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Chelsea Wold는 네덜란드 헤이그에 거주하는 프리랜서 저널리스트이자 Daydream: An Urgent Global Quest to Change Toilets의 저자입니다.
특수 화장실 시스템은 비료 및 기타 제품으로 사용하기 위해 소변에서 질소 및 기타 영양소를 추출합니다.이미지 제공: MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
스웨덴에서 가장 큰 섬인 고틀란드에는 담수가 거의 없습니다.동시에 주민들은 발트해 주변에 유해한 녹조를 일으키는 농업 및 하수도 시스템으로 인한 위험한 수준의 오염과 씨름하고 있습니다.그들은 물고기를 죽이고 사람들을 병들게 할 수 있습니다.
이 일련의 환경 문제를 해결하기 위해 섬은 환경 문제를 묶는 가능성이 희박한 물질인 인간의 소변에 희망을 걸고 있습니다.
2021년부터 연구팀은 휴대용 화장실을 임대하는 현지 회사와 협력하기 시작했습니다.목표는 여름 관광 시즌 동안 여러 장소에 있는 물 없는 소변기와 전용 화장실에서 3년 동안 70,000리터 이상의 소변을 수집하는 것입니다.팀은 Sanitation360이라는 회사를 분사한 웁살라의 스웨덴 농업 과학 대학(SLU) 출신입니다.연구원들이 개발한 과정을 사용하여 그들은 소변을 콘크리트와 같은 덩어리로 건조시킨 다음 가루로 분쇄하고 표준 농기구에 맞는 비료 알갱이로 압축했습니다.지역 농부들은 비료를 사용하여 보리를 재배한 다음 양조장으로 보내 소비 후 주기로 돌아갈 수 있는 에일을 생산합니다.
SLU의 화학 엔지니어이자 Sanitation360의 CTO인 Prithvi Simha는 연구원들의 목표가 대규모 소변 재사용을 "개념을 넘어 실행에 옮기는 것"이라고 말했습니다.목표는 전 세계적으로 에뮬레이션할 수 있는 모델을 제공하는 것입니다."우리의 목표는 모든 사람이 모든 곳에서 이 연습을 하는 것입니다."
Gotland의 한 실험에서 소변으로 수정된 보리(오른쪽)를 수정되지 않은 식물(가운데) 및 광물질 비료(왼쪽)와 비교했습니다.이미지 크레디트: Jenna Senecal.
Gotland 프로젝트는 다른 폐수에서 소변을 분리하여 비료와 같은 제품으로 재활용하려는 유사한 전 세계적 노력의 일부입니다.소변 전환으로 알려진 관행은 미국, 호주, 스위스, 에티오피아, 남아프리카 등의 그룹에서 연구되고 있습니다.이러한 노력은 대학 실험실을 훨씬 뛰어넘습니다.물이 없는 소변기는 오레곤과 네덜란드에 있는 사무실의 지하실 처리 시스템에 연결되어 있습니다.파리는 도시 14구에 건설 중인 1,000명의 주민 에코존에 소변 전환 화장실을 설치할 계획입니다.유럽우주국(ESA)은 파리 본부에 화장실 80개를 배치할 예정이며 올해 말 운영을 시작할 예정이다.소변 전환 지지자들은 임시 군사 전초기지에서 난민 수용소, 부유한 도심 및 거대한 빈민가에 이르기까지 다양한 장소에서 용도를 찾을 수 있다고 말합니다.
과학자들은 소변 전환이 전 세계적으로 대규모로 전개된다면 환경과 공중 보건에 막대한 이점을 가져올 수 있다고 말합니다.이것은 부분적으로 소변이 수역을 오염시키지 않고 농작물을 비옥하게 하거나 산업 공정에서 사용할 수 있는 영양소가 풍부하기 때문입니다.Simha는 인간이 현재 세계의 질소 및 인산염 비료의 약 4분의 1을 대체하기에 충분한 소변을 생성한다고 추정합니다.그것은 또한 칼륨과 많은 미량 원소를 포함합니다("소변의 구성 요소" 참조).무엇보다도, 소변을 배수구로 내리지 않음으로써 많은 양의 물을 절약하고 노후되고 과중한 하수도 시스템의 부담을 줄일 수 있습니다.
이 분야의 전문가들에 따르면, 변기와 소변 처리 전략의 발전 덕분에 많은 소변 전환 구성 요소가 곧 널리 보급될 수 있습니다.그러나 삶의 가장 근본적인 측면 중 하나인 근본적인 변화에는 큰 장애물도 있습니다.연구원과 회사는 소변 전환 변기의 디자인을 개선하는 것부터 소변을 더 쉽게 처리하고 가치 있는 제품으로 만드는 것에 이르기까지 무수히 많은 문제를 해결해야 합니다.여기에는 개별 화장실에 연결된 화학 처리 시스템 또는 전체 건물에 서비스를 제공하고 생성된 농축 또는 경화 제품의 복구 및 유지를 위한 서비스를 제공하는 지하 장비가 포함될 수 있습니다("소변에서 제품으로" 참조).또한 인간 배설물과 관련된 문화적 금기의 다양한 정도와 산업 폐수 및 식품 시스템에 대한 뿌리 깊은 관습과 관련된 사회적 변화 및 수용에 대한 광범위한 문제가 있습니다.
사회가 농업과 산업을 위한 에너지, 물, 원자재 부족으로 고군분투함에 따라 소변 전환 및 재사용은 "우리가 위생을 제공하는 방법에 대한 주요 과제"라고 미니애폴리스에 기반을 둔 지속 가능성 컨설턴트인 생물학자 Lynn Broaddus는 말합니다..“점점 더 중요해질 장르.미네소타에서 그는 전 세계 수질 전문가 협회인 버지니아주 알렉산드리아 수생 연맹(Aquatic Federation of Alexandria, Va.)의 전 회장이었습니다."실제로 가치 있는 것입니다."
옛날 옛적에 소변은 귀중한 상품이었습니다.과거에는 일부 사회에서 농작물을 비료로 사용하고, 가죽을 만들고, 옷을 세탁하고, 화약을 만드는 데 사용했습니다.그 후 19세기 말과 20세기 초에 영국에서 중앙집중식 폐수 관리의 현대적인 모델이 등장하여 전 세계로 확산되어 소위 요로 실명으로 이어졌습니다.
이 모델에서 변기는 물을 사용하여 소변, 대변 및 화장지를 배수구로 신속하게 배출하고 가정, 산업 공급원 및 때로는 빗물 배수관의 다른 유체와 혼합합니다.중앙 집중식 폐수 처리장에서 에너지 집약적 공정은 미생물을 사용하여 폐수를 처리합니다.
처리장의 현지 규칙 및 조건에 따라 이 공정에서 배출되는 폐수에는 상당한 양의 질소 및 기타 영양분과 일부 기타 오염 물질이 포함되어 있을 수 있습니다.세계 인구의 57%는 중앙집중식 하수도 시스템에 전혀 연결되어 있지 않습니다("인간 오수" 참조).
과학자들은 중앙 집중식 시스템을 보다 지속 가능하고 덜 오염시키기 위해 노력하고 있지만 1990년대 스웨덴을 시작으로 일부 연구자들은 보다 근본적인 변화를 추진하고 있습니다.파이프라인 끝에서의 발전은 "동일한 것의 또 다른 진화"라고 앤아버에 있는 미시간 대학의 환경 엔지니어인 Nancy Love는 말했습니다.소변을 전환하는 것은 "변혁적"이 될 것이라고 그녀는 말합니다.미국 3개 주에서 폐수 관리 시스템을 시뮬레이션한 연구 1에서 그녀와 그녀의 동료들은 기존의 폐수 처리 시스템을 합성 비료 대신 소변을 전환하고 회수된 영양분을 사용하는 가상의 폐수 처리 시스템과 비교했습니다.그들은 소변 전환을 사용하는 지역 사회가 전체 온실 가스 배출량을 47%, 에너지 소비를 41%, 담수 소비를 약 절반, 폐수의 영양 오염을 64% 줄일 수 있다고 추정합니다.사용된 기술.
그러나 이 개념은 여전히 ​​틈새 시장이며 주로 스칸디나비아 에코 빌리지, 시골 별채, 저소득 지역 개발과 같은 자치 지역으로 제한됩니다.
Dübendorf에 있는 Swiss Federal Institute for Aquatic Science and Technology(Eawag)의 화학 엔지니어인 Tove Larsen은 적체의 대부분이 화장실 자체에서 발생한다고 말합니다.1990년대와 2000년대에 처음 시장에 소개된 대부분의 소변 전환 변기는 그 앞에 작은 대야가 있어 액체를 모으기 때문에 신중한 목표 설정이 필요합니다.다른 설계에는 거름이 퇴비 통으로 운반될 때 소변이 배출되도록 하는 발로 작동되는 컨베이어 벨트 또는 소변을 별도의 배출구로 보내도록 밸브를 작동시키는 센서가 포함됩니다.
소변을 분리하여 가루로 만드는 변기 시제품이 Malmö에 있는 스웨덴 상하수도 회사 VA SYD 본사에서 테스트되고 있습니다.이미지 크레디트: EOS NEXT
그러나 유럽의 실험 및 시범 프로젝트에서 사람들은 그 사용을 받아들이지 않고 있으며 부피가 너무 크고 냄새가 나며 신뢰할 수 없다고 불평한다고 Larsen은 말했습니다."우리는 화장실이라는 주제에 대해 정말 미루었습니다."
이러한 우려는 2000년대 남아프리카 도시 Ethekwini의 프로젝트인 소변 전환 화장실의 대규모 사용을 처음으로 괴롭혔습니다.더반에 있는 크와줄루-나탈 대학교에서 건강 관리를 공부하는 앤서니 오딜리는 아파르트헤이트 이후 도시의 국경이 갑자기 확장되면서 당국이 화장실과 물 인프라가 없는 일부 가난한 농촌 지역을 장악하게 되었다고 말했습니다.
2000년 8월 콜레라가 창궐한 후 당국은 현재 대부분이 여전히 사용되고 있는 약 80,000개의 소변 전환식 건식 화장실을 포함하여 재정 및 실질적인 제약을 충족하는 여러 위생 시설을 신속하게 배치했습니다.소변은 변기 밑에서 흙으로 흘러들어가고, 대변은 2016년부터 5년마다 시가 비워둔 저장 시설에 보관된다.
Odili는 이 프로젝트가 이 지역에 더 안전한 위생 시설을 만들었다고 말했습니다.그러나 사회 과학 연구는 프로그램에 많은 문제를 확인했습니다.화장실이 없는 것보다 낫다는 생각에도 불구하고 그가 참여한 연구 중 일부를 포함한 연구는 나중에 사용자가 일반적으로 화장실을 싫어한다는 것을 보여주었다고 Odili는 말했습니다.대부분은 품질이 좋지 않은 재료로 제작되어 사용하기 불편합니다.이러한 변기는 이론적으로 악취를 방지해야 하지만, eThekwini 변기의 소변은 종종 대변 저장소로 들어가 끔찍한 냄새를 생성합니다.Odili에 따르면 사람들은 "정상적으로 숨을 쉴 수 없습니다."또한 소변은 실제로 사용되지 않습니다.
궁극적으로 Odili에 따르면 소변 전환 건식 변기를 도입하기로 한 결정은 하향식이었고 주로 공중 보건상의 이유로 사람들의 선호도를 고려하지 않았습니다.2017년 연구3에 따르면 eThekwini 응답자의 95% 이상이 도시의 부유한 백인 주민들이 사용하는 편리하고 냄새가 없는 화장실에 접근하기를 원했으며 많은 사람들이 여건이 허락될 때 화장실을 설치할 계획이었습니다.남아공에서 화장실은 오랫동안 인종 불평등의 상징이었습니다.
그러나 새로운 디자인은 비뇨기 전환의 돌파구가 될 수 있습니다.2017년 디자이너 Harald Grundl이 이끄는 오스트리아 디자인 회사 EOOS(EOOS Next에서 분사)는 Larsen 등과 협력하여 소변 트랩을 출시했습니다.이렇게 하면 사용자가 조준할 필요가 없으며 소변 전환 기능이 거의 보이지 않습니다("신형 변기" 참조).
이것은 물이 표면에 달라붙는 경향을 이용합니다(물이 떨어지는 주전자처럼 어색하게 작용하기 때문에 케틀 효과라고 함). 저소득 환경을 위한 변기 혁신에 대한 광범위한 연구를 지원한 워싱턴주 시애틀에 있는 Bill & Melinda Gates Foundation의 자금 지원으로 개발된 Urine Trap은 고급 세라믹 받침대 모델에서 플라스틱 스쿼트에 이르기까지 모든 것에 통합될 수 있습니다. 팬. 저소득 환경을 위한 변기 혁신에 대한 광범위한 연구를 지원한 워싱턴주 시애틀에 있는 Bill & Melinda Gates Foundation의 자금 지원으로 개발된 Urine Trap은 고급 세라믹 받침대 모델에서 플라스틱 스쿼트에 이르기까지 모든 것에 통합될 수 있습니다. 팬. 광범위한 저소득 변기 혁신 연구를 지원해 온 워싱턴주 시애틀의 Bill & Melinda Gates Foundation의 자금 지원으로 개발된 소변 트랩은 세라믹 받침대가 있는 모델에서 플라스틱 스쿼트에 이르기까지 모든 모델에 내장될 수 있습니다.냄비. 저소득층 변기 혁신에 대한 광범위한 연구를 지원하는 워싱턴주 시애틀에 있는 Bill & Melinda Gates Foundation의 자금 지원으로 개발된 소변 수집기는 고급 세라믹 기반 모델에서 플라스틱 스쿼트 트레이에 이르기까지 모든 것에 내장될 수 있습니다.스위스 제조업체 LAUFEN은 이미 "Save!"라는 제품을 출시하고 있습니다.유럽 ​​시장의 경우 비용이 많은 소비자에게 너무 높지만.
KwaZulu-Natal 대학과 eThekwini 시의회는 또한 소변을 전환하고 미립자 물질을 씻어낼 수 있는 소변 트랩 변기 버전을 테스트하고 있습니다.이번에는 사용자에 대한 연구에 더 중점을 둡니다.Odie는 냄새가 더 좋고 사용하기 더 쉽기 때문에 사람들이 새로운 소변 전환 변기를 선호할 것이라고 낙관하지만 그는 남성이 소변을 보기 위해 앉아서 해야 한다는 점에 주목합니다. 이는 엄청난 문화적 변화입니다.그러나 화장실이 "다른 민족적 배경을 가진 사람들에 의해 고소득 이웃에 의해 채택되고 채택된다면 정말 확산에 도움이 될 것"이라고 그는 말했습니다."우리는 항상 인종적 렌즈를 가지고 있어야 합니다." 그가 덧붙였습니다. 그들이 "흑인 전용" 또는 "가난한 전용"으로 보이는 것을 개발하지 않도록 하기 위해서입니다.
소변 분리는 위생을 변화시키는 첫 번째 단계에 불과합니다.다음 부분은 그것에 대해 무엇을 해야할지 알아내는 것입니다.농촌 지역에서는 사람들이 그것을 통에 저장하여 병원균을 죽인 다음 농지에 살포할 수 있습니다.세계보건기구는 이 관행에 대한 권장 사항을 제시합니다.
그러나 도시 환경은 더 복잡합니다. 대부분의 소변이 이곳에서 생성됩니다.소변을 중앙 위치로 전달하기 위해 도시 전체에 여러 개의 별도 하수도를 건설하는 것은 실용적이지 않습니다.그리고 소변은 약 95%가 물이기 때문에 보관하고 운반하는 데 너무 비쌉니다.따라서 연구자들은 화장실이나 건물 수준의 소변에서 물을 남기고 건조, 농축 또는 기타 방식으로 영양분을 추출하는 데 주력하고 있습니다.
Larson은 쉽지 않을 것이라고 말했습니다.공학적 관점에서 볼 때 "소변은 나쁜 해결책"이라고 그녀는 말했습니다.물 외에 대부분은 신체가 단백질 대사의 부산물로 생성하는 질소가 풍부한 화합물인 요소입니다.요소는 그 자체로 유용합니다. 합성 버전은 일반적인 질소 비료입니다(질소 요구 사항 참조).그러나 그것은 또한 까다롭습니다. 요소가 물과 결합하면 암모니아로 변하여 소변에 특유의 냄새가 납니다.전원을 켜지 않으면 암모니아가 냄새를 맡고 공기를 오염시키며 귀중한 질소를 제거할 수 있습니다.유비쿼터스 효소인 우레아제에 의해 촉매되는 요소 가수분해라고 하는 이 반응은 몇 마이크로초가 소요될 수 있으며, 우레아제는 알려진 가장 효율적인 효소 중 하나입니다.
일부 방법은 가수분해가 계속되도록 허용합니다.Eawag 연구원들은 가수분해된 소변을 농축된 영양 용액으로 바꾸는 고급 프로세스를 개발했습니다.첫째, 수족관에서 미생물은 휘발성 암모니아를 일반적인 비료인 비휘발성 질산암모늄으로 변환합니다.그런 다음 증류기는 액체를 농축합니다.역시 뒤벤도르프에 본사를 둔 Vuna라는 자회사는 건물용 시스템과 세계 최초로 스위스에서 식품 공장용으로 승인된 Aurin이라는 제품을 상용화하기 위해 노력하고 있습니다.
다른 사람들은 일반적으로 배설될 때 중성인 소변의 pH를 빠르게 높이거나 낮춤으로써 가수분해 반응을 멈추려고 합니다.미시간 대학교 캠퍼스에서 Love는 버몬트 주 브래틀보로에 있는 비영리 지구 풍요 연구소(Earth Abundance Institute)와 협력하여 전환 화장실과 물 없는 화장실에서 액체 구연산을 제거하는 건물용 시스템을 개발하고 있습니다.소변기에서 물이 분출합니다.그런 다음 소변은 동결과 해동을 반복하여 농축됩니다5.
Gotland 섬의 환경 엔지니어 Bjorn Winneros가 이끄는 SLU 팀은 소변을 건조시켜 다른 영양소와 혼합된 고체 요소로 만드는 방법을 개발했습니다.팀은 Malmö에 있는 스웨덴 상하수도 회사 VA SYD 본사에서 건조기가 내장된 독립형 변기인 최신 프로토타입을 평가합니다.
다른 방법은 소변의 개별 영양소를 목표로 합니다.그것들은 비료와 산업용 화학물질을 위한 기존 공급망에 더 쉽게 통합될 수 있다고 현재 캘리포니아 스탠포드 대학에 있는 Love's의 전 박사후 연구원인 화학공학자 William Tarpeh는 말합니다.
가수분해된 소변에서 인을 복원하는 일반적인 방법은 마그네슘을 첨가하는 것인데, 이는 스트루바이트라는 비료의 침전을 유발합니다.Tarpeh는 질소를 암모니아6로 또는 인을 인산염으로 선택적으로 제거할 수 있는 흡착제 과립을 실험하고 있습니다.그의 시스템은 풍선이 소진된 후 풍선을 통해 흐르는 재생제라는 다른 유체를 사용합니다.재생자는 영양분을 섭취하고 다음 라운드를 위해 공을 재생합니다.이것은 기술 수준이 낮은 수동적인 방법이지만 상업용 재생 제품은 환경에 좋지 않습니다.이제 그의 팀은 더 저렴하고 환경 친화적인 제품을 만들기 위해 노력하고 있습니다("미래의 오염" 참조).
다른 연구자들은 미생물 연료 전지에 소변을 넣어 전기를 생성하는 방법을 개발하고 있습니다.남아프리카 케이프 타운의 또 다른 팀은 소변, 모래 및 우레아제 생성 박테리아를 주형에 혼합하여 색다른 건축용 벽돌을 만드는 방법을 개발했습니다.소성하지 않고 어떤 형태로든 석회화됩니다.유럽우주국(ESA)은 달에 집을 짓기 위한 자원으로 우주비행사의 소변을 고려하고 있다.
Tarpeh는 "소변 재활용과 폐수 재활용의 광범위한 미래에 대해 생각할 때 가능한 한 많은 제품을 생산할 수 있기를 원합니다."라고 말했습니다.
연구자들은 소변을 상품화하기 위한 다양한 아이디어를 추구함에 따라 특히 확고한 산업에서 힘든 싸움이라는 것을 알고 있습니다.비료 및 식품 회사, 농부, 화장실 제조업체 및 규제 기관은 그들의 관행에 중대한 변화를 가져오는 데 더디었습니다."여기에는 많은 관성이 있습니다"라고 Simcha는 말했습니다.
예를 들어, University of California, Berkeley의 연구 및 교육 시설인 LAUFEN save!여기에는 건축가에 대한 지출, 건축 및 지자체 규정 준수가 포함되며 아직 완료되지 않았다고 현재 Morgantown의 West Virginia University에서 근무하는 환경 엔지니어 Kevin Ona는 말했습니다.그는 기존의 규정과 규정이 부족해 시설물 관리에 문제가 생겨 새로운 규정을 개발하는 그룹에 합류하게 됐다고 말했다.
관성의 일부는 쇼핑객의 저항에 대한 두려움 때문일 수 있지만, 16개국7의 사람들을 대상으로 한 2021년 설문 조사에 따르면 프랑스, ​​중국, 우간다와 같은 곳에서 소변 강화 식품을 소비할 의향이 80%에 가까웠습니다(사람들이 먹을 것인가 참조) 그것?').
뉴욕시 환경 보호국(Environmental Protection Agency)의 부청장으로 폐수 관리국을 이끌고 있는 Pam Elardo는 회사의 주요 목표가 오염을 더욱 줄이고 자원을 재활용하는 것이기 때문에 소변 전환과 같은 혁신을 지원한다고 말했습니다.그녀는 뉴욕과 같은 도시에서 소변을 전환하는 가장 실용적이고 비용 효율적인 방법은 유지 보수 및 수집 작업으로 보완되는 개보수 또는 새 건물의 독립형 시스템이 될 것으로 예상합니다.혁신가가 문제를 해결할 수 있다면 "작동해야 합니다"라고 그녀는 말했습니다.
이러한 발전을 감안할 때 Larsen은 소변 전환 기술의 대량 생산 및 자동화가 그리 멀지 않을 것이라고 예측합니다.이는 폐기물 관리로의 전환에 대한 비즈니스 사례를 개선할 것입니다.요로 전환은 "올바른 기술"이라고 그녀는 말했습니다.“합리적인 시간 안에 가정식 문제를 해결할 수 있는 유일한 기술입니다.하지만 사람들은 마음을 정해야 합니다.”
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