Le détournement de l'urine des usines de traitement des eaux usées municipales et le recyclage du liquide riche en nutriments pour fabriquer des engrais pour les cultures entraîneraient de multiples avantages environnementaux lorsqu'ils sont utilisés à l'échelle de la ville, selon une nouvelle étude menée par l'Université du Michigan.

L'étude, publié en ligne le 15 décembre dans la revue Sciences et technologies de l'environnement , modélisé à grande échelle, des systèmes centralisés de dérivation de l'urine et de traitement des engrais (dont aucun n'existe actuellement) et a comparé leurs impacts environnementaux attendus aux méthodes conventionnelles de traitement des eaux usées et de production d'engrais.

Les chercheurs ont découvert que le détournement et le recyclage de l'urine entraînaient des réductions significatives des émissions de gaz à effet de serre, consommation d'énergie, consommation d'eau douce et le potentiel d'alimenter les proliférations d'algues dans les lacs et autres plans d'eau. Les réductions allaient de 26 % à 64 %, selon la catégorie d'impact.

« Le détournement d'urine a toujours eu des impacts environnementaux plus faibles que les systèmes conventionnels, " a déclaré l'auteur principal Stephen Hilton, qui a mené l'étude pour sa thèse de maîtrise à l'École de l'environnement et de la durabilité de l'U-M.

« Nos analyses indiquent clairement que les avantages bien définis (réduction des exigences de gestion des eaux usées et évitement de la production d'engrais synthétiques) dépassent les impacts environnementaux de la collecte d'urine, transformation et transport, suggérant que des efforts supplémentaires pour développer de tels systèmes sont justifiés. »

L'urine contient les nutriments essentiels azote, phosphore et de potassium et a été utilisé comme engrais pour les cultures pendant des milliers d'années. Dans les années récentes, le recyclage de l'urine a été étudié comme moyen de produire des engrais renouvelables tout en réduisant la quantité d'énergie et de produits chimiques nécessaires pour traiter les eaux usées.

Bien qu'il n'existe aucun système de réacheminement et de recyclage de l'urine à l'échelle de la ville, plusieurs projets de démonstration à petite échelle sont en cours, dont un à U-M et un projet du Vermont dirigé par le Rich Earth Institute. Hilton a utilisé les données des deux projets pour modéliser les impacts environnementaux probables du détournement et du recyclage de l'urine à l'échelle de la ville.

Le traitement des eaux usées était un axe majeur de l'étude, et les données des usines de traitement du Michigan, Le Vermont et la Virginie ont été utilisés dans l'analyse. L'usine de Virginie est située dans la région de la baie de Chesapeake et a servi d'exemple de station d'épuration avec des exigences strictes en matière d'élimination de l'azote et du phosphore.

En utilisant une technique appelée évaluation du cycle de vie, qui fournit une évaluation complète des impacts environnementaux multiples, Hilton et ses collègues ont comparé les performances de des installations centralisées de dérivation d'urine et de production d'engrais vers des usines de traitement des eaux usées conventionnelles et la production d'engrais synthétiques à partir de ressources non renouvelables.

Le détournement et le recyclage de l'urine ont été les grands gagnants dans la plupart des catégories et, dans certains cas, ont éliminé le besoin de certains produits chimiques de traitement des eaux usées. A la baisse, une méthode de fabrication d'engrais dérivé de l'urine a conduit à des augmentations constantes de l'acidification.

Quelques évaluations du cycle de vie antérieures ont comparé les impacts environnementaux du recyclage de l'urine aux systèmes conventionnels. Mais la nouvelle étude U-M est la première à inclure une modélisation détaillée des processus de traitement des eaux usées, permettant aux chercheurs de comparer la quantité d'énergie et de produits chimiques utilisés dans chaque méthode.

"Il s'agit de la première analyse approfondie de la performance environnementale et des avantages du recyclage d'urine à grande échelle par rapport au traitement conventionnel des eaux usées et à la production d'engrais, " a déclaré Greg Keoleian, auteur principal de l'article ES&T et directeur du Center for Sustainable Systems de la U-M School for Environment and Sustainability. Il a également présidé le comité de thèse de Hilton.

Environ la moitié de l'approvisionnement alimentaire mondial dépend d'engrais synthétiques produits à partir de ressources non renouvelables. La roche phosphatée est extraite et traitée pour fabriquer des engrais phosphatés. La production d'engrais azotés est un processus énergivore qui utilise du gaz naturel et est responsable de 1,2 % de la consommation mondiale d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre associées.

À la fois, les systèmes d'eau et d'assainissement consomment 2% de l'électricité américaine, l'élimination des nutriments étant l'un des processus les plus énergivores.

Le détournement de l'urine pour récupérer et recycler l'azote et le phosphore a été préconisé comme moyen d'améliorer la durabilité de la gestion de l'eau et de la production alimentaire. Il a le potentiel de réduire la quantité d'énergie et de produits chimiques nécessaires pour traiter les eaux usées tout en diminuant le flux de nutriments qui alimentent les proliférations d'algues nocives dans les lacs.

Cependant, le détournement et le recyclage à grande échelle nécessiteraient des systèmes de collecte et de transport de l'urine, le transformer en engrais, puis expédier le produit final aux clients. Chacune de ces étapes a des impacts environnementaux.

En 2016, Les chercheurs de l'U-M ont reçu une subvention de 3 millions de dollars de la National Science Foundation pour étudier le potentiel de conversion de l'urine humaine en engrais de culture sûr. Le projet est dirigé par Nancy Love et Krista Wiggington du département U-M de génie civil et environnemental et consiste à tester des méthodes avancées de traitement de l'urine et à enquêter sur les attitudes des gens à propos de l'utilisation d'engrais dérivés de l'urine. Love est également co-auteur du nouveau Sciences et technologies de l'environnement papier.

Dans le cadre de l'effort financé par la NSF, des toilettes de démonstration à dérivation d'urine ont été installées sur le campus nord de l'U-M, avec un laboratoire où l'urine est convertie en engrais. Hilton, qui était étudiante en double diplôme à la U-M School for Environment and Sustainability et au Département de génie civil et environnemental, utilisé les données du projet pour aider à modéliser un système à grande échelle qui détourne l'urine pour fabriquer de l'engrais.

"Ces nouvelles découvertes sont encourageantes car elles démontrent les avantages environnementaux potentiels des systèmes de détournement et de recyclage d'urine à grande échelle, suggérant que nous sommes sur la bonne voie et que nous devons continuer à développer ces technologies, " a déclaré le co-auteur de l'étude Glen Daigger, un professeur U-M de génie civil et environnemental et membre du comité de thèse de Hilton.