Att avleda urinen från kommunala avloppsreningsverk och återvinna den näringsrika vätskan för att tillverka gödselmedel skulle resultera i flera miljöfördelar när de används i storstad, enligt en ny University of Michigan-ledd studie.

Studien, publicerad online 15 december i tidningen Miljövetenskap och teknik , modellerad i stor skala, centraliserade urinlednings- och gödningsbehandlingssystem-inga av dem finns för närvarande-och jämförde deras förväntade miljöpåverkan med konventionella metoder för avloppsvattenrening och produktion av gödselmedel.

Forskarna fann att urinomledning och återvinning ledde till betydande minskningar av växthusgasutsläpp, energianvändning, sötvattenförbrukning och potentialen för att elda algblomningar i sjöar och andra vattenförekomster. Sänkningarna varierade från 26% till 64%, beroende på effektkategorin.

"Urinavledning hade genomgående lägre miljöpåverkan än konventionella system, "sa huvudförfattaren Stephen Hilton, som genomförde studien för sin magisteruppsats vid U-M:s skola för miljö och hållbarhet.

"Våra analyser visar tydligt att de väldefinierade fördelarna-minskade krav på avloppsvattenhantering och undvikande av syntetiskt gödningsmedel-överstiger miljöpåverkan från urinuppsamling, bearbetning och transport, tyder på att ytterligare ansträngningar för att utveckla sådana system är motiverade. "

Urin innehåller de väsentliga näringsämnena kväve, fosfor och kalium och har använts som växtgödsel i tusentals år. Under de senaste åren har urinåtervinning har studerats som ett sätt att producera förnybart gödselmedel samtidigt som man minskar mängden energi och kemikalier som behövs för att rena avloppsvatten.

Även om det inte finns några urinlednings- och återvinningssystem i stor skala, flera småskaliga demonstrationsprojekt pågår, inklusive en vid UM och ett Vermont-projekt som leds av Rich Earth Institute. Hilton använde data från båda projekten för att modellera de troliga miljöeffekterna av urinledning och återvinning i stor skala.

Avloppsrening var ett stort fokus för studien, och data från reningsverk i Michigan, Vermont och Virginia användes i analysen. Virginia -anläggningen ligger i Chesapeake Bay -regionen och fungerade som ett exempel på reningsverk med strikta krav på avlägsnande av kväve och fosfor.

Med hjälp av en teknik som kallas livscykelbedömning, som ger en omfattande utvärdering av flera miljöpåverkan, Hilton och hans kollegor jämförde prestanda för storskaliga, centraliserade anläggningar för urinledning och gödselproduktion till konventionella avloppsreningsverk och produktion av konstgödsel med icke-förnybara resurser.

Urinledning och återvinning var den tydliga vinnaren i de flesta kategorier och eliminerade i vissa fall behovet av vissa kemikalier för behandling av avloppsvatten. På den negativa sidan, en metod för att tillverka urinbaserat gödningsmedel ledde till konsekventa ökningar av försurningen.

Några tidigare livscykelbedömningar har jämfört miljöpåverkan av urinåtervinning med konventionella system. Men den nya U-M-studien är den första som innehåller detaljerad modellering av avloppsreningsprocesser, låta forskarna jämföra mängden energi och kemikalier som används i varje metod.

"Detta är den första djupgående analysen av miljöprestanda och fördelar med storskalig urinåtervinning i förhållande till konventionell avloppsvattenrening och produktion av gödningsmedel, "sa Greg Keoleian, senior författare till ES &T-papperet och chef för Center for Sustainable Systems vid UM School for Environment and Sustainability. Han var också ordförande i Hiltons avhandlingskommitté.

Ungefär hälften av världens livsmedelsförsörjning är beroende av konstgödsel som produceras från icke -förnybara resurser. Fosfatsten bryts och bearbetas för att tillverka fosfatgödsel. Produktionen av kvävegödsel är en energikrävande process som använder naturgas och står för 1,2% av världens energianvändning och tillhörande utsläpp av växthusgaser.

På samma gång, vatten- och avloppssystem förbrukar 2% av USA:s el, med avlägsnande av näringsämnen som en av de mest energikrävande processerna.

Omledning av urin för att återvinna och återvinna kväve och fosfor har förespråkats som ett sätt att förbättra hållbarheten för både vattenhantering och livsmedelsproduktion. Det har potential att minska mängden energi och kemikalier som behövs för att rena avloppsvatten samtidigt som det minskar flödet av näringsämnen som driver skadliga algblomningar i sjöar.

Dock, storskalig avledning och återvinning skulle kräva system för att samla in och transportera urin, bearbeta det till gödselmedel, skicka sedan slutprodukten till kunderna. Var och en av dessa steg har miljöpåverkan.

2016, U-M-forskare tilldelades ett bidrag på 3 miljoner dollar från National Science Foundation för att studera möjligheten att omvandla människosurin till säkert grödsel. Projektet leds av Nancy Love och Krista Wiggington vid UM Department of Civil and Environmental Engineering och innebär att man testar avancerade urinbehandlingsmetoder och undersöker attityder som folk har om användningen av urinbaserat gödningsmedel. Kärlek är också medförfattare till det nya Miljövetenskap och teknik papper.

Som en del av NSF-finansierade insatser, urinledande demonstrationstoaletter installerades på UM:s norra campus, tillsammans med ett laboratorium där urinen omvandlas till gödselmedel. Hilton, som var en masterstudent på två grader vid UM-skolan för miljö och hållbarhet och Institutionen för samhälls- och miljöteknik, använde data från projektet för att modellera ett storskaligt system som avleder urin för att tillverka gödselmedel.

"Dessa nya fynd är uppmuntrande eftersom de visar de potentiella miljöfördelarna med storskaliga urinlednings- och återvinningssystem, föreslår att vi är på rätt väg och bör fortsätta utveckla denna teknik, "sade studieförfattaren Glen Daigger, en professor i civil- och miljöteknik och medlem i Hiltons avhandlingskommitté.