Teknik til at genvinde fosfor fra urin

Fosfor, nummer 15 i det periodiske system, kan være meget giftig og brandfarlig og har været brugt i krigsførelse som et brandvæsen, men det er også afgørende for livet.

Som den berømte videnskabsforfatter Isaac Asimov sagde i sin bog fra 1974, Asimov om kemi:"Livet kan formere sig, indtil al fosfor er væk, og så er der et ubønhørligt stop, som intet kan forhindre."

Det skyldes, at fosfor er essentielt for alle levende organismer. Det danner rygraden i vores DNA samt molekylet adenosintrifosfat (ATP), der findes i celler og fanger kemisk energi fra den mad, vi spiser.

Vi mangler endnu at finde et enkelt levende væsen, der ikke kræver fosfor for at overleve. Men vi har ikke en endeløs forsyning af fosfor, og det er her min forskning kommer ind.

Efterspørgslen efter fosfor vokser

Efterspørgslen efter fosfor og nitrogen steg dramatisk i det 20. århundrede, da det viste sig at spille en afgørende rolle i gødning, der bruges til dyrkning af afgrøder.

På godt 50 år (mellem 1961 og 2014) er gødningsproduktionen tidoblet på grund af den såkaldte grønne revolution.

Dette muliggjorde en verdensomspændende stigning i landbrugsproduktionen, især i udviklingslandene, som blev brugt til at brødføde en stadigt voksende global befolkning.

Den høje efterspørgsel efter nitrogen blev imødekommet ved at øge en proces, der opfanger nitrogen og brint fra frisk luft og bruger det til at syntetisere ammoniak (den største nitrogenbaserede gødning). Da luften i Jordens atmosfære består af 78 % nitrogen, produktionen af ​​syntetisk ammoniak var kun begrænset af omkostningerne.

Men fosfor opbevares generelt i fast eller flydende form, og den billigste måde at klare den store efterspørgsel efter fosforgødning på var at udvinde fra fosfatsten.

Fosfatsten er en ressource, der både er begrænset og ikke ligeligt fordelt. De fem bedste indehavere af fosfatsten – Marokko og Vestsahara, Kina, Algeriet, Syrien, og Brasilien - tegner sig for 84% af verdens reserver. Australien har kun 1,6 pct.

Da fosfatsten er en begrænset og ikke-fornyelig ressource, den kontinuerlige udvinding skaber usikkerhed i vores fremtidige forsyninger.

De små forsyninger af fosfor

En løsning er at lede efter andre forsyninger af fosfor, og det er her du og jeg kan spille en rolle. Vores urin er en fremragende kilde til råmateriale til fosfor.

Hver enkelt af os udskiller op til et halvt kilogram fosfor om året, bare gennem vores urin. Dette gør urin til den største enkeltkilde til fosfor fra byområder.

Tilbage i det 17. århundrede, den tyske kemiker Hennig Brandt valgte urin til at isolere elementært fosfor. I sit eksperiment, han kogte hundredvis af liter urin ned til en tyk sirup, indtil en rød olie destillerede op af den.

Han samlede olien og afkølede urinen. Efter at have kasseret saltene dannet i bunden af ​​blandingen, han tilføjede den røde olie tilbage. Ved at varme blandingen op i 16 timer, en hvid damp ville komme ud, derefter olie, og til sidst fosfor.

Han ledte faktisk efter den legendariske De Vises Sten, der angiveligt ville forvandle ethvert metal til guld. Han kunne have fejlet i det, men han viste, hvor let det var at isolere fosfor fra urin med usofistikerede værktøjer.

Reducere, genbruge, genbruge

Dagens tilgange til genanvendelse af fosfor fra vores affald er langt mere praktiske og økonomiske sammenlignet med Brandts metode.

Et stigende antal virksomheder søger at genvinde fosfor fra spildevand, herunder fra urin.

Ny gødning er kommet på markedet, og kapløbet er i gang for at finde den optimale teknologi til at omdanne ildelugtende urin til et pengeskab, ikke-lugtende handelsgødning.

I Australien, forskere fra University of Technology Sydney har udviklet en proces, der bruger urin som råmateriale til at producere gødning og ferskvand. Udvalgte mikroorganismer bruges til at oxidere de (ildelugtende) forbindelser i rå urin og omdanne flygtig ammoniak til mere stabile nitrater.

Den behandlede urin filtreres derefter gennem en membran, som tilbageholder mikroorganismerne, så de kan genbruges, samtidig med at det opløselige fosfor og nitrogen kan passere igennem. Behandlet og filtreret urin koncentreres for at nå en næringsstofkoncentration svarende til handelsgødning.

På nuværende tidspunkt denne gødning – kaldet UrVal kort for "You are Valuable" – bliver testet i Royal Botanical Garden i dyrkning af persille.

Klart, disse nye innovationer inden for nyttiggørelse af næringsstoffer fra affald giver os mulighed for at reducere afhængigheden af ​​en begrænset ressource (fosfor).

Men de kunne også sætte os i stand til at udforske muligheden for en dag at producere mad uden for planeten Jorden, hvor vi har brug for gødning. Fosfatsten er muligvis ikke tilgængelig på sådanne steder, men vi ville have masser af urin.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.