Le détournement d’urine présente de multiples avantages environnementaux lorsqu’il est utilisé à l’échelle de la ville –

L’étude, publiée en ligne le 15 décembre dans la revue Science et technologie de l’environnement, a modélisé des systèmes centralisés de détournement d’urine et de traitement des engrais à grande échelle – dont aucun n’existe actuellement – et a comparé leurs impacts environnementaux attendus aux méthodes conventionnelles de traitement des eaux usées et de production d’engrais.

Les chercheurs ont découvert que le détournement et le recyclage de l’urine entraînaient des réductions significatives des émissions de gaz à effet de serre, de la consommation d’énergie, de la consommation d’eau douce et du potentiel d’alimenter les proliférations d’algues dans les lacs et autres plans d’eau. Les réductions variaient de 26% à 64%, selon la catégorie d’impact.

«Le détournement d’urine a toujours eu des impacts environnementaux plus faibles que les systèmes conventionnels», a déclaré l’auteur principal Stephen Hilton, qui a mené l’étude pour sa thèse de maîtrise à l’école UM pour l’environnement et la durabilité.

«Nos analyses indiquent clairement que les avantages bien définis – des exigences de gestion des eaux usées réduites et la production d’engrais synthétique évitée – dépassent les impacts environnementaux de la collecte, du traitement et du transport de l’urine, ce qui suggère que des efforts supplémentaires pour développer de tels systèmes sont justifiés.

L’urine contient les nutriments essentiels azote, phosphore et potassium et est utilisée comme engrais pour les cultures depuis des milliers d’années. Ces dernières années, le recyclage de l’urine a été étudié comme un moyen de produire des engrais renouvelables tout en réduisant la quantité d’énergie et de produits chimiques nécessaires pour traiter les eaux usées.

Bien qu’il n’existe aucun système de détournement et de recyclage de l’urine à l’échelle de la ville, plusieurs projets de démonstration à petite échelle sont en cours, dont un à l’UM et un projet du Vermont dirigé par le Rich Earth Institute. Hilton a utilisé les données des deux projets pour modéliser les impacts environnementaux probables du détournement et du recyclage de l’urine à l’échelle de la ville.

Le traitement des eaux usées était l’un des principaux objectifs de l’étude, et les données des usines de traitement du Michigan, du Vermont et de la Virginie ont été utilisées dans l’analyse. L’usine de Virginie est située dans la région de Chesapeake Bay et a servi d’exemple d’usines de traitement avec des exigences strictes en matière d’élimination de l’azote et du phosphore.

À l’aide d’une technique appelée analyse du cycle de vie, qui fournit une évaluation complète des multiples impacts environnementaux, Hilton et ses collègues ont comparé les performances d’installations centralisées à grande échelle de détournement d’urine et de production d’engrais aux usines de traitement des eaux usées conventionnelles et à la production d’installations synthétiques. engrais utilisant des ressources non renouvelables.

Le détournement et le recyclage de l’urine ont été clairement gagnants dans la plupart des catégories et, dans certains cas, ont éliminé le besoin de certains produits chimiques de traitement des eaux usées. En revanche, une méthode de fabrication d’engrais à base d’urine a conduit à des augmentations constantes de l’acidification.

Quelques évaluations du cycle de vie antérieures ont comparé les impacts environnementaux du recyclage de l’urine aux systèmes conventionnels. Mais la nouvelle étude UM est la première à inclure une modélisation détaillée des processus de traitement des eaux usées, permettant aux chercheurs de comparer la quantité d’énergie et de produits chimiques utilisée dans chaque méthode.

“Il s’agit de la première analyse approfondie de la performance environnementale et des avantages du recyclage d’urine à grande échelle par rapport au traitement des eaux usées conventionnelles et à la production d’engrais”, a déclaré Greg Keoleian, auteur principal de l’article ES&T et directeur du Center for Sustainable Systems l’école UM pour l’environnement et la durabilité. Il a également présidé le comité de thèse de Hilton.

Environ la moitié de l’approvisionnement alimentaire mondial dépend des engrais synthétiques produits à partir de ressources non renouvelables. La roche phosphatée est extraite et traitée pour fabriquer des engrais phosphatés. La production d’engrais azotés est un processus énergivore qui utilise du gaz naturel et est responsable de 1,2% de la consommation d’énergie mondiale et des émissions de gaz à effet de serre associées.

Dans le même temps, les systèmes d’eau et de traitement des eaux usées consomment 2% de l’électricité américaine, l’élimination des nutriments étant l’un des processus les plus énergivores.

Le détournement d’urine pour récupérer et recycler l’azote et le phosphore a été préconisé comme moyen d’améliorer la durabilité de la gestion de l’eau et de la production alimentaire. Il a le potentiel de réduire la quantité d’énergie et de produits chimiques nécessaires pour traiter les eaux usées tout en diminuant le flux de nutriments qui alimentent les proliférations d’algues nocives dans les lacs.

Cependant, le détournement et le recyclage à grande échelle nécessiteraient des systèmes pour collecter et transporter l’urine, la transformer en engrais, puis expédier le produit final aux clients. Chacune de ces étapes a des impacts environnementaux.

En 2016, des chercheurs de l’UM ont reçu une subvention de 3 millions de dollars de la National Science Foundation pour étudier le potentiel de conversion de l’urine humaine en engrais pour les cultures sans danger. Le projet est dirigé par Nancy Love et Krista Wiggington du département de génie civil et environnemental de l’UM et consiste à tester des méthodes avancées de traitement de l’urine et à enquêter sur les attitudes des gens à propos de l’utilisation d’engrais dérivés d’urine. Love est également co-auteur du nouveau document Environmental Science & Technology.

Dans le cadre de l’effort financé par la NSF, des toilettes de démonstration à dérivation d’urine ont été installées sur le campus nord d’UM, ainsi qu’un laboratoire où l’urine est convertie en engrais. Hilton, qui était étudiant en maîtrise à double diplôme à l’UM School for Environment and Sustainability et au Département de génie civil et environnemental, a utilisé les données du projet pour aider à modéliser un système à grande échelle qui détourne l’urine pour fabriquer de l’engrais.

“Ces nouvelles découvertes sont encourageantes car elles démontrent les avantages environnementaux potentiels des systèmes de détournement et de recyclage d’urine à grande échelle, ce qui suggère que nous sommes sur la bonne voie et que nous devrions continuer à développer ces technologies”, a déclaré le co-auteur de l’étude, Glen Daigger, professeur UM de génie civil et environnemental et membre du comité de thèse de Hilton.

Bowen Zhou, ancien membre de l’équipe de recherche UM qui est maintenant à l’Université de Waterloo, est également auteur de l’article ES&T. La recherche a été soutenue par la National Science Foundation et la Water Research Foundation.