Fosforo di picco - Peak phosphorus
Il picco di fosforo è un concetto per descrivere il momento in cui l'umanità raggiunge il tasso massimo di produzione globale di fosforo come materia prima industriale e commerciale . Il termine è utilizzato in modo equivalente al più noto termine picco del petrolio . La questione è stata sollevata come un dibattito sull'imminente carenza di fosforo intorno al 2010, che è stato ampiamente respinto dopo che l' USGS e altre organizzazioni hanno aumentato le stime mondiali sulle risorse di fosforo disponibili, principalmente sotto forma di risorse aggiuntive in Marocco . Tuttavia, le quantità esatte di riserva rimangono incerte, così come i possibili impatti dell'aumento dell'uso di fosfati sulle generazioni future. Questo è importante perché il fosfato di roccia è un ingrediente chiave in molti fertilizzanti inorganici . Quindi, una carenza di fosfato di roccia (o solo aumenti di prezzo significativi) potrebbe influire negativamente sulla sicurezza alimentare mondiale .
Il fosforo è una risorsa finita (limitata) diffusa nella crosta terrestre e negli organismi viventi, ma relativamente scarsa in forme concentrate, che non sono distribuite uniformemente sulla Terra. L'unico metodo di produzione conveniente fino ad oggi è l' estrazione di roccia fosfatica , ma solo pochi paesi hanno riserve commerciali significative . I primi cinque sono Marocco (comprese le riserve situate nel Sahara occidentale ), Cina , Egitto , Algeria e Siria . Le stime per la produzione futura variano in modo significativo a seconda della modellizzazione e delle ipotesi sui volumi estraibili, ma è inevitabile che la futura produzione di roccia fosfatica sarà fortemente influenzata dal Marocco nel prossimo futuro.
I mezzi di produzione commerciale di fosforo oltre all'estrazione mineraria sono pochi perché il ciclo del fosforo non include un trasporto significativo in fase gassosa. La fonte predominante di fosforo nei tempi moderni è la roccia fosfatica (al contrario del guano che l'ha preceduta). Secondo alcuni ricercatori, si prevede che le riserve di fosforo commerciali ea prezzi accessibili della Terra si esauriranno in 50-100 anni e il picco di fosforo verrà raggiunto approssimativamente nel 2030. Altri suggeriscono che le scorte dureranno per diverse centinaia di anni. Come per i tempi del picco del petrolio , la questione non è risolta e i ricercatori in diversi campi pubblicano regolarmente stime diverse delle riserve di fosfato di roccia.
Sfondo
Il concetto di picco del fosforo è connesso con il concetto di confini planetari . Il fosforo, come parte dei processi biogeochimici , appartiene a uno dei nove "processi del sistema terrestre" noti per avere dei confini. Finché i confini non vengono attraversati, segnano la "zona sicura" per il pianeta.
Stime delle riserve mondiali di fosfato
L'accurata determinazione del picco di fosforo dipende dalla conoscenza delle riserve e delle risorse di fosfati commerciali del mondo totale , specialmente sotto forma di roccia fosfatica (un termine riassuntivo per oltre 300 minerali di diversa origine, composizione e contenuto di fosfato). "Riserve" si riferisce all'importo presunto recuperabile ai prezzi correnti di mercato e "risorse" si riferisce a importi stimati di grado o qualità tali da avere ragionevoli prospettive di estrazione economica.
La roccia fosfatica non trasformata ha una concentrazione di 1,7-8,7% di fosforo in massa (4-20% di anidride fosforica ). In confronto, la crosta terrestre contiene lo 0,1% di fosforo in massa e la vegetazione dallo 0,03% allo 0,2%. Sebbene nella crosta terrestre esistano quadrilioni di tonnellate di fosforo, questi non sono attualmente economicamente estraibili.
Nel 2021, lo United States Geological Survey (USGS) ha stimato che le riserve di roccia fosfatica economicamente estraibili in tutto il mondo sono 71 miliardi di tonnellate, mentre la produzione mineraria mondiale nel 2020 è stata di 223 milioni di tonnellate. Ipotizzando una crescita zero, le riserve dureranno così per 260 anni. Ciò conferma ampiamente un rapporto dell'International Fertilizer Development Center (IFDC) del 2010 secondo cui le riserve globali dureranno per diverse centinaia di anni. I dati sulla riserva di fosforo sono oggetto di accesi dibattiti. Gilbert suggerisce che ci sia stata poca verifica esterna della stima. Una revisione del 2014 ha concluso che il rapporto IFDC "presenta un quadro gonfiato delle riserve globali, in particolare quelle del Marocco, dove risorse in gran parte ipotetiche e dedotte sono state semplicemente ribattezzate "riserve".
I paesi con la maggior parte delle riserve commerciali di rocce fosfatiche (in miliardi di tonnellate): Marocco 50, Cina 3,2, Egitto 2,8, Algeria 2,2, Siria 1,8, Brasile 1,6, Arabia Saudita 1,4, Sudafrica 1,4, Australia 1,1, Stati Uniti 1,0, Finlandia 1,0 , Russia 0.6, Giordania 0.8.
La carenza di fosfato di roccia (o solo aumenti significativi dei prezzi) potrebbe influire negativamente sulla sicurezza alimentare mondiale . Molti sistemi agricoli dipendono dalle forniture di fertilizzanti inorganici, che utilizzano fosfato di roccia. Sotto il regime di produzione alimentare nei paesi sviluppati, la carenza di fosfato di roccia potrebbe portare a carenze di fertilizzanti inorganici, che a loro volta potrebbero ridurre la produzione alimentare globale.
Gli economisti hanno sottolineato che le fluttuazioni dei prezzi del fosfato di roccia non indicano necessariamente il picco del fosforo, poiché si sono già verificati a causa di vari fattori dal lato della domanda e dell'offerta.
stati Uniti
La produzione statunitense di roccia fosfatica ha raggiunto il picco nel 1980 a 54,4 milioni di tonnellate. Gli Stati Uniti sono stati il maggior produttore mondiale di roccia fosfatica almeno dal 1900, fino al 2006, quando la produzione statunitense è stata superata da quella cinese . Nel 2019, gli Stati Uniti hanno prodotto il 10% della roccia fosfatica mondiale.
Esaurimento delle riserve di guano
Nel 1609 Garcilaso de la Vega scrisse il libro "Comentarios Reales" in cui descriveva molte delle pratiche agricole degli Incas prima dell'arrivo degli spagnoli e introduceva l'uso del guano come fertilizzante. Come descritto da Garcilaso, gli Incas vicino alla costa raccoglievano il guano. All'inizio del 1800 Alexander von Humboldt introdusse il guano come fonte di fertilizzante agricolo in Europa dopo averlo scoperto sulle isole al largo delle coste del Sud America . È stato riferito che, al momento della sua scoperta, il guano su alcune isole era profondo oltre 30 metri . Il guano era stato precedentemente utilizzato dal popolo Moche come fonte di fertilizzante estraendolo e trasportandolo in Perù in barca. Il commercio internazionale del guano iniziò solo dopo il 1840. All'inizio del XX secolo il guano era stato quasi completamente esaurito e alla fine fu superato con la scoperta dei metodi di produzione del perfosfato .
Conservazione e riciclaggio del fosforo
Panoramica
Il fosforo può essere trasferito dal suolo in un luogo all'altro mentre il cibo viene trasportato in tutto il mondo, portando con sé il fosforo che contiene. Una volta consumato dall'uomo, può finire nell'ambiente locale (nel caso di defecazione all'aperto ancora diffusa su scala globale) o nei fiumi o nell'oceano tramite reti fognarie e impianti di depurazione nel caso di città collegate alla rete fognaria sistemi. Un esempio di una coltura che assorbe grandi quantità di fosforo è la soia .
Nel tentativo di posticipare l'insorgenza del picco di fosforo, sono in pratica diversi metodi per ridurre e riutilizzare il fosforo, ad esempio in agricoltura e nei sistemi igienico - sanitari . La Soil Association , il gruppo di certificazione e pressione dell'agricoltura biologica del Regno Unito, ha pubblicato un rapporto nel 2010 "A Rock and a Hard Place" incoraggiando un maggiore riciclaggio del fosforo. Una potenziale soluzione alla carenza di fosforo è un maggiore riciclaggio dei rifiuti umani e animali nell'ambiente.
Pratiche agricole
Ridurre il deflusso agricolo e l'erosione del suolo può rallentare la frequenza con cui gli agricoltori devono riapplicare il fosforo ai loro campi. È stato dimostrato che i metodi agricoli come l' agricoltura senza aratura , i terrazzamenti , la lavorazione del contorno e l'uso di frangivento riducono il tasso di esaurimento del fosforo dai terreni agricoli. Questi metodi dipendono ancora da un'applicazione periodica di roccia fosfatica al suolo e come tali sono stati proposti anche metodi per riciclare il fosforo perso. La vegetazione perenne, come i prati o le foreste, è molto più efficiente nell'uso del fosfato rispetto ai seminativi. Strisce di prati e/o foreste tra seminativi e fiumi possono ridurre notevolmente le perdite di fosfati e altri nutrienti.
Esistono sistemi di agricoltura integrata che utilizzano fonti animali per fornire fosforo per le colture su scale più piccole e l'applicazione del sistema su scala più ampia è una potenziale alternativa per fornire il nutriente, anche se richiederebbe modifiche significative ai moderni metodi di fertilizzazione delle colture ampiamente adottati .
Riutilizzo degli escrementi
Il metodo più antico per riciclare il fosforo è attraverso il riutilizzo di letame animale ed escrementi umani in agricoltura. Attraverso questo metodo, il fosforo negli alimenti consumati viene escreto e gli escrementi animali o umani vengono successivamente raccolti e riapplicati ai campi. Sebbene questo metodo abbia mantenuto le civiltà per secoli, l'attuale sistema di gestione del letame non è logisticamente orientato all'applicazione ai campi coltivati su larga scala. Al momento, l'applicazione del letame non è in grado di soddisfare le esigenze di fosforo dell'agricoltura su larga scala. Nonostante ciò, è ancora un metodo efficiente per riciclare il fosforo usato e restituirlo al suolo.
fanghi di depurazione
Gli impianti di trattamento delle acque reflue che hanno una fase di rimozione biologica avanzata del fosforo producono fanghi di depurazione ricchi di fosforo. Sono stati sviluppati vari processi per estrarre direttamente il fosforo dai fanghi di depurazione, dalle ceneri dopo l' incenerimento dei fanghi di depurazione o da altri prodotti del trattamento dei fanghi di depurazione . Ciò include l'estrazione di materiali ricchi di fosforo come la struvite dagli impianti di trattamento dei rifiuti. La struvite può essere prodotta aggiungendo magnesio ai rifiuti. Alcune aziende come Ostara in Canada e NuReSys in Belgio stanno già utilizzando questa tecnica per recuperare il fosfato. Ostara ha otto stabilimenti operativi in tutto il mondo.
La ricerca sui metodi di recupero del fosforo dai fanghi di depurazione è stata condotta in Svezia e Germania intorno al 2003, ma le tecnologie attualmente in fase di sviluppo non sono ancora convenienti, dato l'attuale prezzo del fosforo sul mercato mondiale.