Både globale og lokale utfordringer danner bakteppet for arbeidet til Arve Heistad og hans team ved NMBU. Resultatet kan bli en helt ny måte å tenke både arkitektur, VA og matproduksjon.

På et laboratorium på NMBU i Ås jobber Arve Heistad, førsteamanuensis ved Fakultet for realfag og teknologi, og hans medarbeidere, med å finne metoder for lokal gjenbruk av vann og næringsstoffer fra avløpet.

Det store bildet handler om fosfor som er en essensiell bestanddel i kunstgjødsel. Ifølge Heistad er de store kildene til fosfor konsentrert på noen få steder i verden, og det blir stadig mindre igjen.

– Det kommer til å bli en geopolitisk kjempesak, mye viktigere enn energispørsmålet, spår han.

Dårlig forfatning

Ifølge Heistad gir dette grunn til bekymring for fremtidig matproduksjon. Samtidig er kloakk-håndtering en stor utfordring også i Norge.

– Avløps- og drikkevannsnettet er i en dårlig forfatning. I overkant av 200 milliarder kroner må til for å ruste det opp. Vi har jobbet med å tenke alternativt, og se på hvordan man kan bidra til å løse problemet ved å desentralisere avløpshåndteringen. I stedet for lange rør og mange pumper, kan rensing av avløp skje der hvor folk bor. Samtidig er vi på jakt etter ressursene i avløpet, sier han.

Mye av næringsstoffene fra avløpet ender i dag i innsjøer, elver og i sjøen hvor det bidrar til algeoppblomstring. Også vannmangel er en stor global utfordring som bare vil øke i omfang. Transport av mat fører til unødvendige CO2-utslipp, og mindre lokal matproduksjon gjør befolkningen mer sårbar. Alle disse utfordringene ser han for seg at man kan adressere ved å lage en ny type småskalaanlegg i stedet for å sende avløpet ut i det sentrale systemet.

– Vi vil ha mer lokale kretsløp hvor energi, næringsstoffer og vann gjenbrukes lokalt. For å gjøre det trenger vi en ny måte å håndtere avløp på, med en kildeseparert avløpsløsning.

I stedet for ett rør ut av huset, har man to. Det ene avløpet er et klosettavløp, og det andre tar unna gråvannet, som utgjør ca 80 prosent, fra dusj, vaskemaskin og så videre. Sammen med kollega Petter Jensen har han lenge jobbet med å lage rensesystemer for både gråvann og svartvann. Gråvannet kan blant annet gjenbrukes til å spyle ned i toalettet.

– Gråvannet er relativt ufarlig, men svartvannet må behandles for å bli kvitt smittestoffer og organisk stoff, og for å kunne fange opp næringsstoffene. Ca. 90 prosent av næringsstoffene følger klosettløypa. Det samme gjør halvparten av energien og 99,9 prosent av smittestoffene. Med et eget klosettavløp blir det et mindre volum og lettere å oppkonsentrere og ta vare på næringsstoffene, forteller han.

Ved bruk av lavtspylende toaletter, for eksempel vakuumtoaletter med kvern, blir vannforbruket redusert og næringsstoffene tilgjengelig i mer konsentrert form. Slike toaletter bruker ned mot en halv liter vann per spyling mot seks liter i et vanlig toalett. Vakuumtoaletter og gråvannrenseanlegg er allerede installert i en studentbolig og et undervisningsbygg på NMBU. I laboratoriet får de inn svartvann og gråvann fra de to byggene

Reaktor

Når det gjelder gjenbruk av svartvann har det egentlig ikke vært noen kommersiell løsning tilgjengelig tidligere. Men her har hans kollega, doktorgradsstipendiat Melesse Eshetu Moges fra Etiopia, funnet en metode. Sammen med Ecomotive og Rune Bakke ved HSN har han utviklet en reaktor for behandling av klosettavløp. I laboratoriet ledes svartvannet inn i en dunk.

– I løpet av tre døgn omdannes åtti prosent av karbonet om til biogass. Målet er ikke bare biogassen, men å gjøre næringsstoffene tilgjengelig i flytende form for lokal matproduksjon. Vannet som kommer ut av reaktoren krever videre behandling, og etter filtrering får du til slutt en klar, blank væske.

«Det kommer til å bli en geopolitisk kjempesak, mye viktigere enn energispørsmålet.»

- Arve Heistad

Den flytende gjødselen, som er rik på næringsstoffer, blir så desinfisert med ultrafiolett bestråling som tar knekken på virus, bakterier og parasitter.

– Det flytende gjødselproduktet er ikke smittefarlig. Så her har man alle muligheter, sier han.

I samarbeid med Forskningsrådet og innovasjonsselskapet Ecomotive som er Eshetu Moges’ arbeidsgiver, har NMBU i samarbeid med HSN utviklet en fullskala reaktor som står på Runde miljøsenter.

– De første resultatene derfra kommer nå i vår, og når han er ferdig med doktorgraden i 2018 har vi et produkt som kanskje allerede er klart til å settes i produksjon, sier Heistad.

Han mener det er viktig å utvikle løsninger som kan få plass i kjellere og tekniske rom i byene, hvor det gjerne er trangt om plassen.

– Det er der ressursene er, men også der problemene er størst.

Hydroponisk dyrking

Tanken er at både gråvann og næring fra svartvann kan brukes til matproduksjon – og da gjerne i samme bygg som det er renset. Dyrking i etasjer med hydroponiske systemer uten jord er allerede velprøvd og utbredt, og med LED-lys, sensorteknologi og robotisering er det mulig å få store avlinger på utradisjonelle steder. Ifølge Heistad er jordbruk i byen nødvendig mange steder i verden.

– I en del store byer i verden er 80 prosent av salaten som konsumeres i byen faktisk produsert i byen, forteller han.

De har også sett på muligheter for rensing av gråvann i kombinasjon med både kjøling og dyrking. En masterstudent fra California tok kontakt fordi hun jobbet med en blomstervegg som skulle skjerme bygg mot soloppvarming.

– Vi begynte å kikke på norske bygg også, og enkelte nye forretningsbygg bruker mer energi på nedkjøling om sommeren enn på oppvarming om vinteren. Så vi bygget en blomstervegg hvor vi ville se om det var mulig å rense gråvann samtidig.

De satte blomkarse i det vertikale rensefilteret, og røttene fant veien inn og tok opp næring. Den blomstrende testveggen ga godlukt og trakk til seg insekter.

– Det morsomme var at vi fikk ut vann av en så god kvalitet, at det kan føres tilbake i bygget, sier han.

Dobbel verdi

Neste fase var å raffinere den grønne veggen og sette opp et renseanlegg som kolonner langs veggen hvor vannet pumpes opp i den øverste kassen og kjøres videre til neste til næringsstoffene er oppbrukt. I kassene dyrket de salat uten bruk av jord. Avlingen ble analysert i forhold til smittestoffer og tungmetaller.

– Når det gjelder helserisiko var begge deler godt innenfor kostholdsrådene, forteller han.

«I en del store byer i verden er 80 prosent av salaten som konsumeres i byen faktisk produsert i byen.»

- Arve Heistad

I neste runde vil de se på andre stoffer fra blant annet medisinrester, kosmetikk og husholdningskjemikalier.

– Dette gir oss en del problemstillinger som er krevende, men det vil samtidig gi oss raske indikasjoner på hvilke potensielle helse- og miljøutfordringer de neste generasjonene vil møte i det store vannkretsløpet. Det gir en dobbel verdi av å jobbe med dette som system. Noe av dette vil kreve teknisk innovasjon, mens andre deler griper direkte inn i vårt levesett og vil kreve nytenking rundt lovgiving og forvaltning.

Heistad forteller at forskningen deres høster gjenklang blant arkitekter. Og de jobber allerede med konkrete planer om et pilotanlegg i et stort ombyggingsprosjekt i Østfold. Samtidig legger han ikke skjul på at det er en del brikker som gjenstår før de har et komplett system som har tatt høyde for alle utfordringer – blant annet når det gjelder matsikkerhet og deponering av restavfallet.

– Det er fortsatt mye å nøste i, sier han.