlijke vermindering van de uitstoot van broeikasgassen, energieverbruik, zoetwaterverbruik en het potentieel om algenbloei in meren en andere waterlichamen aan te wakkeren. De reducties varieerden van 26% tot 64%, afhankelijk van de impactcategorie.

"Urine-omleiding had consequent een lagere milieu-impact dan conventionele systemen, " zei hoofdauteur Stephen Hilton, die het onderzoek uitvoerde voor zijn masterscriptie aan de UM's School for Environment and Sustainability.

"Onze analyses geven duidelijk aan dat de welomschreven voordelen - minder vereisten voor afvalwaterbeheer en vermeden productie van synthetische meststoffen - de milieueffecten van urineverzameling overtreffen, verwerking en transport, wat suggereert dat verdere inspanningen om dergelijke systemen te ontwikkelen gerechtvaardigd zijn."

Urine bevat de essentiële voedingsstoffen stikstof, fosfor en kalium en wordt al duizenden jaren als meststof voor gewassen gebruikt. In recente jaren, urinerecycling is onderzocht als een manier om hernieuwbare meststoffen te produceren en tegelijkertijd de hoeveelheid energie en chemicaliën die nodig zijn om afvalwater te behandelen, te verminderen.

Hoewel er geen systemen voor het omleiden en recyclen van urine op stadsschaal bestaan, verschillende kleinschalige demonstratieprojecten lopen, waaronder een bij U-M en een project in Vermont onder leiding van het Rich Earth Institute. Hilton gebruikte gegevens van beide projecten om de waarschijnlijke milieueffecten van urine-omleiding en -recycling op stadsschaal te modelleren.

Afvalwaterzuivering was een belangrijk aandachtspunt van het onderzoek, en gegevens van zuiveringsinstallaties in Michigan, Vermont en Virginia werden gebruikt in de analyse. De fabriek in Virginia bevindt zich in de regio Chesapeake Bay en diende als voorbeeld van zuiveringsinstallaties met strenge eisen voor stikstof- en fosforverwijdering.

Met behulp van een techniek genaamd levenscyclusanalyse, die een uitgebreide evaluatie biedt van meerdere milieueffecten, Hilton en zijn collega's vergeleken de prestaties van grootschalige, gecentraliseerde installaties voor het omleiden van urine en de productie van kunstmest naar conventionele afvalwaterzuiveringsinstallaties en de productie van synthetische meststoffen met behulp van niet-hernieuwbare bronnen.

Urine-omleiding en -recycling was de duidelijke winnaar in de meeste categorieën en elimineerde in sommige gevallen de noodzaak van bepaalde chemicaliën voor de behandeling van afvalwater. Aan de andere kant, een methode voor het maken van van urine afgeleide mest leidde tot een consistente toename van de verzuring.

Een paar eerdere levenscyclusanalyses hebben de milieueffecten van urinerecycling vergeleken met conventionele systemen. Maar de nieuwe U-M-studie is de eerste die gedetailleerde modellering van afvalwaterzuiveringsprocessen omvat, waardoor de onderzoekers de hoeveelheid energie en chemicaliën die in elke methode worden gebruikt, kunnen vergelijken.

"Dit is de eerste diepgaande analyse van de milieuprestaties en voordelen van grootschalige urinerecycling in vergelijking met conventionele afvalwaterzuivering en kunstmestproductie, " zei Greg Keoleian, senior auteur van de ES&T-paper en directeur van het Centre for Sustainable Systems van de UM School for Environment and Sustainability. Hij was ook voorzitter van de scriptiecommissie van Hilton.

Ongeveer de helft van de wereldvoedselvoorziening is afhankelijk van synthetische meststoffen die zijn geproduceerd uit niet-hernieuwbare bronnen. Fosfaatgesteente wordt gewonnen en verwerkt tot fosfaatmeststof. De productie van stikstofkunstmest is een energie-intensief proces waarbij aardgas wordt gebruikt en dat verantwoordelijk is voor 1,2% van het wereldwijde energieverbruik en de bijbehorende uitstoot van broeikasgassen.

Tegelijkertijd, water- en afvalwatersystemen verbruiken 2% van de Amerikaanse elektriciteit, waarbij het verwijderen van voedingsstoffen een van de meest energie-intensieve processen is.

Omleiding van urine om stikstof en fosfor terug te winnen en te recyclen, is gepleit als een manier om de duurzaamheid van zowel het waterbeheer als de voedselproductie te verbeteren. Het heeft het potentieel om de hoeveelheid energie en chemicaliën die nodig is om afvalwater te behandelen te verminderen, terwijl de stroom van voedingsstoffen die schadelijke algenbloei in meren voeden, wordt verminderd.

Echter, grootschalige omleiding en recycling zouden systemen vereisen voor het verzamelen en transporteren van urine, verwerken tot kunstmest, verzend vervolgens het eindproduct naar klanten. Elk van die stappen heeft gevolgen voor het milieu.

in 2016, U-M-onderzoekers kregen een subsidie ​​van $ 3 miljoen van de National Science Foundation om het potentieel te bestuderen van het omzetten van menselijke urine in veilige meststof voor gewassen. Het project wordt geleid door Nancy Love en Krista Wiggington van de UM-afdeling Civiele en Milieutechniek en omvat het testen van geavanceerde urinebehandelingsmethoden en het onderzoeken van de houding van mensen over het gebruik van uit urine afgeleide meststoffen. Love is ook co-auteur van de nieuwe Milieuwetenschap en -technologie papier.

Als onderdeel van de door NSF gefinancierde inspanning, urine-omleidende demonstratietoiletten werden geïnstalleerd op UM's North Campus, samen met een laboratorium waar de urine wordt omgezet in kunstmest. Hilton, die een duale masterstudent was aan de U-M School for Environment and Sustainability en het Department of Civil and Environmental Engineering, gebruikte gegevens van het project om een ​​grootschalig systeem te helpen modelleren dat urine omleidt om kunstmest te maken.

"Deze nieuwe bevindingen zijn bemoedigend omdat ze de potentiële milieuvoordelen aantonen van grootschalige urine-omleidings- en recyclingsystemen, wat suggereert dat we op de goede weg zijn en deze technologieën moeten blijven ontwikkelen, " zei studie co-auteur Glen Daigger, een UM-hoogleraar civiele en milieutechniek en lid van de scriptiecommissie van Hilton.