I ricercatori del College of Agriculture and Life Sciences della Cornell University e della Canadian Light Source (CLS) dell'Università del Saskatchewan hanno dimostrato che è possibile creare fertilizzanti ricchi di azoto combinando i componenti solidi e liquidi dei rifiuti umani.

La scoperta, pubblicato di recente sulla rivista Chimica e ingegneria sostenibili , ha il potenziale per aumentare i raccolti agricoli nei paesi in via di sviluppo e ridurre la contaminazione delle acque sotterranee causata dal deflusso di azoto.

Le speciali toilette separate sviluppate attraverso la Reinvent the Toilet Challenge hanno aiutato a risolvere i problemi di igiene di lunga data negli slum di Nairobi, Kenia. Però, i metodi utilizzati per smaltire i due prodotti non sono riusciti a catturare un nutriente chiave di cui i campi locali erano affamati:l'azoto.

La ricercatrice della Cornell Leilah Krounbi, un ex dottorato di ricerca alunno, ora all'Istituto Weizmann in Israele, e Johannes Lehmann, autore senior e professore di scienze del suolo e delle colture, si chiedeva se fosse possibile chiudere il circuito del flusso di rifiuti riciclando l'azoto dall'urina, che altrimenti sarebbe stato perso al deflusso. Mentre altri ricercatori hanno progettato adsorbitori utilizzando ingredienti ad alta tecnologia come nanotubi di carbonio o carboni attivi, Lehmann e il suo team volevano sapere se potevano farlo con materiali decisamente a bassa tecnologia come le feci umane. Gli adsorbitori sono materiali le cui superfici possono catturare e trattenere gas o liquidi.

"Eravamo interessati a capire come estrarre l'azoto dai flussi di rifiuti liquidi, portarlo su un materiale solido in modo che abbia una qualità fertilizzante e possa essere utilizzato in questa idea di economia circolare, ", ha detto Lehmann.

I ricercatori hanno iniziato riscaldando la componente solida dei rifiuti umani a 500 gradi Celsius in assenza di ossigeno per produrre un carbone privo di agenti patogeni chiamato biochar. Prossimo, hanno manipolato la superficie del biochar adescandolo con CO2, che gli permetteva di assorbire l'ammoniaca, il gas ricco di azoto emesso dall'urina. Il processo chimico ha fatto sì che l'ammoniaca si legasse al biochar. Ripetendo il processo, potrebbero caricare il biochar con strati extra di azoto. Il risultato è un materiale solido ricco di azoto.

L'utilizzo della linea di luce SGM presso il CLS ha consentito a Lehmann e al suo team di vedere come la chimica nell'azoto cambiasse quando assorbe l'ammoniaca. La linea di luce ha anche fornito un'indicazione di quanto sarebbe disponibile l'azoto per le piante se il materiale risultante fosse usato come fertilizzante.

"Per capire quali sono le interazioni tra azoto, il gas di ammoniaca e il carbonio, non c'è davvero altro buon modo che usare NEXAFS (near-edge, spettroscopia di assorbimento di raggi X struttura fine) che la linea di luce CLS offre, " ha detto Lehmann. "È stato davvero il nostro cavallo di battaglia capire che tipo di legami chimici stanno comparendo tra il gas azoto e il nostro adsorbitore".

Il team di ricerca ha dimostrato che è davvero possibile realizzare un fertilizzante utilizzando gli ingredienti più basilari, spreco umano. Però, hanno ancora una serie di domande a cui rispondere:puoi ottimizzare il processo per massimizzare la quantità di ammoniaca assorbita dal biochar? Come sarà questo fertilizzante "riciclato" rispetto ai fertilizzanti azotati commerciali esistenti per colture e terreni diversi? Riesci a costruire una macchina economica che esegua questo processo automaticamente in un ambiente reale?

Ciò che è iniziato come la ricerca di una soluzione a un problema altamente localizzato ha un'applicabilità diffusa, disse Lehmann. "Penso che sia altrettanto importante per un impianto di trattamento delle acque reflue del Saskatchewan, o un caseificio nello stato di New York, come per un residente a Nairobi. È un principio di base che ha utilità ovunque".