Fosfaatmijnen raken leeg, tijd voor hergebruik

Fosfaat is overal. Je botten en tanden zijn er van gemaakt, het mineraal is een onmisbaar bestanddeel van DNA en RNA, en zonder fosfaat – als belangrijkste bestanddeel van kunstmest – zou de landbouw niet zo productief zijn. De belangrijkste mijnbouwgebieden, in China en Marokko, raken echter langzaam uitgeput. Volgens onderzoekers van de Wageningen Universiteit zijn de voorspellingen over eindige fosfaatvoorraden te pessimistisch. Toch wordt het hoog tijd om te bedenken hoe we zuiniger met fosfaat kunnen omgaan.

door

Binnen een eeuw zal fosfaat een schaars mineraal worden. Net als bij peak oil krijgen we te maken met een moment van piekproductie van fosfaat uit erts. Na dit punt zal het aanbod de vraag niet meer kunnen bijhouden. Volgens sommigen kunnen we de piekproductie al rond het jaar 2030 verwachten. De economisch winbare fosfaatreserves liggen tussen 15 en 60 miljard ton als fosfaaterts. De grootste voorraden liggen in China en Marokko; daar wordt jaarlijks rond de 170 miljoen ton fosfaaterts uit de grond gehaald.

Nvsgrafiek_fosfaatreserves

Wereldwijde winbare reserves van fosfaaterts in gigaton (miljard ton). US Geological Survey 2008

Fosfor uit fosfaaterts komt voor 80% in de vorm van kunstmest in de landbouw terecht, waar het een onvervangbaar element is. “Met de huidige productie en consumptie kunnen we niet eindeloos op dezelfde voet doorgaan,” aldus Eric Smaling, hoogleraar duurzame landbouw aan de Universiteit Twente en voorzitter van het Nutrient Platform. “Een bijkomend probleem is dat China, het land met wereldwijd de grootste voorraad aan fosfaaterts, in reactie op de snelle stijging van de voedselprijzen in 2008 de export inmiddels heeft beperkt om de voedselproductie in eigen land veilig te stellen,” aldus Smaling tijdens het symposium ter ere van het 100-jarig bestaan van de KNGMG in Amsterdam op 16 maart jl.

Image004

Fosfaatertswinning (rock phosphate production) afgezet tegen de snel groeiende wereldbevolking. www.energybulletin.net

Europa geen grootverbruiker meer

Anders dan vaak nog wordt aangenomen, is Europa geen grootverbruiker meer van fosfaat. Door strenge regelgeving vanuit Brussel gebruikt de Europese landbouwsector sinds enkele decennia veel minder kunstmest. Hierdoor halveerde het fosfaatgebruik in West-Europa sinds het begin van de jaren ’80 tot 17 kg fosfor per hectare in 2007.

Hoe bereken je het fosfaatoverschot?

In Nederland hebben we ieder jaar een ‘fosfaatoverschot’ van 50 miljoen kilo P. De berekening die hieraan ten grondslag ligt gaat als volgt: kunstmest plus veevoer (samen 80 miljoen kg P) minus netto voedselexport en mestexport (samen 28 miljoen kg P) resulteert in ruim 50 miljoen kg P.

Smaling: “In Nederland daalde het kunstmestgebruik nog sterker, van 21 kg P/ha in 2005 naar 12 kg P/ha in 2008. We verwachten dat dit nog verder zal afnemen tot 4 kg P/ha. Niettemin houden we in ons land een jaarlijks overschot van 50 miljoen kg P. Daarvan hoopt 40% zich op in landbouwgrond, verdwijnt 10% naar het oppervlaktewater en wordt de helft afgevangen in de rioolwaterzuivering en de verbrandingsovens.”

Vooral Azië en Zuid-Amerika maken nu een inhaalslag. Het gebruik van kunstmest neemt daar snel toe door de groei in voedselproductie. Smaling: “Vooral voor boongewassen, zoals soja, is de beschikbaarheid van fosfaat de beperkende factor. Bonen halen stikstof uit de lucht, maar fosfaat uit de bodem. Door de exponentiële toename van de sojateelt neemt het fosfaatgebruik, vooral in Brazilië, snel toe. De bulk van het fosfaat dat Nederland ‘importeert’, komt inmiddels niet via de route van kunstmest ons land binnen, maar indirect via de import van veevoer op basis van Zuid-Amerikaanse soja.”

Te pessimistisch

Maar volgens onderzoekers van de Leerstoelgroep Plantaardige productiesystemen van de Wageningen Universiteit is er op wereldschaal op lange termijn veel minder fosfaat nodig dan eerder is berekend. Er zou onvoldoende rekening gehouden worden met het fosfaat dat in het verleden is toegediend en in de bodem is achtergebleven. Zij hebben hun bevindingen onlangs gepubliceerd in een artikel in PNAS met de titel Residual soil phosphorus as the missing piece in the global phosphorus crisis puzzle.

Fig2-eu

Noodzakelijke fosfaatinput in West-Europa (gestippelde lijn) en fosfaatopname (doorgetrokken lijn) tot 2050. Wageningen University

“Vooral in Europa is de bodem door het extreme gebruik in het verleden verzadigd met fosfaat,” aldus mede-auteur en hoogleraar Plantaardige Productiesystemen Ken Giller in een toelichting. “In onze berekeningen komen we uit op een gemiddeld gebruik van fosfor op wereldschaal van tussen 17 en 21 miljoen ton pure fosfor (oftewel 17-21 teragram, omgerekend 195 – 250 teragram fosfaatserts) per jaar in 2050. Dat is tot 40% lager dan schattingen die geen rekening houden met de aanwezigheid van fosfaat in de bodem.”

Man_using_team_and_wagon_to_spread_fertilizer_-_nara_-_286151

Het gebruik van kunstmest is in West-Europa over haar hoogtepunt heen, is in de VS vrij constant, neemt exponentieel toe in Azië en Zuid-Amerika en ligt onveranderd laag in Afrika. U.S. National Archives and Records Administration/Wikimedia Commons

In hun scenario’s hielden de Wageningse onderzoekers ook rekening met de toekomstige bodemverzadiging in de landen die op dit moment veel fosfaat gebruiken, met name in Azië en Zuid-Amerika. “We zeggen hiermee niet dat we ons geen zorgen hoeven te maken over de primaire fosfaatvoorraad, in de vorm van fosfaaterts,” nuanceert Giller. “Maar we hebben hierdoor wel langer de tijd om ons voor te bereiden op grootschalige recycling van fosfaat, wat in de toekomst onvermijdelijk zal zijn.”

Recycling broodnodig

Om te anticiperen op de dreigende fosfaattekorten, zouden de mogelijkheden om fosfaat uit afvalstoffen te hergebruiken beter benut kunnen worden. Van de drie voornaamste fosfaathoudende afvalstromen (landbouw, levensmiddelen en rioolwater) biedt de afvalwaterstroom het grootste potentieel voor terugwinning van fosfaat.

Hergebruik is technisch heel goed mogelijk, daar zijn de deskundigen het wel over eens. In Nederland komt 3 miljoen ton fosfaat via voeding uiteindelijk in het riool terecht. In rioolwaterzuiveringsinstallaties (RWZI’s) wordt het rioolwater gedefosfateerd door fosfaat als zout te laten neerslaan als struviet (ammoniummagnesiumfosfaat) of als calciumfosfaat, waarna het slib wordt verbrand. Het restproduct, slibas, kan als nieuwe fosfaatbron worden benut in het industriële proces van fosforproductie. Dit gebeurt nu alleen nog op kleine schaal, terwijl het technisch gezien een eenvoudig en goedkoop proces is. Bijkomend voordeel is dat fosfaat uit slibas minder verontreinigen bevat, zoals cadmium en uranium.

‘Groene’ fosfor in de maak

De productie van fosfaat en pure fosfor vindt wereldwijd plaats in een beperkt aantal landen, waaronder ook in Nederland. De enige Europese verwerker van fosfaaterts, Thermphos International, is gevestigd in Vlissingen, aan de monding van de Westerschelde. Lokaal heeft het bedrijf geen al te beste naam omdat in het recente verleden regelmatig de milieunormen werden overschreden. Door dreigende sluiting en dwangsommen vanuit de provincie Zeeland, wist het bedrijf de uitstoot van bij fosfaatproductie vrijkomende schadelijke stoffen, met name van cadmium, sinds 2010 aanzienlijk te verminderen. Ook Thermphos is op zoek naar een vervanging van fosfaaterts. Het bedrijf studeert op de productie van milieuvriendelijke fosfor met minder gebruik van primaire grondstoffen omdat de klant erom vraagt. Naast witte en rode fosfor kunnen we in de toekomst dus ook ‘groene’ fosfor verwachten.

Hoofdpijn

“Maar zolang je fosfaten produceert op hoge temperatuur, blijf je het zeer giftige dioxine als afvalproduct houden”, relativeert de aan de Universiteit van Amsterdam verbonden emeritus hoogleraar milieukunde Lucas Reijnders de inspanningen van de industrie om fosfaaterts als primaire grondstof te vervangen door fosfaathoudende afvalproducten, zoals slibas. “Dioxines, waarvan je de uitstoot naar de lucht kunt beperken door een geïmpregneerd doekenfilter te gebruiken, blijft ons hoofdpijn bezorgen. Je zou eigenlijk toe moeten naar een industrieel proces op lage temperatuur. Een ander nadeel van slibas is dat het behalve cadmium nog andere zware metalen bevat, zoals zink en koper. Persoonlijk zie ik er daarom meer in om fosfaat niet pas aan het einde van de afvalcyclus terug te winnen, maar dat al in een vroeger stadium in de afvalwaterstroom te doen.”

Waterschoon-300x240

In het project Waterschoon in Sneek worden de verschillende afvalwaterstromen gescheiden omdat fosfaatterugwinning uit geconcentreerde afvalstromen gemakkelijker is. www.waterforum.net

Cradle to cradle in waterzuivering

Omdat fosfaat gemakkelijker terug te winnen is in geconcentreerde afvalwaterstromen, zijn er in ons land al verschillende projecten gestart om toiletwater te scheiden van andere afvalstromen. Een voorbeeld van zo’n project is het Friese Waterschoon, waar afvalwater uit toilet, keuken en douche gescheiden worden opgevangen. Het project is onder meer geïnspireerd op de Cradle to Cradle filosofie, waarbij kringlopen zoveel mogelijk worden gesloten. Vanuit dezelfde kringloopvisie nam in 2010 het bedrijf GMB in Zutphen de Saniphos-installatie in gebruik, waarmee fosfaat (en stikstof) uit urine wordt teruggewonnen voor de productie van kunstmest. De urine is onder meer afkomstig van plaszuilen op grote evenementen.

Siilin_1b

Fosfaat wordt gewonnen uit apatiet, een mineraal dat in vrijwel alle gesteenten voorkomt. In geconcentreerde – en economisch winbare – vorm komt het voor in bepaalde afzettingsgesteenten en ook wel in dieptegesteenten. Apatiet in Marokkaanse sedimenten is deels afkomstig uit fossiele dierenresten (botten en haaientanden) en is ook gevormd door neerslag uit voedselrijk zeewater (fosforiet). Binnen Europa is apatiet alleen in Finland winbaar. Op het aan Finland grenzende schiereiland Kola wint Rusland op grote schaal fosfaat uit het dieptegesteente (alkali-)syeniet. Foto: De Siilinjärvi fosfaatmijn in Finland. Wikimedia Commons

Bronnen:

  • Sattari, S.Z., Bouwman, A.F., Giller, K.E., van Ittersum, M.K., 2012. Residual soil phosphorus as the missing piece in the global phosphorus crisis puzzle. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA.
  • Symposium n.a.v. het 100-jarig bestaan van het Koninklijk Nederlands Geologisch Mijnbouwkundig Genootschap (KNGMG): Earth Resources, the next 100 years – Security of Supply op 16 maart 2012 In Amsterdam.