Un innovativo processo biotecnologico per la produzione di bio-mattoni da costruzione a partire dall'urina

L’urina umana sembra attrarre sempre più l’attenzione della comunità scientifica come rifiuto chiave da valorizzare in un’ottica di economia circolare.

Dal punto di vista chimico, l’urina è infatti una sorta di “oro liquido”: come volume costituisce meno dell’1% delle acque reflue domestiche, ma contiene l’80% dell’azoto, il 56% del fosforo e il 63% del potassio di tutte le acque di scarto.

Dopo il gruppo di ricercatori della Clemsons University (South Carolina, Usa), guidati dal Prof. Mark Blenner, che durante la conferenza annuale dell’American Chemical Society del 2017 ha presentato uno studio sulla produzione di plastica nello spazio utilizzando la pipì degli astronauti, grazie al lievito Yarrowia lipolytica geneticamente modificato, un team di scienziati del Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Città del Capo (UCT) in Sud Africa, in collaborazione con ricercatori dell’Istituto di Ingegneria Ambientale dell’ETH di Zurigo, ha prodotto bio-mattoni da costruzione (Fig. 1) e fertilizzanti dall’urina attraverso un processo definito precipitazione microbica dei carbonati.

Figura 1 – Fotografia dei bio-mattoni realizzati in laboratorio a partire da urina umana mediante il processo di precipitazione microbica dei carbonati.

I bio-mattoni dello studio in esame sono stati ricavati dalla pipì raccolta negli orinatoi maschili dell’Università e successivamente lavorata con sabbia e batteri nei laboratori dell’Ateneo.

In particolare, la produzione di questi bio-mattoni si basa su una reazione chimica simile a quella che dà origine alle conchiglie marine. Inizialmente la sabbia viene colonizzata da batteri appartenenti alla specie Sporosarcina pasteurii per produrre l’enzima ureasi e successivamente mescolata con l’urina (Fig. 2).

Figura 2 – Rappresentazione schematica del processo biotecnologico alla base della produzione di mattoni biodegradabili a partire dall’urina. Il cuore dell’intero processo è rappresentato dall’enzima ureasi in grado di convertire l’urea in carbonato di calcio.

L’enzima scompone l’urea (Fig. 3), il composto chimico principale dell’urina, ricavandone carbonato di calcio che compatta la sabbia formando il solido finale. Per avere mattoni più resistenti è sufficiente lasciare ai batteri più tempo per operare.

Figura 3 – Struttura chimica dell’urea, la componente principale dell’urina.

Nel complesso, si tratta di un processo praticamente privo di scarti e non inquinante. Esso, infatti, avviene in stampi a temperatura ambiente e, dunque, senza emissioni di CO₂ mentre, normalmente, i mattoni da costruzione si ottengono in forni che raggiungono i 1400 °C. Inoltre, in un’ottica di economia circolare e di processo integrato, il residuo solidofinale di questa lavorazione viene utilizzato come fertilizzante naturale.

Nicola Di Fidio

Sitografia

Bibliografia

J. Henze, D.G. Randall. Microbial induced calcium carbonate precipitation at elevated pH values (>11) using Sporosarcina pasteurii. Journal of Environmental Chemical Engineering. Volume 6, Issue 4, August 2018, Pages 5008-5013.
C.P. Flanagan, D.G. Randall. Development of a novel nutrient recovery urinal for on-site fertilizer production. Journal of Environmental Chemical Engineering. Volume 6, Issue 5, October 2018, Pages 6344-6350.
D.G. Randalla V. Naidoo. Urine: The liquid gold of wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering. Volume 6, Issue2, April 2018, Pages 2627-2635

Crediti immagini

https://breakingtech.it/primo-biomattone-urina/
J. Henze, D.G. Randall. Microbial induced calcium carbonate precipitation at elevated pH values (>11) using Sporosarcina pasteurii. Journal of Environmental Chemical Engineering. Volume 6, Issue 4, August 2018, Pages 5008-5013.
https://it.wikipedia.org/wiki/Urea