Científicos de Stanford convierten desechos humanos en energía sin red eléctrica y fertilizantes

Un sistema recientemente desarrollado por científicos, transforma los desechos humanos (orina) en una poderosa herramienta para generar energía y agricultura rentable y sostenible, en regiones con recursos limitados.

El prototipo, descrito en un estudio dirigido por Stanford y publicado el 19 de agosto en Nature Water, recupera un valioso fertilizante de la orina mediante energía solar, que también puede generar energía para otros usos. Además, en el proceso, el sistema proporciona un saneamiento esencial, haciendo que las aguas residuales sean más seguras para su vertido o reutilización para riego.

Prototipo revolucionario que captura el nitrógeno de la orina

La captura distribuida de nitrógeno de la orina, mediante energía solar, ayuda a gestionar el ciclo del nitrógeno y aumenta el acceso a fertilizantes, saneamiento y electricidad.

Los científicos probaron un sistema de extracción electroquímica (ECS) fotovoltaico-térmica, conocido como solar-ECS, que recupera fertilizante de sulfato de amonio de la orina real, independientemente de la red eléctrica.

El nitrógeno es un componente clave de los fertilizantes comerciales. Tradicionalmente, se produce mediante un proceso con alto consumo de carbono y se distribuye globalmente desde grandes instalaciones industriales, muchas de las cuales se ubican en países ricos, lo que resulta en precios más altos en países de ingresos bajos y medios.

Para dar una dimensión de la importancia de este prototipo creado, a nivel mundial, el nitrógeno presente en la orina humana equivale a aproximadamente el 14 % de la demanda anual de fertilizantes.

En cambio, este prototipo separa el amoníaco (compuesto por nitrógeno e hidrógeno) de la orina mediante una serie de cámaras separadas por membranas. Utiliza electricidad generada por el sol para impulsar los iones y, finalmente, atrapar el amoníaco en forma de sulfato de amonio, un fertilizante común.

El calentamiento del sistema, mediante el calor residual recogido de la parte trasera de los paneles solares fotovoltaicos mediante una placa fría de tubo de cobre, ayuda a acelerar el proceso al estimular la producción de gas amoníaco, el paso final de la separación. Los paneles solares también producen más electricidad a temperaturas más bajas, por lo que la recogida del calor residual contribuye a mantenerlos frescos y eficientes.

Un sistema, múltiples beneficios

“Cada persona produce suficiente nitrógeno en la orina para fertilizar un jardín, pero gran parte del mundo depende de costosos fertilizantes importados”, afirmó Orisa Coombs , autora principal del estudio y estudiante de doctorado en ingeniería mecánica. “No se necesita una gigantesca planta química ni siquiera un enchufe. Con suficiente luz solar, se puede producir fertilizante justo donde se necesita, e incluso almacenar o vender el excedente de electricidad”.

Ganancia económica

Los investigadores también desarrollaron un modelo detallado para predecir cómo los cambios en la luz solar, la temperatura y la configuración eléctrica afectan el rendimiento y la economía del sistema.

El modelo mostró que en regiones como Uganda, donde los fertilizantes son caros y la infraestructura energética es limitada, el sistema podría generar hasta 4.13 dólares por kilogramo de nitrógeno recuperado, más del doble de las ganancias potenciales en EE.UU.

Aprovechamiento del calor residual

El estudio muestra que la integración del calor generado por el panel solar para calentar el líquido utilizado en el proceso electroquímico y la gestión de la corriente suministrada al sistema electroquímico aumentaron la generación de energía en casi un 60 % y mejoraron la eficiencia de recuperación de amoníaco en más de un 20 %, en comparación con prototipos anteriores, que no integraban estas funciones.

El uso de este calor residual es especialmente prometedor debido a su gran cantidad, alrededor del 80 % de la energía solar que llega a los paneles solares se pierde, lo que, de lo contrario, podría causar sobrecalentamiento del sistema y ralentizaciones de la eficiencia.

Ventajas en el saneamiento

Más allá del potencial para recolectar un producto valioso y generar energía, este enfoque promete un saneamiento eficaz. Según la ONU, más del 80 % de las aguas residuales no se tratan, gran parte de ellas en países de ingresos bajos y medios. El nitrógeno presente en las aguas residuales puede contaminar las aguas subterráneas y las fuentes de agua potable, y provocar la proliferación de algas que agotan el oxígeno y matan plantas y animales acuáticos.

Las lecciones aprendidas sobre la integración del calor residual de los paneles solares también podrían aplicarse a instalaciones industriales, como plantas de tratamiento de aguas residuales, capaces de capturar el calor producido durante la generación de electricidad para alimentar diversas aplicaciones.

Al impulsar la recuperación de productos químicos básicos de alta pureza a partir de aguas residuales infrautilizadas, este trabajo apoya los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas de hambre cero, agua limpia y saneamiento, energía limpia y producción responsable.

La posibilidad de eliminar el nitrógeno de la orina, a través de un sistema de autoalimentación, podría ser un punto de inflexión en muchos países donde solo un pequeño porcentaje de la población está conectada a sistemas centralizados de alcantarillado.

“A menudo pensamos en el agua, los alimentos y la energía como sistemas completamente separados, pero este es uno de esos raros casos en los que la innovación en ingeniería puede ayudar a resolver varios problemas a la vez”, dijo Coombs. “Es limpio, escalable y, literalmente, se alimenta del sol”.

Referencias de la noticia

Orisa Z. Coombs, et al."Prototyping and modelling a photovoltaic–thermal electrochemical stripping system for distributed urine nitrogen recovery". Nature Water. (2025).

"Innovative system turns human waste into sustainable fertilizer". Stanford Report por Rob Jordan. 19 de agosto del 2025.