Fosfor, nummer 15 op het periodiek systeem, kan zeer giftig en ontvlambaar zijn en is in oorlogsvoering gebruikt als een brandgevaarlijk apparaat, maar het is ook essentieel voor het leven.

Zoals de beroemde wetenschapsschrijver Isaac Asimov in zijn boek uit 1974 zei:Asimov over scheikunde:"Het leven kan zich vermenigvuldigen totdat alle fosfor is verdwenen en dan is er een onverbiddelijke stop die niets kan voorkomen."

Dat komt omdat fosfor essentieel is voor alle levende organismen. Het vormt de ruggengraat van ons DNA, evenals het molecuul adenosinetrifosfaat (ATP) dat in cellen wordt aangetroffen en chemische energie vangt uit het voedsel dat we eten.

We hebben nog geen enkel levend wezen gevonden dat geen fosfor nodig heeft om te overleven. Maar we hebben geen eindeloze voorraad fosfor, en daar komt mijn onderzoek om de hoek kijken.

Vraag naar fosfor groeit

De vraag naar fosfor en stikstof nam in de 20e eeuw dramatisch toe, omdat het een cruciale rol bleek te spelen in meststoffen die worden gebruikt voor het verbouwen van gewassen.

In iets meer dan 50 jaar (tussen 1961 en 2014) is de kunstmestproductie vertienvoudigd door de zogenaamde groene revolutie.

Dit zorgde voor een wereldwijde toename van de landbouwproductie, vooral in de derde wereld, die werd gebruikt om een ​​steeds groeiende wereldbevolking te voeden.

Aan de grote vraag naar stikstof werd voldaan door een proces op te voeren dat stikstof en waterstof uit de frisse lucht haalt en gebruikt om ammoniak (de belangrijkste stikstofhoudende meststof) te synthetiseren. Omdat de lucht in de atmosfeer van de aarde voor 78% uit stikstof bestaat, productie van synthetische ammoniak werd alleen beperkt door de kosten.

Maar fosfor wordt over het algemeen in vaste of vloeibare vorm opgeslagen, en de goedkoopste manier om aan de grote vraag naar fosforhoudende meststoffen te voldoen, was door deze te winnen uit fosfaatgesteenten.

Fosfaatgesteenten zijn een bron die zowel beperkt als niet gelijk verdeeld is. De top vijf houders van fosfaatgesteenten – Marokko en de Westelijke Sahara, China, Algerije, Syrië, en Brazilië - goed voor 84% van de wereldreserves. Australië heeft slechts 1,6%.

Omdat fosfaatgesteenten een eindige en niet-hernieuwbare hulpbron zijn, de continue winning zorgt voor onzekerheden in onze toekomstige bevoorrading.

De kleine voorraad fosfor

Een oplossing is om op zoek te gaan naar andere voorraden fosfor, en dat is waar jij en ik een rol kunnen spelen. Onze urine is een uitstekende bron van grondstof voor fosfor.

Ieder van ons scheidt tot een halve kilo fosfor per jaar uit, gewoon via onze urine. Dit maakt urine de grootste bron van fosfor uit stedelijke gebieden.

Al in de 17e eeuw, de Duitse chemicus Hennig Brandt koos urine om elementair fosfor te isoleren. In zijn experiment hij kookte honderden liters urine tot een dikke siroop tot er een rode olie uit destilleerde.

Hij verzamelde de olie en koelde de urine af. Na het weggooien van de zouten gevormd op de bodem van het mengsel, hij voegde de rode olie toe. Door het mengsel gedurende 16 uur terug te verwarmen, er komt een witte rook uit, dan olie, en tenslotte fosfor.

Hij was eigenlijk op zoek naar de legendarische Steen der Wijzen die zogenaamd elk metaal in goud zou veranderen. Daarin heeft hij misschien gefaald, maar hij liet zien hoe gemakkelijk het was om fosfor uit urine te isoleren met ongesofisticeerde hulpmiddelen.

Verminderen, hergebruik, recyclen

De huidige benaderingen voor het recyclen van fosfor uit ons afval zijn veel praktischer en zuiniger in vergelijking met de methode van Brandt.

Steeds meer bedrijven willen fosfaat terugwinnen uit afvalwater, ook uit urine.

Er zijn nieuwe meststoffen op basis van urine op de markt gekomen en de race is gaande om de optimale technologie te vinden om stinkende urine om te zetten in een veilige, niet-geurige commerciële meststof.

In Australië, onderzoekers van de University of Technology Sydney hebben een proces ontwikkeld waarbij urine als grondstof wordt gebruikt om mest en zoet water te produceren. Geselecteerde micro-organismen worden gebruikt om de (stinkende) verbindingen in ruwe urine te oxideren en vluchtige ammoniak om te zetten in stabielere nitraten.

De behandelde urine wordt vervolgens gefilterd door een membraan, die de micro-organismen vasthoudt, zodat ze opnieuw kunnen worden gebruikt, terwijl de oplosbare fosfor en stikstof erdoorheen kunnen. Behandelde en gefilterde urine wordt geconcentreerd om een ​​nutriëntenconcentratie te bereiken die vergelijkbaar is met die van commerciële meststoffen.

Momenteel, deze meststof, genaamd UrVal, een afkorting voor "You are Valuable", wordt getest in de Royal Botanical Garden bij het kweken van peterselie.

Duidelijk, deze nieuwe innovaties in de terugwinning van nutriënten uit afval stellen ons in staat om de afhankelijkheid van een eindige hulpbron (fosfor) te verminderen.

Maar ze zouden ons ook in staat kunnen stellen de mogelijkheid te onderzoeken om op een dag voedsel te produceren buiten de planeet Aarde waar we kunstmest nodig hebben. Fosfaatgesteenten zijn mogelijk niet beschikbaar op dergelijke plaatsen, maar we zouden genoeg urine hebben.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.