Suzanne Lambert, studentessa magistrale in ingegneria civile dell'Università di Cape Town (UCT), ha presentato il primo bio-mattone al mondo ottenuto da urina umana. segnalando un cambio di paradigma innovativo nel recupero dei rifiuti.

I bio-mattoni vengono creati attraverso un processo naturale chiamato precipitazione microbica del carbonato. Non è diverso dal modo in cui si formano le conchiglie, disse il supervisore di Lambert, il dottor Dyllon Randall, un docente di ingegneria della qualità dell'acqua.

In questo caso, la sabbia sciolta è colonizzata da batteri che producono ureasi. Un enzima, l'ureasi scompone l'urea nelle urine producendo carbonato di calcio attraverso una complessa reazione chimica. Questo cementa la sabbia in qualsiasi forma, se è una colonna solida, o ora, per la prima volta, un mattone da costruzione rettangolare.

Negli ultimi mesi Lambert e la studentessa di ingegneria civile Vukheta Mukhari hanno lavorato duramente in laboratorio testando varie forme di biomattoni e resistenze alla trazione per produrre un materiale da costruzione innovativo. Mukhari è co-supervisionato dal professor Hans Beushausen, anche dal dipartimento di ingegneria civile. Beushausen sta aiutando a testare i prodotti.

Lo sviluppo è anche una buona notizia per l'ambiente e il riscaldamento globale poiché i bio-mattoni sono realizzati in stampi a temperatura ambiente. I mattoni regolari vengono cotti in forno a temperature intorno ai 1 400°C e producono grandi quantità di anidride carbonica.

La forza dei bio-mattoni dipenderà dalle esigenze del cliente.

"Se un cliente desiderava un mattone più resistente di un mattone di pietra calcarea del 40%, consentiresti ai batteri di rendere il solido più forte 'crescendolo' più a lungo, " disse Randall.

"Più a lungo permetti ai piccoli batteri di fare il cemento, più forte sarà il prodotto. Possiamo ottimizzare questo processo".

Lavoro fondamentale

Il concetto di utilizzare l'urea per coltivare mattoni è stato testato negli Stati Uniti alcuni anni fa utilizzando soluzioni sintetiche, ma il mattone di Lambert usa per la prima volta la vera urina umana, con conseguenze significative per il riciclaggio e l'upcycling dei rifiuti. Il suo lavoro si basa sulla ricerca fondamentale di Jules Henze, uno studente svizzero che ha trascorso quattro mesi a lavorare con Randall su questo concetto nel 2017.

"È quello che amo della ricerca. Costruisci sulle basi di altri lavori, " disse Randall.

Fertilizzanti come sottoprodotti

Inoltre, il processo del bio-brick produce come sottoprodotti azoto e potassio, che sono componenti importanti dei fertilizzanti commerciali.

Chimicamente parlando, l'urina è oro liquido, secondo Randall. Rappresenta meno dell'1% delle acque reflue domestiche (in volume) ma contiene l'80% dell'azoto, Il 56 percento del fosforo e il 63 percento del potassio di queste acque reflue.

Circa il 97 percento del fosforo presente nelle urine può essere convertito in fosfato di calcio, l'ingrediente chiave nei fertilizzanti che sono alla base dell'agricoltura commerciale in tutto il mondo. Questo è significativo perché le riserve naturali di fosfato del mondo si stanno esaurendo.

Zero sprechi

I fertilizzanti sono prodotti come parte del processo a fasi utilizzato per produrre i bio-mattoni.

Primo, l'urina viene raccolta in nuovi orinatoi che producono fertilizzanti e utilizzata per produrre un fertilizzante solido. Il liquido rimanente viene quindi utilizzato nel processo biologico per far crescere il bio-mattone.

"Ma in quel processo, cerchiamo solo due componenti:gli ioni carbonato e il calcio. Quello che facciamo per ultimo è prendere il prodotto liquido rimanente dal processo di bio-mattoni e fare un secondo fertilizzante, " Lui ha spiegato.

Il regime complessivo porterebbe effettivamente a zero rifiuti, con l'urina completamente convertita in tre prodotti utili.

"Nessuno ha esaminato l'intero ciclo e il potenziale per recuperare più prodotti di valore. La domanda successiva è come farlo in modo ottimizzato in modo che si possa creare profitto dall'urina".

Ci sono anche aspetti logistici da considerare; raccolta delle urine e trasporto verso un recupero di risorse. Randall ha discusso di queste opportunità in un recente articolo di revisione sull'urina. Un altro studente del suo master sta studiando la logistica di trasporto della raccolta e del trattamento delle urine con risultati molto promettenti.

L'accettazione sociale è un'altra considerazione.

"Al momento ci occupiamo solo della raccolta dell'urina da orinatoi maschili perché è socialmente accettata. Ma che dire dell'altra metà della popolazione?"

In vista della presentazione del bio-mattone, entrambi gli studenti hanno espresso ottimismo sul potenziale dell'innovazione nello spazio della sostenibilità.

"Questo progetto è stato una parte importante della mia vita nell'ultimo anno e mezzo, e vedo così tanto potenziale per l'applicazione del processo nel mondo reale. Non vedo l'ora che il mondo sia pronto per questo, "Ha detto Lambert.

"Lavorare a questo progetto è stata un'esperienza illuminante. Dati i progressi fatti nella ricerca qui all'UCT, creare un materiale da costruzione veramente sostenibile è ora una possibilità, " ha aggiunto Mukhari.

Randall ha affermato che il lavoro sta creando cambiamenti di paradigma rispetto al modo in cui la società vede i rifiuti e il loro riciclaggio.

"In questo esempio prendi qualcosa che è considerato uno spreco e ne ricavi più prodotti. Puoi utilizzare lo stesso processo per qualsiasi flusso di rifiuti. Si tratta di ripensare le cose, " Egli ha detto.