Des chercheurs du Collège d'agriculture et des sciences de la vie de l'Université Cornell et du Canadian Light Source (CLS) de l'Université de la Saskatchewan ont prouvé qu'il était possible de créer des engrais riches en azote en combinant les composants solides et liquides des déchets humains.

La découverte, publié récemment dans la revue Chimie et ingénierie durables , a le potentiel d'augmenter les rendements agricoles dans les pays en développement et de réduire la contamination des eaux souterraines causée par le ruissellement d'azote.

Les toilettes à séparation spéciales qui ont été développées dans le cadre du Reinvent the Toilet Challenge ont aidé à résoudre des problèmes d'assainissement de longue date dans les bidonvilles de Nairobi, Kenya. Cependant, les méthodes utilisées pour éliminer les deux produits n'ont pas réussi à capturer un élément nutritif clé dont les champs locaux avaient faim :l'azote.

Les chercheurs de Cornell Leilah Krounbi, un ancien Ph.D. étudiant, maintenant à l'Institut Weizmann en Israël, et Johannes Lehmann, auteur principal et professeur de sciences du sol et des cultures, s'est demandé s'il serait possible de boucler la boucle des flux de déchets en recyclant l'azote de l'urine, qui était autrement perdu au ruissellement. Alors que d'autres chercheurs ont conçu des adsorbeurs utilisant des ingrédients de haute technologie tels que des nanotubes de carbone ou des charbons actifs, Lehmann et son équipe voulaient savoir s'ils pouvaient le faire avec des matériaux résolument low-tech comme les excréments humains. Les adsorbeurs sont des matériaux dont les surfaces peuvent capturer et retenir des gaz ou des liquides.

« Nous voulions savoir comment extraire l'azote des flux de déchets liquides, l'amener sur un matériau solide pour qu'il ait une qualité fertilisante et puisse être utilisé dans cette idée d'économie circulaire, " a déclaré Lehmann.

Les chercheurs ont commencé par chauffer le composant solide des déchets humains à 500 degrés Celsius en l'absence d'oxygène pour produire un charbon de bois sans agent pathogène appelé biochar. Prochain, ils ont manipulé la surface du biochar en l'amorçant avec du CO2, qui lui a permis d'absorber l'ammoniac, le gaz riche en azote dégagé par l'urine. Le processus chimique a provoqué la liaison de l'ammoniac au biochar. En répétant le processus, ils pourraient charger le biochar avec des couches supplémentaires d'azote. Le résultat est un matériau solide riche en azote.

L'utilisation de la ligne de lumière SGM au CLS a permis à Lehmann et à son équipe de voir comment la chimie de l'azote changeait au fur et à mesure qu'il adsorbait l'ammoniac. La ligne de lumière a également fourni une indication de la disponibilité de l'azote pour les plantes si le matériau résultant était utilisé comme engrais.

« Afin de comprendre quelles sont les interactions entre l'azote, le gaz ammoniac et le carbone, il n'y a vraiment pas d'autre bon moyen que d'utiliser le NEXAFS (near-edge, spectroscopie d'absorption des rayons X à structure fine) qu'offre la ligne de lumière CLS, " a déclaré Lehmann. " C'était vraiment notre cheval de bataille pour comprendre quel type de liaisons chimiques apparaissent entre l'azote gazeux et notre adsorbeur. "

L'équipe de recherche a démontré qu'il est en effet possible de fabriquer un engrais en utilisant les ingrédients les plus basiques, déchets humains. Cependant, ils ont encore un certain nombre de questions à répondre :Pouvez-vous optimiser le processus pour maximiser la quantité d'ammoniac absorbée par le biochar ? Comment cet engrais « recyclé » se comparera-t-il aux engrais azotés commerciaux existants pour différentes cultures et sols ? Pouvez-vous construire une machine rentable qui exécute ce processus automatiquement dans un environnement réel ?

Ce qui a commencé comme la recherche d'une solution à un problème très localisé est largement applicable, dit Lehmann. « Je pense que c'est aussi important pour une usine de traitement des eaux usées de la Saskatchewan, ou une ferme laitière dans le nord de l'État de New York, comme c'est le cas pour un résident de Nairobi. C'est un principe de base qui a une utilité partout."