Satelliittikuvassa valtavat vihreät läiskät ympäröivät Gotlannin saarta Itämeressä.
Vaikka vihreät lonkerot näyttävät hienoilta kuvissa, ne ovat itse asiassa erittäin huono merkki, sillä ne ovat sinilevää, joka vie vedestä hapen ja tuhoaa merieläinten elinympäristön.
Hapettomia merialueita kutsutaan kuolleiksi vyöhykkeiksi, ja Itämeri on maailman suurin kuollut vyöhyke – mutta ei suinkaan ainoa. Maailman meristä on löydetty 415 kuollutta vyöhykettä, mikä on merkittävästi suurempi luku kuin 10 vyöhykettä vuonna 1960 tai 169 vuonna 2007.
Sinilevien kasvu on räjähtänyt, koska vedessä on runsaasti aiempaa enemmän ravinteita, kuten typpeä ja fosforia. Eräs syypää merten ravinnekuormaan on ihmisen virtsa.
Pysäyttääkseen hälyttävän kehityskulun tutkijaryhmä Ruotsin maatalousyliopistosta (SLU) aikoo kerätä 70 000 litraa virtsaa Gotlannin rannikolta, jolloin virtsaa voidaan hyödyntää lannoitteena sen sijaan, että se päätyy mereen.
Typpipitoista ureaa sisältävän jäteveden päästöt ovat saaneet sinilevät runsastumaan Gotlannin rannikolla.
Näin saadaan lyötyä kaksi kärpästä yhdellä iskulla, ja tutkijat toivovatkin, että hankkeesta tulee lähtölaukaus maailmanlaajuiselle virtsavallankumoukselle, joka hyödyttää sekä ympäristöä että ruoan tuotantoa.
Virtsa tukahduttaa luontoa
Urea eli virtsa on elimistön nestemäistä kuona-ainetta. Kun munuaiset puhdistavat verestä kuona-aineet, kuten nitriitin ja ammoniakin, ne päätyvät virtsarakkoon, josta ne lasketaan virtsan mukana ulos elimistöstä.
Ammoniakkia syntyy, kun elimistö hajottaa proteiinia. Estääkseen ammoniakin haitallisen kertymisen elimistöön maksan entsyymit hajottavat ammoniakin ureaksi eli virtsa-aineeksi.
Urea on vesiliukoista, ja se on helppo johtaa elimistöstä pois elimistöstä vahingoittamatta. Ihminen, joka virtsaa noin kuudesta seitsemään kertaan päivässä erittää vuodessa noin 550 litraa ureaa. Suurin osa virtsasta huuhtoutuu vessanpönttöön ja päätyy jäteveteen.
Maailmassa tuotetaan vuosittain noin 380 biljoonaa eli 380 tuhatta miljardia litraa jätevettä – mikä on viisi kertaa enemmän kuin Niagaran putousten läpi virtaavan veden määrä.
6–7 kertaa päivässä virtsaava ihminen tuottaa 550 litraa ureaa vuodessa.
Jäteveden määrä on kovassa kasvussa, ja määrän odotetaan kasvavan 470 biljoonaan litraan vuonna 2030 ja 574 biljoonaan litraan vuonna 2050.
Vuotuinen jätevesimäärä sisältää 16,6 miljoonaa tonnia typpeä, 6,3 miljoonaa tonnia kaliumia ja 3 miljoonaa tonnia fosforia. Vaikka vain yksi prosentti jätevedestä on virtsaa, se vastaa silti 80 prosentista jäteveden typestä ja 50 prosentista fosforista.
Suurilla ravinnekuormilla on tuhoisa vaikutus ekosysteemiin.
Jätevedet päätyvät useimmiten järviin, jokiin ja merten rannikoille, missä typpi ja fosfori saavat sinilevien määrän lisääntymään räjähdysmäisesti. Kun sinilevät kuolevat ja vajoavat pohjaan, niiden hajoaminen vie vedestä hapen, mikä taas saa aikaan kuolleita vyöhykkeitä, joilla vesieläimet ja -kasvit eivät pysty enää elämään.
Urea on arvokas aine
Vaikka typpi ja fosfori vahingoittavat luontoa, maatalous tarvitsee suuria määriä nimenomaan näitä kahta ainetta.
Maan pintakerroksen koostumus on maanviljelyn kannalta ratkaisevan tärkeä. Suurin osa viljelijöistä käyttää valtavia määriä kemiallisia lannoitteita saadakseen mailtaan parhaan mahdollisen sadon.
Maailmanlaajuisesti maanviljelyyn käytetään vuosittain 115 miljoonaa tonnia typpeä ja 25 miljoonaa tonnia fosforia. Valtavilla lannoitemäärillä on jätevesien tavoin vakavia negatiivisia vaikutuksia ympäristölle.
Viljelykasvit hyödyntävät nimittäin typestä vain 35 prosenttia, ja loppu päätyy saastuttamaan pohjavettä, järviä ja jokia.
Jos taas urea kerättäisiin talteen ja sen sisältämät ravinteet käytettäisiin uudelleen, virtsalla voitaisiin kattaa jopa 15 prosenttia maatalouden typen kulutuksesta.
Virtsaa voidaan kerätä kolmella tavalla
1. Maaseudulla virtsa varastoidaan tankkeihin
Köyhillä maaseutualueilla virtsa voitaisiin varastoida siihen asti, että se levitetään pelloille. Varastointi estää urean sisältämän typen haihtumisen ilmaan ammoniakkina ja estää samalla tauteja aiheuttavien mikro-organismien pääsyn luontoon.
2. Koti-wc kuivaa virtsan
Vauraammilla alueilla virtsaa kerääviin wc-pyttyihin voitaisiin yhdistää kuivausjärjestelmä, joka erottelee virtsan hyödylliset aineet, minkä jälkeen ne on helppo kerätä ja käyttää lannoitteena tai teollisuudessa.
3. Kerrostalojen virtsa kerätään kellarissa
Uusissa tai peruskorjatuissa kerrostaloissa virtsa voitaisiin kuljettaa wc-istuimista erillisiä putkia pitkin kellariin, jossa virtsa voidaan joko varastoida sellaisenaan tai käsitellä.
Ruotsin maatalousyliopiston SLU:n tutkijat aikovat kerätä 70 000 litraa virtsaa Gotlannin turistikauden aikana, jolloin virtsapäästöt Itämereen ovat erityisen suuret.
Virtsan keruu tehdään yhteistyössä paikallisen yrityksen kanssa, joka yleensä vuokraa siirrettäviä vessoja esimerkiksi festivaaleille. Yhteistyö on johtanut täysin uudenlaisen, virtsa-ansaksi kutsutun vessan kehittämiseen.
Virtsa eristetään
Perinteisissä wc-istuimissa kaikki sekoittuu yhteen, kun vessa vedetään. Jos virtsa pääsee sekoittumaan muuhun jäteveteen, joka sisältää ulosteen lisäksi esimerkiksi puhdistusaineita ja teollisuuden päästöjä, virtsan erottelu on lähes mahdotonta.
Siksi wc-istuinten ja pisuaarien olisikin eroteltava virtsa muusta aineesta ja ohjattava se erilliseen säiliöön.
Perinteiset virtsan ja ulosteen erottelevat wc-istuimet toimivat niin, että virtsa ohjataan istuimen etuosan ja uloste taka-osan säiliöön. Nämä istuimet vaativat kuitenkin käyttäjältään tähtäyskykyä.
Joissakin wc-istuimissa on tunnistimia tai polkimia, jotka avaavat luukun, josta virtsa johdetaan erilliseen säiliöön.
Ruotsalaistutkijat ovat kehittäneet virtsa-ansan, joka erottelee virtsan muista aineista ja lisäksi kuivattaa sen, jolloin virtsan arvokkaat aineet ovat valmiita käyttöön.
Virtsa-ansa hyödyntää fysiikan lakeja ja vangitsee virtsan erilliseen säiliöön niin kutsutun teepannuilmiön avulla.
Kun nestettä kaadetaan hitaasti vaikkapa teepannusta, se ei irtoa kannun seinistä vaan valuu pannun pintaa pitkin. Samalla tavoin virtsa-ansan pinnan muoto varmistaa, että virtsa ohjautuu erilliseen säiliöön, kun taas kovemmalla paineella tuleva huuhteluvesi ohjautuu eri paikkaan.
Ruotsalaistutkijat suunnittelevat, että säiliön virtsa voitaisiin johtaa edelleen virtsan keskuskeräämön suuriin tankkeihin, joissa sitä säilytettäisiin jatkokäsittelyyn saakka.
Virtsan oltava kuivaa
Virtsasta 95 prosenttia on vettä, ja 10 000 neliömetrin lannoittaminen vaatii noin 15 000 kiloa tuoretta ureaa.
Näin suurten määrien käsittely on sekä vaikeaa että kallista, joten siksi urea on ensin kuivattava ja puristettava pieniksi pelleteiksi. Näin viljelijä saa maansa lannoitettua vain 400 kilolla pellettejä, vaikka ravinteita päätyy maahan aivan yhtä paljon.
Talteen kerätty virtsa voidaan kuivata ja puristaa pelleteiksi, joita voidaan käyttää peltojen lannoittamiseen kemiallisten lannoitteiden sijaan.
Virtsan tehokkaassa kuivaamisessa on kuitenkin omat haasteensa, joista suurin on se, että suurin osa virtsan typestä on sitoutunut virtsa-aineeseen eli ureaan. Aine itsessään on vakaata, mutta virtsan mikro-organismit tuottavat ureaasi-nimistä entsyymiä, joka hajottaa ureaa muun muassa ammoniakiksi.
Ammoniakki haihtuu helposti joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa, mikä on syy siihen, että vanha virtsa haisee pahalle. Kun ammoniakki haihtuu, virtsasta poistuu typpeä, mikä taas vähentää virtsan hyödyllisyyttä lannoitteena.
Typen vähenemistä välttääkseen tutkijat ovat kehittäneet tekniikan, jolla urean emäksisyyttä lisätään, mikä nostaa virtsan pH-arvoa ja estää virtsan hajoamista.
Kemialliset lannoitteet ovat hiilipäästöjen lähde
Kemiallisten lannoitteiden korvaaminen urealannoitteilla vähentää typpi- ja fosforipäästöjä, mutta se ei ole ainoa hyöty.
Kemiallisten lannoitteiden valmistusprosessissa ilman typpi muuttuu ammoniakiksi suuria määriä energiaa vaativassa prosessissa, ja lannoitetuotannon energiantarve vastaakin 2-3 prosenttia maailman kaikesta energiantarpeesta. Myös tuotannon hiilidioksipäästöt ovat mittavat.
Vuonna 2021 tehdyssä tutkimuksessa tutkijat vertasivat perinteistä jäteveden keruuta ja käsittelyä järjestelmiin, joissa virtsa kerätään talteen ja sen ravinteet kierrätetään korvaamaan kemiallisia lannoitteita.
3 käyttökohdetta virtsalle
1. Sato kasvaa virtsan avulla
Virtsaa voidaan hyödyntää lannoitteena, sillä se sisältää typpeä, fosforia ja kaliumia, jotka ovat yleisimpiä kemiallisia lannoitteita. Satoja on jo kasvatettu ihmisvirtsan avulla – esimerkiksi oluen tuotantoon tarkoitettuja ohrakasveja on lannoitettu virtsalla.
2. Virtsaa hedelmällisyyshoitoihin
Ihmisen virtsasta on eristetty hedelmällisyyshormoni HP-hMG:tä. Kyseinen hormoni stimuloi munarakkuloita naisen munasarjoissa ja edistää ovulaatiota. Tutkijat ovat myös tuottaneet uusia neuroneita ja hampaita virtsasta eristettyjen kantasolujen avulla.
3. Sähköä virtsasta
Mikrobiologisissa polttokennoissa bakteerit muuntavat virtsan orgaaniset aineet sähköksi. Nykyään virtsalla toimivat polttokennot voivat tuottaa sähköä kaksi wattia kuutiometriä kohden, mikä riittää puhelimen lataamiseen.
Tutkijoiden laskelmien mukaan virtsan kierrätys voi pienentää jäteveden käsittelyn kasvihuonekaasupäästöjä 29–47 prosenttia, vähentää jäteveden käsittelyyn kuluvan energian käyttöä 41 prosentilla ja puolittaa vedenkulutuksen. Lisäksi jäteveden aiheuttamat muut saasteet vähenisivät jopa 64 prosenttia.
Virtsaa voidaan hyödyntää lannoitteiden lisäksi monin muinkin tavoin.
Hedelmällisyysongelmista kärsivät naiset voivat saada apua hormonivalmisteesta, joka on kehitetty vaihdevuosi-ikäisten naisten virtsasta. Valmiste sisältää munarakkuloita stimuloivia hormoneita, jotka edistävät ovulaatiota ja kasvattavat mahdollisuutta tulla raskaaksi.
Ruokaa virtsan avulla
Moni voi kavahtaa ajatusta ruoasta, joka on kasvatettu virtsan avulla. Mutta virtsa on ollut arvokas aine jo pitkään, ja sitä on käytetty kautta historian lannoittamisen lisäksi vaatteiden pesemiseen, nahan pehmentämiseen ja ruudin valmistukseen.
Tutkijat halusivat selvittää, miten ihmiset suhtautuvat ruoan tuottamiseen virtsan avulla ja laativat kansainvälisen kyselyn, johon vastasi 3 763 ihmistä 16 maasta.
57,5 prosenttia vastasi, ettei heille tuota vaikeuksia syödä ihmisvirtsalla kasvatettua ruokaa. Tämä raivaa tietä virtsavallankumoukselle, joka voi auttaa ilmastoa ja ekosysteemejä.
Kuolleet vyöhykkeet, kuten alue Gotlannin ympärillä, elpyvät, kun virtsan ravinteet eivät enää huuhtoudu mereen ruokkimaan sinileviä, vaan ne käytetään uudelleen maanviljelyn ja ympäristön hyväksi.