Genbrug af fosfor kan give os mere mad
Verden er ved at løbe tør for fosfor og står dermed overfor en potentiel sultkatastrofe. Det gælder derfor om at genbruge så meget fosfor som muligt, og det kan nu blive signifikant mere effektivt.
Uden fosfor ville der ikke være mad nok til alle mennesker på Jorden. Grundstoffet fosfor er en af de vigtigste ingredienser i gødning til landmandens marker, og behovet bliver kun større i takt med, at vi bliver flere og flere mennesker, der skal have mad.
Desværre er Jordens fosforminer ved at være tomme – iflg. visse prognoser kan det ske allerede i dette århundrede, og det tvinger os til at finde alternative, bæredygtige fosforkilder, så vi kan sikre en tilstrækkelig fødevareproduktion.
Fosfor udvindes i miner, der kun findes i få lande i verden. Foto: wikipedia.
Der er store udfordringer forbundet med at genindvinde fosfor, og over hele verden arbejder forskere med at finde effektive metoder. Især er der fokus på at genanvende den fosfor, man i dag fjerner fra spildevandet på renseanlæg, og som nu anvendes som et simpelt gødningsprodukt på landbrugsjorde.
Irriterende problem i laboratoriet
Dette arbejde foregår også på SDU, hvor bl.a. lektor Ulla Gro Nielsen fra Institut for Fysik, Kemi og Farmaci forsker i at udvikle filtermaterialer, der kan indfange fosfor fra spildevand.
Da Ulla Gro Nielsen og hendes forskergruppe gik i gang med at studere et lovende materiale, der kan trække fosfor ud af spildevandet, stødte de imidlertid på et problem. Et problem, der blev ved at gentage sig i deres laboratorium: En af de mest anvendte opskrifter (syntesemetoder i kemisk fagsprog) blev ved med at give en blanding af flere forskellige kemiske forbindelser.
Gruppen arbejdede med en meget anvendt syntesemetode, som har været standard i laboratorier over hele verden i mange år, og som i den videnskabelige litteratur er kendt for at give rene materialer af høj kvalitet (såkaldt krystallinske). Syntesemetoden bliver brugt, når forskere vil fremstille og teste materialers anvendelse i f.eks. lægemiddelformuleringer og som energimaterialer. Eller i dette tilfælde: Et materiales evne til at trække fosfor ud af spildevand.<
Stol ikke altid på den videnskabelige litteratur
- Da vi gik i gang med de indledende undersøgelser af materialet, nemlig renheden af det, blev det ved at gå galt. Min ph.d.-studerende lavede mange variationer, men forgæves. Til sidst havde vi en hel kagedåse fuld af små prøverør med mislykkede produkter. Vi kunne ikke forstå hvor problemet lå, siger Ulla Gro Nielsen.
Gruppen besluttede sig derfor for at gå syntesemetoden efter i sømmene og forstå, hvorfor den fejlede. Det viste sig, at prøverne indeholdt to urenheder, som ikke blev ”set” med de meste almindelige karakteriseringsmetoder. (Den ene af de to urenheder er ineffektiv, fordi den binder meget mindre fosfor pr. gram materiale, mens anden urenheds bindingsevne ikke kendes.)
Hvis Ulla Gro Nielsens forskningsgruppe ikke havde besluttet sig for at kaste et kritisk blik på den ellers for længst anerkendte og vidt udbredte syntesemetode, havde hun aldrig opdaget, at den havde en indbygget fejl – og så havde hun ikke været i stand til at udvikle sit forbedrede materiale.
- Man skal ikke altid bare stole på den videnskabelige litteratur. Når måleteknikker blive bedre og vores forståelse af kemien udvides, får vi en bedre forståelse, konkluderer hun.
Gruppens arbejde er offentliggjort i tidsskriftet Journals of Material Chemistry A.
Få lande sidder på verdens fosfor-miner
Det globale fosfor-forbrug er firedoblet det sidste halve århundrede, og forbruget er kun stigende. Ikke alene dyrker vi flere afgrøder - vi spiser også mere kød end nogensinde, og kød har et fosfor-aftryk, der er 50 gange større end grøntsager.
Fosfor er et helt essentielt næringsstof, når man dyrker grøntsager. Foto: Colourbox.
Inden mennesket begyndte at udvinde fosfor, var den globale fosfor-cyklus lukket; mennesker og dyr spiste afgrøderne, og afføringen blev brugt som gødning til nye afgrøder.
I dag er cyklussen brudt: Hvert år hentes der 220 mio. tons fosfor i miner i Marokko, Rusland, Kina og USA, men det er kun en ganske lille del, der vender tilbage til undergrunden. At reserverne er koncentreret så få steder, kan føre til geopolitiske spændinger, og derfor er der også politiske grunde til at genindvinde fosfor fra egne spildevandsanlæg.
- Jo mere effektivt vi kan genindvinde fosfor fra spildevand, jo mere fosfor bliver tilgængeligt til at dyrke afgrøder til Jordens voksende befolkning, siger Ulla Gro Nielsen.
Hvad skal der nu ske?
Ulla Gro Nielsens forskningsgruppe er nu i gang med at teste materialet i spildevand i samarbejde med forskere fra SDU, Aalborg Universitet og danske rensningsanlæg i et stort forskningsprojekt, RecoverP, der er finansieret af Innovationsfonden.
Måske kan vi en dag genindvinde fosfor fra spildevand. Foto: Colourbox.
Samtidig starter hendes forskningsgruppe et nyt projekt op, hvor de vil videreudvikle filtermaterialet. Ideen er at hæfte nano-magneter på det og sænke det ned i spildevandet. I vandet vil fosforen binde sig til filtermaterialet, hvorefter man kan bruge kraftige magneter til at fiske det op af spildevandet.
Dette projekt (MagS3) udføres i samarbejde med en forskningsgruppe på Københavns Universitet på en bevilling fra Det Frie Forskningsråd; Forskningsrådet for Teknologi og Produktion.