Investigadores de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad de Cornell y la Fuente de Luz Canadiense (CLS) de la Universidad de Saskatchewan han demostrado que es posible crear fertilizantes ricos en nitrógeno combinando los componentes sólidos y líquidos de los desechos humanos.
El descubrimiento, publicado recientemente en la revista Sustainable Chemistry and Engineering , tiene el potencial de aumentar los rendimientos agrícolas en los países en desarrollo y reducir la contaminación del agua subterránea causada por la escorrentía de nitrógeno.
Los inodoros de separación especiales que se desarrollaron a través del Reinvent the Toilet Challenge han ayudado a resolver problemas de saneamiento de larga data en los barrios bajos de Nairobi, Kenia. Sin embargo, los métodos utilizados para deshacerse de las dos salidas no lograron capturar un nutriente clave que los campos locales estaban muriendo de hambre: nitrógeno.
Los investigadores de Cornell Leilah Krounbi, un ex Ph.D. estudiante, ahora en el Instituto Weizmann en Israel, y Johannes Lehmann, autor principal y profesor de ciencias del suelo y los cultivos, se preguntaban si sería posible cerrar el circuito de residuos al reciclar el nitrógeno de la orina, que de otro modo se estaría perdiendo en la escorrentía . Mientras que otros investigadores han diseñado adsorbedores utilizando ingredientes de alta tecnología como nanotubos de carbono o carbonos activados, Lehmann y su equipo querían saber si podían hacerlo con materiales decididamente de baja tecnología como las heces humanas. Los adsorbentes son materiales cuyas superficies pueden capturar y retener gases o líquidos.
«Estábamos interesados en descubrir cómo sacar nitrógeno de las corrientes de desechos líquidos, llevarlo a un material sólido para que tenga una calidad de fertilizante y pueda usarse en esta idea de economía circular», dijo Lehmann.
Los investigadores comenzaron calentando el componente sólido de los desechos humanos a 500 grados Celsius en ausencia de oxígeno para producir un carbón libre de patógenos llamado biochar. Luego, manipularon la superficie del biochar preparándolo con CO2, lo que le permitió absorber el amoníaco, el gas rico en nitrógeno emitido por la orina. El proceso químico provocó que el amoníaco se uniera al biochar. Al repetir el proceso, podrían cargar el biochar con capas adicionales de nitrógeno. El resultado es un material sólido rico en nitrógeno.
El uso de la línea de luz SGM en el CLS permitió a Lehmann y su equipo ver cómo cambiaba la química en el nitrógeno al adsorber amoníaco. La línea de luz también proporcionó una indicación de cuán disponible estaría el nitrógeno para las plantas si el material resultante se usara como fertilizante.
«Para entender cuáles son las interacciones entre el nitrógeno, el gas de amoníaco y el carbono, realmente no hay otra buena manera que usar la espectroscopía NEXAFS (estructura fina de absorción de rayos X) que ofrece la línea de luz CLS». dijo Lehmann. «Fue realmente nuestro caballo de batalla entender qué tipo de enlaces químicos están apareciendo entre el gas nitrógeno y nuestro adsorbente».
El equipo de investigación ha demostrado que, de hecho, es posible hacer un fertilizante utilizando los ingredientes más básicos, los desechos humanos. Sin embargo, todavía tienen una serie de preguntas que responder: ¿Puede optimizar el proceso para maximizar la cantidad de amoníaco absorbido por el biochar? ¿Cómo se comparará este fertilizante «reciclado» con los fertilizantes de nitrógeno comerciales existentes para diferentes cultivos y suelos? ¿Se puede construir una máquina rentable que realice este proceso automáticamente en un entorno real?
Lo que comenzó como la búsqueda de una solución a un problema altamente localizado tiene una aplicabilidad generalizada, dijo Lehmann. «Creo que es tan importante para una planta de tratamiento de aguas residuales de Saskatchewan, o una granja lechera en el norte del estado de Nueva York, como lo es para un residente en Nairobi. Es un principio básico que tiene utilidad en cualquier lugar».
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