Deviare l'urina dagli impianti di trattamento delle acque reflue municipali e riciclare il liquido ricco di sostanze nutritive per produrre fertilizzante per colture comporterebbe molteplici benefici ambientali se utilizzato su scala urbana, secondo un nuovo studio condotto dall'Università del Michigan.

Lo studio, pubblicato online il 15 dicembre sulla rivista Scienze e tecnologie ambientali , modellato su larga scala, sistemi centralizzati di diversione delle urine e di trattamento dei fertilizzanti, nessuno dei quali attualmente esiste, e hanno confrontato i loro impatti ambientali previsti con i metodi convenzionali di trattamento delle acque reflue e di produzione di fertilizzanti.

I ricercatori hanno scoperto che la diversione e il riciclaggio delle urine hanno portato a riduzioni significative delle emissioni di gas serra, consumo di energia, consumo di acqua dolce e il potenziale per alimentare fioriture algali nei laghi e in altri corpi idrici. Le riduzioni andavano dal 26% al 64%, a seconda della categoria di impatto.

"La deviazione dell'urina ha avuto un impatto ambientale inferiore rispetto ai sistemi convenzionali, " ha detto l'autore principale Stephen Hilton, che ha condotto lo studio per la sua tesi di master presso la School for Environment and Sustainability di U-M.

"Le nostre analisi indicano chiaramente che i benefici ben definiti - riduzione dei requisiti di gestione delle acque reflue ed evitata produzione di fertilizzanti sintetici - superano gli impatti ambientali della raccolta delle urine, lavorazione e trasporto, suggerendo che sono giustificati ulteriori sforzi per sviluppare tali sistemi".

L'urina contiene i nutrienti essenziali azoto, fosforo e potassio ed è stato usato per migliaia di anni come fertilizzante per le colture. Negli ultimi anni, il riciclaggio delle urine è stato studiato come un modo per produrre fertilizzanti rinnovabili riducendo la quantità di energia e sostanze chimiche necessarie per trattare le acque reflue.

Sebbene non esistano sistemi di diversione e riciclaggio delle urine su scala urbana, sono in corso diversi progetti dimostrativi su piccola scala, incluso uno all'U-M e un progetto del Vermont guidato dal Rich Earth Institute. Hilton ha utilizzato i dati di entrambi i progetti per modellare i probabili impatti ambientali della diversione e del riciclaggio dell'urina su scala cittadina.

Il trattamento delle acque reflue è stato uno degli obiettivi principali dello studio, e dati provenienti da impianti di trattamento nel Michigan, Vermont e Virginia sono stati utilizzati nell'analisi. Lo stabilimento della Virginia si trova nella regione di Chesapeake Bay ed è servito come esempio di impianti di trattamento con requisiti rigorosi per la rimozione di azoto e fosforo.

Utilizzando una tecnica chiamata valutazione del ciclo di vita, che fornisce una valutazione completa di molteplici impatti ambientali, Hilton e i suoi colleghi hanno confrontato le prestazioni di grandi impianti centralizzati per la diversione delle urine e la produzione di fertilizzanti agli impianti di trattamento delle acque reflue convenzionali e la produzione di fertilizzanti sintetici utilizzando risorse non rinnovabili.

La diversione e il riciclaggio dell'urina sono stati il ​​chiaro vincitore nella maggior parte delle categorie e in alcuni casi hanno eliminato la necessità di determinati prodotti chimici per il trattamento delle acque reflue. Sul lato negativo, un metodo per produrre fertilizzanti derivati ​​dall'urina ha portato a consistenti aumenti dell'acidificazione.

Alcune precedenti valutazioni del ciclo di vita hanno confrontato gli impatti ambientali del riciclaggio delle urine con i sistemi convenzionali. Ma il nuovo studio U-M è il primo a includere modelli dettagliati dei processi di trattamento delle acque reflue, consentendo ai ricercatori di confrontare la quantità di energia e sostanze chimiche utilizzate in ciascun metodo.

"Questa è la prima analisi approfondita delle prestazioni ambientali e dei vantaggi del riciclaggio delle urine su larga scala rispetto al trattamento convenzionale delle acque reflue e alla produzione di fertilizzanti, " ha detto Greg Keoleian, autore senior del documento ES&T e direttore del Center for Sustainable Systems presso la U-M School for Environment and Sustainability. Ha anche presieduto il comitato di tesi di Hilton.

Circa la metà dell'approvvigionamento alimentare mondiale dipende da fertilizzanti sintetici prodotti da risorse non rinnovabili. La roccia fosfatica viene estratta e lavorata per produrre fertilizzante fosfatico. La produzione di fertilizzanti azotati è un processo ad alta intensità energetica che utilizza il gas naturale ed è responsabile dell'1,2% del consumo energetico mondiale e delle relative emissioni di gas serra.

Allo stesso tempo, i sistemi idrici e delle acque reflue consumano il 2% dell'elettricità degli Stati Uniti, con la rimozione dei nutrienti essendo uno dei processi più energivori.

La diversione dell'urina per recuperare e riciclare azoto e fosforo è stata promossa come un modo per migliorare la sostenibilità sia della gestione dell'acqua che della produzione alimentare. Ha il potenziale per ridurre la quantità di energia e sostanze chimiche necessarie per trattare le acque reflue, riducendo al contempo il flusso di sostanze nutritive che alimentano le fioriture algali dannose nei laghi.

Però, la deviazione e il riciclaggio su larga scala richiederebbero sistemi per raccogliere e trasportare l'urina, trasformarlo in fertilizzante, quindi spedire il prodotto finale ai clienti. Ciascuno di questi passaggi ha un impatto ambientale.

Nel 2016, I ricercatori della UM hanno ricevuto una sovvenzione di 3 milioni di dollari dalla National Science Foundation per studiare il potenziale di conversione dell'urina umana in fertilizzante sicuro per le colture. Il progetto è guidato da Nancy Love e Krista Wiggington del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell'UM e prevede la sperimentazione di metodi avanzati di trattamento delle urine e l'indagine sugli atteggiamenti delle persone riguardo all'uso di fertilizzanti derivati ​​dall'urina. L'amore è anche coautore del nuovo Scienze e tecnologie ambientali carta.

Come parte dello sforzo finanziato dalla NSF, toilette dimostrative per la deviazione dell'urina sono state installate nel campus nord della UM, insieme a un laboratorio in cui l'urina viene convertita in fertilizzante. Hilton, che era uno studente di laurea magistrale presso la Scuola U-M per l'Ambiente e la Sostenibilità e il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, ha utilizzato i dati del progetto per aiutare a modellare un sistema su larga scala che devia l'urina per produrre fertilizzante.

"Queste nuove scoperte sono incoraggianti perché dimostrano i potenziali benefici ambientali dei sistemi di deviazione e riciclaggio delle urine su larga scala, suggerendo che siamo sulla strada giusta e che dovremmo continuare a sviluppare queste tecnologie, ", ha affermato il coautore dello studio Glen Daigger, un professore di ingegneria civile e ambientale e membro del comitato di tesi di Hilton.