Stanford University -forskare har byggt en fotovoltaisk - termisk elektrokemisk strippningssystem som extraherar gödningsmedel näringsämnen från mänsklig urin. De säger att systemet kan ge en kostnad - effektivt alternativ i regioner med begränsad tillgång till konventionella gödselmedel.
22 augusti 2025 Patrick Jowett
Bild: Erypson Fonseca, unsplash
Från PV Magazine Global
Ett forskargrupp från Stanford University har utvecklat en prototyp som använder solenergi för att extrahera näringsämnen från mänsklig urin för att skapa en hållbar gödningsmedel.
De presenterade systemet i "prototyping och modellering av ett fotovoltaiskt - termalt elektrokemiskt strippningssystem för distribuerad urin kväveåterhämtning", tillgängligt i forskningsdagbokenNaturvatten.
Prototypen använder solenergi via en fotovoltaisk - termisk elektrokemisk strippningssystem för att fånga kväve, en nyckelkomponent i kommersiella gödningsmedel, från mänskligt vattenavfall. Kväve i mänsklig urin globalt motsvarar cirka 14% av den årliga gödselbehovet.
Forskarna sade i ett uttalande att systemet separerar ammoniak, en kemisk förening som består av kväve och väte, från urin. Detta görs via en serie kamrar separerade av membran som använder solelektricitet för att driva joner över och fånga ammoniak som ammoniumsulfat, en vanlig gödningsmedel.
Forskarna samlade avfallsvärme från baksidan av solpaneler via en fäst kopparrörskylplatta för att värma vätskan som användes i den elektrokemiska processen. De fann att detta hjälpte till att påskynda uppvärmningen och uppmuntrade ammoniakgasproduktion, det sista steget i separationsprocessen.
Att använda avfallsvärme från solpaneler befanns öka sin kraftproduktion med nästan 60% samtidigt som man förbättrade ammoniakåtervinningseffektiviteten med mer än 20%, jämfört med tidigare prototyper.
Orisa Coombs, huvudförfattare till studien, förklarade att trots att varje person som producerar tillräckligt med kväve i urinen för att gödsla en trädgård, är mycket av världen beroende av dyra, importerade gödselmedel. "Du behöver inte en gigantisk kemisk växt eller ens ett vägguttag," tilllade Coombs. "Med tillräckligt med solsken kan du producera gödningsmedel precis där det behövs och eventuellt till och med lagra eller sälja överskott av elektricitet."
Forskningen har också en modell utformad för att förstå hur förändringar i solljus, temperatur och elektrisk konfiguration skulle påverka systemets prestanda.
Den fann att i regioner som Uganda kunde prototypsystemet generera upp till $ 4,13/kg kväve som återvunnits, mer än dubbelt så mycket intäkter i USA. Detta hjälpte forskarna att dra slutsatsen att deras system är en livskraftig, kostnad - Effektivt alternativ till traditionella gödselmedel, särskilt i områden där tillgången till jordbruksinmatningar är begränsad och där gödningsmedel förblir dyrt.
Stanford University sa att det kan vara en "spelväxlare i många länder att ta bort kväve från urinen gör den återstående vätskan säkrare att urladdas eller återanvändas för bevattning, vilket det tillägger kan vara en" spelväxlare i många länder där endast en liten procentandel av befolkningen är ansluten till centraliserade avloppssystem ".
"Vi tänker ofta på vatten, mat och energi som helt separata system, men detta är ett av de sällsynta fall där teknisk innovation kan hjälpa till att lösa flera problem på en gång," sade Coombs. "Det är rent, det är skalbart och det är bokstavligen drivet av solen."
