Come vuole la leggenda, quando i lavoratori francesi sentirono i loro mezzi di sussistenza minacciati dall'automazione all'inizio del 1900, hanno lanciato le loro scarpe di legno chiamate sabot nelle macchine per fermarli. Da qui la parola sabotaggio.

Invece di sprecare buone calzature, forse avrebbero dovuto provare la carta igienica bagnata.

In due nuovi articoli pubblicati sulla rivista Scienza dell'ambiente totale , gli ingegneri della Duke University riferiscono sui risultati del primo su larga scala, prove sul campo nel mondo reale di componenti critici del loro sistema sanitario off-grid. Dal 2011, l'iniziativa "Reinvent the Toilet" della Bill &Melinda Gates Foundation ha investito più di 200 milioni di dollari per finanziare questi e altri sforzi per creare sistemi sanitari su piccola scala per soddisfare le esigenze dei 4,2 miliardi di persone che non dispongono di servizi igienici gestiti in modo sicuro in tutto il mondo.

Mentre i loro processi di rimozione dei nutrienti necessitano di miglioramenti, i ricercatori affermano di essere rimasti piacevolmente sorpresi dalla durata dei componenti del sistema. È stato inoltre ricordato quanto siano importanti le pratiche culturali per il successo di una sfida ingegneristica globale.

"Il primo passo nel nostro sistema di toilette reinventato ha separato i rifiuti solidi e liquidi attraverso un nastro trasportatore fatto di elastici, " ha detto Brian Hawkins, ricercatore presso il Duke Center for Water, servizi igienico-sanitari, Igiene e malattie infettive (WaSH-AID). "Funziona benissimo in India, dove hanno una cultura del lavaggio, ma in Sudafrica, dove hanno una cultura della pulizia, la carta igienica è entrata nel miscuglio e ha incollato tutti gli ingranaggi. Ciò ha comportato la necessità di pulire il sistema ogni due giorni, che non è sostenibile".

Affinché i sistemi sanitari finanziati da Gates siano considerati di successo, non devono solo rimuovere gli agenti patogeni dai rifiuti umani e recuperare risorse come energia, acqua pulita e sostanze nutritive, devono farlo "fuori rete, " senza accesso a fonti di elettricità o acqua esterne. Per finire, i sistemi devono costare meno di cinque centesimi per utente, al giorno:sono 200 utenti per $ 10.

Insieme a Jeffrey Glass e Brian Stoner, entrambi i docenti del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica di Duke, Hawkins ha lavorato al suo sistema presso RTI International e Duke Engineering per quasi un decennio. Dopo aver testato il sistema di trattamento dei liquidi su larga scala in ambienti reali, sembra che la dedizione della squadra stia cominciando a dare i suoi frutti.

"La grande cosa che stavamo cercando di scoprire è per quanto tempo possiamo far funzionare questo sistema prima che necessiti di manutenzione critica, "ha detto Hawkins. "E vuoi farlo il più vicino possibile a situazioni di vita reale."

Per gran parte del 2018, i ricercatori Duke hanno installato un prototipo di sistema di trattamento dei rifiuti in due luoghi:un dormitorio femminile in una fabbrica tessile a Coimbatore, India e un blocco comunale per le abluzioni ai margini di Durban, Sud Africa. In otto mesi, entrambi i sistemi hanno servito fino a 50 potenziali utenti in un dato momento, elaborazione più di 11, 000 litri di rifiuti durante le prove sul campo.

Mentre il problema della carta igienica è stata una scoperta importante, lo scopo principale delle prove era testare la longevità dei componenti critici del processo di trattamento del liquido. Dopo che i solidi sono stati separati dai liquidi, vengono spinti attraverso un grande filtro a carboni attivi.

Mentre questo rimuove quasi tutti i biosolidi, non disinfetta l'acqua né rimuove i sali disciolti. Ma è ok, perché i ricercatori possono utilizzare un problema per risolvere l'altro. L'elettricità viene fatta passare attraverso l'acqua per rompere i legami molecolari all'interno dei sali rimanenti per produrre ossidanti contenenti cloro, un potente disinfettante.

"Il trattamento elettrochimico dei rifiuti pericolosi ha molti vantaggi, " ha detto Glass. "Non devi spedire o maneggiare alcun prodotto chimico per la disinfezione, e il processo può essere molto efficiente."

A seconda della chimica specifica dell'acqua, però, i cavi elettrici necessari per questo processo possono corrodersi rapidamente. Inoltre, i ricercatori non erano sicuri di quanto utilizzo potessero sopportare i filtri a carbone attivo prima di dover essere sostituiti. Ma le prove sul campo hanno contribuito ad alleviare quelle paure.

"Entrambe le prove sono durate otto mesi e i filtri non hanno mai fallito. Avevo in testa che sarebbe fantastico se potessero durare un anno, e finora sembra che potrebbero essere in grado di, " ha detto Hawkins. "Finché abbiamo pulito l'impianto elettrico periodicamente, è durato per centinaia di ore di servizio. Questo è un componente che, se dovessi sostituirlo ogni sei mesi, non funzionerà. Ma se riesci a farlo durare tre o quattro anni, va bene."

Generalmente, i risultati della prova sul campo sono stati promettenti per quanto riguarda le potenziali esigenze di manutenzione e prestazioni del sistema. I sistemi prototipo di Duke hanno soddisfatto tutti i parametri biologici e tre dei cinque standard chimici per l'effluente liquido in base ai requisiti di trattamento delle acque reflue stand-alone recentemente rilasciati dall'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO). Tuttavia non sono stati all'altezza degli standard per le quantità rimanenti di fosforo e azoto.

"Queste due sostanze chimiche sono particolarmente preoccupanti quando scarichi acqua in laghi e torrenti, perché una quantità eccessiva di entrambe può causare fioriture algali, " ha detto Hawkins. "Esistono modi efficienti per rimuovere fosforo e azoto a bassi costi per grandi volumi, o per piccoli volumi a costi elevati, ma non per bassi volumi a basso costo. Questo è un argomento di ricerca e sviluppo in corso per noi".

Gli ingegneri Duke stanno ora testando soluzioni a tali problemi nella loro prossima iterazione di sistemi in India. I nuovi sistemi sono più compatti ed efficienti e solo un po' più vicini all'impiego come soluzioni di lavoro su vasta scala.

"Se guardi il diagramma di flusso del nostro sistema originale e quello che stiamo testando ora, i componenti sono tutti uguali, ma i prototipi più recenti sono molto più snelli e meschini, "Ha detto Hawkins. "A questo punto stiamo principalmente iterando sulle stesse tecnologie, ma senza fare grandi cambiamenti".