Έχουμε δει επεξεργασμένα ανθρώπινα ούρα να επαναχρησιμοποιούνται ως λίπασμα και ως νερό στο καζανάκι της τουαλέτας, αλλά τη χρήση τους για την κατασκευή εμφυτευμάτων δεν την έχουμε ξανακούσει. Και όμως, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ανακύκλωση ανθρώπινων ούρων προσφέρει μια βιώσιμη λύση στις περιβαλλοντικές προκλήσεις που θέτει η συμβατική επεξεργασία λυμάτων.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Irvine συνεργάστηκαν με αμερικανικά και ιαπωνικά ιδρύματα για να κατασκευάσουν ένα συνθετικό σύστημα ζύμης που μετατρέπει τα ούρα σε υδροξυαπατίτη (HAp), το οποίο είναι το κύριο δομικό συστατικό του σμάλτου των δοντιών και των οστών που τους παρέχει σκληρότητα. Το βιοσυμβατό ορυκτό φωσφορικού ασβεστίου χρησιμοποιείται ευρέως σε οστικά και οδοντικά εμφυτεύματα, σε αρχαιολογικές αναστηλώσεις και σε βιοδιασπώμενα υλικά.
Η μελέτη με τίτλο «οικονομικά αποδοτική ανακύκλωση ούρων που επιτρέπεται από μια συνθετική πλατφόρμα οστεοζύμης (“osteoyeast”) για την παραγωγή υδροξυαπατίτη», η οποία δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Nature Communications, σημειώνει ότι η αγορά του HAp προβλέπεται να ξεπεράσει τα 3,5 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ έως το 2030, με υψηλή τιμή πώλησης πάνω από 80 δολάρια ΗΠΑ ανά κιλό.
Στα θηλαστικά, εξειδικευμένα κύτταρα που ονομάζονται οστεοβλάστες αντλούν φωσφορικό ασβέστιο από τα σωματικά υγρά, το οποίο στη συνέχεια υποβάλλεται σε επεξεργασία και εκκρίνεται ως HAp. Οι οστεοβλάστες όμως δεν είναι κατάλληλοι για μεγάλης κλίμακας βιομηχανική παραγωγή HAp, σύμφωνα με τους ερευνητές, για αυτό και εκείνοι στράφηκαν στην οστεοζύμη, η οποία χρησιμοποιεί ένζυμα για να διασπάσει την ουρία και να αυξήσει το pH του περιβάλλοντος. Το σύστημα ενεργοποιεί μικροσκοπικές κοιλότητες στη ζύμη για να συσσωρεύσουν ασβέστιο και φωσφορικό άλας που στη συνέχεια εκκρίνονται και κρυσταλλώνονται σε HAp. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η μέθοδός τους μπορεί να παράγει έως και 1 γραμμάριο HAp ανά λίτρο ούρων.
«Εμπνευσμένοι από τους βιολογικούς μηχανισμούς των οστικών κυττάρων, αναπτύσσουμε μια συνθετική πλατφόρμα ζύμης (μαγιάς), η οποία χρησιμοποιεί ένζυμα για να διασπάσει την ουρία και να αυξήσει το pH του περιβάλλοντος», ανέφεραν οι ερευνητές στη μελέτη. Αυτή η μέθοδος, σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, επιτυγχάνει ταυτόχρονα διπλό στόχο, αφενός βοηθά στην απομάκρυνση των ανθρώπινων ούρων από τα λύματα, μετριάζοντας την περιβαλλοντική ρύπανση και τη συσσώρευση ανεπιθύμητων συστατικών και αφετέρου, παράγει ένα υλικό που μπορεί να διατεθεί στο εμπόριο για χρήση σε μια ποικιλία εφαρμογών. «Αυτή η διαδικασία για την παραγωγή υδροξυαπατίτη, διαρκεί λιγότερο από μία ημέρα», προσθέτουν οι επιστήμονες. «Το γεγονός ότι χρησιμοποιείται μαγιά ως πλαίσιο, η οποία είναι φθηνή και μπορεί να τοποθετηθεί σε μεγάλες δεξαμενές σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες υποδεικνύει ότι αυτό μπορεί να γίνει εύκολα χωρίς την ανάγκη σημαντικών υποδομών, και αυτό έχει το πρόσθετο πλεονέκτημα ότι την καθιστά προσβάσιμη στις αναπτυσσόμενες οικονομίες».
Οι ερευνητές προσφέρουν μια τεχνοοικονομική ανάλυση της τεχνικής μετατροπής των ούρων σε υδροξυαπατίτη (HAp), που μπορεί να προκαλέσει σοβαρές ζημιές στις λεκάνες απορροής. Συνολικά, η επαναχρησιμοποίηση ανθρώπινων ούρων προσφέρει ευκαιρίες για βιώσιμη διαχείριση των πόρων, εξοικονόμηση νερού και προστασία του περιβάλλοντος. Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα σύνθετα υλικά HAp είναι ελαφριά και προσφέρουν
σημαντική μηχανική αντοχή, σκληρότητα και ανθεκτικότητα. Και αν ο συνθετικός υδροξυαπατίτης που προέρχεται από τα ούρα μπορεί να παραχθεί οικονομικά και σε μεγάλη κλίμακα, μπορεί να χρησιμεύσει ως μια ανανεώσιμη και βιοδιασπώμενη εναλλακτική λύση σε προϊόντα όπως πλαστικά και άλλα δομικά υλικά.
Η ομάδα των ερευνητών εξετάζει τώρα την ευρύτερη χρήση του HAp, το οποίο είναι ελαφρύ, ισχυρό και ανθεκτικό. «Αυτή τη στιγμή αναπτύσσουμε στρατηγικές για να αξιοποιήσουμε την πλατφόρμα ζύμης μας με την τρισδιάστατη εκτύπωση και τις γνώσεις μας για τη δομή, ώστε να κατασκευάσουμε πολυλειτουργικά αρχιτεκτονικά υλικά», προσθέτουν οι ερευνητές. Το ερευνητικό έργο έλαβε οικονομική υποστήριξη από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, την Υπηρεσία Προηγμένων Ερευνητικών Προγραμμάτων Άμυνας και το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας.
