miniatyr|Årlig global fosfatbergartproduksjon (megatonn per år), 1994–2022 (data FRA US Geological Survey)
Peak fosfor er et uttrykk for tidspunktet da menneskeheten har nådd den maksimale globale utvinningstakten for fosfor. Begrepet brukes på samme måte som peak oil. Nøyaktige anslag for reservene er imidlertid usikre, og det samme gjelder mulige konsekvenser av økt fosfatbruk for fremtidige generasjoner. Dette er viktig fordi fosfat i berggrunnen er en essensiell ingrediens i mange typer uorganiske gjødsel (kunstgjødsel). Derfor kan mangel på apatitt (steinfosfat), eller betydelige prisøkninger, påvirke verdens matsikkerhet.
Fosfor er en endelig (begrenset) ressurs som er utbredt i jordskorpen og i levende organismer, men sjelden i konsentrerte former. Stoffet er heller ikke jevnt fordelt over landjorden. Produksjonsmetoden er gruvedrift av fosfatbergarter, men bare noen få land har betydelige kommersielle reserver. De fem største produksjonslandene er Marokko (inkludert reserver som ligger i Vest-Sahara), Kina, Egypt, Algerie og Syria. Estimater for fremtidig produksjon varierer betydelig, avhengig av modellering og forutsetninger om utvinnbare volumer, men det er uunngåelig at fremtidig produksjon av fosfatbergart vil bero på Marokko i overskuelig fremtid.
Kommersiell fosforproduksjon skjer ved gruvedrift, og knapt noen andre muligheter er kjent. Årsaken er at fosforkretsløpet ikke innbefatter noen betydelig gassfasetransport. Dette i motsetning til nitrogen, som også er viktig for matproduksjon, men der utvinning skjer direkte fra luft. Den viktigste kilden til fosfor i moderne tid er fosfatbergarter, mens det tidligere var guano. Som med tidspunktet for peak oil, er spørsmålet om en peak fosfor ikke avgjort, og forskere på forskjellige felt publiserer jevnlig forskjellige estimater for de gjenværende reservene av bergfosfat.
Begrepsavklaring mini|Utvinning av fosfat fra gruver i USA for 1900–2015.
Peak fosfor-begrepet er knyttet til konseptet om planetens tålegrenser. Fosfor, som inngår i flere biogeokjemiske prosesser, tilhører én av de ni jordsystemprosessene som er kjent å ha grenser. Så lenge grensene ikke krysses, markerer de den «sikre sonen» for planeten.
Fosfor er et grunnstoff med symbol P. Fordi fosfor er svært reaktivt finnes det bare i oksidert form som fosfat (PO43-) i forskjellige mineraler i naturen. Fosfor produseres gjennom utvinning av fosfatstein. Grunnstoffet vil aldri forsvinne fra jorden, men det tar millioner av år før ny fosfatstein dannes.
Bruk av fosfor Næringsstoffer som fosfor er nødvendige for at levende organismer skal vokse og overleve, og er derfor avgjørende for utvikling og vedlikehold av sunne økosystemer. Fosfor utvinnes for bruk som gjødsel på avlinger. Ved å transportere fosfor og landbruksprodukter over hele kloden, påvirkes fosforkretsløpet. Transport av fosfor i matvarer fra gårder til byer har resultert i en stor endring i den globale fosforkretsløpet. Opphopning av næringsstoffer i naturen, spesielt fosfor og nitrogen, er skadelige for økosystemer i vann. Vann og vassdrag får høyt fosforinnhold på grunn av landbruksavrenning og utslipp av avløpsvann. Tilførsel av fosfor på grunn av avrenning fra landbruket kan gi oksygenmangel (eutrofiering) av overflatevann, noe som i neste omgang gir algeoppblomstring og oksygenmangel.
Historisk utvikling
I 1609 skrev Garcilaso de la Vega (1501–1536) boken Comentarios Reales der han beskrev landbrukspraksisen i Inkariket før Spanjolenes ankomst. Blant annet at de brukte guano, altså avføring fra fugler, som gjødsel. Garcilaso skrev om at inkaene samlet guano nær kysten. På begynnelsen av 1800-tallet introdusere Alexander von Humboldt (1769–1859) guano som kilde til gjødsel til landbruket i Europa, etter å ha oppdaget det på noen øyer utenfor kysten av Sør-Amerika. Internasjonal handel med guano startet rundt 1840.
Bruk av uorganisk gjødsel (kunstgjødsel) begynte i 1840-årene med behandling av fosforholdige bergarter med fortynnet svovelsyre. I tillegg til fosfor, er nitrogen og kalsium i kunstgjødsel av avgjørende betydning for landbrukets kraftige vekst gjennom 1900-tallet, og dermed for at verdens befolkning kunne øke seks ganger. Nitrogen kan utvinnes fra luften, men fosfor og kalsium kan bare utvinnes fra gruver.
Forbruket av fosfor i gjødsel toppet seg med mer enn 16 millioner tonn i 1988, men falt med 25 % frem mot 1993. Deretter vokste den globale forbruket igjen. De tre største produsentene i verden er Kina, USA og Marokko, og disse landene sto for omtrent to tredjedeler av den globale produksjonen i 2002. Marokko kontrollerte per 2009 hele 40 % av verdens fosforreserver. De resterende reserver av fosfatmineraler ble i 2023 antatt å utgjøre minst 180–200 milliarder tonn.Kofstad, Per K. og Pedersen, Bjørn: (2023) Vanskelighetene og kostnadene forbundet med utvinning av anvendbar fosfor fra kildene er imidlertid hovedutfordringen, blant annet fordi deler av reservene ligger meget dypt i berggrunnen eller til havs.
Fosfor er i praksis en global ikke-fornybar ressurs der noen få land eksporterer, mens alle andre avhenger av import. Dette truer forsyningssikkerheten som verdens matproduksjon avhenger av. Forsyningsproblemer kan gi plutselige prisstigninger, som i 2008 da prisen på fosfatgjøtsel økte med 800 %. En ny prisstigning har oppstått etter koronapandemien og Russlands invasjon av Ukraina i 2022. Ingen internasjonale organer regulerer verdens bruk av fosfor.
Anvendelsesområder for fosfor Rundt 85 % av alt fosfat som utvinnes i verden per år blir brukt som ingrediens i kunstgjødsel, 10 % brukes til tilskudd i dyrefôr og de resterende 5 % brukes i en rekke kjemiske prosesser. De siste 5 % svarer til 2,5 millioner tonn fosforpentoksid per år, som brukes til rengjøringsmidler (38 %), tilsetningsstoff i mat og drikke (25 %), metallproduksjon (10 %), vannbehandling (10 %), spesialiserte gjødselsstoffer (3 %), tannpasta (3 %) og de resterende 14 % til en mengde forskjellige bruksområder som brenselceller og medisin.
Fosfor som forurensning Fosfor og andre stoffer fra kunstgjødsel forårsaker alvorlige miljøproblemer på grunn av avrenning fra jordbruksland, med algeoppblomstring og oksygenmangel (eutrofiering) i vann og vassdrag, våtmarker og kyst som de største. De primære årsakene til eutrofieringen er tilførsel av nitrogen og fosfor som overskrider et vassdrags kapasitet for mottak. Deretter oppstår sterk algevekst med påfølgende stort oksygenopptak når algene dør og brytes ned.
Estimater og varighet for verdens fosforreserver mini|Global fordeling av kommersielle reserver av bergfosfat i 2016Arno Rosemarin (2016) Phosphorus a Limited Resource – Closing the Loop, Global Status of Phosphorus Conference, Malmö, Sweden (based on USGS Phosphate Rock Statistics and Information)
Nøyaktige angivelse av tidspunkt for peak fosfor er avhengig av at en kjenner den totale mengden av verdens kommersielle fosfatreserver og -ressurser, særlig i form av fosfatbergarter. Fosfatbergarter er et oppsummerende begrep for over 300 malmer av forskjellig opprinnelse, sammensetning og fosfatkonsentrasjon. Reserver vil si antatt utvinnbar mengde ved gjeldende markedspriser, og ressurser er anslåtte mengder av en slik kvalitet at de har rimelige utsikter til å kunne bli økonomisk utnyttbare. Ubehandlet fosfatbergarter har en massekonsentrasjon på 1,7–8,7 % med fosfor. Til sammenligning inneholder jordskorpen 0,1 % fosfor regnet i masse,U.S. Geological Survey Phosphorus Soil Samples og vegetasjon inneholder 0,03 % til 0,2 %.Abundance of Elements Selv om det finnes kvadrillioner tonn fosfor i jordskorpen,American Geophysical Union, Fall Meeting 2007, abstract #V33A-1161. Mass and Composition of the Continental Crust er det store kostnader og vanskene med å utvinne anvendbar fosfor fra alle disse kildene, blant annet fordi deler av reservene ligger meget dypt i berggrunnen eller til havs.
Det har blitt fremsatt prognoser for årstall for når det vil oppstå en peak fosfor, der produksjon av fosfor når sin topp og etter det faller. Det foreligger prognoser som anslår fortsatt nok fosfor frem til 2100 med dagens forbruk, eller enda mye lengre. Uansett er teorien lik den som geofysikeren Marion King Hubbert (1903–1989) fremsatte om Peak oil. Teorien bygger på at økt etterspørsel etter en begrenset ressurs uunngåelig vil føre til produksjonskostnader som overgår profitten. Etter det vil produksjonen reduseres. Slike prognoser er usikre, både fordi en ikke greier å få oversikt over gjenstående reserver, og fordi innovasjoner reduserer etterspørselen. Historisk har fosfor vært billig, og det derfor ikke har vært noen sterk motivasjon for å forbedre metodene for bruk. Det har holdt etterspørselen oppe. Pessimistiske estimater går ut på at mindre enn 20 % av det fosforet som brukes i landbruket tas opp av avlingene, men høyere anslag finnes også.
De tre største produsentene i verden er Kina, USA og Marokko, og disse står for omtrent to tredjedeler av den globale produksjonen (i 2002). Marokko kontrollerer per 2009 hele 40 % av verdens fosforreserver. Landene med flest kommersielle fosfatreserver (i milliarder tonn): Marokko 50, Kina 3,2, Egypt 2,8, Algerie 2,2, Syria 1,8, Brasil 1,6, Saudi-Arabia 1,4, Sør-Afrika 1,4, Australia 1,1, USA 1,0, Finland 1,0, Russland 0,6, Jordan 0,8.
I 2023 anslo United States Geological Survey (USGS) at de økonomisk utvinnbare fosfatreservene i hele verden var 72 milliarder tonn, mens verdens totale produksjon i gruver i 2022 var 220 millioner tonn. Om dagens forbruk forutsetter, vil reservene dermed vare i rundt 300 år (frem til rundt år 2320). Dette bekrefter stort sett en rapport fra International Fertilizer Development Center (IFDC) fra 2010, som påpekte at de globale reserver vil vare i flere hundre år. Fosforreservene og peak fosfor diskuteres intenst blant forskere.Cordell, Dana & Stuart White 2011. Review: Peak Phosphorus: Clarifying the Key Issues of a Vigorous Debate about Long-Term Phosphorus Security. Sustainability 2011, 3(10), 2027–2049; doi:10.3390/su3102027, http://www.mdpi.com/2071-1050/3/10/2027/htm Der er enighet om at at gjenværende reserver har kvalitet og tilgjengelighet som er for nedadgående, at produksjonskostnadene vil fortsette å stige og at den totale etterspørselen vil øke.
Kartleggingene av reservene for fosfor har endret seg en hel del de siste årene. I 2010 var det antatt at reservene bare ville holde i 87 år, mens det ett år senere ble gjort nye fremskrivinger som anslo en varighet på 325 år. Det store spranget fra 2010 til 2011 skyldes for en stor del nye estimater for reservene i Marokko.
Mangel på fosfat, eller bare prisøkning, kan ha negativ innvirkning på verdens matsikkerhet. Mange landbrukssystemer er avhengige av forsyninger med uorganisk gjødsel, som bruker bergfosfat. Under regimet for matproduksjon i utviklede land kan mangel på bergfosfat føre til mangel på uorganisk gjødsel, noe som igjen kan redusere den globale matproduksjonen.
Økonomer har påpekt at prissvingninger på bergfosfat ikke nødvendigvis indikerer peak fosfor, men at svingninger oppstår på grunn av ulike etterspørsels- og tilbudsfaktorer.
Reduksjon og effektivisering av bruken av fosfor miniatyr|Fosfatgruve på Nauru, en gang en av verdens viktigste kilder til bergfosfat.
Fosfor blir overført fra jordsmonnet på ett sted til et annet når mat transporteres over lange avstander. Når maten blir konsumert av mennesker, havner fosforet i lokalmiljøet, i elver eller havet via avløpsvann. Som et forsøk på å begrense eller utsette peak fosfor, er det innført flere metoder for å redusere og gjenbruke fosfor, slik som i jordbruket og i avløpssystemer.