El pico de fósforo es un concepto para describir el momento en el que la humanidad alcanza la tasa máxima de producción global de fósforo como materia prima industrial y comercial . El término se utiliza de forma equivalente al más conocido término pico del petróleo . [2] La cuestión se planteó como un debate sobre si la escasez de fósforo podría ser inminente alrededor de 2010, lo que fue en gran medida descartado después de que el USGS y otras organizaciones [3] aumentaron las estimaciones mundiales sobre los recursos de fósforo disponibles, principalmente en forma de recursos adicionales en Marruecos . Sin embargo, las cantidades exactas de las reservas siguen siendo inciertas, al igual que los posibles impactos del mayor uso de fosfato en las generaciones futuras. [4] Esto es importante porque la roca de fosfato es un ingrediente clave en muchos fertilizantes inorgánicos . Por lo tanto, una escasez de roca de fosfato (o simplemente aumentos significativos de precios) podría afectar negativamente la seguridad alimentaria mundial . [5]
El fósforo es un recurso finito (limitado) que está muy extendido en la corteza terrestre y en los organismos vivos, pero es relativamente escaso en formas concentradas, que no están distribuidas uniformemente por toda la Tierra. El único método de producción rentable hasta la fecha es la extracción de roca fosfórica , pero sólo unos pocos países tienen reservas comerciales importantes . Los cinco primeros son Marruecos (incluidas las reservas situadas en el Sáhara Occidental ), China , Egipto , Argelia y Siria . [6] Las estimaciones para la producción futura varían significativamente dependiendo de los modelos y las suposiciones sobre los volúmenes extraíbles, pero es ineludible que la producción futura de roca fosfórica estará fuertemente influenciada por Marruecos en el futuro previsible. [7]
Los medios de producción comercial de fósforo además de la minería son pocos porque el ciclo del fósforo no incluye un transporte significativo en fase gaseosa. [8] La fuente predominante de fósforo en los tiempos modernos es la roca de fosfato (a diferencia del guano que lo precedió). Según algunos investigadores, se espera que las reservas comerciales y asequibles de fósforo de la Tierra se agoten en 50 a 100 años y que el pico de fósforo se alcance aproximadamente en 2030. [2] [9] Otros sugieren que los suministros durarán varios cientos de años. [10] Al igual que con el momento del pico del petróleo , la cuestión no está resuelta, y los investigadores en diferentes campos publican periódicamente diferentes estimaciones de las reservas de fosfato de roca. [11]
El concepto de pico de fósforo está relacionado con el concepto de límites planetarios . El fósforo, como parte de los procesos biogeoquímicos , pertenece a uno de los nueve "procesos del sistema terrestre" que se sabe que tienen límites. Mientras no se traspasen los límites, marcan la "zona segura" para el planeta. [12]
La determinación precisa del pico de fósforo depende de conocer las reservas y recursos comerciales totales de fosfato del mundo , especialmente en forma de roca de fosfato (un término que resume más de 300 minerales de diferente origen, composición y contenido de fosfato). "Reservas" se refiere a la cantidad que se supone recuperable a los precios actuales del mercado y "recursos" se refiere a cantidades estimadas de tal grado o calidad que tienen perspectivas razonables de extracción económica. [14] [15]
La roca de fosfato sin procesar tiene una concentración de 1,7 a 8,7 % de fósforo en masa (4 a 20 % de pentóxido de fósforo ). En comparación, la corteza terrestre contiene un 0,1% de fósforo en masa [16] y la vegetación entre un 0,03% y un 0,2%. [17] Aunque existen billones de toneladas de fósforo en la corteza terrestre, [18] actualmente no son económicamente extraíbles.
En 2023, el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) estimó que las reservas de roca fosfórica económicamente extraíbles en todo el mundo son de 72 mil millones de toneladas, mientras que la producción minera mundial en 2022 fue de 220 millones de toneladas. [6] Suponiendo un crecimiento cero, las reservas durarían unos 300 años. Esto confirma ampliamente un informe del Centro Internacional de Desarrollo de Fertilizantes (IFDC) de 2010 de que las reservas globales durarían varios cientos de años. [10] [3] Las cifras de reservas de fósforo son intensamente debatidas. [14] [19] [20] Gilbert sugiere que ha habido poca verificación externa de la estimación. [21] Una revisión de 2014 [11] concluyó que el informe del IFDC "presenta una imagen inflada de las reservas globales, en particular las de Marruecos, donde recursos en gran medida hipotéticos e inferidos simplemente han sido reetiquetados como "reservas".
Los países con más reservas comerciales de roca fosfórica (en miles de millones de toneladas métricas): Marruecos 50, China 3,2, Egipto 2,8, Argelia 2,2, Siria 1,8, Brasil 1,6, Arabia Saudita 1,4, Sudáfrica 1,4, Australia 1,1, Estados Unidos 1,0, Finlandia 1,0 , Rusia 0,6, Jordania 0,8. [22] [6]
La escasez de roca de fosfato (o simplemente aumentos significativos de precios) podría afectar negativamente la seguridad alimentaria mundial . [5] Muchos sistemas agrícolas dependen del suministro de fertilizantes inorgánicos, que utilizan roca de fosfato. Bajo el régimen de producción de alimentos en los países desarrollados, la escasez de fosfato de roca podría provocar escasez de fertilizantes inorgánicos, lo que a su vez podría reducir la producción mundial de alimentos. [23]
Los economistas han señalado que las fluctuaciones de los precios de la roca de fosfato no necesariamente indican un pico de fósforo, ya que estos ya se han producido debido a diversos factores del lado de la demanda y la oferta. [24]
La producción estadounidense de roca fosfórica alcanzó su punto máximo en 1980 con 54,4 millones de toneladas métricas. Estados Unidos fue el mayor productor mundial de roca fosfórica desde al menos 1900, hasta 2006, cuando la producción estadounidense fue superada por la de China . En 2019, Estados Unidos produjo el 10 por ciento de la roca fosfórica del mundo. [25]
En 1609 Garcilaso de la Vega escribió el libro Comentarios Reales en el que describía muchas de las prácticas agrícolas de los incas antes de la llegada de los españoles e introdujo el uso del guano como fertilizante. Como describió Garcilaso, los incas cerca de la costa recolectaban guano. [26] A principios del siglo XIX, Alexander von Humboldt introdujo el guano como fuente de fertilizante agrícola en Europa después de haberlo descubierto en islas frente a la costa de América del Sur . Se ha informado que, en el momento de su descubrimiento, el guano en algunas islas tenía más de 30 metros de profundidad. [27] El guano había sido utilizado anteriormente por el pueblo Moche como fuente de fertilizante extrayéndolo y transportándolo de regreso a Perú en barco. El comercio internacional de guano no comenzó hasta después de 1840. [27] A principios del siglo XX, el guano se había agotado casi por completo y finalmente fue superado con el descubrimiento de métodos de producción de superfosfato .
El fósforo puede transferirse del suelo de un lugar a otro a medida que los alimentos se transportan por todo el mundo, llevándose consigo el fósforo que contiene. Una vez consumido por los humanos, puede terminar en el medio ambiente local (en el caso de la defecación al aire libre , que todavía está muy extendida a escala mundial) o en los ríos o en el océano a través de sistemas de alcantarillado y plantas de tratamiento de aguas residuales en el caso de ciudades conectadas al alcantarillado. sistemas. Un ejemplo de cultivo que absorbe grandes cantidades de fósforo es la soja .
En un esfuerzo por posponer la aparición del pico de fósforo, se ponen en práctica varios métodos para reducir y reutilizar el fósforo, como en la agricultura y en los sistemas de saneamiento . La Soil Association , el grupo de presión y certificación de agricultura orgánica del Reino Unido, publicó un informe en 2010 "A Rock and a Hard Place" que fomenta un mayor reciclaje de fósforo. [28] Una posible solución a la escasez de fósforo es un mayor reciclaje de desechos humanos y animales en el medio ambiente. [29]
Reducir la escorrentía agrícola y la erosión del suelo puede disminuir la frecuencia con la que los agricultores tienen que volver a aplicar fósforo a sus campos. Se ha demostrado que los métodos agrícolas como la labranza cero , la construcción de terrazas , la labranza en curvas de nivel y el uso de cortavientos reducen la tasa de agotamiento del fósforo de las tierras agrícolas. Estos métodos todavía dependen de una aplicación periódica de roca fosfórica al suelo y, como tal, también se han propuesto métodos para reciclar el fósforo perdido. La vegetación perenne, como los pastizales o los bosques, es mucho más eficiente en el uso de fosfato que la tierra cultivable. Las franjas de pastizales y/o bosques entre las tierras cultivables y los ríos pueden reducir en gran medida las pérdidas de fosfato y otros nutrientes. [30]
Existen sistemas agrícolas integrados que utilizan fuentes animales para suministrar fósforo a los cultivos a menor escala, y la aplicación del sistema a mayor escala es una alternativa potencial para suministrar el nutriente, aunque requeriría cambios significativos en los métodos modernos de fertilización de cultivos ampliamente adoptados. .
El método más antiguo de reciclar fósforo es mediante la reutilización de estiércol animal y excrementos humanos en la agricultura. Mediante este método, el fósforo de los alimentos consumidos se excreta y, posteriormente, los excrementos animales o humanos se recogen y se vuelven a aplicar en los campos. Aunque este método ha mantenido civilizaciones durante siglos, el sistema actual de gestión del estiércol no está orientado logísticamente a su aplicación a campos de cultivo a gran escala. En la actualidad, la aplicación de estiércol no puede satisfacer las necesidades de fósforo de la agricultura a gran escala. A pesar de ello, sigue siendo un método eficaz para reciclar el fósforo usado y devolverlo al suelo.
Las plantas de tratamiento de aguas residuales que tienen un paso biológico mejorado de eliminación de fósforo producen lodos de aguas residuales ricos en fósforo. Se han desarrollado diversos procesos para extraer fósforo de los lodos de depuradora directamente, de las cenizas tras la incineración de los lodos de depuradora o de otros productos del tratamiento de lodos de depuradora . Esto incluye la extracción de materiales ricos en fósforo, como la estruvita, de las plantas de procesamiento de residuos. [21] La estruvita se puede producir añadiendo magnesio a los residuos. Algunas empresas como Ostara en Canadá y NuReSys en Bélgica ya están utilizando esta técnica para recuperar fosfato. Ostara tiene ocho plantas operativas en todo el mundo. [ cita necesaria ]
En Suecia y Alemania se llevan a cabo investigaciones sobre métodos de recuperación de fósforo a partir de lodos de depuradora desde aproximadamente 2003, pero las tecnologías actualmente en desarrollo aún no son rentables, dado el precio actual del fósforo en el mercado mundial. [31] [32]