Mitől fenntartható a foszfátgazdálkodás?
A foszfor, mint kémiai elem, alapvető tápelem minden életforma számára – nagyon változó arányban: míg a gerincesek esetében a testtömeg jelentős hányadát a bioapatit nevű ásványi csontszövet teszi ki, addig a növények és alacsonyabb rendű életformák esetében csak a sejtfolyamatokban részt vevő szerves molekulákban van jelen. Ebből kifolyólag a természetes körforgásban fontos részt tesz ki az élő szervezetekben létező foszfor, amely a biológiai körforgás nyílt ciklusában tartózkodik, ahonnan vagy a biológiai ciklusba kerül vissza.
A foszfor előfordulása a kőzetekben és talajokban
A kőzetekben található foszfor mennyisége is széles skálán változik. A foszforitnak vagy foszfátkőzetnek nevezett anyagokban a kőzetnek akár 15–25%-át is kiteheti oxidos tömegarányban, és ezen kőzettestek kiterjedése a pár tíz köbkilométertől a többezer köbkilométerig terjedhet. Ezzel szemben a legtöbb kőzetben a kg/tonna alatti-körüli P2O5 koncentrációban található meg, bizonyos üledékes kőzetekben dúsabb (pl. fiatal iszapok) az elhalt szerves anyagból adódóan, de magmás kőzetekben is dúsulhat, a földtani eredettől függően. A leggyakoribb ásványi formája, az apatit csoport képviselői, oldódással és hidrolízissel szemben ellenállóak, így a mállás során valamelyest felhalmozódhat az üledékes képződményekben, amelyek közé a talajok is tartoznak.
A foszfor biológiai körforgása és felvehető formái A talajokban és talajokon élő szervezetek közül a gyökérzóna aktív szereplői ezekhez a foszforformákhoz és koncentrációkhoz alkalmazkodtak az evolúció során (1. ábra).
A domináns Ca-foszfát ásványokból, mint az apatit és brushit, bakteriálisan mediált oldott foszfátgyökök keletkeznek, amelyeket a gombafonalak és hajszálgyökerek fel tudnak venni. A felfedezés, hogy a foszfát mesterséges növelésével a haszonnövények hozama is növelhető, tulajdonképpen a természetes termőtalajok pusztításának a kezdetét jelentette (2. ábra).
A mesterséges foszforpótlás hatása a talajokra
Az állati eredetű szerves trágyákkal kijuttatott, szerves formában lévő foszfor kevésbé káros, eleve alacsony koncentrációban lévén jelen. A szervetlen mesterséges műtrágyák ellenben károsak a talajok természetes foszforegyensúlyára, a talajéletre gyakorolt mérgező hatás mellett az oldott kationokkal ásványi kiválásokat hozhatnak létre. Ezek a talaj szerkezeti romlása mellett a tápanyag körforgásra is negatívan hathatnak, az alumíniummal és háromvegyértékű vassal alkotott ásványai oldhatatlan fázisok és az oldatban lévő foszfátgyökök kicsapódási felületét jelentik, kivonva azt a biológiai körforgásból.
A foszfátos műtrágyák alapját a foszforit kőzetek jelentik, tehát valójában a globális körforgási ciklust bontjuk meg, és a nagy tömegek áthelyezésével a belső, nyílt biológiai ciklust billentjük ki egyensúlyi helyzetéből – a bányászat, vegyipari feldolgozás és a foszfogipsz nevű veszélyes hulladék termelése jelentette környezeti hatások mellett. A hatalmas gazdasági forgalmat és hasznot generáló foszfátiparág mellett kihívás a kisléptékű, természetes formához közelebb álló foszfáttrágyák bevezetése, a visszaforgatás és természetes körforgás bolygatásának csökkentése. Mindezek ellenére, léteznek európai, amerikai és globális szerveződésben létrejött kezdeményezések is a fenntartható foszfátgazdálkodás kialakítására.
Fenntartható foszfátgazdálkodási kezdeményezések világszerte
Az európai térségben a European Sustainable Phosphorus Platform (ESPP, phosphorusplatform.eu/platform/about-espp) szervezet fogja össze azok munkáját, akik a „használj kevesebbet – hasznosítsd újra” elv alapján szándékoznak a jövő egyik kulcsfontosságú nyersanyagával gazdálkodni. Elsősorban a mezőgazdasági és ahhoz kapcsolódó területek foszfátgazdálkodását célzó programokra fókuszálnak, de az egyéb ipari területek is helyet kapnak a kezdeményezésekben. A szervezetnek szerteágazó nemzeti hálózatrendszere van, amelyek a friss innovatív kutatási eredmények egyeztetését és hasznosítását hivatottak elősegíteni. Magyarország a V4 rendszeren keresztül szerepel a részvevők között.
Foszfátműtrágya felhasználási trendek az EU-ban
Az európai országok esetében a szervetlen foszfát műtrágyák felhasználása nem csökken (3. ábra), amelynek persze a nem élelmezési célú takarmányok termesztése is jelentős tényezője.
Az egyik kiemelkedő irányvonal a szennyvizek és szennyvíz iszapok feldolgozása a foszfor, nitrogén és szerves szén visszanyerése céljából, olyan módon, hogy a kationokat is visszanyerve mezőgazdasági hasznosításra alkalmas termékek keletkezzenek. A bevált gyakorlattal ellentétben, amely az iszap direkt terítését vagy az égetéssel keletkezett hamu alkalmazását használja, olyan innovatív kémiai eljárásokat céloznak meg, amelyekkel például nem kristályos Ca-foszfát nyerhető ki, a hamuból (RevoCaP) vagy oldatból (doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138685). Az anyag szerkezeti állapota lehetővé teszi a többirányú felhasználást, hasznosítást úgy a mezőgazdaságban mint az állattartásban. Az égetéssel nyerhető hamu mellett szóló előny, hogy az 1 tömegszázalék alatti foszfor koncentrációt megtízszerezi (akárcsak a potenciálisan toxikus nehézfémeket), miközben a feldolgozandó anyag térfogatát közel a tizedére csökkenti. Gazdasági hasznot is termel, erőművi égetése hő- és elektromos energiatermelésre alkalmas, az újrahasznosítási tervek ellen szól ugyanakkor, hogy a biológiai körforgásból kivonjuk a nitrogén, kén és szén azon részét, amelyet az égetéssel füstgázként elpazarlunk.
Struvitképződés: lehetőség a foszfor stabil visszanyerésére
További ígéretes irány a Mg-dal történő csapdázás, amely a struvit (NH4)Mg(PO4)•6(H2O) kolloidális keletkezését eredményezi, porszerű szárazanyagot eredményezve. Az eljárást oldatban kell végezni, így a szenny- és csurgalék vizekre egyszerűbb az alkalmazása, de szennyvíz iszapokra is alkalmazható (doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111743).
A pH növelése mellett, amit szellőztetéssel (szaghatás!) vagy alkáli hidroxidok (fertőtlenít) adagolásával végeznek, a Mg-klorid adagolásával bevitt koncentrációváltozás beindítja a szilárd csapadék képződését. Mint minden hulladék és szennyvíz eredetű másodnyersanyag esetében, itt is külön monitorozni szükséges a nehézfémek és szerves szennyezők jelenlétét és arányát.
Geopolitikai tényezők sorát figyelembe véve, a „használj kevesebbet – hasznosítsd újra” elv egyre hatásosabban kellene érvényesüljön a megfelelő helyeken, elegendő a közelmúltra (~ 10 év) és a közeljövőre (~ 10 év) érvényes globális termelési arányokat megfigyelni (4. ábra).
Dr. Kristály Ferenc
Miskolci Egyetem
Agrárágazat Tudástár: Foszfor a talajban – A fenntartható foszfátgazdálkodás lényege, hogy a talaj természetes foszforkörforgását minél kevésbé bolygassuk: a túlzott műtrágyahasználat helyett a szerves eredetű foszforforrások, a visszanyerés (szennyvíz, iszap), valamint az olyan technológiák előtérbe helyezése szükséges, mint a struvitképzés vagy az újrahasznosított Ca-foszfátok, amelyek csökkentik az importfüggőséget és a környezeti terhelést.
