Urine is een grondstof

Chris Simoens
08 juli 2019
Menselijke urine kan een bron van meststoffen zijn en meteen los je een prangend milieuprobleem op, in Zuid-Afrika én op popfestivals in België. Ontdek hoe.

De sanitaire voorzieningen in Afrika laten vaak te wensen over. Als mensen al een toilet hebben, dan beperkt zich dat vaak tot een gat in de grond. De urine en de uitwerpselen komen in een eenvoudig uitgegraven put terecht, de zogenaamde ‘pitlatrine’. Omdat de wand niet ondoorlaatbaar is, sijpelen deze door in grond en grondwater.

En dat zorgt voor vervuiling! Zo bevat urine stikstof (N), fosfor (P) en kalium (K). Dat zijn eigenlijk meststoffen die het oppervlakte- en grondwater overdreven voedingsrijk kunnen maken. Dat leidt tot een overdadige groei van algen waardoor waterorganismen als het ware verstikken. Ook de kwaliteit van lokale drinkwaterbronnen vermindert aanzienlijk.

Kortom, gebrekkige sanitaire voorzieningen zijn niet alleen nefast voor de gezondheid van de mensen, ze scheppen ook een serieus milieuprobleem.

 

Schooltje in Zuid-Afrika

‘In 2013 kwam ik te weten dat men in Zuid-Afrika een oplossing zocht voor het urineprobleem, met name aan de University of South Africa (UNISA) en de University of Johannesburg (UJ)’, zegt Sebastiaan Derese van de Universiteit Gent. Hij wijdde er meteen zijn doctoraat aan, onder begeleiding van prof. Arne Verliefde. ‘Merkwaardig genoeg kampt de landbouw er terzelfder tijd met een gebrek aan de meststoffen N, P en K. Boeren hebben niet alleen te weinig dieren om mest te leveren, ze lopen ook meer vrij rond dan bij ons. De boer kan de mest bijgevolg niet inzamelen.’

Het experiment ging door in een school in Lochiel, een klein stadje vlak aan de grens met Eswatini. Derese: ‘Dat schooltje was sterk vragende partij. Zoals vaak gebeurt in Zuid-Afrika, gebruikten ze er een aantal gezamenlijke latrines op een rij, aangesloten op een put. Telkens aIs de put vol was, bouwden ze een eindje verder nieuwe toiletten.’

Bedoeling was een systeem uit te werken om de urine te zuiveren alvorens haar te lozen. Dan zou je niet meer om de zoveel jaar ergens anders toiletten moeten installeren, je kan gewoon ter plekke blijven.

Urine bevat stikstof (N), fosfor (P) en kalium (K). Dat zijn eigenlijk meststoffen die het oppervlakte- en grondwater overdreven voedingsrijk kunnen maken.

Aparte opvangbakken

Eerst en vooral is het nodig de urine van de uitwerpselen te scheiden. Maar daar gebruikte het schooltje in Lochiel al aparte opvangbakken voor. Derese: ‘Dergelijke opvangbakken zijn al vrij gekend. Zo gebruikt de firma Sanergy in Kenya die al enige tijd met succes, om vervolgens onder meer organische mest te produceren. Volgens hen kan je de mensen er gemakkelijk toe aanzetten een dergelijk systeem te gebruiken.’ De urine wordt onverdund opgevangen, spoelwater is niet nodig. Meteen al een besparing van water.

Het onderzoek hield zich niet bezig met de uitwerpselen. ‘Vooral de urine is heel voedingsrijk, de fecaliën bevatten vooral veel koolstof (C). Samen met urine vormt dat wel een goeie mest, maar fecaliën bevatten ook heel veel ziektekiemen. En die vind je niet in urine. Fecaliën kan je wel fermenteren om biogas te produceren.’

 

Urine zonder N, P en K

Uit de ingezamelde urine moest vervolgens de N, P en K gehaald worden. ‘Technisch verloopt dat vrij simpel’, zegt Derese. ‘In de urine komen er spontaan bacteriën terecht die de N-bevattende ureum omzetten tot ammoniak. En 99-99,5% van die ammoniak haal je er makkelijk uit met een selectieve membraan, een soort filter.’

‘De P en de K die overblijven, haal je eruit door ze neer te slaan met kalk- of magnesiumzouten. De opgeloste P en K klonteren als het ware samen tot kristallen en die kan je uit de urine vissen.’

Na dit proces hou je urine over zonder de N, P en K, dat geen algenbloei meer veroorzaakt. Daarin zitten dan wel nog de restanten van medicijnen. Derese: ‘In Zuid-Afrika hebben we voorlopig niet de bedoeling om ook die eruit te halen. Overigens, ook bij de zuivering van afvalwater in België gebeurt dat niet (zie kader).’

Je kan gemakkelijk lekker drinkwater maken uit urine. Alleen kost dat proces veel energie. Je maakt beter drinkwater uit grond- of oppervlaktewater.

‘Toch kan je gemakkelijk lekker drinkwater maken uit urine. Al wat je nodig hebt, zijn een speciale membraan (voor ‘omgekeerde osmose’) en een filter met actieve kool. Met beide filters haal je tot het allerlaatste restje vervuiling uit de urine. Alleen kost dat proces veel energie. Je maakt beter drinkwater uit grond- of oppervlaktewater, dat is voordeliger.’ De urine zonder N, P en K zou wel nog extra gezuiverd kunnen worden met bijvoorbeeld een rietveld, wat niet veel kost. Dat zal verder onderzoek vereisen.

 

Gentse Feesten en Dranouter

Derese - en zijn team van diverse Masterstudenten - hebben het systeem niet alleen in Zuid-Afrika getest, maar ook in België. Met name tijdens zomerfestivals. De eerste keer gebeurde dat tijdens de Gentse Feesten in 2016. Daarna elk jaar op het Dranouterfestival, en dat in het kader van het WAVE-project (Water Vision on Events). ‘Op een festival heb je eigenlijk een heel gelijkaardige toestand als op het Afrikaanse platteland’, zegt Derese. ‘De urine wordt er vaak rechtstreeks geloosd in een beek in de buurt ofwel betalen de organisatoren voor de externe verwerking. Ook de festivals zelf zijn vragende partij om daar een oplossing voor te vinden.’

Kraam met toestellen om urine te zuiveren op het Dranouterfestival.
© UGent

Op een festival wordt de urine opgevangen in plaszuilen. Van daaruit wordt deze opgepompt naar een zuiveringstoestel dat er de N, P en K uithaalt. Een deel van de gezuiverde urine wordt vervolgens omgezet tot drinkwater. Derese: ‘Dat bleef tot nu toe beperkt. Van de 5000 liter verwerkte urine produceerden we maar 80 liter drinkwater. Die boden we aan in borrelglaasjes van 10 ml. Het was meer een publiciteitsstunt, onder meer om mensen te overtuigen dat je echt drinkwater uit urine kunt maken.’

Het onderzoek staat nu zo ver dat de urinezuivering technisch en praktisch haalbaar is. Het is mogelijk om een automatisch draaiend behandelingstoestel te maken dat ongeveer de grootte heeft van een grote kleerkast. Er kan misschien nog wat gesleuteld worden aan de extractie van P en K – het kan allicht goedkoper – maar het principe werkt uitstekend.

Een zuiveringstoestel met de grootte van een grote kleerkast.
© UGent

Winstgevend model

‘Momenteel zoeken we uit of het systeem ook financieel haalbaar is’, zegt Derese. Zo denken de onderzoekers eraan om met lokale uitbaters te werken. Zo’n lokale uitbater zou een aantal toiletten kunnen installeren met een zuiveringstoestel. Deze zou vervolgens geld kunnen verdienen door (1) geld te vragen aan de gebruikers van de toiletten en (2) de N,P en K aan de boeren te verkopen.

‘Alleen kennen we nog niet de schaal die nodig is om winst mogelijk te maken. Heb je 1000 of 500 gebruikers nodig? En hoeveel bedragen de prijzen die de boeren normaal voor hun N, P en K betalen? Uit 1000 l urine haal je 5 à 8 kg zuivere N en 0,5 à 1 kg P en K. We weten ook nog niet hoelang een toestel meegaat. Duurt het 10 jaar of langer eer het kapot is?’

Kortom, nu komt het erop aan een aanpak uit te werken die winstgevend kan zijn. Want alleen zo is het echt duurzaam, aangezien het dan zonder subsidies kan draaien.

De urinezuivering heeft 3 voordelen: (1) de sanitaire toestand wordt veel gezonder, (2) je produceert bruikbare meststoffen én (3) je bespaart water en verhoogt de waterkwaliteit van beken, rivieren en grondwater.

Off-the-grid

‘We staan dus vrij dicht bij ons einddoel: een off-the-grid toilet’, besluit Derese. ‘Een systeem dus waarmee je, los van riolering, je urine kunt verwerken tot meststoffen en redelijk gezuiverd water. Dat heeft 3 voordelen: (1) de sanitaire toestand wordt veel gezonder, (2) je produceert bruikbare meststoffen én (3) je bespaart water en verhoogt de waterkwaliteit van beken, rivieren en grondwater.’

Concrete toepassingen in België ziet Derese vooral op popfestivals en mogelijk ook in openbare gebouwen en nieuw aan te leggen wijken. In bestaande huizen ligt het veel moeilijker omdat je dan een aparte leiding moet aanleggen voor de urine.

Hoe zuivert België zijn afvalwater?

 

Wat je doorspoelt in een toilet, bad of gootsteen, komt terecht in de riolen. Dat rioolwater stroomt naar een waterzuiveringsstation. Daar worden er bacteriën met het vervuilde water vermengd die de N, P en K als voeding gebruiken. Daarbij komt stikstofgas vrij dat in de lucht verdwijnt. P wordt met aluminium- of ijzerzouten neergeslagen als een soort harde, onoplosbare steen. Uit die ‘steen’ kan geen P meer gehaald worden. Deze heeft dan ook geen waarde meer als meststof.

 

Vervolgens wordt het resterende slib – met de bacteriën – gedroogd en verbrand. Het overblijvende gezuiverde water wordt geloosd in rivieren en beken. Maar het bevat dan wel nog restanten van medicijnen, die op die manier in het milieu terechtkomen. Het spreekt vanzelf dat die er wel worden uitgehaald bij de productie van drinkwater. Drinkwater in België is gegarandeerd 100% zuiver!

 

Het proces om afvalwater te zuiveren kan dus duidelijk nog verbeterd worden. Onder meer door N en P te recupereren en nuttige toepassingen te vinden voor het slib.

Kringloopeconomie Milieu Vervuiling
Terug Economie
Imprimer
Over hetzelfde thema - Artikel 3 /2 Hightechmineralen: naar een kringloopeconomie