Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
График показывает мировая фосфориты производство, 1900-2016, сообщает Геологическая служба США [1]

Пик фосфора - это концепция, описывающая момент времени, когда человечество достигает максимальной глобальной скорости производства фосфора как промышленного и коммерческого сырья . Этот термин используется аналогично более известному термину « пиковое масло» . [2] Вопрос был поднят как дискуссия о том, может ли нехватка фосфора быть неизбежной около 2010 года, что было в значительной степени отклонено после того, как Геологическая служба США и другие организации увеличили мировые оценки имеющихся ресурсов фосфора, в основном в виде дополнительных ресурсов в Марокко . Однако точные объемы запасов остаются неопределенными, как и возможные последствия увеличения использования фосфатов для будущих поколений. [3]

Фосфор - это конечный (ограниченный) ресурс, широко распространенный в земной коре и в живых организмах, но относительно дефицитный в концентрированных формах, которые неравномерно распределены по Земле. Только экономически эффективный метод производства на сегодняшний день является добычей из фосфоритов , но лишь немногие страны имеют значительные запасы этого. В первую четверку входят Марокко (включая запасы, расположенные в Западной Сахаре ), Китай , Алжир и Сирия.. Оценки будущей добычи значительно различаются в зависимости от моделирования и предположений об извлекаемых объемах, но неизбежно, что в обозримом будущем будущее производство фосфоритов будет в значительной степени зависеть от Марокко. [4]

Средств промышленного производства фосфора, помимо добычи, мало, потому что цикл фосфора не включает значительный перенос в газовой фазе. [5] Преобладающим источником фосфора в наше время является фосфатная руда (в отличие от гуано, которое ему предшествовало). По мнению некоторых исследователей, коммерческие и доступные запасы фосфора на Земле будут исчерпаны через 50–100 лет, а пик фосфора будет достигнут примерно в 2030 году. [2] [6] Другие предполагают, что запасов хватит на несколько сотен лет. [7] Как и в отношении сроков пика добычи нефти , вопрос не решен, и исследователи на разных месторождениях регулярно публикуют разные оценки запасов фосфоритов.[8]

Фон [ править ]

Фосфоритная руда, добытая в США, 1900-2015 гг. (Данные Геологической службы США)

Концепция пикового фосфора связана с концепцией границ планет . Фосфор, как часть биогеохимических процессов, принадлежит к одному из девяти «процессов системы Земли», которые, как известно, имеют границы. Пока границы не пересекаются, они обозначают «безопасную зону» для планеты. [9]

Оценки мировых запасов фосфатов [ править ]

Глобальное распределение коммерческих запасов каменного фосфата в 2016 г. [10]

Точное определение пикового содержания фосфора зависит от знания общих мировых промышленных запасов и ресурсов фосфатов , особенно в форме фосфатной руды (обобщающий термин для более 300 руд различного происхождения, состава и содержания фосфатов). «Запасы» относятся к предполагаемой извлекаемой сумме по текущим рыночным ценам, а «ресурсы» относятся к оценочным объемам такого содержания или качества, при которых они имеют разумные перспективы для рентабельной добычи. [11] [12]

Необработанный фосфорит имеет концентрацию 1,7-8,7% фосфора по массе (4-20% пятиокиси фосфора ). Для сравнения: земная кора содержит 0,1% фосфора по массе [13], а растительность от 0,03% до 0,2%. [14] Хотя квадриллионы тонн фосфора существуют в земной коре, [15] они в настоящее время экономически невыгодны.

В 2017 году Геологическая служба США (USGS) подсчитала, что экономически извлекаемые запасы фосфоритов во всем мире составляют 68 миллиардов тонн, в то время как мировая добыча полезных ископаемых в 2016 году составила 261 миллион тонн. [16] При нулевом росте запасов хватит на 260 лет. Это в целом подтверждает отчет Международного центра разработки удобрений (IFDC) за 2010 год о том, что мировых запасов хватит на несколько сотен лет. [7] [17] Данные о запасах фосфора активно обсуждаются. [11] [18] [19] Гилберт предполагает, что внешняя проверка оценки была незначительной. [20] Обзор 2014 г. [8] пришел к выводу, что отчет IFDC «представляет собой завышенную картину мировых запасов, в частности, в Марокко, где в основном гипотетические и предполагаемые ресурсы были просто переименованы в« резервы ».

Страны с наибольшими коммерческими запасами фосфоритов (в миллиардах метрических тонн): Марокко 50, Китай 3,1, Алжир 2,2, Сирия 1,8, Финляндия 1,6, ЮАР 1,5, Россия 1,3, Иордания 1,2, Египет 1,2, Австралия 1,1, США 1,1. [21] [16]

Дефицит каменного фосфата (или просто значительный рост цен) может отрицательно сказаться на продовольственной безопасности в мире . [22] Многие сельскохозяйственные системы зависят от поставок неорганических удобрений, в которых используется фосфат. В условиях режима производства продуктов питания в развитых странах нехватка каменного фосфата может привести к нехватке неорганических удобрений, что, в свою очередь, может снизить мировое производство продуктов питания. [23]

Экономисты отметили, что колебания цен на фосфат не обязательно указывают на пиковый уровень фосфора, поскольку они уже произошли из-за различных факторов спроса и предложения. [24]

Соединенные Штаты [ править ]

Дополнительная информация: Добыча фосфатов в США.

Производство фосфоритов в США достигло пика в 1980 году и составило 54,4 миллиона метрических тонн. Соединенные Штаты были крупнейшим производителем фосфоритов в мире по крайней мере с 1900 года до 2006 года, когда производство в США было больше, чем в Китае . В 2015 году в США было произведено 12 процентов мировых запасов фосфоритов. [ необходима цитата ]

Истощение запасов гуано [ править ]

Основная статья: Гуано

В 1609 году Гарсиласо де ла Вега написал книгу «Comentarios Reales», в которой он описал многие методы земледелия инков до прибытия испанцев и представил использование гуано в качестве удобрения. Как описал Гарсиласо, инки у побережья собирали гуано. [25] В начале 1800-х годов Александр фон Гумбольдт представил гуано в качестве источника сельскохозяйственных удобрений в Европе после того, как обнаружил его на островах у побережья Южной Америки . Сообщалось, что на момент открытия гуано на некоторых островах было более 30 метров в глубину. [26] Гуано ранее использовалосьЛюди Моче как источник удобрений, добывая его и перевозя обратно в Перу на лодке. Международная торговля гуано началась после 1840 года. [26] К началу 20 века гуано было почти полностью исчерпано, и в конечном итоге его настигло открытие методов производства суперфосфата .

Консервация и переработка фосфора [ править ]

Фосфатный рудник на Науру , когда-то один из основных мировых источников фосфоритов.

Обзор [ править ]

Фосфор может переноситься из почвы в одном месте в другое, когда пища транспортируется по всему миру, забирая с собой фосфор, который она содержит. После употребления людьми он может попасть в местную окружающую среду (в случае открытой дефекации, которая все еще широко распространена в глобальном масштабе) или в реки или океан через канализационные системы и очистные сооружения в случае городов, подключенных к канализации. системы. Примером одной культуры, потребляющей большое количество фосфора, является соя .

Чтобы отсрочить наступление пика фосфора, на практике существует несколько методов снижения и повторного использования фосфора, например, в сельском хозяйстве и в системах канализации . Ассоциация почвы , сертификация органического сельского хозяйства и группа давления в Великобритании, опубликовала доклад , в 2010 году «молот и наковальня» поощрение более утилизация фосфора. [27] Одним из возможных решений нехватки фосфора является более активная переработка отходов жизнедеятельности человека и животных обратно в окружающую среду. [28]

Сельскохозяйственные методы [ править ]

Сокращение сельскохозяйственных стоков и эрозии почвы может снизить частоту, с которой фермерам приходится повторно вносить фосфор на свои поля. Сельскохозяйственные методы , такие как не-до сельского хозяйства , террасирование , контурная Tilling, и использование ветрозащитных , как было показано , чтобы уменьшить скорость истощения фосфора из сельскохозяйственных культур . Эти методы все еще зависят от периодического внесения фосфоритов в почву, и в качестве таких методов также были предложены способы утилизации потерянного фосфора. Многолетняя растительность, такая как луга или лес, намного эффективнее использует фосфаты, чем пахотные земли. Полосы пастбищ и / или леса между пахотными землями и реками могут значительно снизить потери фосфатов и других питательных веществ. [29]

Интегрированные системы земледелия, которые используют животные источники для обеспечения фосфором сельскохозяйственных культур, существуют в меньших масштабах, и применение системы в более крупных масштабах является потенциальной альтернативой для обеспечения питательными веществами, хотя это потребует значительных изменений широко применяемых современных методов удобрения сельскохозяйственных культур .

Повторное использование экскрементов [ править ]

Основная статья: Повторное использование экскрементов

Самый старый метод утилизации фосфора - это повторное использование навоза и человеческих экскрементов в сельском хозяйстве. С помощью этого метода фосфор из потребляемых пищевых продуктов выводится из организма, а экскременты животных или человека впоследствии собираются и повторно обрабатываются на полях. Хотя этот метод поддерживал цивилизации на протяжении веков, нынешняя система управления навозом не ориентирована с точки зрения логистики на крупномасштабное внесение на поля сельскохозяйственных культур. В настоящее время внесение навоза не может удовлетворить потребности крупного сельского хозяйства в фосфоре. Несмотря на это, это все еще эффективный метод переработки использованного фосфора и его возврата в почву.

Осадок сточных вод [ править ]

Установки очистки сточных вод, которые имеют стадию улучшенного биологического удаления фосфора, производят отстой сточных вод , богатый фосфором. Были разработаны различные способы извлечения фосфора непосредственно из осадка сточных вод, из золы после сжигания осадка сточных вод или из других продуктов обработки осадка сточных вод . Это включает извлечение богатых фосфором материалов, таких как струвит, из предприятий по переработке отходов. [20] Струвит можно получить, добавляя магний в отходы. Некоторые компании, такие как Ostara в Канаде и NuReSys в Бельгии, уже используют этот метод для извлечения фосфатов. Ostara имеет восемь действующих заводов по всему миру. [цитата необходима ]

Исследования методов извлечения фосфора из осадка сточных вод проводились в Швеции и Германии примерно с 2003 года, но технологии, которые в настоящее время разрабатываются, еще не являются рентабельными, учитывая текущую цену на фосфор на мировом рынке. [30] [31]

См. Также [ править ]

  • Теория пика Хабберта
  • Мальтузианская катастрофа

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Статистика и информация о фосфоритах" . USGS . Проверено 12 апреля 2018 года .
  2. ^ а б Корделл, Дана; Дрангерт, Ян-Олоф; Белый, Стюарт (2009). «История фосфора: глобальная продовольственная безопасность и пища для размышлений». Глобальное изменение окружающей среды . 19 (2): 292–305. DOI : 10.1016 / j.gloenvcha.2008.10.009 . ISSN 0959-3780 . 
  3. ^ Edixhoven, JD; Gupta, J .; Savenije, HHG (2013). «Недавние пересмотры запасов и ресурсов фосфоритов: обнадеживающие или вводящие в заблуждение? Углубленный обзор литературы по глобальным оценкам запасов и ресурсов фосфоритов» . Динамика системы Земли . 5 (2): 491–507. Bibcode : 2014ESD ..... 5..491E . DOI : 10.5194 / ПАЗ-5-491-2014 .
  4. ^ Walan, P .; Davidsson, S .; Johansson, S .; Хёк, М. (2014). «Производство и истощение фосфоритов: моделирование с разбивкой по регионам и глобальные последствия» . Ресурсы, сохранение и переработка . 93 (12): 178–187. DOI : 10.1016 / j.resconrec.2014.10.011 . Проверено 9 октября 2017 года .
  5. ^ Несет, Тина-Симона S .; Корделл, Дана (2011). «Глобальный дефицит фосфора: определение синергии для устойчивого будущего». Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства . 92 (1): 2–6. DOI : 10.1002 / jsfa.4650 . PMID 21969145 . 
  6. ↑ Льюис, Лео (23 июня 2008 г.). «Ученые предупреждают об отсутствии жизненно важного фосфора, поскольку биотопливо повышает спрос» (PDF) . Times Online . Архивировано из оригинального (PDF) 23 июля 2011 года.
  7. ^ a b «Отчет IFDC указывает на наличие достаточных ресурсов фосфора для удовлетворения глобального спроса на продукты питания» . 22 сентября 2010 г.
  8. ^ а б Edixhoven, JD; Gupta, J .; Savenije, HHG (2014). «Последние обзоры запасов и ресурсов фосфоритов: критический анализ» (PDF) . Динамика системы Земли . 5 (2): 491–507. Bibcode : 2014ESD ..... 5..491E . DOI : 10.5194 / ПАЗ-5-491-2014 . ISSN 2190-4987 .  
  9. ^ Rockström, J .; Steffen, K .; и другие. (2009). «Планетарные границы: исследование безопасного рабочего пространства для человечества» (PDF) . Экология и общество . 14 (2): 32. DOI : 10.5751 / ES-03180-140232 .
  10. ^ Арно Розмарин (2016) Фосфор - ограниченный ресурс - Замыкание цикла , Конференция по глобальному статусу фосфора, Мальмё, Швеция (на основе статистики и информации USGS по фосфатным породам )
  11. ^ а б Саттон, Массачусетс; Bleeker, A .; Говард, CM; и другие. (2013). Наш мир питательных веществ: задача производить больше продуктов питания и энергии при меньшем загрязнении (PDF) . Центр экологии и гидрологии, Эдинбург, от имени Глобального партнерства по управлению питательными веществами и Международной инициативы по азоту. ISBN  978-1-906698-40-9. Архивировано из оригинального (PDF) 4 ноября 2016 года . Проверено 12 мая 2015 .
  12. ^ СТАНДАРТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ CIM - для минеральных ресурсов и минеральных запасов (PDF) . Постоянный комитет CIM по определениям резервов. 2010. С. 4–6. Архивировано из оригинального (PDF) 14 февраля 2019 года.
  13. ^ Образцы фосфорной почвы Геологической службы США
  14. ^ Изобилие элементов
  15. ^ Американского геофизического союза, Fall Meeting 2007, аннотация # V33A-1161. Масса и состав континентальной коры
  16. ^ a b Jasinski, SM (январь 2017 г.). Обзоры минерального сырья (PDF) . Геологическая служба США.
  17. ^ Ван Каувенберг, Стивен Дж. (2010). Мировые запасы и ресурсы фосфатных пород . Muscle Shoals, AL, США: Международный центр разработки удобрений (IFDC). п. 60. ISBN 978-0-88090-167-3. Дата обращения 7 апреля 2016 .
  18. ^ Корделл, Дана и Стюарт Уайт, 2011. Обзор: Пик фосфора: прояснение ключевых вопросов энергичных дебатов о долгосрочной безопасности фосфора. Устойчивое развитие 2011, 3 (10), 2027-2049; DOI: 10.3390 / su3102027, http://www.mdpi.com/2071-1050/3/10/2027/htm
  19. ^ Ван Вуурен, Д.П .; Бауман, AF; Бойзен, AHW (2010). «Спрос на фосфор в период 1970–2100 годов: сценарный анализ истощения ресурсов». Глобальное изменение окружающей среды . 20 (3): 428–439. DOI : 10.1016 / j.gloenvcha.2010.04.004 . ISSN 0959-3780 . 
  20. ^ a b Гилберт, Наташа (8 октября 2009 г.). «Исчезающее питательное вещество» . Природа . 461 (7265): 716–718. DOI : 10.1038 / 461716a . PMID 19812648 . 
  21. ^ Ахокас, К. (2015). «Ресурсы фосфора в Финляндии важны как никогда (Геологическая служба Финляндии)» .
  22. ^ Amundson, R .; Berhe, AA; Хопманс, JW; Olson, C .; Sztein, AE; Спаркс, DL (2015). «Почва и безопасность человека в 21 веке» . Наука . 348 (6235): 1261071. DOI : 10.1126 / science.1261071 . ISSN 0036-8075 . PMID 25954014 . S2CID 206562728 .   
  23. ^ Поллэн, Майкл (11 апреля 2006). Дилемма всеядного животного: естественная история четырех приемов пищи . Penguin Press. ISBN 978-1-59420-082-3.
  24. ^ Heckenmüller, M .; Нарита, Д .; Клеппер, Г. (2014). «Глобальная доступность фосфора и его значение для глобального продовольственного снабжения: экономический обзор» (PDF) . Кильский рабочий документ, № 1897 . Дата обращения 11 мая 2020 .
  25. Перейти ↑ Leigh, GJ (2004). Величайшее исправление в мире: история азота и сельского хозяйства . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-516582-1.
  26. ^ a b Скэггс, Джимми М. (май 1995 г.). Великая лихорадка гуано: предприниматели и зарубежная экспансия Америки . Пресса Св. Мартина. ISBN 978-0-312-12339-0.
  27. ^ earthassociation.org - Камень и наковальня, Пик фосфора и угроза нашей продовольственной безопасности. Архивировано 23 декабря 2010 г.в Wayback Machine , 2010 г.
  28. ↑ Бернс, Мелинда (10 февраля 2010 г.). «История П (ее)» . Миллер-МакКьюн . Архивировано из оригинального 7 -го января 2012 года . Проверено 2 февраля 2012 года .
  29. ^ Udawatta, Ranjith P .; Хендерсон, Грей S .; Джонс, Джон Р .; Хаммер, Дэвид (2011). «Потери фосфора и азота в связи с использованием лесных, пастбищных и пропашных земель, а также распределением осадков на Среднем Западе США» . Журнал водных наук . 24 (3): 269–281. DOI : 10.7202 / 1006477ar .
  30. Перейти ↑ Sartorius, C., von Horn, J., Tettenborn, F. (2011). Рекуперация фосфора из сточных вод - современное состояние и потенциал на будущее . Презентация конференции на конференции по восстановлению и управлению питательными веществами, организованной Международной водной ассоциацией (IWA) и Федерацией водной среды (WEF) во Флориде, США.
  31. ^ Hultman, Б., Levlin Е., Плаза, Е., Старк, К. (2003). Извлечение фосфора из осадка в Швеции - возможности для достижения поставленных целей эффективным, устойчивым и экономичным способом .