Peak fosfor

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Årlig global fosfatbergartproduksjon (megatonn per år), 1994–2022 (data FRA US Geological Survey)[1]

Peak fosfor er et uttrykk for tidspunktet da menneskeheten har nådd den maksimale globale utvinningstakten for fosfor. Begrepet brukes på samme måte som peak oil.[2] Nøyaktige anslag for reservene er imidlertid usikre, og det samme gjelder mulige konsekvenser av økt fosfatbruk for fremtidige generasjoner.[3] Dette er viktig fordi fosfat i berggrunnen er en essensiell ingrediens i mange typer uorganiske gjødsel (kunstgjødsel). Derfor kan mangel på apatitt (steinfosfat), eller betydelige prisøkninger, påvirke verdens matsikkerhet.[4]

Fosfor er en endelig (begrenset) ressurs som er utbredt i jordskorpen og i levende organismer, men sjelden i konsentrerte former. Stoffet er heller ikke jevnt fordelt over jorden. Produksjonsmetoden er gruvedrift av fosfatbergarter, men bare noen få land har betydelige kommersielle reserver. De fem største produksjonslandene er Marokko (inkludert reserver som ligger i Vest-Sahara), Kina, Egypt, Algerie og Syria.[5] Estimater for fremtidig produksjon varierer betydelig, avhengig av modellering og forutsetninger om utvinnbare volumer, men det er uunngåelig at fremtidig produksjon av fosfatbergart vil bero på Marokko i overskuelig fremtid.

Kommersiell fosforproduksjon skjer ved gruvedrift, og knapt noen andre muligheter er kjent. Årsaken er at fosforkretsløpet ikke innbefatter noen betydelig gassfasetransport. Dette i motsetning til nitrogen, som også er viktig for matproduksjon, men der utvinning skjer direkte fra luft. Den viktigste kilden til fosfor i moderne tid er fosfatbergarter, mens det tidligere var guano. Som med tidspunktet for peak oil, er spørsmålet om en peak fosfor ikke avgjort, og forskere på forskjellige felt publiserer jevnlig forskjellige estimater for de gjenværende reservene av bergfosfat.

Begrepsavklaring[rediger | rediger kilde]

Utvinning av fosfat fra gruver i USA for 1900–2015.
US Geological Survey (Datakilde)

Peak fosfor-begrepet er knyttet til konseptet om naturens tålegrense. Fosfor, som inngår i flere biogeokjemiske prosesser, tilhører én av de ni jordsystemprosessene som er kjent å ha grenser. Så lenge grensene ikke krysses, markerer de den «sikre sonen» for planeten.[6]

Fosfor er et grunnstoff med symbol P. Fordi fosfor er svært reaktivt finnes det bare i oksidert form som fosfat (PO43-) i forskjellige mineraler i naturen. Fosfor produseres gjennom utvinning av fosfatstein. Grunnstoffet vil aldri forsvinne fra jorden, men det tar millioner av år før ny fosfatstein dannes.[7]

Bruk av fosfor[rediger | rediger kilde]

Næringsstoffer som fosfor er nødvendige for at levende organismer skal vokse og overleve, og er derfor avgjørende for utvikling og vedlikehold av sunne økosystemer. Fosfor utvinnes for bruk som gjødsel på avlinger. Ved å transportere fosfor og landbruksprodukter over hele kloden, påvirkes fosforkretsløpet. Transport av fosfor i matvarer fra gårder til byer har resultert i en stor endring i den globale fosforkretsløpet. Opphopning av næringsstoffer i naturen, spesielt fosfor og nitrogen, er skadelige for økosystemer i vann. Vann og vassdrag får høyt fosforinnhold på grunn av landbruksavrenning og utslipp av avløpsvann. Tilførsel av fosfor på grunn av avrenning fra landbruket kan gi oksygenmangel (eutrofiering) av overflatevann, noe som i neste omgang gir algeoppblomstring og oksygenmangel.[8]

Historisk utvikling[rediger | rediger kilde]

Uttak av mineralsk forsfor i Nauru, Mikronesia i det sentrale Stillehavet.
Foto: Lorrie Graham

I 1609 skrev Garcilaso de la Vega (1501–1536) boken Comentarios Reales der han beskrev landbrukspraksisen i Inkariket før Spanjolenes ankomst. Blant annet at de brukte guano, altså avføring fra fugler, som gjødsel. Garcilaso skrev om at inkaene samlet guano nær kysten.[9] På begynnelsen av 1800-tallet introdusere Alexander von Humboldt (1769–1859) guano som kilde til gjødsel til landbruket i Europa, etter å ha oppdaget det på noen øyer utenfor kysten av Sør-Amerika.[10] Internasjonal handel med guano startet rundt 1840.[10]

Bruk av uorganisk gjødsel (kunstgjødsel) begynte i 1840-årene med behandling av fosforholdige bergarter med fortynnet svovelsyre.[11] I tillegg til fosfor, er nitrogen og kalsium i kunstgjødsel av avgjørende betydning for landbrukets kraftige vekst gjennom 1900-tallet, og dermed for at verdens befolkning kunne øke seks ganger. Nitrogen kan utvinnes fra luften, men fosfor og kalsium kan bare utvinnes fra gruver.[12]

Forbruket av fosfor i gjødsel toppet seg med mer enn 16 millioner tonn i 1988, men falt med 25 % frem mot 1993. Deretter vokste den globale forbruket igjen. De tre største produsentene i verden er Kina, USA og Marokko, og disse landene sto for omtrent to tredjedeler av den globale produksjonen i 2002.[11] Marokko kontrollerte per 2009 hele 40 % av verdens fosforreserver.[12] De resterende reserver av fosfatmineraler ble i 2023 antatt å utgjøre minst 180–200 milliarder tonn.[13] Vanskelighetene og kostnadene forbundet med utvinning av anvendbar fosfor fra kildene er imidlertid hovedutfordringen, blant annet fordi deler av reservene ligger meget dypt i berggrunnen eller til havs.[12]

Fosfor er i praksis en global ikke-fornybar ressurs der noen få land eksporterer, mens alle andre avhenger av import.[7] Dette truer forsyningssikkerheten som verdens matproduksjon avhenger av. Forsyningsproblemer kan gi plutselige prisstigninger, som i 2008 da prisen på fosfatgjøtsel økte med 800 %. En ny prisstigning har oppstått etter koronapandemien og Russlands invasjon av Ukraina i 2022. Ingen internasjonale organer regulerer verdens bruk av fosfor.[14]

Anvendelsesområder for fosfor[rediger | rediger kilde]

Rundt 85 % av alt fosfat som utvinnes i verden per år blir brukt som ingrediens i kunstgjødsel, 10 % brukes til tilskudd i dyrefôr og de resterende 5 % brukes i en rekke kjemiske prosesser. De siste 5 % svarer til 2,5 millioner tonn fosforpentoksid per år, som brukes til rengjøringsmidler (38 %), tilsetningsstoff i mat og drikke (25 %), metallproduksjon (10 %), vannbehandling (10 %), spesialiserte gjødselsstoffer (3 %), tannpasta (3 %) og de resterende 14 % til en mengde forskjellige bruksområder som brenselceller og medisin.[15]

Fosfor som forurensning[rediger | rediger kilde]

Fosfor og andre stoffer fra kunstgjødsel forårsaker alvorlige miljøproblemer på grunn av avrenning fra jordbruksland, med algeoppblomstring og oksygenmangel (eutrofiering) i vann og vassdrag, våtmarker og kyst som de største.[12][16][17] De primære årsakene til eutrofieringen er tilførsel av nitrogen og fosfor som overskrider et vassdrags kapasitet for mottak. Deretter oppstår sterk algevekst med påfølgende stort oksygenopptak når algene dør og brytes ned.[18]

Estimater og varighet for verdens fosforreserver[rediger | rediger kilde]

Global fordeling av kommersielle reserver av bergfosfat i 2016[19]

Nøyaktige angivelse av tidspunkt for peak fosfor er avhengig av at en kjenner den totale mengden av verdens kommersielle fosfatreserver og -ressurser, særlig i form av fosfatbergarter. Fosfatbergarter er et oppsummerende begrep for over 300 malmer av forskjellig opprinnelse, sammensetning og fosfatkonsentrasjon. Reserver vil si antatt utvinnbar mengde ved gjeldende markedspriser, og ressurser er anslåtte mengder av en slik kvalitet at de har rimelige utsikter til å kunne bli økonomisk utnyttbare.[20][21] Ubehandlet fosfatbergarter har en massekonsentrasjon på 1,7–8,7 % med fosfor. Til sammenligning inneholder jordskorpen 0,1 % fosfor regnet i masse,[22] og vegetasjon inneholder 0,03 % til 0,2 %.[23] Selv om det finnes kvadrillioner tonn fosfor i jordskorpen,[24] er det store kostnader og vanskene med å utvinne anvendbar fosfor fra alle disse kildene, blant annet fordi deler av reservene ligger meget dypt i berggrunnen eller til havs.[12]

Det har blitt fremsatt prognoser for årstall for når det vil oppstå en peak fosfor, der produksjon av fosfor når sin topp og etter det faller.[25] Det foreligger prognoser som anslår fortsatt nok fosfor frem til 2100 med dagens forbruk,[12] eller enda mye lengre.[26][27] Uansett er teorien lik den som geofysikeren Marion King Hubbert (1903–1989) fremsatte om Peak oil. Teorien bygger på at økt etterspørsel etter en begrenset ressurs uunngåelig vil føre til produksjonskostnader som overgår profitten. Etter det vil produksjonen reduseres. Slike prognoser er usikre, både fordi en ikke greier å få oversikt over gjenstående reserver, og fordi innovasjoner reduserer etterspørselen. Historisk har fosfor vært billig, og det derfor ikke har vært noen sterk motivasjon for å forbedre metodene for bruk. Det har holdt etterspørselen oppe. Pessimistiske estimater går ut på at mindre enn 20 % av det fosforet som brukes i landbruket tas opp av avlingene,[25] men høyere anslag finnes også.[14]

De tre største produsentene i verden er Kina, USA og Marokko, og disse står for omtrent to tredjedeler av den globale produksjonen (i 2002).[11] Marokko kontrollerer per 2009 hele 40 % av verdens fosforreserver.[12] Landene med flest kommersielle fosfatreserver (i milliarder tonn): Marokko 50, Kina 3,2, Egypt 2,8, Algerie 2,2, Syria 1,8, Brasil 1,6, Saudi-Arabia 1,4, Sør-Afrika 1,4, Australia 1,1, USA 1,0, Finland 1,0, Russland 0,6, Jordan 0,8.[28][5]

I 2023 anslo United States Geological Survey (USGS) at de økonomisk utvinnbare fosfatreservene i hele verden var 72 milliarder tonn, mens verdens totale produksjon i gruver i 2022 var 220 millioner tonn.[5] Om dagens forbruk forutsetter, vil reservene dermed vare i rundt 300 år (frem til rundt år 2320). Dette bekrefter stort sett en rapport fra International Fertilizer Development Center (IFDC) fra 2010, som påpekte at de globale reserver vil vare i flere hundre år.[29][26] Fosforreservene og peak fosfor diskuteres intenst blant forskere.[20][30] Der er enighet om at at gjenværende reserver har kvalitet og tilgjengelighet som er for nedadgående, at produksjonskostnadene vil fortsette å stige og at den totale etterspørselen vil øke.[7]

Kartleggingene av reservene for fosfor har endret seg en hel del de siste årene. I 2010 var det antatt at reservene bare ville holde i 87 år, mens det ett år senere ble gjort nye fremskrivinger som anslo en varighet på 325 år. Det store spranget fra 2010 til 2011 skyldes for en stor del nye estimater for reservene i Marokko.[31]

Mangel på fosfat, eller bare prisøkning, kan ha negativ innvirkning på verdens matsikkerhet.[4] Mange landbrukssystemer er avhengige av forsyninger med uorganisk gjødsel, som bruker bergfosfat. Under regimet for matproduksjon i utviklede land kan mangel på bergfosfat føre til mangel på uorganisk gjødsel, noe som igjen kan redusere den globale matproduksjonen.[32]

Økonomer har påpekt at prissvingninger på bergfosfat ikke nødvendigvis indikerer peak fosfor, men at svingninger oppstår på grunn av ulike etterspørsels- og tilbudsfaktorer.[33]

Reduksjon og effektivisering av bruken av fosfor[rediger | rediger kilde]

Fosfatgruve på Nauru, en gang en av verdens viktigste kilder til bergfosfat.

Fosfor blir overført fra jordsmonnet på ett sted til et annet når mat transporteres over lange avstander. Når maten blir konsumert av mennesker, havner fosforet i lokalmiljøet, i elver eller havet via avløpsvann. Som et forsøk på å begrense eller utsette peak fosfor, er det innført flere metoder for å redusere og gjenbruke fosfor, slik som i jordbruket og i avløpssystemer.

Den eldste metoden for resirkulering av fosfor er bruk av husdyrgjødsel og avføring fra mennesker. På denne måten blir fosfor som inntas i mat ført tilbake til åkrene. Selv om denne metoden har vært brukt av sivilisasjoner i århundrer, er det moderne landbrukets gjødselhåndtering ikke logistisk innrettet for slik gjenbruk i stor skala. Fortsatt vil bruk av husdyrgjødsel være en effektiv metode for resirkulering av fosfor.

Landbruket[rediger | rediger kilde]

Som ved alle andre tiltak for bærekraftig bruk, er tilnærmingen for fosfor den samme som ellers, nemlig reduksjon av forbruk, resirkulering og gjenbruk.[12] Tiltak for å gjenbruke fosfor dreier seg om det som tas bort fra landjorden via avlinger, mens andre tiltak fokuserer på reduksjon av avrenning. I den første kategorien ser en på metoder for å fange opp fosfat fra menneskelig urin. Ved å rense avløpsvann kan en få tilbake noe av fosforet og bruke det på nytt i landbruket,[25] det samme med resirkulering av organisk avfall.[34] Imidlertid vil ikke denne formen for resirkulering bidra særlig mye, da omtrent bare 20 % av tilført fosfor i landbruket tas opp av plantene. Tiltak for å øke effekten av fosfor i landbruket går ut på å få optimalt plantevekst og avkastning, først og fremst ved mye lavere konsentrasjon av fosfor i kunstgjødselen,[25] bruk av terrasser og praksiser uten bruk av plog, samt at stilk og stengler fra vekster føres tilbake til jorden.[12] Innenfor genforskning har en sett på utvikling av plantesorter med bedre opptak av fosfor.[25]

Å redusere avrenning fra landbruket og jorderosjon kan redusere bruken av fosfor på åkre. Landbruksmetoder der en unngår bruk av plog, oppbygging av terrasser, konturpløying (pløying og planting på tvers av skråninger) og bruk av vindstoppere har vist seg å redusere hastigheten på fosforutarmingen fra jordbruksland. Disse metodene er fortsatt avhengige av en periodisk påføring av fosfat, men det er også foreslått metoder for å resirkulere det tapte fosforet. Flerårig vegetasjon, som gressletter eller skog, representerer en mye mer effektiv bruk av fosfat enn dyrkbar jord. Strimler av gressletter og/eller skog mellom dyrkbar jord og elver kan i stor grad redusere tap av fosfat og andre næringsstoffer.[35]

Både i Nord-Amerika og i Europa har den totale matproduksjon økt betydelig siden 1980-årene, samtidig som bruken av fosfor har gått ned. Årsaken er mer effektive jordbrukspraksiser og større utnyttelse av organisk avfall, samt økt bevissthet om riktig gjødsling i landbruket. Utviklingen kan sees som en naturlige progresjon som følge av at moderne landbruk har gått fra en fase med rask ekspansjon til å bli mer modent, med jevnere og mer bærekraftig produksjon. Den største utfordringen på lengre sikt vil derfor ikke være å kutte ned på bruk av fosfor i industriland, men å stagge etterspørselen i utviklingsland. I praksis vil det si at en utvikler kunnskap om lokalt jordsmonn, behov for gjødsel og unngår overforbruk.[34]

Siden 1960 kan 38 % av økningnen av mineralsk fosforgjøtsel tilskrives global endring av befolkningens matinntak. Endringen er for det meste relatert til større inntak av kjøtt, spesielt i rike land. Kjøttforbruke er i mange tilfeller større enn hva som anbefales ut fra et sundt kosthold.[36] På forbrukssiden er derfor redusert matsvinn viktig for redusert bruk av fosfor, det samme med mindre forbruk av kjøtt og meieriprodukter.[37]

Renseanlegg[rediger | rediger kilde]

Renseanlegg kan konstrueres med fosforfjerning. Ulike prosesser er utviklet for å utvinne fosfor fra kloakkslam direkte, fra ask etter forbrenning av kloakkslam eller fra andre produkter ved behandling av avløpsslam. En metode går ut på å utvinne fosforrike stoffer som struvitt (et mineral) fra avfallsbehandlingsanlegg.[38] Globalt blir 80 % av alt avløpsvann sluppet ut i miljøet uten rensing. Forskjellene er store, og i høyinntektsland blir 70 % av alt avløpsvann renset.[27]

På lang sikt[rediger | rediger kilde]

Nye inovasjoner vil kunne forsinke uttømming av fosforreservene, men neppe helt forhindre det. For å utvikle et virkelig bærekraftig landbruk må forsinkelsen være på ubestemt tid. Det vil sannsynligvis bare være mulig med en verdensbefolkning som er liten nok til å ernæres bare med bruk av naturlige og for det meste ubehandlede mineraler (lavverdige fosforkilder) i landbruket. Professor i miljøbiologi ved Stevens Institute of Technology, David A. Vaccari, mener at det store spørsmålet egentlig er hvor mange mennesker verden kan mette.[12]

Se også[rediger | rediger kilde]

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ «Phosphate Rock Statistics and Information | U.S. Geological Survey». Besøkt 9. april 2023. 
  2. ^ Cordell, Dana; Drangert, Jan-Olof; White, Stuart (2009). «The story of phosphorus: Global food security and food for thought». Global Environmental Change. 19 (2): 292–305. doi:10.1016/j.gloenvcha.2008.10.009. 
  3. ^ Edixhoven, J.D.; Gupta, J.; Savenije, H.H.G. «Recent revisions of phosphate rock reserves and resources: reassuring or misleading? An in-depth literature review of global estimates of phosphate rock reserves and resources». Earth System Dynamics. 5 (2): 491–507. doi:10.5194/esd-5-491-2014. 
  4. ^ a b Amundson, R.; Berhe, A. A.; Hopmans, J. W. (2015). «Soil and human security in the 21st century». Science. 348 (6235): 1261071. doi:10.1126/science.1261071. 
  5. ^ a b c «USGS, Phosphate Rock Statistics and Information». Besøkt 24. februar 2024. 
  6. ^ Rockström, J.; Steffen, K.; m.fl. (2009). «Planetary boundaries: exploring the safe operating space for humanity» (PDF). Ecology and Society. 14 (2): 32. doi:10.5751/ES-03180-140232. 
  7. ^ a b c Hanserud 2014, s. 4–5.
  8. ^ «Agricultural phosphorus and eutrophication: A symposium overview». Journal of Environmental Quality. 27 (2): 251–7. 1998. doi:10.2134/jeq1998.00472425002700020002x. Arkivert fra originalen 9. februar 2019. Besøkt 24. februar 2024. 
  9. ^ Leigh, G. J. The World's Greatest Fix: A History of Nitrogen and Agriculture. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-516582-1. 
  10. ^ a b Skaggs, Jimmy M. (mai 1995). The Great Guano Rush: Entrepreneurs and American Overseas Expansion. St. Martin's Press. ISBN 978-0-312-12339-0. 
  11. ^ a b c Smil 2002, s. 245–251.
  12. ^ a b c d e f g h i j Vaccari, David A. (juni 2009). «Phosphorus: A Looming Crisis» (PDF). Scientific American. 300 (6): 54–59. doi:10.1038/scientificamerican0609-54. 
  13. ^ Kofstad, Per K. og Pedersen, Bjørn: (no) «Fosfor» i Store norske leksikon (2023)
  14. ^ a b Martin-Ortega, Julia; Jacobs, Brent og Cordell, Dana (16. desember 2022). «Phosphorus supply is increasingly disrupted – we are sleepwalking into a global food crisis». The Conversation. Besøkt 24. desember 2023. 
  15. ^ Brownlie 2022, s. 24–25.
  16. ^ Brownlie 2022, s. ii–iii.
  17. ^ «Where Nutrients Come From and How They Cause Entrophication». Lakes and Reservoirs. United Nations Environment Programme. 3. Arkivert fra originalen 30. juli 2019. Besøkt 24. februar 2024. 
  18. ^ «Eutrophication of aquatic ecosystems: bistability and soil phosphorus» (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (29): 10002–5. juli 2005. Bibcode:2005PNAS..10210002C. PMC 1177388 Åpent tilgjengelig. PMID 15972805. doi:10.1073/pnas.0503959102. 
  19. ^ Arno Rosemarin (2016) Phosphorus a Limited Resource – Closing the Loop, Global Status of Phosphorus Conference, Malmö, Sweden (based on USGS Phosphate Rock Statistics and Information)
  20. ^ a b Sutton, M.A.; Bleeker, A.; Howard, C.M.; m.fl. (2013). Our Nutrient World: The challenge to produce more food and energy with less pollution. Centre for Ecology and Hydrology, Edinburgh on behalf of the Global Partnership on Nutrient Management and the International Nitrogen Initiative. ISBN 978-1-906698-40-9. Besøkt 24. februar 2024. 
  21. ^ CIM DEFINITION STANDARDS – For Mineral Resources and Mineral Reserves (PDF). CIM Standing Committee on Reserve Definitions. 10. mai 2014. Besøkt 24. februar 2024. 
  22. ^ U.S. Geological Survey Phosphorus Soil Samples
  23. ^ Abundance of Elements
  24. ^ American Geophysical Union, Fall Meeting 2007, abstract #V33A-1161. Mass and Composition of the Continental Crust
  25. ^ a b c d e «Approaching peak phosphorus». Nature Plants. 8 (979). 15. september 2022. doi:10.1038/s41477-022-01247-2. 
  26. ^ a b Van Kauwenbergh, Steven J. (2010). World Phosphate Rock Reserves and Resources. Muscle Shoals, AL, USA: International Fertilizer Development Center (IFDC). ISBN 978-0-88090-167-3. Besøkt 24. februar 2024. 
  27. ^ a b Brownlie 2022, s. vi–vii.
  28. ^ Ahokas, K. «Finland's phosphorus resources are more important than ever (Geological Survey of Finland)». Arkivert fra originalen 6. mai 2019. Besøkt 1. april 2017. 
  29. ^ «IFDC Report Indicates Adequate Phosphorus Resources Available to Meet Global Food Demands». 
  30. ^ Cordell, Dana & Stuart White 2011. Review: Peak Phosphorus: Clarifying the Key Issues of a Vigorous Debate about Long-Term Phosphorus Security. Sustainability 2011, 3(10), 2027–2049; doi:10.3390/su3102027, http://www.mdpi.com/2071-1050/3/10/2027/htm
  31. ^ Brownlie 2022, s. 34–36.
  32. ^ Pollan, Michael (11. april 2006). The Omnivore's Dilemma: A Natural History of Four Meals. Penguin Press. ISBN 978-1-59420-082-3. 
  33. ^ Heckenmüller, Markus (januar 2014). «Global availability of phosphorus and its implications for global food supply: An economic overview» (PDF). Kiel Working Paper, No. 1897. Besøkt 24. februar 2024. 
  34. ^ a b «Fighting Peak Phosphorus». MIT. 2016. Besøkt 24. desember 2023. 
  35. ^ Udawatta, Ranjith P.; Henderson, Gray S.; Jones, John R.; Hammer, David (2011). «Phosphorus and nitrogen losses in relation to forest, pasture and row-crop land use and precipitation distribution in the midwest usa». Journal of Water Science. 24 (3): 269–281. doi:10.7202/1006477ar. 
  36. ^ Brownlie 2022, s. vii.
  37. ^ Brownlie 2022, s. viii–ix.
  38. ^ . 8. oktober 2009. 

Litteratur[rediger | rediger kilde]

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]

Hentet fra «https://no.wikipedia.org/w/index.php?title=Peak_fosfor&oldid=24348862»