Fosfor is een essentieel element voor het leven op aarde. Het zit in DNA, in botten en het is onmisbaar bij energieprocessen in levende cellen. Toch werd het na zijn ontdekking in 1669 door Hennig Brand beschouwd als een duivels element. Brand maakte het uit urine. En de witte fosfor die hij ontdekte lichtte op. Fosfor bleek ook nog eens element no.13. Maar de voorraden van fosfor staan onder druk, het mineraal fosfaat raakt op. ‘Peak phosphorus’ wordt verwacht rond 2030, en er is geen vervanger.
Nitraat kunnen wij kunstmatig maken, fosfaat niet
Hoewel Malthus aan het eind van de 18e eeuw voorspelde dat de wereldbevolking sneller zou toenemen dan de productie van voedsel, is dit niet uitgekomen – vooral door de uitvinding van kunstmest. In het begin van de 20e eeuw leerde men stikstof uit de lucht te binden, een procedé waarmee wij onder meer nitraat kunnen maken. Maar er is niet een overeenkomstig proces mogelijk voor het binden van fosfor tot fosfaat, die andere belangrijke meststof. De enige bron van fosfaat is de minerale grondstof, die vooral voorkomt in China, Marokko en de Verenigde Staten. Het rapport Limits to Growth uit 1972 waarschuwde al voor de eindigheid van fosfaat. Nu zijn veel verwachtingen van dit rapport niet uitgekomen; vooral doordat wij vervangers hebben gevonden voor schaarse metalen. De zeldzame aardmetalen bijvoorbeeld, waarvan het gebruik enorm is gegroeid door de opkomst van apparaten als smartphones, kunnen misschien worden vervangen door nikkel/kobalt- of nikkel/ijzer legeringen; daar wordt veel onderzoek naar gedaan. Maar bij fosfaat zijn zulke vervangers niet mogelijk.
Ja, wij kunnen fosfaat winnen uit zeewater. Wat zeer grote hoeveelheden energie vereist. Veel slimmer is het om fosfaat terug te winnen uit excrementen. Daar dringen onderzoekers al jaren op aan, maar bij gebrek aan acute nood gebeurt er veel te weinig. Wel is onlangs de stof struviet (magnesiumammoniumfosfaat) die men uit rioolwater kan winnen, toegelaten als meststof; maar dit heeft lang geduurd. De mensheid zal ooit de fosfaatkringloop moeten sluiten, willen wij de wereld kunnen blijven voeden.
Denk mondiaal
Dit soort problemen moeten we op wereldschaal oplossen, eenvoudig doordat de planeet zich niets aantrekt van politieke grenzen. In de jaren ’80 werkten we bij TNO aan de ontwikkeling van een proces om fosfaaterts te zuiveren van cadmiumverontreinigingen. Opdrachtgever was de Nederlandse overheid. Maar de industrie had andere plannen. Toen de overheid de normstelling voor cadmium verlaagde, schakelde de Nederlandse industrie eenvoudig over van verontreinigd fosfaaterts uit Marokko naar zuiverder erts uit Florida. Het zuiveringsproces is dus nooit toegepast. Marokkaans erts wordt nu verscheept naar Egypte, waar het de Nijlvallei en de delta verontreinigt. De industrie trekt zich niets aan van grenzen. Om industriële problemen op te lossen, zullen wij dus ook moeten leren mondiaal te denken.
Dat motto kunnen wij mooi gebruiken bij het oplossen van het volgende probleem: fosfaatverontreiniging. Door riolering en gebruik van fosfaathoudende wasmiddelen vindt op vele plaatsen ter wereld algenbloei plaats. Deze vaak giftige algen ontwikkelen zich overal waar het water te veel fosfaten en nitraten bevat. Het land dat daarvan momenteel de meeste last ondervindt is China. Geïndustrialiseerde landen hebben de lozingen van fosfaat sterk weten te beperken. Maar ook dat verstoort het milieu. Universeel geldt de zogenoemde Redfield ratio: de verhouding van koolstof, stikstof en fosfor in levende mariene organismen én in zeewater is 106:16:1. Nu industrielanden minder fosfaat lozen, wordt in ondiepe zeeën de Redfield ratio verstoord. Nitraat wordt nog volop geloosd: nitraatmest spoelt bijvoorbeeld gemakkelijk uit, en bovendien ontstaat nitraat in de zee uit stikstofoxiden in de lucht die nog volop worden uitgestoten door auto’s. De afwijkende verhouding nitraat/fosfaat verstoort nu het zeeleven, sommige visserijbiologen wijten er de achteruitgang van de visstand aan. De beste oplossing ligt duidelijk in overeenkomstige vermindering van de stikstofbelasting, maar ook dat is een internationale kwestie.
Sluiten van de fosforkringloop
Als fosfaat in de voeding gebonden is aan koolstof, nemen vele dieren het slecht op. Alleen herkauwers kunnen het in deze vorm goed opnemen, maar dieren als varkens en kippen (en mensen) hebben anorganisch fosfaat nodig. Deze dieren scheiden het meeste fosfor dat zij eten, weer uit. In landen met veel varkens, kippen (en mensen), zoals Nederland, geeft dat een slechte fosforhuishouding: veel fosfor in mest. Dit probleem kunnen wij grotendeels verhelpen door het enzym fytase toe te voegen aan voeding; dit enzym zet organisch gebonden fosfaat om in opneembaar vrij fosfaat. Behalve recycling van fosfaat is ook verbetering van de opname van fosfor in de spijsvertering dus een maatregel om de fosforhuishouding te verbeteren.
Recycling van fosfor is technologisch niet ingewikkeld, het is een kwestie van maatschappelijke organisatie. Om de wereld te blijven voeden moeten we dit probleem aanpakken, zeker als we ook nog onze materialen van het land willen halen in een biobased economy.