Het is een taboeonderwerp, zegt projectleider dr. Jan Carel Diehl. Mensen praten niet graag over hun ontlasting en zeker niet over hoe ze nu precies hun achterste spoelen. Toch is het nodig dat te weten als je iets voor een bepaalde cultuur, in dit geval de Indiase sloppenwijken, ontwerpt.
Wat: Zaatari vluchtelingenkamp in Jordanië. Het kamp werd twee jaar geleden geopend als gevolg van de Syrische burgeroorlog.
Wie: 86 duizend Syrische vluchtelingen.
Keukens: 160
Toiletten: 380
Uitwerpselen: 35 ton per dag. Dat is een volle 40-voets zeecontainer per twee dagen.
Riolering: Geen
Elektriciteit: Geen
Oplossing: Een Delfts toilet, ontwikkeld met steun van de Bill & Melinda Gates Foundation.
Taboes zorgen voor hilariteit. Dat is in India niet anders. Dus toen de onderzoekers met een lokaal geproduceerd prototype kwamen voorrijden was het gelijk een drukte van belang in het nauwe straatje. De grappigste en de belangrijkste mannen waren er als eerste bij. Ze gingen het hokje in, hadden veel praats, drukten wat op de knoppen maar lieten hun broek lekker aan.
Pas na een paar uur was de drukte zodanig geluwd dat iemand de eerste keutel erin deed.
Stoelgang is nog om een andere reden een taboe: er is niet genoeg water om door te trekken. Een stortbak bevat zo’n tien liter water en mensen trekken gemiddeld drie keer per dag door. Als alle zeven miljard mensen dat zouden doen hadden we een ernstig watertekort. Er moet dus een alternatief komen voor het westerse doortrektoilet voor opkomende economieën (zie: Zo kan het ook). Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie WHO hebben wereldwijd 2,6 miljard mensen geen toegang tot een toilet, en kakken dus in het open veld. Dat levert jaarlijks 200 miljoen ton ruwe poep op – genoeg om vierhonderd olietankers mee te vullen. Maar in werkelijkheid blijft het lekker liggen of drijven en besmet het andere mensen. Dezelfde WHO schat dat jaarlijkse 1,4 miljoen kinderen overlijden doordat ze met poep besmet zijn geraakt.
Vandaar dat de Verenigde Naties in 2011 besloot om het aantal mensen zonder toilet te halveren en de Bill & Melinda Gates Foundation de daad bij het woord voegde en 42 miljoen dollar ter beschikking stelde voor de ontwikkeling van een toilet dat feces en urine moet kunnen verwerken zonder elektriciteit, water of rioleringssysteem. Dat is de ‘Reinventing the Toilet Challenge’ waar ook het Delftse team aan meedoet: acht onderzoekers van de afdeling process & energy (faculteit 3mE) en vijf van de faculteit IO (afdeling design for sustainability).
De oplossing die het team afgelopen voorjaar in New Delhi heeft gepresenteerd bestaat uit een toilet dat urine en uitwerpselen scheidt van spoelwater; een toiletgebouw voor driehonderd mannen/vrouwen en een technische installatie die de uitwerpselen droogt, vergast en omzet in elektriciteit (zie volgende pagina’s voor details). Volgens Diehl onderscheidt de Delftse inzending zich door de afstemming op de eindgebruiker. Andere universiteiten kijken vaak niet verder dan de technologie.
Aan het eind van het project doemt de vraag op: hoe nu verder? Projectmanager Jan Carel Diehl zou graag de opgedane kennis en ervaring meer systematisch beschikbaar maken zodat daaruit geput kan worden bij het ontwerp van toiletten in andere culturen en omgevingen. Denk aan landelijk gebied in Afrika of favela’s in Zuid-Amerika. Of denk aan mobiele toiletten en vergassingsunits die ingezet kunnen worden bij humanitaire noodsituaties zoals opvang na aardbevingen of in vluchtelingenkampen.
Daarnaast zou hij in samenwerking met het valorisatiecentrum de opgedane kennis willen delen met ondernemers om daaruit producten te ontwikkelen.
ToiletToilet
Toilet
Het toilet is een toonbeeld van gebruikersgericht ontwerp. Er gingen testen aan vooraf en talloze gesprekken. Ir. Anne Jansen en collega’s stelden mensen uit India gerust en vroegen hen naar hun ervaringen en voorkeuren. Met welke hand spoel je je anus eigenlijk af? En gebruik je daarvoor liever een fles, een slang of een bidet?
Gesteund door de ervaring van ‘toiletprofessor’ dr.ir. Johan Molenbroek ontstond het huidige ontwerp met een brede opening tussen de voeten, rechts een knop voor doortrekken (met een halve liter) en een handel voor een liter water via een slang om anus (altijd met linkerhand) en pot mee te spoelen. Een ingenieus systeem met twee kleppen scheidt poep en pies van het latere spoelwater. Uitwerpselen en urine vallen naar beneden zodra iemand het klepje activeert door op ‘flush’ te drukken. Met de handel voor spoelwater schuift een andere klep voor de toilet-opening die het spoelwater wegleidt naar een bezinkput.
Het spoelwater wordt voor 80 procent gerecycled. Naar schatting vijfhonderd liter per dag gaat verloren en tweeduizend liter wordt gezuiverd in achtereenvolgens een bezinkput, een zandfilter en een UV-desinfectie-unit op het dak. De kwaliteit van het water is na zuivering goed genoeg om je handen mee te wassen, maar niet geschikt als drinkwater, zegt Diehl.
Toiletgebouw
Het gebouw is ontworpen om in één keer de negatieve associaties rond stoelgang om te draaien. Nu passen vrouwen hun dieet er op aan om ‘s morgens tussen vier en vijf naar het toilet te gaan. Daarna voelen ze zich niet veilig meer. Mannen pakken hun waterbakje en poepen waar en wanneer het uitkomt. Het Sanir community sanitation centre (CSC) wil een veilige, hygiënische privéomgeving bieden voor minder dan vijf dollarcent per dag.
Het centrum is gebouwd voor driehonderd leden die daar niet alleen een schoon toilet vinden, maar ook de ruimte om andere (vrouwen) te ontmoeten en een winkeltje voor verzorgingsproducten en medicijnen.
De mannen kunnen voor een snel bezoek beneden terecht, de vrouwen komen via een zijingang bij de drie damestoiletten en via een trap in een gemeenschappelijke ruimte en een privéhokje waar ze hun maandverband kunnen wassen of vervangen. Het gebouw biedt tevens onderdak aan de conciërge en zijn gezin. Door het eigenaarschap hopen de ontwerpers het verantwoordelijkheidsgevoel terug te brengen naast de 24-uurs bewaking. Aan het eind van de dag komt er in de visie van de ontwerpers een klein karretje langs dat de dagproductie van ongeveer 750 liter uit de zwartwatertank pompt om het naar de centrale verwerkingsunit te brengen.
VerwerkingsunitVerwerkingsunit
Verwerkingsunit
De opstelling in het laboratorium van process & energy (3mE) is ronduit indrukwekkend. Onderzoekers dr. P.V. Aravind, dr.ir. Wiebren de Jong, dr. Georgios Stefanidis en collega’s weten dat hun apparatuur een sappig mengsel van poep en pies moet kunnen verwerken dat voor tachtig procent uit water bestaat. De eerste stap is dan ook het droogpersen, maar dat laten ze hier even buiten beschouwing. In de proefopstelling wordt vervangende biomassa gedroogd door verhitting op een metalen lopende band met gaatjes, die ontwikkeld is door het Zuid-Afrikaanse bedrijf PSS (Particle Separation Systems Technologies Ltd.) in samenwerking met de Zuid-Afrikaanse universiteit van KwaZulu Natal in Durban.
De daarop volgende stap is de meest spectaculaire: kleine brokjes biomassa vallen door een magnetronveld dat ze vergast en verhit tot een paarsgloeiend plasma van enkele duizenden graden. Daarin scheuren rondrazende radicalen alle koolwaterstofverbindingen in kleine moleculaire brokstukken waarvan waterstof en koolmonoxide het leeuwendeel vormen. Metingen hebben aangetoond dat het geproduceerde gasmengsel tot 85 procent meer energie bevat dan voor de magnetron nodig was.
Voordat het gas gebruikt kan worden moet het echter een indrukwekkende rij filters passeren om restjes H2S, HCl, teer, metalen en stofdeeltjes eruit te halen. De brandstofcel die het gas omzet in elektriciteit bij een temperatuur van 800 graden is een efficiënt maar gevoelig apparaat. Bij de geringste vervuiling slaat het dicht of corrodeert.
Een unit die de productie van vijf toiletgebouwen verwerkt, levert volgens berekeningen van de energieonderzoekers 4 kilowatt aan elektriciteit, plus een boel warmte. Door die terug te voeren in het proces, vooral aan de droger, is hun concept zelfvoorzienend te maken. Dat publiceerde de onderzoeksgroep op 15 april in het vaktijdschrift Energy.
Zo kan het ook
De TU won in 2011 een beurs van de Bill & Melinda Gates Foundation voor de ontwikkeling van een concept om uitwerpselen met microgolven te vergassen en daar elektriciteit van te maken.
CalTech won dat jaar ook een beurs voor hun idee om een toilet te voorzien van zonnestroom waarmee de viezigheid langs elektrochemische weg afgebroken wordt.
Het Zwitserse wateronderzoekinstituut Eawag kon een toilet gaan ontwikkelen dat urine wegleidt en water recyclet.
De Britse Loughborough university ontwikkelt een droogsysteem dat poep omzet in biologische houtskool (‘biochar’) dat bij verbranding genoeg energie oplevert om de installatie op te laten draaien.
De universiteit van Singapore maakt ook gebruik van biologische houtskool (gedroogde poep), maar gebruikt de verbrandingswarmte ervan om urine mee te koken en het water eruit terug te winnen.
Ook de Stanford universiteit koos voor ‘biochar’ en kreeg daar een beurs voor.
De Zuid-Afrikaanse universiteit van KwaZulu Natal ontwikkelde een systeem om urine te zuiveren en om ontlasting om te vormen in kleine reepjes zodat het beter droogt.
De Canadezen (Universiteit van Toronto) tot slot kregen een beurs voor hun toilet dat ontlasting ontwatert en bij lage temperatuur ‘verbrandt’ en urine zuivert met een zandfilter en UV-licht.
Andere technieken in ontwikkeling zijn het ontwateren van ontlasting met een handpomp die vacuüm trekt (Cranfield University, VK, 2012) en de superkritische verbranding van fecale slurry onder hoge druk en onder toevoeging van zuurstof (Duke University, USA, 2013).
www.io.tudelft.nl/reinventthetoilet
Do you have a question or comment about this article?
delta@tudelft.nl
Comments are closed.