Umanitatea este pusă în față cu multe probleme de sustenabilitate. Sursele de carburanți fosili devin din ce în ce mai puțin disponibile, creșterea concentrației gazelor cu efect de seră amenință climatul, iar apa potabilă devine o resursă din ce în ce mai rară. O altă problemă, mai puțin cunoscută, dar totuși foarte importantă, este epuizarea fosforului.
Am putea trăi fără mașini dacă petrolul s-ar termina, dar oare am putea supraviețui fără alimente dacă fosforul ar dispărea? Fosforul este un nutrient esențial pentru toate formele de viață. Este un element de bază in ADN-ul nostru și toate organismele vii au nevoie zilnică de fosfor pentru a produce energie. Acesta nu poate fi înlocuit și nu are un substitut sintetic: fără fosfor viața nu poate exista!
NE PLACE FOARTE MULT FOSFORUL
La mijlocul secolului al 19-lea, în randamentul recoltelor s-au observat îmbunătățiri impresionante atunci când guano (excrement de lilieci) era împrăștiat pe câmpurile respective. La scurt timp după ce s-a demonstrat că fosforul era responsabil pentru fertilitatea crescută a solului, minele de fosfat au început să fie exploatate în SUA și China.
Descoperirea fosfaților a demarat folosirea îngrășământului mineral. Fără această importantă descoperire, nu am putea produce decât jumătate din cantitatea actuală de alimente. Cantitatea de îngrășăminte folosită s-a mărit de patru ori în ultima jumătate de secol și va continua să crească o dată cu creșterea populației mondiale (peste 7 miliarde de pământeni astăzi / 14 miliarde la sfârșitul acestui secol, conform estimărilor ONU).
Creșterea economică a țărilor în curs de dezvoltare permite populațiilor lor să consume mai multă carne și produse lactate, ceea ce constituie o problemă, deoarece carnea are o „amprentă de fosfor” de 50 de ori mai mare decât majoritatea legumelor. Se estimează că aceasta, împreună cu creșterea utilizării de biocombustibili, vor duce la dublarea cererii de îngrășământ pe bază de fosfor până în 2050.
Pe lângă agricultură, fosforul mai este folosit în multe sectoare ale vieții de zi cu zi: industria farmaceutică, produse de îngrijire personală, substanțe ignifuge, catalizatori în industria chimică, materiale de construcții, produse de curățat, detergenți și conservanți alimentari.
O PROVOCARE MAJORĂ
Fosforul, minat din zăcăminte fosfat, nu este o resursă regenerabilă. Rezervele de care dispunem sunt limitate și nu sunt distribuite în mod egal pe planetă. Singurele mine mari de fosfat sunt situate în Maroc, Rusia, China și SUA. Diferite grupuri de cercetare au evaluat durata de viață a rezervelor mondiale de zăcăminte fosfat, iar rezultatele variază de la 35 până la 400 de ani, în cel mai optimist caz, cel din urmă bazându-se pe descoperirea de noi depozite.
Distribuirea neuniformă a minelor și nesiguranța capacității de a satisface cererea este o mare îngrijorare pentru țările care nu dispun de rezerve proprii, printre care se numără toate țările din Uniunea Europeană. Deoarece independența în ceea ce privește alimentația este una din principalele preocupări strategice pentru toate guvernele, epuizarea rezervelor de fosfor ar putea conduce la tensiuni geopolitice.
O creștere a prețului îngrășământului este o amenințare importantă pentru țările în curs de dezvoltare: dacă agricultorii nu își vor putea permite fertilizatori, aceasta va avea ca rezultat o scădere dramatică în randamentul recoltei, cât și în producția de alimente. În 2008, prețul îngrășămintelor a crescut cu 600%, afectând direct prețul alimentelor și ducând la manifestări violente în 40 de țări în curs de dezvoltare.
O altă problemă legată de folosirea fosforului este impactul său dăunător asupra mediului înconjurător. Folosirea excesivă a îngrășămintelor aduce cu sine scurgerea fosforului din câmpurile agricole în apele de suprafață și cauzează un fenomen numit eutrofizare. Algele și toxinele se dezvoltă rapid, scăzând nivelul de lumină și oxigen din apă și conducând la așa numitele „zone ale morții” în care peștii și alte organisme acvatice nu mai pot supraviețui.
Dezvoltarea necontrolată a algelor cauzată de niveluri ridicate de fosfor în apă, a creat deja mai mult de 400 de „zone ale morții” în apropierea țărmurilor din întreaga lume. Otrăvirea direct asociată a persoanelor în SUA provoacă costuri de 2,2 miliarde de dolari anual. Problemele sociale, economice și de mediu ce derivă din creșterea cererii pentru fosfor vor fi o provocare majoră pentru umanitate în viitor. O utilizare mai sustenabilă și responsabilă a fosforului este crucială.
MAI EXISTĂ SPERANȚĂ
În trecut, circuitul fosforului era închis: recoltele erau mâncate de oameni și animale, iar fecalele acestora din urmă erau folosite ca îngrășământ natural pentru a crește recoltele din nou. Dar în zilele noastre, în special din cauza urbanizării, circuitul este frânt. Recoltele sunt transportate în orașe, iar deșeul organic nu se mai întoarce pe câmp, el fiind preluat de sistemul de canalizare și ajunge în general în apa de mare.
Astfel, în loc de un circuit închis avem un proces liniar. Anual, 225 de milioane de tone de rocă fosfat sunt minate, dar, la finalul ciclului, doar o parte foarte mică este reîncorporată în circuit. Există două abordări principale pentru reinventarea unui circuit modern al fosforului.
1. Reducerea drastică a consumului
Aproximativ 80% din roca fosfat minată este folosită pentru a produce fertilizatori, dar cele mai multe industrii agricole folosesc mult mai mult decât au nevoie. Organizația pentru Alimente și Agricultură a Națiunilor Unite (FAO) estimează că doar 15 până la 30% din fosforul din îngrășăminte este preluat efectiv de plante, aceasta reprezentând cea mai mare pierdere din întreg circuitul. Restul se acumulează în sol sau ajunge în apele de suprafață.
De exemplu, cantitatea de fosfor acumulată în prezent în solul din Olanda ar fi suficientă pentru a aproviziona țara cu fertilizatori pentru următorii 40 de ani. Reducerea risipei de nutrienți în agricultură ar putea fi realizată prin intermediul mai multor tehnologii. Diferite tipuri de recolte pot fi selectate ținând cont de tipul de sol, climat și condițiile agricole pentru a optimiza consumul de fosfor.
O alternativă poate fi folosirea unei enzime numită fitază, despre care se știe că optimizează consumul de nutrienți al animalelor, permițând digestia acidului fosforic din semințe și grâne (care altfel ar fi irosit) și reducând astfel cantitatea necesară de fosfor cu 25%. Risipa de alimente cauzată de procese multi-etape, transportul pe distanțe lungi, termeni de valabilitate exagerați și resturi alimentare este de asemenea corelată cu uzul excesiv de fosfor. În majoritatea țărilor dezvoltate, 60% din alimentele aruncate sunt comestibile.
În alte sectoare industriale, fosfații sunt reduși la fosfor elemental, de exemplu P4 (1 milion de tone pe an). În această formă pură din punct de vedere chimic, fosforul este mult mai reactiv și poate fi transformat cu ușurință în alte familii de compuși pe bază de fosfor. Procesele de obținere a acestora sunt însă, de cele mai multe ori, foarte costisitoare din punct de vedere energetic.
Primul pas, reducerea rocii fosfat la fosfor elemental, consumă 14 MWh pe tonă de fosfat, echivalent cu costul energetic zilnic al unui mic reactor nuclear. Cel de al doilea pas implică transformarea fosforului elemental în compuși țintă adeseori prin procese de oxidare chimică care consumă multă energie și produc deșeuri în urma fiecărui pas. Astfel, o transformare directă a rocii fosfat în compuși țintă ar fi incredibil de avantajoasă în ceea ce privește consumul de energie și fosfor.
2. Reciclarea fosforului
În prezent, nămolul de canalizare ce conține fosfor este considerat deșeu și este, în mare parte, incinerat sau trimis în mare. Există puține tehnologii capabile să reducă această pierdere și sunt încă departe de a avea eficiența necesară. Cel mai folosit proces este extracția fosforului prin adiția de magneziu, proces care creează struvită. Aceasta poate fi refolosită pe post de îngrășământ. La fel ca în cazul fertilizatorilor, doar o fracție din fosforul folosit în industria chimică este reciclat.
Echipe de cercetare din domeniul academic, cât și din cel industrial din întreaga lume dezvoltă noi procese și tehnologii care ar putea avea un impact pozitiv și decisiv asupra reciclării fosforului. Comisia Europeană a implementat proiecte și rețele de cercetare inovative, cum ar fi SusPhos, care au ca scop descoperirea și dezvoltarea de procese care să permită o utilizare mai eficientă, o reciclare mai bună și potențiala refolosire a fosforului.
SĂ FIM CONȘTIENȚI
Când ne gândim la provocările grave pe care viitorul ni le rezervă, oamenii se gândesc rareori la fosfor. Cu toate acestea, garanția că vom putea hrăni populația planetei este cel puțin la fel de importantă ca și dezvoltarea energiei regenerabile și reducerea gazelor cu efect de seră. Pentru a garanta siguranța mâncării pe termen lung, este vital să schimbăm felul în care folosim fosforul în prezent.
