La première bio-brique au monde issue d'urine humaine a été dévoilée par Suzanne Lambert, étudiante à la maîtrise en génie civil de l'Université du Cap (UCT), signalant un changement de paradigme innovant dans la valorisation des déchets.

Les bio-briques sont créées par un processus naturel appelé précipitation microbienne de carbonate. Ce n'est pas différent de la façon dont les coquillages sont formés, a déclaré le superviseur de Lambert, le Dr Dyllon Randall, maître de conférences en ingénierie de la qualité de l'eau.

Dans ce cas, le sable meuble est colonisé par des bactéries qui produisent de l'uréase. Une enzyme, l'uréase décompose l'urée dans l'urine tout en produisant du carbonate de calcium par une réaction chimique complexe. Cela cimente le sable dans n'importe quelle forme, que ce soit une colonne solide, ou maintenant, pour la première fois, une brique de construction rectangulaire.

Au cours des derniers mois, Lambert et l'étudiante en génie civil Vukheta Mukhari ont travaillé d'arrache-pied en laboratoire pour tester diverses formes de briques biologiques et résistances à la traction pour produire un matériau de construction innovant. Mukhari est co-encadré par le professeur Hans Beushausen, également du département de génie civil. Beushausen aide à tester les produits.

Le développement est également une bonne nouvelle pour l'environnement et le réchauffement climatique car les bio-briques sont fabriquées dans des moules à température ambiante. Les briques ordinaires sont cuites au four à des températures d'environ 1 400 °C et produisent de grandes quantités de dioxyde de carbone.

La résistance des bio-briques dépendrait des besoins du client.

« Si un client voulait une brique plus résistante qu'une brique à 40 % de calcaire, vous permettriez aux bactéries de rendre le solide plus fort en le "croissant" plus longtemps, " a déclaré Randall.

"Plus vous laissez les petites bactéries fabriquer le ciment, plus le produit sera fort. Nous pouvons optimiser ce processus."

Travail de fondation

Le concept d'utiliser de l'urée pour faire pousser des briques a été testé aux États-Unis il y a quelques années à l'aide de solutions synthétiques, mais la brique de Lambert utilise pour la première fois de la vraie urine humaine, avec des conséquences importantes pour le recyclage et l'upcycling des déchets. Son travail s'appuie sur les recherches fondamentales de Jules Henze, un étudiant suisse qui a passé quatre mois à travailler avec Randall sur ce concept en 2017.

"C'est ce que j'aime dans la recherche. Vous construisez sur les fondations d'autres travaux, " a déclaré Randall.

Engrais comme sous-produits

En outre, le procédé bio-brique produit comme sous-produits de l'azote et du potassium, qui sont des composants importants des engrais commerciaux.

Chimiquement parlant, l'urine est de l'or liquide, selon Randall. Elle représente moins de 1 % des eaux usées domestiques (en volume) mais contient 80 % de l'azote, 56 pour cent du phosphore et 63 pour cent du potassium de ces eaux usées.

Quelque 97 pour cent du phosphore présent dans l'urine peut être converti en phosphate de calcium, l'ingrédient clé des engrais qui sous-tendent l'agriculture commerciale dans le monde entier. C'est important parce que les réserves naturelles de phosphate du monde s'épuisent.

Zero gaspillage

Les engrais sont produits dans le cadre du processus par étapes utilisé pour produire les bio-briques.

D'abord, l'urine est collectée dans de nouveaux urinoirs producteurs d'engrais et utilisée pour fabriquer un engrais solide. Le liquide restant est ensuite utilisé dans le processus biologique pour faire croître la bio-brique.

"Mais dans ce processus, nous ne recherchons que deux composants :les ions carbonate et le calcium. Ce que nous faisons en dernier, c'est de prendre le produit liquide restant du processus de bio-brique et de fabriquer un deuxième engrais, " il expliqua.

Le schéma global aboutirait effectivement à zéro déchet, avec l'urine complètement convertie en trois produits utiles.

"Personne ne l'a examiné en termes de cycle complet et de potentiel de récupération de plusieurs produits de valeur. La question suivante est de savoir comment le faire de manière optimisée afin que des bénéfices puissent être générés à partir de l'urine."

Il y a aussi la logistique à considérer; collecte et transport des urines vers une ressource de récupération. Randall a discuté de ces opportunités dans un récent article de synthèse sur l'urine. Un autre de ses étudiants à la maîtrise étudie la logistique de transport de la collecte et du traitement des urines avec des résultats très prometteurs.

L'acceptation sociale est une autre considération.

« Pour le moment, nous ne traitons que de la collecte d'urine dans les urinoirs masculins parce que c'est socialement accepté. Mais qu'en est-il de l'autre moitié de la population ?

Dans la perspective du dévoilement de la bio-brique, les deux étudiants ont exprimé leur optimisme quant au potentiel d'innovation dans le domaine de la durabilité.

"Ce projet a été une énorme partie de ma vie depuis un an et demi, et je vois tellement de potentiel pour l'application du processus dans le monde réel. J'ai hâte que le monde soit prêt pour ça, ", a déclaré Lambert.

"Travailler sur ce projet a été une expérience révélatrice. Compte tenu des progrès réalisés dans la recherche ici à l'UCT, créer un matériau de construction vraiment durable est désormais une possibilité, " ajouta Mukhari.

Randall a déclaré que le travail crée des changements de paradigme en ce qui concerne la façon dont la société considère les déchets et le recyclage de ces déchets.

"Dans cet exemple, vous prenez quelque chose qui est considéré comme un déchet et vous en faites plusieurs produits. Vous pouvez utiliser le même processus pour n'importe quel flux de déchets. Il s'agit de repenser les choses, " il a dit.