Het is mogelijk.! Veilig menselijke urine gebruiken, schoon water krijgen en tegelijk voedsel verbouwen, alles in één stap! Waarom? Omdat de dagelijkse hoeveelheid urine per persoon per dag  goed is voor bijna 3 kg sla.

Over de hele wereld zien we dat waterschaarste en watervervuiling steeds meer ernstige gezondheid- en milieu-uitdagingen veroorzaken. Een belangrijke reden is dat een goede infrastructuur vaak afwezig is om het afvalwater verantwoord te lozen.  Te weinig wordt er nog circulaire gedacht over water. De toekomstige afvalwater infrastructuur moet daarom meer als een gecombineerde recyclingfabriek & afvalwaterzuiveringsinstallaties gezien worden, en afhankelijk van lokale behoeften en beperkingen. Sommige regio’s worden geconfronteerd met waterstress en grondwateruitputting vanwege de klimaatveranderingen, bevolkingsgroei, en het frequent voorkomen van droogte (laag regenval). Een eerste stap zou al kunnen zijn dat we het huishoudelijk afvalwater in een speciaal systeem verzamelen en toiletafval apart. Grijs water is afkomstig uit de keuken en wastafels, douche en was, terwijl zwart water bestaat uit urine, fecaal materiaal, toiletpapier en spoelwater uit het toilet.  Het is jammer dat deze innovatie in de woningbouw nog steeds niet wordt opgepakt. Het staat zelfs niet op het netvlies van de overheid en milieuclubs. En toch zou deze andere kijk op ons watergebruik economische en duurzame winst opleveren.

Urine gebruik eeuwen oud

Het gebruik van urine als plantenbemesting in grondloze systemen, is  momenteel te vinden onder de namen peeponics, bioponics en sinds kort ook  Anthroponics. De laatste is recent gepresenteerd op de Dutch design week in Eindhoven (2108), en laat zien dat het mogelijk is om op deze manier een hernieuwbaar, grondloos teeltsysteem te hebben dat natuurlijke bacteriële cycli gebruikt om urine om te zetten in plantenmest. Het is niet alleen een systeem, maar Anthroponix is ook een transdisciplinary research- and design collaboration uit Eindhoven. (https://anthroponix.org/) Het systeem is een combinatie van aquaponic landbouw, organische hydrocultuur en afvalwaterbehandeling. De meeste hydroponics systemen gebruiken op mineralen gebaseerde voedingsoplossingen van fossiele brandstoffen. Anthroponix gebruikt in plaats daarvan bacteriën om organisch materiaal uit menselijke urine af te breken in een gemineraliseerde vorm die de wortelharen (rhizoïden) van planten kunnen opnemen.  Voor planten met een hoge vraag naar voedingsstoffen worden sporen van pure houtas en kelpmeel toegevoegd om kalium en magnesium aan te vullen. De stikstof in de urine in de vorm van ureum, creatine en ammoniak en indien gemengd met koolstofrijke materialen zorgen ervoor dat de aerobe bacteriën de nitraten maken die door de planten kunnen worden opgenomen. Een project wat ook op de Design week stond en verder gaat dan urine, namelijk alle menselijke afvalstoffen gebruikt. Duidelijk is dat urine  zeer effectief is en weer in de belangstelling staat.  Weer, omdat het concept al langer bestaat. Het is al bekend dat tomaten geteeld op  hydrocultuur met urine nog lekkerder smaken dan zonder. Ook een groot project  in Nepal laat zien dat het mogelijk is om  tomatenplanten te telen volledig  op basis van menselijke urinemeststoffen.

De logica is ongecompliceerd. Urine bevat namelijk een hoog percentage ammoniak plus fosfor en sporenelementen. Met slechts een kleine biofiltratie wordt urine omgezet in een meer plantaardig beschikbaar nitraat met NPK-waarden die wedijveren met andere meststoffen.  De relatieve verhoudingen zijn typisch ongeveer 11 delen stikstof tot 1 deel fosfor tot 2,5 delen kalium.  Studies uitgevoerd in Zweden (Sundberg, 1995; Drangert, 1997) tonen aan dat de urine van een volwassene voldoende voedingsstoffen bevat om 50-100% van de gewassen te bemesten die nodig zijn om een volwassene te voeden.  Ons voedsel bestaat uit voedingsstoffen met een hoog proteïnegehalte en verschillende vormen van stikstof, fosfor en kalium. Terwijl de vaste ontlasting een deel van deze NPK bevat, komt de meeste in de urine terecht. Het menselijk lichaam gebruikt uiteindelijk maar slechts 15% van de voedingsinname, wat betekent dat tot 85% van de voedingsstoffen worden ‘ontsmet’  en gebruikt kan worden. In principe is 95% van de 0.8-1.5L urine die elke persoon per dag produceert water. De laatste 5% bestaat bestaat uit zowel de macronutriënten die alle tuinders kennen – stikstof (n), fosfor (p) en kalium ( K) – evenals enkele sporen van micronutriënten. Hoewel de werkelijke inhoud enigszins zal variëren omdat het afhankelijk is van iemands dieet. De gemiddelde persoon produceert voldoende urine per jaar om 300 – 400 m2 grond te beslaan tot een niveau van 50 – 100 kg / ha stikstof. Langzaam aan begint dit ook gebruikt te worden binnen de permacultuur. Hoewel historisch gezien urine al vaker gebruikt werd als gier voor het land. En toen opgeslagen werd in de beerput. In diverse landen is al een markt die urine verkoopt aan boeren (zie afb.2) Vroeger werd  in China de mest verzameld in terracotta kruiken van 250 tot 500 liter, die afgesloten werden vervoerd. Er werd jaarlijks meer dan 182.000.000 ton menselijke mest ingezameld in dorpen en steden, waardoor 1.160.000 ton stikstof, 376.000 ton kalium en 150.000 ton fosfaat in de vorm van compost aan de landbouwgronden werd teruggegeven. Heel verse menselijke urine is steriel en vrij van bacteriën. Het zou zo kunnen worden gedronken. Ik zou er wel voorzichtig mee zijn, vanwege mogelijke bacteriën, ziektekiemen etc. In sommige landen wordt het daarom dan ook opgeslagen. Zes maanden opslag in een tank is afdoende.  Urine ouder dan 24 uur kan op de composthoop. Verse urine (d.w.z. jonger dan 24 uur) moet worden verdund. Er zijn verschillende opvattingen over de mate waarin het verdund moet worden: de een zegt 1 deel urine op 4 delen water, en de ander  1 op 10-15 delen water voor jonge planten.

Enkele van de jaarlijkse waarden van de voedingsstoffen zijn:

  • 3,5 kg stikstof
  • 0,5 kg fosfor
  • 1,0 kg kalium
  • 0,5 kg zwavel
  • 40 g magnesium
  • 100 g calcium

Volgens  Ir.Wouter de Heij uit het artikel “Ons eigen poep en pies kan onze wereld redden” de volgende citaat:

“Als we de ‘productie’ van alle Nederlanders (16,6 miljoen inwoners) en Belgen (10,4 miljoen inwoners) optellen, en de cijfers van King voor het westen als uitgangspunt nemen, komt dat per jaar neer op 135.000 ton stikstof, 54.000 ton kalium en 40.500 ton fosfaat. Dat is wellicht een flinke onderschatting, gezien het sindsdien flink veranderde eetpatroon. De prijzen voor deze stoffen fluctueren sterk (al naargelang de olie- en gasprijs), maar zelfs als we de lage prijzen uit begin 2007 nemen (280 dollar per ton stikstof, 260 dollar per ton fosfaat en 170 dollar per ton kalium) komt dat overeen met een totaalbedrag van 57,5 miljoen dollar of 41 miljoen euro dat we jaarlijks letterlijk door de WC spoelen. Anderhalve euro per persoon per dag. Begin 2008 stonden de prijzen voor kunstmest vier tot vijf keer hoger en met de uitputting van fossiele brandstoffen kan de waarde van deze grondstoffen alleen maar stijgen”.

Gezien de enorme hoeveelheid urine die dagelijks door 7 miljard mensen wordt uitgescheiden, is het een wonder dat deze bron van urinemeststof niet op grotere schaal is gekapitaliseerd. In plaats van het importeren van voedingsstoffen voor tuinieren en het exporteren van voedingsstoffen via het toilet, kunnen we deze lus helpen sluiten door onze urine in de lokale voedselcyclus te houden. Het kan met name gunstig zijn voor bemesting in stedelijke omgevingen waar andere lokale vormen van vruchtbaarheid schaars kunnen zijn vanwege een gebrek aan groene ruimten. Een goed voorbeeld is natuurlijk het waterzuiveringsbedrijf uit Amsterdam dat fosfor uit de urine haalt en hier specifiek struviet van maakt.  Dit is een fosforverbinding die kan worden gedroogd, opgeslagen en op de bodem kan worden aangebracht als een zelfvoorzienend, duurzame methode om fosfor te betrekken. Struviet  ((NH4) Mg PO4 . 6H2O) is een mineraal samengesteld uit ammonium, fosfaat en magnesium en uitstekend te gebruiken als meststof. Noodzakelijk omdat wereldwijd een fosforschaarste dreigt en de vraag van grote hydroponicsbedrijven enorm toeneemt. Dat is ook een van de redenen dat de huidige hydroponicsteelt absoluut niet duurzaam is. Het veroorzaakt een milieuprobleem namelijk de fysieke uitputting van de mondiale fosfaatreserves. Dit speelt op een veel langere termijn dan de eutrofiëring. De fosfaten zelf verdwijnen niet, maar raken zodanig verspreid en verdund dat ze in geconcentreerde en voor allerlei toepassingen bruikbare vorm wel uitgeput raken. Als ze eenmaal in de oceaan belanden, zijn de concentraties te gering om ze te winnen. Daarnaast wordt deze schaarste  nog versterkt door de geografisch ongelijke spreiding van fosfaaterts. Marokko levert met zijn 74 % het meeste fosfor. Het gevaar door een politieke of economische verandering heeft vergaande consequenties voor de land- en tuinbouw in de wereld. Het vinden van een simpel alternatief als urine kan een stap zijn naar een meer duurzame en onafhankelijk locale productie van fosfor.

Onderzoek

De eerste studie evalueert het gebruik van menselijke urine en houtas als meststoffen voor de tomatenteelt in een kas. Tomaten werden gekweekt in potten en behandeld met 135 kg N / ha toegepast als minerale meststof, urine + as, alleen urine en een controle groep (geen bevruchting). De met urine bevruchte planten produceerden gelijke hoeveelheden tomaten als de mineraal bemeste planten en 4,2 maal meer fruit dan niet-gefertiliseerde planten. De niveaus van lycopeen waren vergelijkbaar in tomaten van alle bemestingsbehandelingen, maar de hoeveelheid oplosbare suikers was lager en Cl- was hoger in urine + as bevruchte tomatenvruchten. Het gehalte aan β-caroteen was groter en het NO3-gehalte was lager bij tomaten bemest met urine. Er werden geen enterische indicator-micro-organismen gedetecteerd in de tomaten. De resultaten suggereren dat urine met houtas kan worden gebruikt als vervanging voor minerale meststoffen om de opbrengst van tomaten te verhogen zonder enige microbiële of chemische risico’s te veroorzaken.

foto P. Feiereisen.

Niet alleen as maar ook rijst

Het onderzoek om van urine kunstmest te maken, omdat het rijk is aan voedingsstoffen is ook in het onderzoek van Hashemi S1, Han M1. uit 2017 de moeite waard om te lezen. Hij geeft aan dat we de urine niet rechtstreeks naar een waterzuiveringsinstallaties moeten leiden, maar het eerst door toevoeging van vaste additieven zoals gedroogde rijst in poedervorm het proces te helpen bij het oogsten van de voedingsstoffen uit de urine. In deze studie werden de procedure en efficiëntie van het gebruik van rijstepoeder voor het oogsten van voedingsstoffen onderzocht door de reducties in ammoniak-, fosfaat-, magnesium- en calciumionen te volgen en de geoogste voedingsstoffen te identificeren met behulp van kristallografische methoden. De resultaten tonen aan dat de ammoniak-, fosfaat- en magnesiumionen vergelijkbare reductietrends lieten zien. Het reductieproces werd echter beperkt door de beschikbaarheid van magnesium en fosfaat, waardoor de efficiëntie van het oogsten van voedingsstoffen werd verminderd. De voedingsstoffen die met het rijstpoeder werden geoogst, werden geïdentificeerd als voornamelijk struviet. Het was daarom raadzaam de fosfaat- en magnesiumionen in evenwicht te brengen met ammoniak om de efficiëntie van het oogsten van voedingsstoffen te verbeteren.

Een ander onderzoek heeft aangetoond dat fosforherstel uit de gehydrolyseerde urine kon worden bereikt door geïnduceerde struvietprecipitatie met behulp van zeewater als magnesiumbron, terwijl stikstofoogst werd bereikt door luchtstripping en daaropvolgende zuuradsorptie (Liu et al., 2013Liu et al., 2014). Nadien werd hydroponisch systeem toegepast om de urine-afvoerstroom verder te polijsten om aan de lozingsnormen te voldoen (Yang et al., 2015).

Nederland

Al in 2016 waren de Bio-ontwerpers Sarah Daher en Markus Wernli, social designonderzoeker, bezig met het initiëren van het project Harboring Organisms, Sharing Tensions (H.O.S.T). Dit onderzoek richtte zich op het zuiveren van urine tot een voedingsstof voor planten. Tijdens het onderzoek worden proefpersonen aangemoedigd en in staat gesteld om hun urine, middels fermentatietechnieken, te zuiveren tot voedingsstoffen voor het laten groeien van planten. Hiermee beogen de ontwerpers onder andere om taboes over menselijke afvalstoffen bespreekbaar te maken. Een deel van het onderzoek wordt gedaan tijdens een residency bij Utopiana in Zwitserland. Daarnaast worden er verschillende demo’s met proefpersonen georganiseerd in onder andere het Korea Research Institute of Chemical Technology. De initiatiefnemers werken samen met microbiologen uit Hong Kong en van de TU Delft, biologen en andere deskundigen op zowel wetenschappelijk als ontwerpniveau. H.O.S.T resulteerde in een zogenoemde ‘Anthroponics Plant Cultivating Kit’, een DIY-pakket zodat mensen thuis hun urine kunnen zuiveren en planten kunnen groeien, een rondreizend ‘H.O.S.T Demo Lab’ gericht op activatie workshops in Nederland en een antropologische film over het project waarmee de kennis wereldwijd kan worden ontsloten. Het vervolg op dit initiatief is Anthroponic.  (https://anthroponix.org/)

Het “Swedish International Development Cooperation Agency” (Sida) heeft in 2014 landbouwproeven in India gedaan om  de voordelen van het oogsten van urine voor een duurzamere landbouw te laten testen. De pilootproject in het district Nalanda, in de staat Bihar, richtte zich met name op het overwinnen van de vooroordelen over urine, om de potentiële economische voordelen van ecologische sanitatie (ecosan) voor lokale boeren te realiseren. Het introduceerde urine afslagfaciliteiten en probeerde menselijke urine te introduceren als een waardevolle landbouw middel: een effectief, veilig en gratis alternatief voor commercieel chemische meststoffen en dus een impuls voor een betere levensonderhoud. Deze aanpak leidde tot de invoering van urine-oogsten in de omgeving van de gemeenschappen, en hebben mogelijk de weg geëffend voor de introductie van meer uitgebreide duurzame sanitaire voorzieningen. To learn more about the SEI-WASHi collaboration visit http://www.sei-international.org/projects?prid=2070. Je kunt het ook downloaden https://www.sei.org/mediamanager/documents/Publications/sei-fs-2014-biharecosan-bind.pdf.

Ook de RUAF foundation, een wereldwijd partnerschap voor duurzame stedelijke landbouw- en voedselsystemen uit Leusden heeft onderzoek gedaan naar “Introducing Urine as an Alternative Fertiliser Source: Case studies from Nigeria and Ghana”. Met het zelfde doel om menselijke urine op de juiste manier te verzamelen en te gebruiken voor de landbouw. Bovendien draagt het bij tot een beter milieu, sanitaire voorzieningen in steden en verlaagt de kosten van plantaardige productie. De innovatie ligt in de integratie van landbouw, milieu en sanitaire voorzieningen. https://www.ruaf.org / introducing-urine-alternative-fertiliser-source-case-studies-nigeria-and-ghana

Nadelen

Er zijn natuurlijk een aantal voorwaarden die je moet stellen anders komen er problemen. Zo moet je met betrekking tot het gebruik van urine als voedingsbron in een hydrocultuursysteem strikte voorwaarden stellen aan wat de mensen eten. De afgifte van persistente organische verontreinigende stoffen, medicijnen en sporen metalen in menselijke urine zijn niet wenselijk. Hoewel urine zelf niet erg gevaarlijk is, moeten er enkele voorzorgsmaatregelen worden genomen om de veiligheid te waarborgen. De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) heeft een barrièresysteem ontwikkeld om de verspreiding van ziektes te voorkomen. Het barrièresysteem is vrij eenvoudig en vereist geen speciale vaardigheden of hulpmiddelen. De eerste barrière in het WHO-proces is de bronscheiding. Dit gebeurt op het niveau van het huishouden waar urine en feces worden gescheiden door een toilet dat de urine omleidt. Hierna wordt de urine verzameld en opgeslagen. Iedereen die betrokken is bij het omgaan met de urine moet rubberen schoenen en handschoenen dragen. De derde barrière is de applicatietechniek: de urine direct in de grond aanbrengen, zodat deze niet op de bovengrondse delen van de plant terechtkomt. Ten vierde is selectieve toepassing. Het gebruik van urine op het land is natuurlijk anders dan op basis van hydroponics.

Een ander veiligheidsrisico is hoe urine wordt opgeslagen. Gebruik alleen verzegelde containers, anders riskeer je muggenlarve. Hoewel de urine vrij steriel is wanneer deze vers is, zijn er enkele organismen die erin leven. Deze vallen meestal uiteen als ze op de grond worden aangebracht, maar het opslagproces zorgt ervoor dat deze organismen allemaal dood zijn. Een dergelijk organisme dat in de urine kan leven is Salmonella typhi / paratyphi, hoewel het van korte duur is – waarvoor slechts 1 week opslag nodig is om hun aantal duizend keer te verminderen.

Conclusie

Een wereld met schoon water en vruchtbare grond, bereikt door de voedingsstoffen uit ons lichaam terug te winnen als elementen in onze levenscyclus. Duidelijk is dat urine binnen de landbouw wereldwijd al bewezen is als een waardevolle vorm van bemesting. Het idee en de wil om dit te gebruiken zal nog jaren duren. Toch heb ik hoop dat initiatieven zoals de urine-omleidende spoeltoiletten met een speciale opvangbak voor urine aan de voorkant van de toiletpot, van de The Rich Earth Institute’s  en het initiatief van Anthroponix om urine beschikbaar te maken voor hydroponics, uiteindelijk mensen laten zien dat urine weg gegooid geld is. Een test om het grootschalig te gaan gebruik binnen de hydroponics zou een doorbraak kunnen zijn.

Bron:

  1. Fosfaatschaarste bedreigt wereldvoedselvoorziening 1 oktober 2016. Auteurs: Henk Donkers en Bert van Vijfeijken
  2. Philipp Kuntke Nutrient and energy recovery from urine, 168 pages. PhD thesis, Wageningen University, Wageningen, NL (2013) ISBN 978-94-6173-528-7
  3. Environ Technol. 2018 May;39(9):1096-1101. doi: 10.1080/09593330.2017.1321690. Epub 2017 May Harvesting nutrients from source-separated urine using powdered rice straw. Hashemi S1, Han M1.
  4. Sánchez, Henrique (2016). Wood ash as a nutrient supplement for Cucumis Sativus in an anthroponics system. Hemmaodlat, Malmö, Sweden.
  5. http://wdeheij.blogspot.com/