Investigadores de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad de Cornell y Canadian Light Source (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 Ingeniería y Química Sostenible , tiene el potencial de aumentar los rendimientos agrícolas en los países en desarrollo y reducir la contaminación de las aguas subterráneas causada por la escorrentía de nitrógeno.

Los inodoros separadores especiales que se desarrollaron a través del Desafío Reinventar el inodoro han ayudado a resolver problemas de saneamiento de larga data en los barrios de tugurios de Nairobi. Kenia. Sin embargo, los métodos utilizados para deshacerse de los dos productos no lograron capturar un nutriente clave que los campos locales estaban hambrientos: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 preguntó si sería posible cerrar el circuito de la corriente de desechos reciclando el nitrógeno de la orina, que de otro modo se estaba perdiendo por la escorrentía. Mientras que otros investigadores han diseñado adsorbedores utilizando ingredientes de alta tecnología como nanotubos de carbono o carbones activados, Lehmann y su equipo querían saber si podían hacerlo con materiales decididamente de baja tecnología como heces humanas. Los adsorbedores 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 fertilizante y pueda usarse en esta idea de una 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 vegetal libre de patógenos llamado biocarbón. Próximo, manipularon la superficie del biocarbón imprimándolo con CO2, que le permitió absorber amoniaco, el gas rico en nitrógeno emitido por la orina. El proceso químico hizo que el amoníaco se uniera al biocarbón. Repitiendo el proceso, podrían cargar el biocarbón 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 del nitrógeno a medida que adsorbía 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 comprender cuáles son las interacciones entre el nitrógeno, el gas amoniaco y el carbono, Realmente no hay otra buena manera que usar NEXAFS (near-edge, Espectroscopía de absorción de rayos X de estructura fina) que ofrece la línea de luz CLS, ", dijo Lehmann." Realmente fue nuestro caballo de batalla entender qué tipo de enlaces químicos están apareciendo entre el gas nitrógeno y nuestro adsorbedor ".

El equipo de investigación ha demostrado que de hecho es posible hacer un fertilizante utilizando los ingredientes más básicos, escoria. Sin embargo, todavía tienen una serie de preguntas que responder:¿Puede optimizar el proceso para maximizar la cantidad de amoníaco absorbido por el biocarbón? ¿Cómo se comparará este fertilizante "reciclado" con los fertilizantes nitrogenados comerciales existentes para diferentes cultivos y suelos? ¿Puede construir una máquina rentable que realice este proceso automáticamente en un entorno del mundo real?

Lo que comenzó como la búsqueda de una solución a un problema muy 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 ".