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La toilette a raggi ultravioletti e quella solare le idee 'promosse' dalla fondazione Gates

A Seattle una fiera con i progetti per sviluppare il gabinetto del futuro: un modo per salvare milioni di

vite e dare accesso a impianti igienici moderni a 2,5 miliardi di persone. Un'iniziativa su cui la Bill e

Melinda Gates ha già investito 6,5 milioni di dollari. Ecco i dispositivi migliori

Lo leggo dopo

Il progetto vincitore della Caltech (ansa)

APPROFONDIMENTI

FOTO

Reinvent the Toilet: i progetti in mostra

VIDEO

Reinvent the Toilet: l'iniziativa di Bill e Melinda Gates

SE QUALCUNO ancora pensa che gli uomini sono tutti uguali almeno quando si tratta di morire e di

andare in bagno, si sbaglia di grosso. Nel terzo mondo, per la mancanza di impianti igienici adeguati si

muore ancora. Per questo la Bill & Melissa Gates Foundation ha lanciato nel 2011 l'iniziativa Reinvent

the Toilet, una sfida agli ingegneri per modernizzare una 'tecnologia' vecchia di due secoli che non

garantisce la salute di gran parte della popolazione mondiale. E oggi, un anno dopo, i prototipi migliori

sono stati mostrati in una fiera che si tiene a Seattle.

VIDEO L'iniziativa di Bill e Melinda Gates - FOTO I progetti in mostra

Se l'idea di un 'water del XXI secolo' può certo far sorridere, almeno in un primo momento, a riportarci

alla realtà sono i drammatici dati legati ai sistemi igienici: nel mondo, sono 2,5 miliardi le persone che

non hanno accesso ad impianti moderni. Secondo l'Onu poi, oltre la metà dei ricoveri ospedalieri nei

paesi in via di sviluppo è legata proprio da queste carenze, che ogni anno uccidono 1,5 milioni di

bambini.

Insomma, c'è poco da ridere e si tratta di una sfida seria. E la fondazione Gates richiede dure

condizioni agli scienziati: i dispositivi devono funzionare senza

acqua corrente, elettricità o fossa biologica; non deve inquinare; deve funzionare al costo massimo di 5

centesimi al giorno; ed è meglio se è in grado di catturare energia o altre risorse. L'obiettivo è iniziare i

test sul campo entro tre anni.

I tre progetti migliori hanno ricevuto premi da, rispettivamente, 100.000, 60.000 e 40.000 dollari. Il primo

posto è andato al California Institute of Technology (Caltech) che ha creato un gabinetto a energia

solare che alimenta un reattore elettrochimico, producendo idrogeno e elettricità.

Medaglia d'argento per la britannica Loughborough University, in grado di trasformare gli escrementi

umani in carbone biologico altamente energetico, sale e acqua pulita. L'università di Toronto si è

aggiudicata la terza piazza con un water che igienizza le feci attraverso la disidratazione e l'urina con

raggi ultravioletti e un meccanismo a membrane, recuperando acqua pulita.

Questi tre dispositivi sono stati giudicati come i più corrispondenti ai criteri imposti dalla fondazione, ma

alla fiera se ne sono visti molti altri. Tanto da far dire a Bill Gates "non potremmo essere più felici della

risposta che abbiamo ottenuto". Uno dei progetti 'finalisti' prevede l'uso di microonde e trasforma le feci

in gas usato per produrre energia, con scarti di monossido di carbonio e idrogeno.

Un altro progetto, meno hi-tech, è già in fase di test in Sudafrica. Messo a punto dalla London School of

Hygiene and Tropical Medicine utilizza le larve di un insetto (l'Hermetia illucens, o 'mosca soldato nera')

per trattare i rifiuti al costo di un centesimo al giorno. Di questo progetto si sono interessati da Haiti, dal

Sudan, dal Kenya e dal Ghana.

Il video che illustra il progetto inizia in maniera giocosa elencando tutti i nomi con cui si possono

chiamare gli escrementi umani, a partire dal più classico "pupù". Ma ormai la Bill e Melinda Gates

Foundation ha investito 6,5 milioni di dollari nel progetto. Come a dire: chiamatela come volete, però in

futuro la traduzione dev'essere una sola, "riciclare e salvare vite". Una pupù alla volta.

Pipì carburante

Quando andate in bagno a fare pipì e tirate lo sciacquone sappiate che state sprecando

una interessante fonte di energia alternativa. Dalle urine si può ottenere infatti idrogeno

a basso costo e carburante per celle a combustibile molto particolari (Focus.it, 31

agosto 2010)

I quasi 7 miliardi di abitanti del nostro pianeta producono ogni giorno 10 miliardi di litri

di pipì. Una quantità di liquido immensa, sufficiente a riempire 4000 piscine

olimpioniche, che finendo nello fognature, se non opportunamente trattata, rischia di

provocare gravi danni all'ecosistema. E secondo Gerardine Botte, ingegnere chimico

alla Ohio Univeristy, è anche un grande spreco di energia: dall'urina sarebbe infatti

possibile estrarre idrogeno combustibile a costi molto più contenuti rispetto a quello

ottenibile dall'acqua. Scindere le molecole di H2O per separarle in idrogeno e ossigeno è

infatti un processo altamente inefficiente, perchè consuma molta più energia di quella

ottenibile dall'idrogeno estratto.

Petrolio giallo

La pipì di uomini e animali è composta per il 2% da urea, una sostanza di scarto del

catabolismo delle proteine, le cui molecole contengono 4 atomi di idrogeno uniti tra loro

da legami molto deboli. Rompere questi legami e liberare le molecole del gas richiede

molta meno energia rispetto a quella necessaria per effettuare la stessa operazione sulle

molecole di acqua.

La Botte e il suo team sono già riusciti ad estrarre l'iderogeno per elettrolisi dell'urina: il

processo richiede una tensione di soli 0,37 volt contro gli 1,23 necessari per effettuare

l'elettrolisi dell'acqua. I ricercatori hanno calcolato in circa 0,8 €/kg il costo dell'

idrogeno derivato dalle urine, e hanno ipotizzato che un ufficio con 300 lavoratori può

produrre, in pipì, l'equivalente di 2 kWh di potenza elettrica, sufficienti per tenere accesi

un paio di aspirapolvere per un'ora. Un po'pochino.

Dal pit stop al pipì stop

Per ovviare a questo inconveniente Rong Lan e John Irvine dell'Università di St.

Andrews (Regno Unito) hanno pensato di utilizzare direttamente la pipì come carburante

per una cella a combustibile. Un elettrodo (catodo), a contatto con una piccola quantità

di acqua, libera ioni di idrossido che vengono attratti da un secondo elettrodo (anodo).

Qui reagiscono con l'urea e formano nitrogeni, anidride carbonica e ed elettroni. Questi

ultimi vengono incanalati su un circuito esterno che li riporta al catodo da cui è partito il

processo. Gli scienziati sperano di riuscire presto a generare una quantità di corrente

abbstanza intensa da da essere utilizzabile.

Il vantaggio di questo tipo di soluzione è evidente: quando la cella ha bisogno di

carburante basta bere una birretta gelata, ma anche solo un bicchiere di acqua, e... fare

un giro in bagno. Secondo Shanwen Tao, che ha realizzato un progetto simile alla

Heriott Watt University di Edinburgo, un uomo adulto ogni anno potrebbe produrre pipì

sufficiente ad alimentare la cella combustibile di un'auto elettrica per 2700 km.

In realtà la cella a pipì, secondo i suoi inventori, potrebbe funzionare molto bene nelle

fattorie e negli allevamenti, dove gli animali possono mettere a disposizione grandi

quantità di urina.

Nessuno di questi ricercatori è tuttavia convinto che la pipì possa essere la soluzione

finale ai problemi energetici della Terra, ma qualunque nuova fonte alternativa può

offrire un contributo significativo al pianeta.

Rifiuti organici: 5 progetti per trasformare gli escrementi umani in energia

Scritto da Francesca Mancuso

Creato 18 Maggio 2011

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Sapete tutti ormai cosa sono le biomasse. Si tratta di particolari fonti di energia rinnovabile ricavate a partire dal materiale biologico prodotto dagli organismi viventi e dai loro sottoprodotti, come ad esempio dagli scarti alimentari, dal legno, dagli escrementi. Di recente è stato appurato che anche le feci e i rifiuti umane sono una biomassa eccellente. Per questa ragione, molte imprese stanno cercando nuove soluzione per ottenere energia utilizzando questi, chiamiamoli così, prodotti di scarto giornalieri. Il modo migliore per farlo è la cosiddetta “digestione anaerobica”, processo in cui tali sostanze vengono trattate nelle fognature per produrre biogas composto da metano e anidride carbonica. Ed ecco le cinque idee raccolte da Ecofriend per riuscire in questa speciale (e poco odorosa!) pratica. 1. WC LooWatt

Per trasformare in energia gli escrementi umani, la Virginia Gardiner ha messo a punto questo simpatico WC indicato particolarmente per i paesi in via di sviluppo, visto che non usa l'acqua e soprattutto è in grado di produrre energia utilizzando i rifiuti umani. Sistema dal costo ridotto e dalla massima efficienza. Non ci credete? Guardate qui il video 2. VW Beetle convertibile

Questo speciale "maggiolone" utilizza come combustibile il biogas prodotto dalle acque di scarico. Progettata da un team di ingegneri britannici e soprannominata "Bio-bug", la speciale vettura sfrutta le potenzialità del gas metano compresso che viene prodotto dai rifiuti umani, appositamente trattati. Nonostante l'alimentazione sia a biogas, la vettura ha una velocità sbalorditiva. Domanda. I gas di scarico avranno un odore particolare? 3. Rifiuti umani per l'auto a idrogeno

L'Orange County Sanitation District ha sta già realizzando l'idea di convertire i rifiuti umani in idrogeno e usarli come combustibile. E già molte automobili sono alimentate da tale speciale sostanza. 4. Una macchina indiana produce biogas da qualsiasi sostanza organica

Un vero e proprio serbatoio digestivo prodotto dalla Sintex, in grado di convertire lentamente i rifiuti organici in metano, destinato poi agli usi più svariati. 5. Dai rifiuti organici il combustibile per cucinare

L'idea forse fa arricciare il naso ai più schizzinosi, ma è geniale. La United Utilities ha già predisposto un investimento pari a 4milioni e 300 mila sterline per la costruzione di impianti di depurazione che possono generare gas per "alimentare" centinaia di migliaia di persone. Grazie ai rifiuti umani. Cosa comporta l'utilizzo dei rifiuti umani a livello di impatto ambientale? Il vantaggio principale è la valorizzazione dei rifiuti solidi, in secondo luogo si riuscirebbe a proteggere le risorse naturali ottenendo anche degli evidenti benefici in termini di riduzione dell'effetto serra e infine i rifiuti riciclati potrebbero essere utilizzati come concime naturale, visto che sono di gran lunga migliori rispetto ai prodotti chimici utilizzati oggi per l'agricoltura. Come diceva Lavoisier, nulla si crea, nulla distrugge ma tutto si trasforma. E aveva proprio ragione.

Salve, mi presento, mi chiamo *** Basta il nickname che ti sei scelto. nll *** e NON sono un fisico, ma ho

buone nozioni di chimica derivanti dai miei titoli di studio.

L'inefficienza dei motori HHO è la difficile scissione delle molecole se non si usa un elettrolita a veicolare più

facilmente gli elettroni nella soluzione.

Per qualche misteriosa ragione, l'elettrolita più usato è il cloruro di sodio, che produce oltre ad idrogeno e

ossigeno anche cloro e nella soluzione ipoclorito di sodio (candeggina).

Sarebbe più conveniente utilizzare come elettrolita l'idrossido di sodio, che garantisce un maggior apporto di

idrogeno e ossigeno, o meglio ancora acqua altamente minerale, poiché contiene ioni liberi.

Ma comunque la reazione non sarebbe ottimale.

Qui la mia proposta:

L'urea contiene 4 atomi di idrogeno, uniti al carbonio da legami debolissimi.

L'urina inoltre è la miglior soluzione elettrolitica disponibile, poiché non contiene intermediari ma ioni liberi

aumentando così la conduttività elettrica.

Una soluzione in peso di 1 kg di urina per 100 gr di idrossido di sodio e 20 grammi di idrossido di potassio

dovrebbe garantire il 400% di efficienza in più rispetto alle classiche celle elettrolitiche HHO.

Il palladio inoltre è un ottimo catalizzatore, incorruttibile a simili condizioni e velocizza la scomposizione degli

atomi di idrogeno.

SVANTAGGI:

Il calore sviluppato raggiunge i 300°C.

VANTAGGI:

Fino al 400% in più di efficienza rispetto alle celle HHO.

Reazione velocizzata dal palladio che funge da catalizzatore inerte.

Gli elettrodi non dovranno mai essere rimpiazzati.

Alta produzione di idrogeno.

L'urina è di facile reperibilità come gli idrossidi.

La cella si può pulire molto più facilmente che quelle basate su soluzione elettrolitica a base di acqua e

cloruro di sodio.

Queste sono le mie deduzioni, ho anche fatto alcuni test in proposito, con grande successo.

Sarò sincero, non uso le celle elettrolitiche per l'auto ma per produrre una fiamma con calore sufficiente a

sciogliere certi metalli, ed ho notato che le temperature più elevate si producevano con la soluzione sopra

descritta.

Inoltre ho notato che con il palladio come catalizzatore le reazioni avvenivano molto più velocemente.

In 20 minuti ho gonfiato un palloncino di 6 lt di idrogeno con questo metodo, mentre di soli 2 lt con HHO a

soluzione salina altamente concentrata.

Dalla combustione del gas, ad analisi spettrografica, ho notato che nella cella HHO altamente salinizzata

producevo anche evidenti quantità di cloro (tossico per l'ambiente, corrosivo per i vostri motori, pericoloso

per voi stessi).

Mentre con urina e idrossidi di sodio e potassio, un mio amico del CNR ha detto che per il 93% il gas

prodotto era idrogeno.

Dimenticavo, corrente utilizzata 24V dc 1.878 Amp.

Fatemi sapere cosa ne pensate.

02 July 2009

US researchers have developed an efficient way of producing hydrogen from urine - a feat that could not only fuel the cars of the future, but could also help clean up municipal wastewater. Using hydrogen to power cars has become an increasingly attractive transportation fuel, as the only emission produced is water - but a major stumbling block is the lack of a cheap, renewable source of the fuel. Gerardine Botte of Ohio University may now have found the answer, using an electrolytic approach to produce hydrogen from urine - the most abundant waste on Earth - at a fraction of the cost of producing hydrogen from water. Botte says the idea came to her several years ago at a conference on fuel cells, where they were discussing how to turn clean water into clean power. 'I wondered how we could do this better,' she adds - so started looking at waste streams as a better source of molecules from which to produce hydrogen. Urine's major constituent is urea, which incorporates four hydrogen atoms per molecule - importantly, less tightly bonded than the hydrogen atoms in water molecules. Botte used electrolysis to break the molecule apart, developing an inexpensive new nickel-based electrode to selectively and efficiently oxidise the urea. To break the molecule down, a voltage of 0.37V needs to be applied across the cell - much less than the 1.23V needed to split water.

Electrolysis breaks down the urea, releasing hydrogen

'During the electrochemical process the urea gets adsorbed on to the nickel electrode surface, which passes the electrons needed to break up the molecule,' Botte told Chemistry World. Pure hydrogen is evolved at the cathode, while

nitrogen plus a trace of oxygen and hydrogen were collected at the anode. While carbon dioxide is generated during the reaction, none is found in the collected gasses as it reacts with the potassium hydroxide in the solution to form potassium carbonate.

The group initially tested their process with 'synthetic' urine made of dissolved urea, but also showed that the process works just as well with real human urine. 'It took us some time to get clearance to work with human urine - which held up publication of the research,' says Botte. According to Botte, currently available processes that can remove urine from water are expensive and inefficient. Urea naturally hydrolyses into ammonia before generating gas phase ammonia emissions. These emissions lead to the formation of ammonium sulphate and nitrate particulates in the air, which cause a variety of health problems including chronic bronchitis, asthma attacks and premature death. The group are currently conducting long term stability studies on their electrolysis systems, as well as conducting computational experiments to better understand the mechanisms at work. Botte believes the technology could be easily scaled-up to generate hydrogen while cleaning up the effluent from sewage plants. 'We do not need to reinvent the wheel as there are already electrolysers being used in different applications.' She believes the only the thing that would hamper the process would be the presence of a lot of salt. Bruce Logan, an expert in energy generation from wastewater and director of Pennsylvania State University's H2E Center and Engineering Environmental Institute, applauded Botte's efforts in developing a more energy efficient way of producing hydrogen than splitting water. However, he did caution that urea gets converted very quickly into ammonia by bacteria, which could limit the usefulness of the technique. However, Logan does feel that it would be a good idea to start saving up our urine - although not for the hydrogen. 'You have to remember about the P [phosphorus] in pee - globally we need to start thinking about conserving phosphorus for fertiliser, because, just like oil, one day the deposits are all going to run out and we need to start building phosphorus recycling into our infrastructure,' he says. Matt Wilkinson

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References

B K Boggs, R L King and G G Botte, Chem. Commun., 2009, DOI: 10.1039/b905974a

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Breakthrough catalyst for splitting water

31 July 2008

Mild electrolysis system boosts hopes for artificial photosynthesis

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