Op satellietbeelden zijn grote groene vlekken te zien rond het Zweedse eiland Gotland.
Al zien de vlekken er mooi uit, ze voorspellen niet veel goeds. Ze ontstaan door de ongebreidelde groei van algen, die zuurstof uit het water halen en veel zeeleven onmogelijk maken.
Zuurstofarme zeegebieden heten dode zones, en de Oostzee is de grootste die er is, maar lang niet de enige. Wereldwijd zijn er nu 415 dode zones, een drastische toename van de 10 in 1960 en 169 in 2007.
De algengroei is geëxplodeerd doordat er meer voedingsstoffen als stikstof en fosfor in het water zitten. En dit is deels te wijten aan de lozing van menselijke urine.
Om de alarmerende trend te stoppen wil een onderzoeksgroep van de Zweedse landbouwuniversiteit (SLU) op Gotland 70.000 liter urine opvangen, die dan niet in de Oostzee zal belanden maar gebruikt gaat worden om gewassen te bemesten.
Door afvalwaterlozingen met stikstofhoudende urine groeien er veel algen rond het Zweedse eiland Gotland.
Hiermee slaan de onderzoekers twee vliegen in één klap, en ze hopen dat het project het begin zal zijn van een wereldwijde urinerevolutie die het milieu én de voedselproductie ten goede komt.
Urine verstikt het milieu
Urine is afval van het lichaam. Stoffen als nitriet en ammoniak worden uit het bloed gefilterd door de nieren en naar de blaas gestuurd – en vervolgens uitgeplast.
Ammoniak ontstaat als het lichaam eiwitten afbreekt. Om een mogelijk giftige opeenhoping ervan te voorkomen, zetten enzymen in de lever de stof om in ureum.
Ureum is in water oplosbaar en wordt uitgeplast zonder schade te veroorzaken. Een mens leegt de blaas zes of zeven keer per dag en scheidt circa 550 liter urine per jaar uit. Het meeste wordt door het toilet gespoeld en eindigt als rioolwater.
In een jaar produceren we wereldwijd zo’n 380 biljoen liter rioolwater – vijf keer zo veel als de totale hoeveelheid water die door de Niagarawatervallen stroomt.
6-7 keer per dag leeg je je blaas, wat 550 liter urine per jaar oplevert.
De hoeveelheid afvalwater zal in 2030 naar schatting gestegen zijn tot 470 biljoen liter en in 2050 tot 574 biljoen liter.
De jaarlijkse productie van afvalwater bevat 16,6 miljoen ton stikstof, 6,3 miljoen ton kalium en 3 miljoen ton fosfor. Hoewel urine slechts 1 procent van het afvalwater uitmaakt, staat het voor 80 procent van de stikstof en 50 procent van de fosfor.
Die hoeveelheid voedingsstoffen heeft ernstige gevolgen voor ecosystemen.
Afvalwater belandt meestal in meren, rivieren en kustgebieden, en algen groeien explosief op stikstof en fosfor. Wanneer de algen afsterven en naar de bodem zinken, onttrekt het ontbindingsproces zuurstof aan het water. Zo ontstaan er zogeheten dode zones, waar waterdieren en -planten niet meer kunnen overleven.
Urine is waardevolle hulpbron
Terwijl een teveel aan stikstof en fosfor het milieu schaadt, is er in de landbouw een grote behoefte aan deze twee stoffen.
Het gehalte aan voedingsstoffen in de bodemlaag is van cruciaal belang voor de groei van gewassen. Boeren gebruiken dan ook vaak kunstmest voor grotere oogsten.
Wereldwijd wordt in de landbouw elk jaar 115 miljoen ton stikstof en 25 miljoen ton fosfor gebruikt als mest. Dit heeft, net als de lozing van afvalwater, een enorm negatief effect op het milieu.
Gewassen nemen slechts 35 procent van de stikstof op, en de rest belandt in grondwater, meren en rivieren.
Maar als we onze urine opvangen en de voedingsstoffen recyclen, kan urine tot 15 procent van het stikstofgebruik in de landbouw dekken.
Drie manieren om urine op te vangen
1. Derdewereldurine wordt opgeslagen
In arme plattelandsgebieden kan urine in vaten opgeslagen worden voor ze op de akkers wordt verspreid. Opslag voorkomt dat de stikstof in urine als ammoniak verdampt, en verwijdert ziekteverwekkende micro-organismen.
2. Thuistoilet droogt de plas
In welvarende gebieden kunnen toiletten met aparte urineafvoer worden gekoppeld aan een eigen droogsysteem, dat nuttige stoffen aan de urine onttrekt. Die stoffen kunnen verzameld worden voor toepassing in mest of industriële producten.
3. Hoogbouwurine druppelt naar de kelder
In nieuwe of gerenoveerde flatgebouwen kan urine van het toilet naar de kelder lopen via leidingen die gescheiden zijn van het riool. In de kelder kan een centraal systeem de urine opslaan of verwerken voor ze opgehaald wordt.
Het onderzoeksteam van de SLU in Zweden wil 70.000 liter urine verzamelen tijdens het toeristenseizoen van Gotland, wanneer veel plas in de Oostzee belandt.
Dit gebeurt in samenwerking met een plaatselijk bedrijf dat festivaltoiletten verhuurt. Hier is een heel nieuw soort toilet, een ‘urinevanger’, uit voortgekomen.
Urine wordt in een val gelokt
In traditionele toiletten raakt alles door elkaar na het doortrekken. En wanneer de urine eenmaal vermengd is met ander afvalwater, zoals zeepwater en industrieel afvalwater, is het bijna niet te scheiden.
Toiletten en urinoirs moeten daarom de urine omleiden en de vloeistof naar aparte containers leiden.
Gewone toiletten voor dit doel hebben een opvangbak voor urine in het voorste deel van de pot, terwijl de uitwerpselen in het achterste deel worden weggespoeld. Daarvoor moet je alleen goed mikken.
Andere toiletten hebben sensoren of pedalen die een aparte afvoer openen, zodat de urine in een apart bakje druppelt.
Zweedse onderzoekers hebben een urinevanger ontwikkeld die je plas niet alleen scheidt van de rest van de inhoud van de pot, maar ook droogt, zodat de nuttige stoffen klaar zijn voor gebruik.
Een urinevanger maakt daarentegen gebruik van de natuurkundewetten en vangt je plas op in een aparte bak met behulp van het zogeheten theepoteffect.
Schenk je een vloeistof langzaam in, bijvoorbeeld uit een theepot, dan komt de vloeistof niet los maar sijpelt deze langs de buitenkant van de pot naar beneden. Evenzo zorgt de vorm van het bakje in de urinevanger ervoor dat je plas naar een apart bakje wordt geleid, terwijl het spoelwater, dat met een hogere snelheid komt, in een ander gaatje wegloopt.
De Zweedse onderzoekers denken dat de urine uit het bakje overgebracht kan worden naar reusachtige tanks in centrale urine-opslagplaatsen, waar ze bewaard wordt tot ze verwerkt moet worden.
De urine moet droog zijn
Urine bestaat voor 95 procent uit water, en om een oppervlakte van 10.000 m2 te bemesten heeft een boer ongeveer 15.000 kilo verse urine nodig.
Het hanteren en verspreiden van zulke grote hoeveelheden is duur en omslachtig, dus zal het onderzoeksteam de urine eerst drogen en tot korreltjes persen. Op die manier kan de boer met maar 400 kilo dezelfde hoeveelheid voedingsstoffen aan de bodem toevoegen.
Verzamelde urine kan gedroogd worden en omgezet in zogeheten urinepellets, die kunstmest op akkers kunnen vervangen.
Het drogen van urine kent echter een aantal uitdagingen. Stikstof is grotendeels gebonden in het ureum. Deze stof zelf is stabiel, maar allerlei micro-organismen produceren het enzym urease, dat ureum omzet in ammoniak.
Ammoniak verdampt snel als het in contact komt met lucht, wat de reden is dat oude urine stinkt. Bij het proces wordt stikstof aan de urine onttrokken en is die minder geschikt als meststof.
Om stikstofverlies te voorkomen, is er een techniek ontwikkeld waarbij basen aan de urine worden toegevoegd. Op die manier stijgt de pH-waarde en wordt de afbraak van ureum verhinderd.
Kunstmest staat bol van CO2
Wanneer we kunstmest door urinemest vervangen, zal niet alleen de vervuiling door stikstof en fosfor minder zijn.
Om meststoffen te maken, wordt stikstof uit de lucht omgezet in ammoniak in energie-intensieve processen. Het proces stoot veel CO2 uit en neemt 2-3 procent van het totale energieverbruik op aarde voor zijn rekening.
Een studie uit 2021 heeft traditionele afvalwatersystemen vergeleken met systemen die urine opvangen en de voedingsstoffen hergebruiken als vervanger voor kunstmest.
3 dingen waar je plas voor gebruikt kan worden
1. Urine als voeding voor gewassen
Urine is een ideale meststof omdat er stikstof, fosfor en kalium in zitten – de stoffen die je ook in kunstmest vindt. Verschillende gewassen zijn al verbouwd met menselijke urine, zoals gerstplanten voor de productie van bier.
2. Urine maakt vrouwen zwanger
Het vruchtbaarheidshormoon HP-hMG is uit menselijke urine geëxtraheerd. HP-hMG stimuleert de follikels in de eierstokken van vrouwen en bevordert de eisprong. Onderzoekers hebben ook neuronen en tanden gemaakt met stamcellen uit urine.
3. Je plas kan je mobiel opladen
In microbiologische brandstofcellen zetten bacteriën het organische materiaal in urine om in elektriciteit. Tegenwoordig kan een urinebrandstofcel 2 watt per m2 produceren, genoeg om je mobiele telefoon op te laden.
Volgens berekeningen wordt er voor de urinemest 29-47 procent minder broeikasgas uitgestoten en 41 procent minder energie en half zo veel water verbruikt. Verder kan de vervuiling door afvalwater wel 64 procent verminderd worden.
En urine kan niet alleen nuttig zijn als meststof.
Vrouwen die moeilijk zwanger kunnen worden, kunnen bijvoorbeeld zijn gebaat bij een hormoonpreparaat dat uit de urine van vrouwen in de overgang wordt gewonnen. Zo’n preparaat bevat follikelstimulerende hormonen die de eisprong kunnen bevorderen en zo de kans op zwangerschap vergroten.
Voedsel kweken in urine
Niet iedereen is te vinden voor het idee dat we ons voedsel in menselijke urine gaan kweken. Maar we gebruiken urine al eeuwen – niet alleen als meststof, maar ook om kleren te wassen, leer zacht te maken en buskruit te maken.
Om te achterhalen hoe we nu denken over gewassen die in onze urine verbouwd worden, werd een internationale enquête gehouden onder 3763 mensen uit 16 landen.
57,5 procent zei geen probleem te hebben met het eten van voedsel dat met menselijke urine verbouwd is. Dit maakt de weg vrij voor een urinerevolutie die het klimaat en ecosystemen kan herstellen.
Dode zones zoals rond Gotland komen weer tot leven als urinevoedingsstoffen niet langer worden weggespoeld naar de algen, maar worden gerecycleerd ten bate van zowel het milieu als de landbouw.