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チェルシー・ウォルドは、オランダのハーグに拠点を置くフリーランスのジャーナリストであり、Daydream：An緊急のグローバルなクエストの著者です。
特殊なトイレシステムは、肥料や他の製品として使用するために尿から窒素やその他の栄養素を抽出します。画像クレジット：Mak/Georg Mayer/Eoos Next
スウェーデン最大の島であるゴットランドには、新鮮な水がほとんどありません。同時に、住民は、バルト海の周りに有害な藻類の咲きを引き起こしている農業や下水システムからの危険なレベルの汚染に取り組んでいます。彼らは魚を殺し、人々を病気にすることができます。
この一連の環境問題を解決するために、島はそれらを結びつける可能性の低い物質、つまり人間の尿にその希望を固定しています。
2021年から、研究チームは、携帯用トイレをレンタルする地元の会社と協力し始めました。目標は、夏の観光シーズン中に複数の場所で水のない小便器と専用のトイレで3年間にわたって70,000リットル以上の尿を集めることです。チームは、ウプサラのスウェーデン農業科学大学（SLU）から来ました。研究者が開発したプロセスを使用して、彼らは尿をコンクリートのような塊に乾かし、それを粉末に粉砕し、標準的な農機具に合う肥料顆粒に押し込みました。地元の農家は肥料を使用して大麦を育て、それを醸造所に送り、消費後にサイクルに戻ることができるエールを生産します。
SLUの化学エンジニアとSanitation360のCTOであるPrithvi Simha氏は、研究者の目標は「概念を超えて実践する」ことであると述べました。目標は、世界中でエミュレートできるモデルを提供することです。 「私たちの目標は、すべての人が、どこでも、この演習を行うことです。」
Gotlandでの実験では、尿肥大化した大麦（右）を、受精植物（中心）およびミネラル肥料（左）と比較しました。画像クレジット：ジェナセンカル。
Gotlandプロジェクトは、尿を他の廃水から分離し、肥料などの製品にリサイクルする同様の世界的な取り組みの一部です。尿迂回として知られるこの慣行は、特に米国、オーストラリア、スイス、エチオピア、南アフリカなどのグループによって研究されています。これらの取り組みは、大学の研究所をはるかに超えています。水のない小便器は、オレゴン州とオランダのオフィスの地下処理システムに接続されています。パリは、都市の14番目の容量に建設されている1,000人の居住者エコゾンに尿を駆除するトイレを設置する予定です。欧州宇宙機関は、パリの本部に80個のトイレを配置し、今年後半に操業を開始します。尿迂回の支持者は、その場しのぎの軍事前post基地から難民キャンプ、裕福な都市部、広大なスラム街に至るまでの場所で使用を見つけることができると言います。
科学者は、尿迂回が世界中に大規模に配備された場合、環境と公衆衛生に大きな利益をもたらす可能性があると言います。これは、尿が水域を汚染しない栄養素が豊富で、作物や産業プロセスを肥やすために使用できる栄養素が豊富なためです。 Simhaは、人間が世界の現在の窒素およびリン酸肥料の約4分の1を交換するのに十分な尿を生産すると推定しています。また、カリウムと多くの微量元素が含まれています（「尿中の成分」を参照）。何よりも、尿を排水溝に洗わないことで、大量の水を節約し、老化した負担型下水道システムの負担を軽減します。
現場の専門家によると、トイレと尿廃棄戦略の進歩により、多くの尿迂回成分がすぐに広く利用可能になる可能性があります。しかし、人生の最も基本的な側面の1つにおける根本的な変化には大きな障害もあります。研究者と企業は、尿を駆除するトイレの設計の改善から、尿を処理しやすくし、貴重な製品に変えることまで、無数の課題に対処する必要があります。これには、個々のトイレまたは地下室に接続された化学処理システムが含まれる場合があり、建物全体にサービスを提供し、結果として得られた濃縮製品の回復とメンテナンスのためにサービスを提供します（「尿から製品まで」を参照）。さらに、人間の廃棄物に関連するさまざまな程度の文化的タブーと、産業廃水と食品システムに関する深い統治の両方に関連する社会的変化と受け入れのより広範な問題があります。
ミネアポリスを拠点とするサステナビリティコンサルタントである生物学者のリン・ブロードダスは、社会が農業と産業のためのエネルギー、水、原材料の不足に取り組んでいるので、尿の迂回と再利用は「衛生を提供する方法に対する大きな課題です」と述べています。 。 「ますます重要になるジャンル。ミネソタ州は、水質の専門家の世界的な協会であるバージニア州アレクサンドリア連盟の元大統領でした。 「実際には価値のあるものです。」
むかしむかし、尿は貴重な商品でした。過去には、一部の社会はそれを使用して作物を肥やし、革を作り、服を洗って、火薬を作っていました。その後、19世紀後半から20世紀初頭にかけて、集中化された廃水管理の現代モデルがイギリスに生じ、世界中に広がり、いわゆる尿の失明に至りました。
このモデルでは、トイレは水を使用して尿、糞、トイレットペーパーを排水溝にすばやく排出し、国内の産業源からの他の液体と混合し、時には嵐の排水溝を排出します。集中化された廃水処理プラントでは、エネルギー集約型プロセスは微生物を使用して廃水を治療します。
治療プラントの地域の規則と条件に応じて、このプロセスから排出される廃水には、依然としてかなりの量の窒素やその他の栄養素、その他の汚染物質が含まれている場合があります。世界の人口の57％は、集中型下水道システムにまったく接続されていません（「人間の下水」を参照）。
科学者は、集中型システムをより持続可能で汚染しないようにするために取り組んでいますが、1990年代にスウェーデンから始めて、一部の研究者はより根本的な変化を求めています。パイプラインの終わりにおける進歩は、ミシガン大学のアナーバー校の環境エンジニアであるナンシー・ラブは、「同じことのもう一つの進化」であると述べています。尿の迂回は「変革的」になるだろう、と彼女は言う。米国の3つの州の廃水管理システムをシミュレートした研究1では、彼女と彼女の同僚は、従来の廃水処理システムを、尿を迂回させ、合成肥料の代わりに回収した栄養素を使用する仮想廃水処理システムと比較しました。彼らは、尿迂回を使用しているコミュニティは、温室効果ガスの排出量全体、エネルギー消費量は41％、淡水消費量、淡水消費量、廃水の栄養汚染を64％削減できると推定しています。使用される技術。
しかし、この概念はニッチのままであり、主にスカンジナビアのエコヴィラージュ、田舎の野手、低所得地域の開発などの自律的な地域に限定されています。
デュベンドルフのスイス連邦水生科学技術研究所（EAWAG）の化学エンジニアであるTove Larsenは、バックログの多くはトイレ自体によって引き起こされていると言います。 1990年代と2000年代に市場に最初に導入されたほとんどの尿を駆除するトイレには、液体を収集するために小さな盆地があります。その他の設計には、肥料が堆肥箱に輸送されるときに尿が排出される可能性のあるフット操作のコンベアベルト、またはバルブを動作させるセンサーを操作して尿を別の出口に向けるセンサーが含まれます。
尿を分離し、それを粉末に乾燥させるプロトタイプトイレは、マルメのスウェーデンの上下水道会社VA SYDの本部でテストされています。画像クレジット：次はEOOS
しかし、ヨーロッパでの実験的およびデモンストレーションプロジェクトでは、人々は自分の使用を受け入れていません、とラーセンは、彼らが大きすぎて臭いがなく、信頼できないと不平を言っていると言いました。 「私たちはトイレのトピックに本当に先送りされました。」
これらの懸念は、2000年代に南アフリカのエセクウィニ市でのプロジェクトである尿を駆除するトイレの最初の大規模な使用を悩ませました。ダーバンのクワズール・ナタール大学で健康管理を研究しているアンソニー・オディリは、市のアパルトヘイト後の国境が突然拡大したことで、当局がトイレや水インフラのない貧しい農村地域を引き継いだと述べた。
2000年8月のコレラの発生後、当局は、約80,000の尿を駆除する乾燥トイレを含む、財政的および実用的な制約を満たすいくつかの衛生施設を迅速に展開しました。尿はトイレの下から土壌に流れ込み、糞便は2016年以来5年ごとに都市が空になった貯蔵施設に行き着きます。
オディリは、このプロジェクトがこの地域により安全な衛生施設を作成したと述べた。しかし、社会科学の研究により、プログラムに関する多くの問題が特定されています。トイレは何もないよりも優れているという概念にもかかわらず、彼が参加した研究のいくつかを含む研究は、後にユーザーが一般的に嫌いであることを示した、とオディ​​リは言った。それらの多くは、質の悪い材料で作られており、使用するのが不快です。そのようなトイレは理論的には臭気を防ぐべきですが、エテクウィニ・トイレの尿は糞便の貯蔵に終わり、ひどい匂いを作り出します。オディリによると、人々は「普通に呼吸できなかった」。さらに、尿は実際には使用されていません。
最終的に、Odiliによると、尿を覆う乾いたトイレを導入するという決定はトップダウンであり、主に公衆衛生上の理由で人々の好みを考慮していませんでした。 2017年のStudy3では、Ethekwiniの回答者の95％以上が、市の裕福な白人住民が使用する便利で無臭のトイレへのアクセスを望んでおり、多くの人が条件が許可されたときにそれらを設置する予定でした。南アフリカでは、トイレは長い間人種的不平等の象徴でした。
ただし、新しいデザインは尿路転換の突破口になる可能性があります。 2017年、デザイナーのHarald Grundlが率いて、Larsenなどと協力して、オーストリアのデザイン会社Eoos（Eoos NextからSpun off）が尿trapをリリースしました。これにより、ユーザーが照準を合わせる必要性がなくなり、尿迂回機能はほとんど見えません（「新しい種類のトイレ」を参照）。
それは、水の傾向を使用して表面（厄介な滴下ケトルのように作用するためケトル効果と呼ばれます）に固執し、トイレの前から尿を別の穴に誘導します（「尿をリサイクルする方法」を参照）。 ワシントン州シアトルのビル＆メリンダゲイツ財団からの資金提供により、低所得の設定のためのトイレの革新に関する幅広い研究を支援してきたため、尿トラップは、ハイエンドのセラミックペンダルモデルからプラスチックスクワットパンまで、あらゆるものに組み込むことができます。 ワシントン州シアトルのビル＆メリンダゲイツ財団からの資金提供により、低所得の設定のためのトイレの革新に関する幅広い研究を支援してきたため、尿トラップは、ハイエンドのセラミックペンダルモデルからプラスチックスクワットパンまで、あらゆるものに組み込むことができます。 ワシントン州シアトルにあるビル＆メリンダゲイツ財団からの資金提供で開発されました。これは、幅広い低所得トイレイノベーション研究をサポートしてきたため、セラミックペンサスタルを備えたモデルからプラスチックスクワットまで、尿トラップをすべて組み込むことができます。ポット。 ワシントン州シアトルのビル＆メリンダゲイツ財団からの資金提供により開発されました。これは、低所得のトイレの革新に関する広範な研究をサポートしているため、ハイエンドのセラミックベースのモデルからプラスチックスクワットトレイまで、尿コレクターをあらゆるものに組み込むことができます。スイスのメーカーであるLaufenは、すでに「Save！」と呼ばれる製品をリリースしています。ヨーロッパ市場では、そのコストは多くの消費者にとって高すぎます。
Kwazulu-Natal大学およびEthekwini市議会は、尿をそらし、粒子状物質を洗い流すことができる尿トラップトイレのバージョンをテストしています。今回は、この調査ではユーザーに焦点を当てています。 Odieは、人々がより良い匂いがして使いやすいので、人々が新しい尿を駆除するトイレを好むと楽観的ですが、彼は排尿のために座らなければならないと指摘します。これは大きな文化的変化です。しかし、トイレが「さまざまな民族の背景を持つ人々によって「高所得地域」によって採用され、採用されている場合、それは本当に広がるのに役立つでしょう」と彼は言いました。 「私たちは常に人種レンズを持っている必要があります」と彼は付け加えました。
尿の分離は、衛生を変えるための最初のステップにすぎません。次の部分は、それについて何をすべきかを考え出すことです。農村部では、人々はそれをバットに保管して、あらゆる病原体を殺し、農地に適用できます。世界保健機関は、この慣行に勧告を行っています。
しかし、都市環境はより複雑です。これは、ほとんどの尿が生産される場所です。中央の場所に尿を届けるために、市内にいくつかの別々の下水道を建設することは実用的ではありません。また、尿は約95％の水であるため、保管して輸送するには高すぎます。したがって、研究者は、トイレや建物のレベルで尿から栄養素を乾燥、集中、または抽出することに焦点を当てており、水を置き去りにしています。
簡単ではない、とラーソンは言った。エンジニアリングの観点から、「小便は悪い解決策です」と彼女は言いました。水に加えて、大多数は尿素であり、体がタンパク質代謝の副産物として生成する窒素が豊富な化合物です。尿素はそれ自体が有用です：合成バージョンは一般的な窒素肥料です（窒素の要件を参照）。しかし、それも注意が必要です。水と組み合わせると、尿素はアンモニアに変わり、尿に特徴的な臭気を与えます。オンになっていないと、アンモニアは匂いを嗅ぎ、空気を汚染し、貴重な窒素を奪うことができます。ユビキタス酵素ウレアーゼによって触媒されるこの反応は、尿素加水分解と呼ばれ、数マイクロ秒かかり、ウレアーゼが最も効率的な酵素の1つに既知の酵素の1つになります。
いくつかの方法により、加水分解が続くことができます。 EAWAGの研究者は、加水分解された尿を濃縮栄養溶液に変える高度なプロセスを開発しました。第一に、水族館では、微生物が揮発性アンモニアを一般的な肥料である非揮発性硝酸アンモニウムに変換します。蒸留器は液体を濃縮します。デュベンドルフに本拠を置くVUNAと呼ばれる子会社は、世界で初めて食品植物のためにスイスで承認された建物とオーリンと呼ばれる製品のシステムの商業化に取り組んでいます。
他の人は、尿のpHを迅速に上げたり下げたりすることにより、加水分解反応を止めようとします。これは通常、排泄されると中性です。ミシガン大学のキャンパスで、愛はバーモント州ブラトルボロにある非営利の地球豊富な研究所と提携して、迂回トイレや水のないトイレから液体クエン酸を除去する建物のシステムを開発しています。小便器から水が噴出します。その後、尿は繰り返し凍結と解凍によって濃縮されます5。
Gotland島の環境エンジニアBjorn Winnerosが率いるSLUチームは、他の栄養素と混合した固体尿素に尿を乾燥させる方法を開発しました。チームは、マルメにあるスウェーデンの上下水道会社VA SYDの本部で、最新のプロトタイプである自立したトイレを埋め込んでいます。
他の方法は、尿中の個々の栄養素を標的とします。化学技術者のウィリアム・ターペは、現在カリフォルニア州のスタンフォード大学にいるラブズの元ポスドク研究員であるウィリアム・ターペ氏によると、肥料や工業化学物質の既存のサプライチェーンにより簡単に統合できます。
加水分解された尿からリンを回復する一般的な方法は、マグネシウムの添加であり、これがStruviteと呼ばれる肥料の沈殿を引き起こします。 Tarpehは、アンモニア6またはリン酸塩として窒素を選択的に除去できる吸着剤の顆粒を実験しています。彼のシステムは、バルーンが尽きた後に風船を流れるように、再生と呼ばれる異なる液体を使用しています。再生者は栄養素を取り、次のラウンドのためにボールを更新します。これはローテクで受動的な方法ですが、市販の再生は環境に悪いことです。現在、彼のチームは、より安価で環境に優しい製品を作ろうとしています（「未来の汚染」を参照）。
他の研究者は、微生物燃料電池に尿を配置することにより、電力を生成する方法を開発しています。南アフリカのケープタウンでは、別のチームが尿、砂、ウレアーゼを生成する細菌をカビに混合して、型破りな建物のレンガを作る方法を開発しました。彼らは発射せずに任意の形に石灰化します。欧州宇宙機関は、宇宙飛行士の尿を月に住宅を建設するための資源として検討しています。
「尿のリサイクルと廃水リサイクルの幅広い未来について考えると、できるだけ多くの製品を生産できるようにしたいと考えています」とターペは言いました。
研究者が尿を商品化するためのさまざまなアイデアを追求するとき、彼らはそれが特に定着した産業にとって、それが困難な戦いであることを知っています。肥料および食品会社、農民、トイレメーカー、規制当局は、慣行に大きな変更を加えるのに遅いです。 「ここには多くの慣性があります」とシムチャは言いました。
たとえば、カリフォルニア大学バークレー校では、Laufen Saveの研究と教育の設置！これには、建築家への支出、地方自治体の規制への執着の構築と準拠などが含まれます。それはまだ行われていません、とモーガンタウンのウェストバージニア大学で働いている環境エンジニアのケビンオナは言いました。彼は、既存のコードと規制が不足しているため、施設の管理のための問題が発生したため、新しいコードを開発しているグループに参加したと述べました。
慣性の一部は買い物客の抵抗の恐怖によるものかもしれませんが、16か国の人々の2021年の調査では、フランス、中国、ウガンダなどの場所で、尿強化食品を消費する意欲は80％近くであることがわかりました（人々はそれを食べますか？」
ニューヨーク市環境保護庁の副管理者として廃水管理を率いるパム・エラルドは、彼女の会社の主要な目標が汚染とリサイクルリソースをさらに削減することであるため、尿の転用などのイノベーションを支援すると述べました。彼女は、ニューヨークのような都市では、尿を流用する最も実用的で費用対効果の高い方法は、メンテナンスおよび収集作業によって補足された、改造または新しい建物のオフグリッドシステムになることを期待しています。イノベーターが問題を解決できれば、「彼らは働くべきだ」と彼女は言った。
これらの進歩を考えると、ラーセンは、尿迂回技術の大量生産と自動化がそれほど遠くない可能性があると予測しています。これにより、この廃棄物管理への移行のビジネスケースが改善されます。尿迂回は「正しいテクニックです」と彼女は言いました。 「これは、妥当な時間で家の食事の問題を解決できる唯一の技術です。しかし、人々は自分の心を補わなければなりません。」
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Sutherland、K。et al。迂回するトイレの印象を空にする。フェーズ2：Ethekwini City UDDT検証計画のリリース（Kwazulu-Natal大学、2018年）。
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