Un equipo de investigación de la Universidad de Stanford ha desarrollado un prototipo que utiliza energía solar para extraer nutrientes de la orina humana con el fin de crear un fertilizante sostenible.
Presentaron el sistema en “Prototyping and modelling a photovoltaic–thermal electrochemical stripping system for distributed urine nitrogen recovery” (Prototipado y modelado de un sistema de extracción electroquímica fotovoltaica-térmica para la recuperación distribuida de nitrógeno en la orina), disponible en la revista científica Nature Water.
El prototipo utiliza energía solar a través de un sistema fotovoltaico-térmico de despojo electroquímico para capturar nitrógeno, un componente clave de los fertilizantes comerciales, a partir de los desechos líquidos humanos. El nitrógeno presente en la orina humana a nivel mundial equivale aproximadamente al 14% de la demanda anual de fertilizantes.
Los investigadores señalaron en un comunicado que el sistema separa el amoníaco, un compuesto químico formado por nitrógeno e hidrógeno, de la orina. Esto se realiza mediante una serie de cámaras separadas por membranas que utilizan electricidad solar para impulsar los iones y atrapar el amoníaco como sulfato de amonio, un fertilizante común.
El equipo recolectó el calor residual de la parte trasera de los paneles solares a través de una placa fría de tubo de cobre adjunta para calentar el líquido utilizado en el proceso electroquímico. Descubrieron que esto ayudaba a acelerar el calentamiento y favorecía la producción de gas de amoníaco, el paso final en el proceso de separación.
El uso de calor residual de los paneles solares permitió incrementar su generación de energía en casi un 60% al mismo tiempo que mejoró la eficiencia de recuperación de amoníaco en más de un 20%, en comparación con prototipos anteriores.
Orisa Coombs, autora principal del estudio, explicó que a pesar de que cada persona produce suficiente nitrógeno en su orina para fertilizar un huerto, gran parte del mundo depende de fertilizantes caros e importados. “No necesitas una planta química gigante ni siquiera un enchufe en la pared”, añadió Coombs. “Con suficiente sol, puedes producir fertilizante justo donde se necesita e incluso almacenar o vender la electricidad excedente”.
La investigación también incluye un modelo diseñado para comprender cómo los cambios en la luz solar, la temperatura y la configuración eléctrica afectarían al rendimiento del sistema.
El modelo mostró que en regiones como Uganda el sistema prototipo podría generar hasta 4,13 dólares/kg de nitrógeno recuperado, más del doble de los potenciales ingresos en Estados Unidos. Esto llevó a los investigadores a concluir que su sistema es una alternativa viable y rentable a los fertilizantes tradicionales, especialmente en áreas donde el acceso a insumos agrícolas es limitado y donde los fertilizantes siguen siendo costosos.
La Universidad de Stanford señaló que eliminar el nitrógeno de la orina hace que el líquido restante sea más seguro para su descarga o reutilización en riego, lo que describió como un “cambio radical en muchos países donde solo un pequeño porcentaje de la población está conectado a sistemas centralizados de alcantarillado”.
“A menudo pensamos en el agua, los alimentos y la energía como sistemas completamente separados, pero este es uno de esos raros casos en los que la innovación en ingeniería puede ayudar a resolver múltiples problemas a la vez”, dijo Coombs. “Es limpio, es escalable y está literalmente impulsado por el sol”.
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