Phosphor: knapp und ungleich verteilt

Phosphor ist das 15. Element im Periodensystem und lebensnotwendig für alle bekannten Organismen. Er wird vor allem für das Erbgut (DNS) wie auch für Knochen und Zähne benötigt. Aus chemischer Sicht ist Phosphor ein sehr reaktives Element und in verschiedenen Formen zu finden. Seinen Namen verdankt das Element der Tatsache, dass weisser Phosphor bei seiner Oxidation im dunklen leuchtet (phosphoresziert).

Grüne Gewässer

Vor einigen Wochen sorgte in den US-Medien erneut der vor Algen ergrünte Lake Earie für Schlagzeilen, einer der fünf Grossen Seen Amerikas. Auch in Europa können wir Ähnliches beobachten, etwa wenn ein Algenteppich gigantischen Ausmasses die Ostsee bedeckt. Man nennt dieses Phänomen Eutrophierung. Hauptverantwortlich dafür ist oft der exzessive Gebrauch von phosphathaltigen Düngern in der Landwirtschaft. Über das Grundwasser reichert sich auch Phosphor in den nahen Gewässern an. Dort limitiert der Nährstoff das Wachstum von Algen. Erhöht sich die Phosphorkonzentration, spriessen sie.

Problematisch sind solche Algenblüten aus mehreren Gründen. So ist etwa bekannt, dass die Algen im Lake Earie Giftstoffe produzieren, die auch für Menschen gefährlich sind. Weil umliegende Agglomerationen ihr Trinkwasser direkt aus dem See beziehen, muss das Wasser aufwendig aufbereitet werden. In anderen Gewässern verursacht das Algenwachstum teils regelrechte Todeszonen: Nachdem die Algen absterben, sinken sie von der Oberfläche auf den Grund. Für den Abbau des organischen Materials ist dann Sauerstoff notwendig. So viel, dass er anderen Organismen fehlt. Einige Bereiche in der Ostsee sind deswegen für manche Lebewesen bereits unbewohnbar.

Tropische Böden binden Phosphor

Während in Ländern des Nordens tendenziell zu viel Phosphor für Probleme sorgt, mangelt es Böden in den Tropen meist an diesem Nährstoff. Das hat direkte Folgen für die Landwirtschaft, die unter niedrigeren Erträgen wegen Phosphormangels leidet. Hinzu kommt, dass diese Böden ausgebrachten Phosphor oft viel stärker binden, als dies bei uns der Fall ist. Der Grund: Durch die wärmeren Temperaturen und oftmals höheren Niederschläge altern die Böden schneller, wodurch in den Bodenmineralien vermehrt Eisen- und Aluminiumoxide freigesetzt werden. Diese haben die Eigenschaft, Phosphor stark zu binden und nur sehr langsam wieder abzugeben. Die Folge ist, dass Pflanzen nur einen Bruchteil des eingesetzten Phosphors verwerten können. Auch ist Phosphatdünger gerade in den Regionen mit dem grössten Bedarf selten erschwinglich. Hinzu kommen grosse Preisfluktuationen von Rohphosphat, also von phosphorhaltigem Gestein, aus dem hochwertiger Mineraldünger hergestellt wird. 2008 stieg der Preis für Rohphosphat innert weniger Monate um beinahe 500 Prozent, was vor allem Landwirte in ärmeren Regionen traf.

Globales Ungleichgewicht

Die globalen Rohphosphatvorkommen sind sehr ungleich verteilt. Zwar gibt es unterschiedliche Experteneinschätzungen zu den tatsächlich vorhandenen Lagerstätten und absoluten Mengen. Nach derzeitigen Schätzungen befindet sich der Grossteil der globalen Vorkommen in Marokko und China.

Grund genug, sich Gedanken über die zukünftige Verfügbarkeit zu machen. Denn Europa ist stark von Importen abhängig – die einzige europäische Mine in Finnland wird sich innert dreissig Jahren erschöpfen. Deshalb hat die Europäische Kommission im Mai dieses Jahres Rohphosphat auf die Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt. Diese Liste umfasst 20 Rohmaterialien, die einerseits wirtschaftlich enorm wichtig sind, deren Zugang jedoch in Zukunft gefährdet sein könnte.

Ansätze für eine effektivere Phosphornutzung

Die Forschung versucht auf verschiedenen Ebenen, für einen ausgeglichenen Phosphorgebrauch zu sorgen. So arbeiten wir in unserer Gruppe unter anderem daran, die verschiedenen Phosphorformen im Boden besser zu beschreiben, denn nicht alle sind für Pflanzen gleich verfügbar [1]. Auch beschäftigen wir uns damit, wie Mikroorganismen im Boden Pflanzen dabei helfen können, Phosphor insgesamt besser zu nutzen [2]. Andere Forschende züchten Pflanzen, die Phosphor effizienter aus dem Boden aufnehmen können oder gleich mit geringeren Phosphorkonzentrationen zurechtkommen. Schlussendlich ist das Wissen darüber, wann und wo man Dünger am besten anwendet, ebenfalls zentral für einen effektiven Gebrauch, will man doch Verluste in andere Ökosysteme möglichst vermeiden.

Wenn wir als Gesellschaft das Ziel verfolgen, die Ressource Phosphor nachhaltig zu nutzen, spielt Phosphor-Recycling eine wichtige Rolle. Diesen Aspekt werde ich hier bald genauer betrachten.