Pesquisadores da Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida da Universidade Cornell e da Fonte de Luz Canadense (CLS) da Universidade de Saskatchewan provaram que é possível criar fertilizantes ricos em nitrogênio combinando os componentes sólidos e líquidos dos dejetos humanos.

A descoberta, publicado recentemente no jornal Química e Engenharia Sustentáveis , tem o potencial de aumentar os rendimentos agrícolas nos países em desenvolvimento e reduzir a contaminação das águas subterrâneas causada pelo escoamento de nitrogênio.

Os banheiros especiais de separação desenvolvidos por meio do Reinvent the Toilet Challenge ajudaram a resolver problemas de saneamento de longa data nas favelas de Nairóbi, Quênia. Contudo, os métodos usados ​​para descartar os dois produtos não conseguiram capturar um nutriente importante pelo qual os campos locais estavam famintos:nitrogênio.

Os pesquisadores da Cornell, Leilah Krounbi, um ex-Ph.D. aluna, agora no Instituto Weizmann em Israel, e Johannes Lehmann, autor sênior e professor de ciências do solo e culturas, questionou se seria possível fechar o ciclo do fluxo de resíduos reciclando o nitrogênio da urina, que de outra forma estava sendo perdida para o escoamento. Enquanto outros pesquisadores projetaram adsorventes usando ingredientes de alta tecnologia, como nanotubos de carbono ou carvões ativados, Lehmann e sua equipe queriam saber se poderiam fazer isso com materiais decididamente de baixa tecnologia, como fezes humanas. Adsorventes são materiais cujas superfícies podem capturar e reter gases ou líquidos.

"Estávamos interessados ​​em descobrir como extrair nitrogênio dos fluxos de resíduos líquidos, trazê-lo para um material sólido para que tenha uma qualidade de fertilizante e possa ser usado nesta ideia de economia circular, "disse Lehmann.

Os pesquisadores começaram aquecendo o componente sólido dos dejetos humanos a 500 graus Celsius na ausência de oxigênio para produzir um carvão vegetal livre de patógenos chamado biochar. Próximo, eles manipularam a superfície do biochar, preparando-o com CO2, que permitiu absorver amônia, o gás rico em nitrogênio liberado pela urina. O processo químico fez com que a amônia se ligasse ao biochar. Ao repetir o processo, eles poderiam carregar o biochar com camadas extras de nitrogênio. O resultado é um material sólido rico em nitrogênio.

Usar a linha de luz SGM no CLS permitiu que Lehmann e sua equipe vissem como a química do nitrogênio mudava à medida que ele adsorvia a amônia. A linha de luz também forneceu uma indicação de quão disponível o nitrogênio estaria para as plantas se o material resultante fosse usado como fertilizante.

“Para entender quais são as interações entre o nitrogênio, o gás amônia e o carbono, realmente não há outra maneira boa do que usar o NEXAFS (near-edge, Espectroscopia de estrutura fina de absorção de raios-X) que a linha de luz CLS oferece, "disse Lehmann." Foi realmente nosso burro de carga entender que tipo de ligações químicas estão aparecendo entre o gás nitrogênio e nosso adsorvente. "

A equipe de pesquisa demonstrou que é realmente possível fazer um fertilizante usando os ingredientes mais básicos, Dejetos humanos. Contudo, eles ainda têm uma série de perguntas a responder:Você pode otimizar o processo para maximizar a quantidade de amônia absorvida pelo biochar? Como esse fertilizante "reciclado" se compara aos fertilizantes de nitrogênio comerciais existentes para diferentes culturas e solos? Você pode construir uma máquina econômica que execute esse processo automaticamente em um ambiente do mundo real?

O que começou como a busca por uma solução para um problema altamente localizado tem ampla aplicabilidade, disse Lehmann. "Acho que é tão importante para uma estação de tratamento de águas residuais de Saskatchewan, ou uma fazenda de laticínios no interior do estado de Nova York, como é para um residente em Nairobi. É um princípio básico que tem utilidade em qualquer lugar. "