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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ジャーナリストであり、『Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toys』の著者です。
特殊なトイレシステムは尿から窒素やその他の栄養素を抽出し、肥料やその他の製品として使用します。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島には淡水がほとんどありません。同時に住民は、バルト海周辺で有害な藻類の発生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る。彼らは魚を殺したり、人々を病気にしたりする可能性があります。
この一連の環境問題を解決するために、この島は環境問題を解決する唯一のありそうもない物質、つまり人間の尿に希望を託しています。
研究チームは2021年から、ポータブルトイレをレンタルする地元企業と協力し始めた。目標は、夏の観光シーズンに複数の場所にある無水小便器と専用トイレで、3年間で7万リットル以上の尿を収集することだ。このチームはウプサラにあるスウェーデン農業科学大学（SLU）の出身で、同大学は Sanitation360 という会社から独立した。研究者らが開発したプロセスを使用して、尿を乾燥させてコンクリートのような塊にし、それを粉砕して粉末にし、標準的な農機具に適合する肥料顆粒に圧縮した。地元の農家はこの肥料を使って大麦を育て、その後ビール醸造所に送られ、消費後に再びサイクルに戻ることができるエールを製造します。
SLUの化学エンジニアであり、Sanitation360のCTOであるPrithvi Simha氏は、研究者の目標は尿再利用を大規模に「概念を超えて実践する」ことであると述べた。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、どこにいても誰もがこの演習を行えるようにすることです。」
ゴットランド島での実験では、尿で施肥した大麦（右）を無施肥の植物（中央）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・セネカル。
ゴットランドプロジェクトは、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という同様の世界的な取り組みの一環である。尿転換として知られるこの行為は、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る。こうした取り組みは大学の研究室をはるかに超えています。オレゴン州とオランダのオフィスでは、無水小便器が地下の処理システムに接続されています。パリ市は、市内14区に建設中の人口1,000人規模のエコゾーンに尿を分流するトイレを設置する計画だ。欧州宇宙機関はパリの本部に80のトイレを設置し、今年後半に運用を開始する予定だ。尿転用支持者らは、その場しのぎの軍事前哨基地から難民キャンプ、裕福な都市中心部、広大なスラム街に至るまで、さまざまな場所で使用できる可能性があると述べている。
科学者らは、尿転換が世界中で大規模に展開されれば、環境と公衆衛生に多大な利益をもたらす可能性があると述べている。その理由の一部は、尿には水域を汚染せず、作物の肥料や工業プロセスに使用できる栄養素が豊富に含まれているためです。シンハ氏は、人間は現在世界の窒素とリン酸肥料の約 4 分の 1 を置き換えるのに十分な量の尿を生産していると推定しています。また、カリウムや多くの微量元素も含まれています（「尿中の成分」を参照）。何よりも、尿を排水溝に流さないことで、大量の水を節約し、老朽化し​​て過剰な負荷がかかる下水道システムへの負担を軽減できます。
この分野の専門家によると、トイレと尿処理戦略の進歩により、多くの尿転換コンポーネントが間もなく広く入手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つを根本的に変えるには大きな障害もあります。研究者や企業は、尿を分流するトイレの設計の改善から、尿を処理して価値のある製品に変えやすくすることまで、無数の課題に取り組む必要があります。これには、建物全体にサービスを提供し、結果として生じる濃縮または硬化した製品の回収およびメンテナンスのためのサービスを提供する、個々のトイレまたは地下設備に接続された化学処理システムが含まれる場合があります（「尿から製品へ」を参照）。さらに、し尿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根深い慣習の両方に関連する、社会の変化と受容に関するより広範な問題があります。
社会がエネルギー、水、農業や工業用の原材料の不足に直面している中、尿の転用と再利用は「どのように衛生を提供するかという点で大きな課題となっている」と、ミネアポリスを拠点とする持続可能性コンサルタントである生物学者のリン・ブローダス氏は言う。。「今後ますます重要になるジャンル。ミネソタ州出身の彼は、世界的な水質専門家協会であるバージニア州アレクサンドリア水生連盟の元会長でした。「それは実際に価値のあるものです。」
かつて、尿は貴重品でした。過去には、一部の社会では作物の肥料、革の製造、衣服の洗濯、火薬の製造にそれが使用されていました。その後、19 世紀後半から 20 世紀初頭にかけて、集中下水管理の現代モデルがイギリスで生まれ、世界中に広がり、いわゆる尿失明に至りました。
このモデルでは、トイレは水を使用して尿、便、トイレットペーパーを家庭用、工業用、場合によっては雨水管からの他の液体と混合して排水管に素早く排出します。集中廃水処理プラントでは、エネルギーを大量に消費するプロセスで微生物を使用して廃水を処理します。
地域の規則や処理プラントの状況によっては、このプロセスから排出される廃水には依然として大量の窒素やその他の栄養素、さらにはその他の汚染物質が含まれている可能性があります。世界人口の 57% は集中下水道システムにまったく接続されていません (「し尿」を参照)。
科学者たちは集中システムをより持続可能で汚染の少ないものにするために取り組んでいますが、1990年代のスウェーデンを皮切りに、一部の研究者はより根本的な変化を求めています。ミシガン大学アナーバー校の環境工学者ナンシー・ラブ氏は、パイプラインの末端での進歩は「同じことの単なる進化にすぎない」と語る。尿を迂回させることは「変革をもたらす」だろうと彼女は言う。研究 1 では、米国の 3 つの州の下水管理システムをシミュレーションしました。彼女と同僚は、従来の廃水処理システムと、尿を分流して合成肥料の代わりに回収された栄養素を使用する仮想の廃水処理システムを比較しました。彼らは、尿分流を利用している地域社会は、全体的な温室効果ガス排出量を 47%、エネルギー消費量を 41%、淡水消費量を約半分、下水の栄養汚染を 64% 削減できると推定しています。使用されているテクノロジー。
しかし、この概念は依然ニッチなものであり、主にスカンジナビアのエコビレッジ、田舎の別荘、低所得地域の開発などの自治地域に限定されています。
デューベンドルフにあるスイス連邦水生科学技術研究所（Eawag）の化学技術者、トーベ・ラーセン氏は、滞留の多くはトイレ自体が原因であると語る。1990 年代と 2000 年代に初めて市場に導入されたほとんどの尿を分流するトイレは、その前に液体を集める小さな洗面器があり、この設定には慎重なターゲット設定が必要です。他の設計には、肥料が堆肥容器に運ばれるときに尿を排出できる足踏み式コンベア ベルトや、バルブを操作して尿を別の出口に導​​くセンサーなどがあります。
尿を分離して乾燥させて粉末にするトイレのプロトタイプが、マルメにあるスウェーデンの上下水道会社VA SYDの本社でテストされている。画像クレジット: EOOS NEXT
しかし、ヨーロッパでの実験や実証プロジェクトでは、人々はその使用を受け入れず、かさばり、臭く、信頼性が低いと不満を抱いているとラーセン氏は述べた。「私たちはトイレの話題には本当にうんざりしていました。」
こうした懸念は、2000年代に南アフリカの都市エテクウィニで行われたプロジェクトである、尿を迂回させるトイレの最初の大規模な使用につきまとった。ダーバンのクワズール・ナタール大学で健康管理を研究するアンソニー・オディリ氏は、アパルトヘイト後の同市の国境の突然の拡大により、当局がトイレや水道のインフラのない貧しい農村地域の一部を接収したと述べた。
2000 年 8 月にコレラが発生した後、当局は財政的および実際的な制約を満たすいくつかの衛生施設を迅速に配備しました。その中には約 80,000 個の尿を迂回させる乾式トイレが含まれており、そのほとんどは現在も使用されています。尿はトイレの下から土壌に流れ込み、糞便は最終的に市が2016年から5年ごとに空にしている保管施設に行き着く。
オディリ氏は、このプロジェクトにより地域に安全な衛生施設が誕生したと述べた。しかし、社会科学の研究により、このプログラムには多くの問題があることが判明しました。トイレは何もないよりは良いという考えにもかかわらず、彼が参加したいくつかの研究を含むその後の研究では、ユーザーは一般的にトイレを嫌っていることが判明した、とオディ​​リ氏は語った。それらの多くは低品質の素材で作られており、使用するのが不快です。このようなトイレは理論的には臭いを防ぐはずですが、eThekwini のトイレの尿は多くの場合、最終的に糞便貯蔵庫にたどり着き、ひどい臭いを発生させます。オディリによれば、人々は「正常に呼吸できなくなった」という。また、尿はほとんど使用されません。
オディリ氏によれば、最終的に、尿を分流する乾式トイレの導入決定はトップダウンであり、主に公衆衛生上の理由から、人々の好みは考慮されていなかったという。2017年の調査3では、eThekwiniの回答者の95％以上が、市内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、多くは条件が許せば設置する予定であることが判明した。南アフリカでは、トイレは長い間人種不平等の象徴でした。
しかし、新しいデザインは尿路変更における画期的な進歩となる可能性がある。2017年、デザイナーのハラルド・グランドル氏が主導し、ラーセン氏らと協力して、オーストリアのデザイン会社EOOS（EOOS Nextから分離）が尿トラップをリリースした。これにより、使用者は方向を定める必要がなくなり、尿分流機能がほとんど見えなくなります（「新しい種類のトイレ」を参照）。
これは、水が表面に付着する傾向（水が滴るやかんのように動作するため、やかん効果と呼ばれます）を利用して、トイレの前面から別の穴に尿を導きます（「尿をリサイクルする方法」を参照）。 低所得環境向けのトイレ革新に関する広範な研究を支援してきた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を受けて開発された尿トラップは、ハイエンドのセラミック台座モデルからプラスチック製のスクワットまであらゆるものに組み込むことができます。鍋。 低所得環境向けのトイレ革新に関する広範な研究を支援してきた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を受けて開発された尿トラップは、ハイエンドのセラミック台座モデルからプラスチック製のスクワットまであらゆるものに組み込むことができます。鍋。 低所得者向けのトイレ革新研究を幅広く支援してきた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を受けて開発されたこの尿トラップは、セラミック製の台座を備えたモデルからプラスチック製のスクワットまで、あらゆるものに組み込むことができる。鍋。 低所得者向けトイレのイノベーションに関する広範な研究を支援する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を受けて開発されたこの尿コレクターは、セラミックベースの高級モデルからプラスチック製のスクワットトレイに至るまで、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LAUFENはすでに「Save!」という商品を発売しています。ヨーロッパ市場向けではありますが、多くの消費者にとってそのコストは高すぎます。
クワズール・ナタール大学とテクウィニ市議会も、尿を迂回させて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る。今回の調査は、ユーザーにさらに焦点を当てています。オーディ氏は、新しい尿そらせトイレは匂いが良くて使いやすいため、人々は好むだろうと楽観視しているが、男性は排尿するために座らなければならず、これは大きな文化の変化だと指摘する。しかし、トイレが「高所得地域やさまざまな民族的背景を持つ人々にも採用されれば、普及に本当に役立つだろう」と彼は言う。「私たちは常に人種的なレンズを持たなければなりません」と彼は付け加え、彼らが「黒人だけ」または「貧しい人だけ」と見なされるようなものを開発しないようにします。
尿の分離は衛生環境を変革するための最初のステップにすぎません。次の部分は、それに対して何をすべきかを考えることです。農村地域では、病原体を殺すためにそれをバットに保管し、それから農地に適用することができます。世界保健機関はこの実践について推奨しています。
しかし都市環境はより複雑で、ほとんどの尿が生成される場所です。尿を中心部に届けるために、市内全域にいくつかの個別の下水道を建設するのは現実的ではありません。また、尿は約 95% が水分であるため、保管や輸送には高価すぎます。したがって、研究者らは、トイレや建物のレベルで尿から乾燥、濃縮、またはその他の方法で栄養素を抽出し、水を残すことに焦点を当てています。
それは簡単ではないとラーソン氏は語った。エンジニアリングの観点から見ると、「小便は悪い解決策です」と彼女は言いました。水に加えて、大部分は尿素であり、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。尿素はそれ自体でも有用です。合成バージョンは一般的な窒素肥料です (窒素要件を参照)。しかし、これは難しいことでもあります。尿素は水と結合するとアンモニアに変化し、尿に独特の臭いを与えます。オンにしないと、アンモニアの臭いが発生し、空気が汚染され、貴重な窒素が奪われてしまう可能性があります。遍在酵素ウレアーゼによって触媒される、尿素加水分解と呼ばれるこの反応には数マイクロ秒かかる場合があり、ウレアーゼは既知の最も効率的な酵素の 1 つとなっています。
一部の方法では加水分解を継続できます。Eawawの研究者は、加水分解された尿を濃縮された栄養溶液に変える高度なプロセスを開発しました。まず、水族館では微生物が揮発性アンモニアを不揮発性硝酸アンモニウム（一般的な肥料）に変換します。次に蒸留器が液体を濃縮します。同じくデューベンドルフに拠点を置くVunaという子会社は、建物用システムと、世界で初めてスイスで食品工場向けに承認されたAurinという製品の商品化に取り組んでいる。
また、排泄時に通常は中性である尿の pH を素早く上げたり下げたりして加水分解反応を止めようとする人もいます。ミシガン大学のキャンパスで、ラブ氏はバーモント州ブラトルボロにある非営利団体アース アバンダンス研究所と提携して、分水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用システムを開発しています。小便器から水が噴き出す。その後、凍結と解凍を繰り返すことで尿が濃縮されます5。
ゴットランド島の環境技術者ビョルン・ウィネロス率いるSLUチームは、尿を乾燥させて他の栄養素と混合した固体尿素にする方法を開発した。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 の本社で、最新のプロトタイプである乾燥機内蔵自立型トイレを評価しています。
尿中の個々の栄養素を対象とする方法もあります。これらは、肥料や工業用化学薬品の既存のサプライチェーンにもっと簡単に統合できる可能性があると、ラブズの元博士研究員で現在カリフォルニアのスタンフォード大学に在籍する化学エンジニアのウィリアム・ターペ氏は言う。
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を添加することで、これによりストルバイトと呼ばれる肥料が沈殿します。Tarpeh は、窒素をアンモニア 6 として、またはリンをリン酸塩として選択的に除去できる吸着材の顆粒を実験しています。彼のシステムは、風船が使い果たされた後に風船の中を流れる再生剤と呼ばれる別の流体を使用します。再生剤は栄養素を取り込み、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、商用再生は環境に悪影響を及ぼします。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る（「未来の汚染」を参照）。
他の研究者は、微生物燃料電池に尿を入れて発電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、ウレアーゼ生成細菌を型の中で混合するという、型破りな建築用レンガの製造方法を開発した。焼成しなくても石灰化して任意の形状になります。欧州宇宙機関は、宇宙飛行士の尿を月面に住宅を建設するための資源として検討している。
「尿リサイクルと廃水リサイクルの幅広い将来を考えると、私たちはできるだけ多くの製品を生産できるようにしたいと思っています」とタルペ氏は語った。
研究者たちは、尿の商品化に関するさまざまなアイデアを追求する中で、特に確立された業界にとって、それが困難な戦いであることを認識しています。肥料や食品会社、農家、トイレ製造会社、規制当局は、慣行を大幅に変えるのが遅れている。「ここには惰性がたくさんあります」とシムチャ氏は言う。
たとえば、カリフォルニア大学バークレー校では、LAUFEN save! の研究および教育施設が設置されています。これには、建築家への支出、建設、自治体の規制への準拠が含まれるが、それはまだ完了していないと、現在モーガンタウンのウェストバージニア大学で働く環境技術者のケビン・オナ氏は語った。同氏は、既存の規範や規制が欠如しているため施設の管理に問題が生じたため、新しい規範を策定するグループに参加したと述べた。
惰性の一部は買い物客の抵抗に対する恐怖によるものかもしれないが、16カ国の人々を対象とした2021年の調査7では、フランス、中国、ウガンダなどの地域では、尿強化食品を摂取する意欲が80％近くであることが判明した（「人々は食べるだろうか」を参照）それ？'）。
ニューヨーク市環境保護庁の副長官として下水道局を率いるパム・エラルド氏は、同社の重要な目標は汚染のさらなる削減と資源のリサイクルであるため、尿の転用などの技術革新を支持すると述べた。彼女は、ニューヨークのような都市では、尿を分流する最も実用的で費用対効果の高い方法は、改修または新しい建物のオフグリッド システムであり、メンテナンスと収集作業によって補完されるだろうと予想しています。イノベーターが問題を解決できるのであれば、「彼らはうまくいくはずだ」と彼女は言う。
これらの進歩を考慮すると、尿分流技術の大量生産と自動化はそう遠くないかもしれない、とラーセン氏は予測する。これにより、廃棄物管理への移行のビジネスケースが改善されます。尿路変更は「正しい技術です」と彼女は言う。「これは、家庭での食事の問題を適切な時間内に解決できる唯一のテクノロジーです。しかし人々は決断しなければなりません。」
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