Den framtida kopplingen mellan mänskligt avfall, sanitetsteknik och hållbart jordbruk blir allt tydligare. Enligt forskning riktad av University of Illinois Urbana-Champaign civil- och miljöteknikprofessor Jeremy Guest, länder kan komma närmare att använda mänskligt avfall som gödningsmedel, stänger slingan till mer cirkulär, hållbara ekonomier.

En ny studie karakteriserar den rumsliga fördelningen av mänskliga urinhärledda näringsämnen - kväve, efterfrågan på fosfor och kalium – och jordbruksgödselmedel för att definiera utbud-efterfrågan platstypologier, deras utbredning över hela världen och konsekvenserna för resursåtervinning. Resultaten publiceras i tidskriften Miljövetenskap och teknik .

"Den totala mängden kväve, fosfor och kalium förblir i stort sett konstant i våra kroppar, när vi väl slutar växa, sa gäst, som också fungerar som tillförordnad biträdande chef för forskning vid Institutet för hållbarhet, Energi, och miljö vid U. of I. "Vad som än kommer in genom mat och dryck måste komma ut i vår urin, avföring och svett. Veta att, vi kan uppskatta hur mycket av vart och ett av dessa näringsämnen som finns i en befolknings kroppsavfall om vi känner till deras kost."

Tidigare studier av Guest och andra har bedömt potentialen för att återvinna näringsämnena från mänskligt avfall över hela världen och identifierat platser med ett överskott av mänskligt avfallshärledda näringsämnen i förhållande till den lokala efterfrågan på jordbruksgödselmedel.

"Den nya studien är den första att beskriva mänskliga avfallshärledda näringsämnen utbud-efterfrågan platsrelationer med hjälp av en enda matematisk ekvation, ", sa gästen. "Kvaliteten på sanitetsinfrastrukturen varierar kraftigt över hela världen, liksom människors kostvanor och tillgången på mark som lämpar sig för jordbruk. Att ha möjlighet att karakterisera och kvantitativt jämföra en platsens potential för återvinning av näringsämnen kan gå långt för att bättre informera beslutsfattare när det gäller framtida sanitets- och jordbrukspolitik."

Teamet utförde omfattande numeriska och geografiska analyser av kost, befolkning, sanitet och jordbruksdata från 107 länder för att åstadkomma denna kvantitativa karakterisering på global skala. Undersökningen avslöjade tre distinkta utbud-efterfrågan-typologier:länder med en samlokaliserad utbud-efterfrågan; länder med en förskjuten utbud-efterfrågan; och länder med olika tillgång-efterfrågan närhet.

USA och Australien, till exempel, faller under den förskjutna utbud-efterfrågan-typologin. De har intensivt jordbruk i områden långt från stora städer, sålunda är den mänskliga avfallshärledda näringstillförseln långt borta från där den behövs, sa gästen. Även med avancerad sanitetsinfrastruktur på plats, detta innebär att näringsämnen skulle behöva transporteras över stora avstånd, antingen som tunga vätskor eller omvandlas till koncentrerade kristallina produkter. Ekonomiskt sett, Gäst sa, det skulle vara vettigt att arbeta med en koncentrerad produkt för att implementera ett gödselmedel som härrör från mänskligt avfall i dessa länder.

Studien rapporterar att i länder med samlokaliserade utbud-efterfrågan typologier som Indien, Nigeria och Uganda, mänskliga befolkningar är mer väsentligt i närheten av jordbruksområden, gör lokal återanvändning möjlig. I många samhällen med samlokaliserade utbud-efterfrågan, dock, det finns ett behov av förbättrad sanitetsinfrastruktur. Gäst sa att genomförandet av ett gödselmedelsprogram från mänskligt avfall kan vara mycket fördelaktigt för sanitet och jordbruk på dessa platser.

Länder som Brasilien, Mexiko, Kina och Ryssland uppvisar ett kontinuum av samlokalisering till förskjutning av tillgång och efterfrågan på näringsämnen. Studien rapporterar att beslutsfattare skulle behöva närma sig mänskliga avfallsbaserade näringsämnen med mer regionaliserade strategier och en rad lokala återanvändnings- och transportmetoder. "Länder med hög inkomst i den här gruppen kan ha infrastruktur och ekonomiskt stöd för olika teknologier, men de med begränsade ekonomiska resurser skulle kräva prioritering av teknik för återvinning av resurser inom vissa områden, sa gästen.

Teamet blev förvånade över att finna att typologierna motsvarade FN:s Human Development Index.

"Länder med högre HDI-poäng som USA, Västeuropa och Australien tenderar att falla i den förskjutna utbud-efterfrågan-typologin och länder med lägre HDI-poäng tenderar att passa den samlokaliserade utbud-efterfrågan-typologin. Självklart, det finns undantag, men vi förväntade oss inte att hitta en så stark korrelation, sa gästen.

Teamet hoppas att denna forskning kommer att hjälpa till att klargöra den framträdande ekonomiska, sanitet och jordbruksegenskaper i länder över hela världen så att beslutsfattare kan prioritera investeringar, politik och teknik som kommer att främja mål för en cirkulär ekonomi och tillhandahållande av sanitet till alla, sa gästen.