Fosfór og hringrás hans á Íslandi. Snjólaug Tinna Hansdóttir

Transcription

1 Fosfór og hringrás hans á Íslandi Snjólaug Tinna Hansdóttir Jarðvísindadeild Háskóli Íslands 2014

2

3 Fosfór og hringrás hans á Íslandi Snjólaug Tinna Hansdóttir 10 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í jarðfræði Leiðbeinendur Kristín Vala Ragnarsdóttir Utra Mankasingh Jarðvísindadeild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Reykjavík, Júní 2014

4 Fosfór og hringrás hans á Íslandi 10 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í jarðfræði Höfundarréttur 2014 Snjólaug Tinna Hansdóttir Öll réttindi áskilin Jarðvísindadeild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Sturlugata Reykjavík Sími: Skráningarupplýsingar: Snjólaug Tinna Hansdóttir, 2014, Fosfór og hringrás hans á Íslandi, BS ritgerð, Jarðvísindadeild, Háskóli Íslands, 51 bls. Prentun: Háskólaprent Reykjavík, maí 2014

5 Yfirlýsing höfundar Hér með lýsi ég því yfir að ritgerð þessi er samin af mér og að hún hefur hvorki að hluta né heild verið lögð fram áður til hærri prófgráðu. Snjólaug Tinna Hansdóttir kt maí 2014

6

7 Útdráttur Náttúruleg hringrás fosfórs í heiminum og þar með talið á Íslandi hefur verið rofin. Með aukinni vinnslu á fosfór úr bergi til áburðarframleiðslu, flæðir fosfór á mun meiri hraða til sjávar en hann gerði í sinni náttúrulegu hringrás. Á Íslandi er fosfór fluttur inn í formi matvæla, fóðurs og áburðar um 155 tonn árlega. Að auki innihalda kjötvörur, fiskmeti, ávextir og grænmeti, sem framleitt er og ræktað hérlendis, um tonn af fosfór. Það fosfórmagn sem er útflutt eða er skilað til sjávar er þó tonn og því mun meira en allt það sem innflutt er eða framleitt hér á landi. Eins og fram kemur í ritgerðinni eru ýmsir möguleikar á að laga núverandi stöðu fosfórhringrásarinnar. Það er nauðsynlegt að bæta hringrás og endurvinnslu, þar sem ekkert annað efni getur komið í stað fosfórs sem er nauðsynlegur öllu lífi. Hægt er að minnka það magn skólps sem fer til sjávar með því að taka upp aðra kosti en vatnssalerni og endurvinna og nýta úrgang sem áburð. Náttúrulegt samlífi plantna og sveppa er kjörið til að auka fosfórupptöku plantna í stað þess að nota tilbúinn áburð og auka endurvinnslu á þeim fosfór sem unninn er. Þetta er aðeins hluti af þeim hugmyndum sem uppi eru til að minnka það magn fosfórs sem fer til spillis í fosfórhringrásinni. Það eru því ýmsir möguleikar fyrir hendi, við þurfum bara að framkvæma.

8

9 Abstract The phosphorus cycle has been broken. By mining phosphorus from phosphorus-rich rock to make fertilizer we have changed the natural phosphorus cycle. Now phosphorus flows much faster from land to sea. The amount that is imported to Iceland in the form of food and fertilizer is around 155 tonnes every year. The production of meat, fish, fruit and vegetables is estimated to be tonnes of phosphorus. The amount that is exported as products and emitted to the sea as waste is tonnes. By looking at these numbers we can see that there is more of phosphorus that is put to sea than is imported and produced in Iceland. There are many possibilities to help fix the cycle that human kind has opened. It is important to improve the cycle of phosphorus since there is no replacement for this essential element for life. It is possible to reduce the amount of sewage that goes to the sea by using composting toilets and recycle the waste for fertilizer. Also natural mychorriza of plants and mushrooms are good to increase the phosphorus uptake of plants instead of using fertilizer. Also it is important to increase recycling of the phosphorus that has already been mined. The ideas introduced in this paper are only a fraction of the ideas that are aldready being modified and put into motion. So it is possible to reduce the amount of phosphorus that goes to waste in the phosphorus cycle, we just have to do it.

10

11 Efnisyfirlit Myndir... vi Töflur... vii Þakkir... viii Inngangur Fosfór í náttúrunni Náttúruleg hringrás Fosfórgeymar náttúrunnar Breytingar frá náttúrulegri hringrás Fosfórnýting lífvera Nýting plantna Nýting dýra og manna Fosfórvinnsla og notkun Vinnsla úr bergi Vinnsla úr öðru en bergi Áburðarnotkun Náttúrulegur áburður Tilbúinn áburður Úrgangur Ofauðgun Fosfór á Íslandi Aðferðir við útreikninga Ferli kjötvöru Ferli fiskmetis Ferli grænmetis Hringrás fosfórs á Íslandi Heimsskortur Sjálfbær þróun Möguleg skref til að loka fosfórhringrásinni Niðurstöður Heimildir Viðauki A v

12 Myndir Mynd 1 Hringrás fosfórs í náttúrunni (unnið út frá Ruttenberg, 2003). Geymar eru táknaðir með kassa og númerin merkja hina fjóra aðal ferla fosfórhringrásarinnar Mynd 2 Myndun apatíts á landgrunni (unnið út frá upplýsingum frá Kristínu Völu Ragnarsdóttur, 2014) Mynd 3 Hlutverk fosfats í erfðaefninu DNA. Kjarnsýrur eru byggðar upp af kirnum sem innihalda sykru, fosfat og niturbasa (unnið út frá Parker, 2007) Mynd 4 Lífssnauð svæði á jörðinni. Rauðir hringir sýna staðsetningu og stærð lífssnauðra svæði, svartir punktar sýna hvar lífssnauð svæði hafa verið uppgötvuð en stærðin er óþekkt (Simmon og Allen, 2010) Mynd 5 Notkun fosfóráburðar á Íslandi (Hagstofa Íslands 2013) Mynd 6. Ferli kjötvöru á Íslandi Mynd 7 Ferli fiskmetis á Íslandi Mynd 8 Ferli grænmetis á Íslandi Mynd 9 Hringrás fosfórs á Íslandi Mynd 10 Ferill fosfór framleiðslu (Heimild: Cordell, Dragert and White, 2009) Mynd 11 Hámarksframleiðsla auðlinda a) Upphaflegur Hubbert ferill fyrir olíu (Sverdrup o.fl., 2012) b) Heimsframleiðsla á fosfat bergi eftir gæðum, production 1: góð gæði, production 2: miðlungs gæði, production 3: lítil gæði (Sverdrup o.fl., 2013) c) Magn af plægðum jarðvegi í heiminum (Sverdrup o.fl., 2013) d) Fiskveiðar í heiminum (Sverdrup o.fl., 2013) Mynd 12 Áburðarverð í Bandaríkjunum Grænu súlurnar sýna verð fyrir fosfór áburð (Heimild: United States Department of Agriculture, 2011) vi

13 Töflur Tafla 1 Fosfórgeymar jarðarinnar, magn og dvalartími fosfórs í hverjum þeirra. (Ruttenberg, 2003) (Richey, 1983) Tafla 2 Flæði milli fosfór geyma í náttúrunni (Richey, 1983) Tafla 3 Útreikningar fyrir ferli kjötvöru á Íslandi (mælieining: tonn) Tafla 4 Útreikningar fyrir ferli fiskmetis á Íslandi (mælieining: tonn) Tafla 5 Útreikningar fyrir ferli grænmetis og ávaxta á Íslandi (mælieining: tonn) Tafla 6 Heildarútreikningar fyrir fosfórhringrás (mælieining: tonn). Neikvæðar stærðir tákna magn sem tapast úr hringrás á Íslandi Tafla 7 Spár um hvenær skortur á fosfór muni verða, miðað við hlutfall endurvinnslu vii

14 Þakkir Ég vil þakka leiðbeinendum mínum þeim Kristínu Völu Ragnarsdóttur og Utru Mankasingh sérstaklega fyrir góða aðstoð í gegnum allt ferlið. Góðar hugmyndir að nálgun á efninu og aðstoð við grunnskilning á fosfór. Harald U. Sverdrup fær einnig góðar þakkir fyrir aðstoð við grunnteikningar á hringrás fosfór og ferli framleiðslu á Íslandi. Það hjálpaði mikið að sjá þetta á myndrænu formi og jók það skilning á helstu ferlum. Foreldrar mínir Snjólaug Elín Bjarnadóttir og Hans Kristjánsson eiga líka þakkir skilið fyrir að halda mér við efnið og lesa yfir síðasta yfirlestur. Að lokum vil ég þakka Braga Þorsteinssyni fyrir að hafa þolinmæði í að hlusta á mig tala um fosfór daginn út og inn. Síðast en ekki síst vil ég þakka Lilju Björgu Magnúsdóttur, Ingibjörgu Kristínu Jónsdóttur, Elínborgu Ellenardóttur og Berglindi Friðriksdóttur sem gerðu mér þann greiða að lesa yfir ritgerðina og sjá hvort hún væri skiljanleg. viii

15 Inngangur Fosfór er lífsnauðsynlegt frumefni og þar með þurfa allar lífverur fosfór til að lifa. Fosfór er undirstaðan í landbúnaði heimsins í dag þar sem áburður sem borinn er á landbúnaðarsvæði inniheldur fosfór. Stærstur hluti áburðarins er unnin úr fosfórríku setbergi sem myndast hefur á sjávarbotni. Í kjölfar aukinnar fólksfjölgunar hefur fæðuframleiðsla aukist og þar með nýting á fosfór í landbúnaði. Nú er mannkynið komið á þann stað að við höfum farið fram yfir hámarksframleiðslu fosfórs og hefur framleiðslan farið minnkandi eftir að það gerðist. Það kemur sér ekki vel þar sem jarðarbúum fjölgar með hverju árinu og ef við ætlum að viðhalda fæðuöryggi fyrir allt þetta fólk þurfum við að breyta lífstíl okkar. Það er mikilvægt því að við þurfum fosfór til að lifa og það er ekkert annað efni sem getur komið í staðinn fyrir hann. Vegna auðlindaskorts hefur heimsverð á fosfór hækkað umtalsvert og áburðarnotkun í mörgun löndum minnkað í kjölfarið. Á meðal þessara landa er Ísland en áburðarnotkun hefur hefur minnkað töluvert frá Samkvæmt tölum frá hagstofunni er minnkunin frá um það bil 3500 tonnum af fosfór á ári og niður í um það bil 1500 tonn árið Í þessu verkefni er fosfór og sérstaða hans könnuð til hlítar og hringrás hans í náttúrunni skoðuð. Nýtingu hans er lýst, hvernig hann er unnin til áburðarnotkunar og áhrif ofnotkunar. Tekin er saman tölfræði um hringrás fosfórs á Íslandi, þ.e. hvaðan Íslendingar fá sinn fosfór og hvað verður um hann. Til að skoða hvar fosfór finnst á Íslandi og hvernig hann er nýttur voru gerðir útreikningar út frá gildum sem til eru um magn framleiðsluvara á Íslandi og meðalmagn fosfórs í ýmis konar matvöru. Með því að íhuga þessi atriði er hægt að skoða eins konar fosfór hringrás fyrir Ísland. Þetta eru dæmi um atriði sem þarf að rannsaka og skoða með tilliti til fosfórskorts á jörðinni og fæðuöryggis framtíðarinnar. Mögulegar lausnir þessu tengt ígrundaðar tengdar þessu og spurningunni um hvort unnt sé að loka fosfórhringrásinni á Íslandi svarað. 1

16

17 1 Fosfór í náttúrunni Fosfór er frumefni sem hefur sætirstöluna 15 í lotukerfinu og atómmassann g/mól. Fosfór er ólíkt mörgum öðrum frumefnum. Það finnst ekki í náttúrunni sem frjálst efni heldur aðeins í samböndum við önnur efni, vegna hvarfgirni þess (Ashley, Cordell og Mavinic, 2011). Fosfór er nauðsynlegt næringarefni fyrir allt líf, tekur þátt í lífefnafræðilegum efnahvörfum í erfðaefni og orkuflutning í lífverum (Ruttenberg, 2003). 1.1 Náttúruleg hringrás Hringrás fosfórs á jörðinni hefur fjóra aðal ferla. Í fyrsta lagi er það tektonísk upplyfting og afhjúpun fosfórríks setbergs fyrir veðrunaröflum. Í öðru lagi er það veðrunaröflin, bæði aflveðrun og efnaveðrun, sem veðra bergbrot úr bergi og mynda jarðveg. Einnig sjá veðrunaröflin um að útvega ám fosfór agnir og uppleystan fosfór. Í þriðja lagi er svo um að ræða flutning fosfórs með vatnsstraumum til stöðuvatna og til sjávar. Síðasti efnisþátturinn veldur setmyndun á hafsbotni þar sem bæði lífrænt og ólífrænt fosfat er grafið í seti. Hringrásin byrjar svo að nýju við upplyftingu þessa fosfórríka sets (Ruttenberg, 2003). Á mynd 1 er náttúruleg hringrás fosfórs með helstu fosfór geymum og ferlum. Plöntur fá þann fosfór sem þær þurfa úr jarðveginum. Hann kemur að mestu leyti frá bergi með fosfórríku apatíti ((Ca 5 (PO 4 ) 3 )(F,Cl,H)) sem hefur verið lengi að myndast (Ashley o.fl., 2000). Upphaflega var apatítið leifar vatnalífvera eins og t.d. þörunga, skelja og kóralla. Leifarnar grófust á sjávarbotni og fluttust til yfirborðs á milljónum ára. Þessi flutningur varð vegna landriss í kjölfar hreyfinga jarðskorpuflekanna. Eftir að bergið var komið á uppá yfirborð veðrast það svo niður af vindi og regni (Ashley o.fl., 2011). Fosfór berst þannig frá veðruðu berginu til áa. Ár eru aðal flutningsleið fosfór frá landi til sjávar. Efnafræðilegt form fosfórs í ám er svo mismunandi eftir jarðfræði hvers vatnasviðs fyrir sig, umfangi rofs á undirlag straumsins og eðli árinnar sjálfrar. Vegna mikillar hvarfgirni fosfór agna er stærstur hluti fosfórs í ám tengdur efnisögnum í vatninu, þ.e. fosfór agnir verða samloðnar við annars konar agnir í ánum. Aukið magn næringarefna í ám, vötnum og á strandsvæðum getur leitt til óhóflegrar uppsöfnunar á ljóstillífandi lífmassa og vistkerfið getur þá breyst í óæskilegt þörungakerfi. Þegar svona óhófleg uppsöfnun verður örvast virkni í botnseti sem nýtir súrefni sem leiðir stundum til þróunar á súrefnissnauðu seti og botnvatni (Ruttenberg, 2003). Þegar út í sjó er komið fylgir hringrás fosfórs öðrum næringarhringrásum eins og hringrásum kolefnis og köfnunarefnis. Hringrásir næringarefnanna í gegnum ljóstillífun plöntusvifs leggur grunninn að fæðukeðjum sjávar (Ruttenberg, 2003). Í úthöfunum er stærstur hluti fosfórs tengdur lífrænum efnum sem eru endurunnin í yfirborðssjó. Lífræna efnið sekkur svo til botns ásamt rykögnum úr andrúmsloftinu. Botnset sjávar inniheldur bæði ólífræn og lífræn efni sem hafa verið flutt til sjávar með ám. Eina leiðin fyrir fosfór til að losna úr sjónum er greftrun með sjávarseti. Það form sem fosfórinn grefst á hefur áhrif á hversu mikið setið veðrast þegar það kemst upp á yfirborðið við landlyftingu (Ruttenberg, 2003). Með þessi ferli í huga má því segja að hringrás fosfórs á jörðinni er lífjarðefnafræðileg hringrás því að bæði lífefnafræðileg og jarðefnafræðileg hvörf og ferli eiga sér stað innan hennar (Ruttenberg, 2003). 3

18 Mynd 1 Hringrás fosfórs í náttúrunni (unnið út frá Ruttenberg, 2003). Geymar eru táknaðir með kassa og númerin merkja hina fjóra aðal ferla fosfórhringrásarinnar. 1.2 Fosfórgeymar náttúrunnar Þar sem fosfór er mjög hvarfgjarnt efni finnst það ekki eitt og sér heldur aðeins í efnasamböndum við önnur efni (Ruttenberg, 2003). Eins og nefnt var í síðasta undirkafla kemur fosfór í hringrásinni frá bergi sem inniheldur þetta mikilvæga frumefni. Bergið byrjar að myndast sem set á landgrunninu. Apatít verður til þar sem uppstreymi er á köldum fosfatríkum djúpsjó. Þetta á sér stað þegar vindar blása yfirborðssjó í burtu og djúpsjór rís upp til að koma í stað hans (NOAA, á.á). Þessi kaldi næringarríki djúpsjór sem rís upp flæðir svo yfir grunnsævið og mætir hlýju kalsíum ríku árvatni, efnahvörf eiga sér stað og út fellur apatít (sjá mynd 2). Einnig getur apatít myndast við blöndun kaldra og hlýrra sjávarstrauma. Fosfórríkar steindir eru torleystar í basísku vatni. Basískt vatn verður þess vegna oft yfirmettað af kalsíum fosfati sem fellur svo út vatninu þegar til sjávar er komið. Sjávarlífverur eins og þörungar, svif, skelfiskur og hryggdýr taka svo upp fosfórblönduð næringarefnin. Stoðgrindur og leifar þessara sjávarlífvera ásamt ólífrænum apatítútfellingum mynda stór og þykk svæði fosfatssets. Ef uppstreymi djúpsjávar viðheldur sér geta þessi setlög orðið mjög þykk og víðfeðm. Strandstraumar færa svo setið til og yfir á dýpri svæði sjávar (Guilberg og Park, 1986). Apatít er aðal fosfórsteindin í bergi. Það hefur rúma kristalgrind og efnasamsetningin getur því verið breytileg. Umhverfisaðstæður þurfa að vera sérstakar svo að apatít geti safnast upp. Víðáttumikil apatítsvæði finnast þó við austurjaðra úthafa þar sem vinddrifið uppstreymi næringarríks djúpsjávar viðheldur líffræðilegu samfélagi í yfirborðssjó sem síðar sekkur til botns og myndar botnset (Ruttenberg, 2003). 4

19 Mynd 2 Myndun apatíts á landgrunni (unnið út frá upplýsingum frá Kristínu Völu Ragnarsdóttur, 2014). Eftir að fosfórít bergið kemst uppá yfirborðið vegna tektónískra afla er bergið nýtt í námuvinnslu fyrir fosfóráburð. Við veðrun bergs leysist apatít upp og plöntur geta þá tekið upp fosfórinn. Veðrun bergs er því aðal uppruni fosfórs í jarðvegi sem er undirstaða gróðurs á landi. Fosfór er svo skilað aftur í jarðveginn við rotnun plantna (Ruttenberg, 2003). Lífmassi á landi inniheldur miklu minna magn fosfórs en berg og jarðvegur en mestan lífmassa er að finna í skógum Norður Ameríku, fyrrum Sovétríkjunum, Suður- Ameríku og í regnskógum Afríku þar sem mikið er af plöntum. Þrátt fyrir að mikið magn uppleysts fosfórs sé í sjónum er lítill hluti þess í lífmassa hafsins. Þetta er vegna þess að stór hluti fosfórsins er fyrir neðan hið virka lag sjávar, þar sem ljóstillífandi lífverur geta ekki þrifist (Richey, 1983). Hluti fosfór agna í jarðvegi flyst þaðan til straumvatna en einnig flyst lítill hluti til andrúmsloftsins, með vindi, en þar er dvalartími fosfórs mjög stuttur. Fosfór hringrásin hefur því ekki mikilvægan gasfasa í andrúmsloftinu líkt og hringrásir kolefnis og köfnunarefnis hafa (Richey, 1983). Við athugun á fosfór magni í náttúrulegum geymum voru athugaðar tvær mismunandi töflur sem gáfu sömu stærðargráður á fosfórmagninu. Meðaltal var tekið á þessum töflum. Einnig fengust upplýsingar um grófan dvalartíma fosfórs í hverjum þessara geyma frá Ruttenberg (2003). Það þarf að hafa hugfast að við útreikninga á stærð fosfórgeyma og flæðis milli þeirra getur verið töluverð óvissa. Upplýsingar um fosfór magn í hinum ýmsu geymum ásamt dvalartíma má finna í töflu 1. Tafla 1 Fosfórgeymar jarðarinnar, magn og dvalartími fosfórs í hverjum þeirra. (Ruttenberg, 2003) (Richey, 1983). Geymir Magn fosfór (tonn) Dvalartími Setlög 1,64* milljón ár Jarðvegur 2,38* ár Lífmassi á landi 2,70* ár Yfirborðssjór m (uppleystur P) 2,71*10 9 2,46-4,39 ár Djúpsjór m (uppleystur P) 8,70* ár Lífríki í sjó 8,94* dagar Fosfór sem hægt er að vinna 8,50* ár Fosfór í andrúmslofti 2,75* klst 5

20 1.3 Breytingar frá náttúrulegri hringrás Áhrifa manna gætir í hringrás fosfórs á jörðinni í dag. Námuvinnsla á fosfórít bergi til nýtingar í landbúnaðaráburð hefur aukist til að bregðast við aukinni fæðuþörf jarðarbúa. Auk þess hefur skógarhögg, aukin ræktun og úrgangur frá þéttbýli og iðnaði allt haft áhrif á hringrásina með því að auka flutning fosfórs frá geymum á landi til geyma í sjónum. Vegna þessa flutnings hefur t.d. orðið hækkun á fosfór styrk í ám og hann svo fluttst til vatna og strandsvæða og valdið ofauðgun (nánar útskýrt í undirkafla 3.5). Aukið rof sem hefur orðið vegna skógarhöggs og útbreiðslu ræktunarlands hefur aukið styrk svifefna í ám og þar með aukið flutning á fosfór ögnum. Mannvirki eins og stíflur geta hins vegar minnkað magn sets í ám og þar með minnkað fosfórflutning til sjávar. En þrátt fyrir minni flutning er aukið rof fyrir neðan stíflurnar og fosfór í setlögum sem eru föst aftan við stíflur jafna áhrifin út (Ruttenberg, 2003). Sú langa og hnattræna fæðukeðja sem er við lýði á jörðinni í dag hefur leitt til þess að á mörgum stöðum fellur fosfór úr keðjunni eða er ekki nýttur nógu vel. Affall er það mikið í fæðukeðjunni að aðeins einn fimmti alls fosfórs sem er unninn nær til matarins sem við borðum (Cordell, Drangert og White, 2009). Afgangurinn glatast, annað hvort til frambúðar eða um stundarsakir, við námuvinnslu, áburðargerð, áburðargjöf og uppskeru, búfénaðareldi, matvinnslu og sölu. Að lokum einnig við neyslu og losun (Ashley ofl., 2011). Áður hringlaga sjálfbær hringrás hefur verið opnuð og fosfórsameindir færast nú í beinni línu, frá námum til sjávar á miklu meiri hraða en lífefnafræðilegar hringrásir sem taka tugi milljónir ára (Ashley ofl., 2011). Eftir iðnbyltingu jókst mikið það magn fosfórs sem fluttist frá landi til sjávar. Í töflu 2 má sjá hvernig flæði milli geyma er í náttúrulegri hringrás fosfórs. Tölurnar segja til um flutning frá Geymi 1 til Geymis 2. Tafla 2 Flæði milli fosfór geyma í náttúrunni (Richey, 1983). Geymir 1 Geymir 2 Flæði (milljón tonn P /ár) Andrúmsloft Land 3,2 Andrúmsloft Sjór 1,4 Land Andrúmsloft 4,3 Sjór Andrúmsloft 0,3 Uppleyst í sjó Lífmassi í sjó 800 Bergbrot í sjó Set 7,5 Lífmassi á landi Jarðvegur 200 Berg Jarðvegur 14 Jarðvegur Ferskvatn 5,5 Uppleyst í ferskvatni Sjór 2,75 Agnir í ferskvatni Sjór 17 6

21 2 Fosfórnýting lífvera Fosfór er mikilvægur fyrir allt líf. Ekkert efni getur komið í stað fosfórs í öllu lífi, þar með í nytjaplöntum og þar af leiðandi í fæðuframleiðslu heimsins. Fosfór finnst í öllum lífverum í mismiklu magni. Plöntur og dýr nýta fosfór til ýmissa verka eins og að byggja upp líkama, framleiða orku og fjölga sér. 2.1 Nýting plantna Ljóstillífandi lífverur nýta uppleystan fosfór, kolefni og önnur nauðsynleg næringarefni til að byggja upp vefi (Ruttenberg, 2003). Aðal hlutverk fosfórs í plöntum er sem byggingarefni í próteinum, ensímum, kjarnsýrum og erfðaefni. Þessi efni eru mikilvæg vexti plantnanna, til æxlunar og fjölgunar. Fosfór hjálpar til við framleiðslu sykra og sterkju við ljóstillífun ásamt orkuframleiðslu við öndun (Spectrum Analytic Inc, 2012). Líffræðileg framleiðsla er háð framboði á fosfór til þeirra lífvera sem mynda grunn fæðukeðjunnar bæði á landi og í vatni. Plöntur fá þann fosfór sem þær nýta úr jarðveginum. Til að plöntur geti nýtt hann þarf hann að vera á formi fosfats PO (Spectrum Analyctic, 2012). Umbreyting yfir í fosfat verður með jarðefnafræðilegum og lífefnafræðilegum efnahvörfum á mismunandi stigum fosfór hringrásarinnar (Ruttenberg, 2003). Þó svo að fosfór sé í litlu magni í plöntum er hann þeim nauðsynlegur (Manahan, 1993). Plöntur þurfa fosfór við frumuvöxt, myndun ávaxta og fræja og þroskun þeirra (Cordell o.fl., 2009). Þar af leiðandi getur fosfórskortur hindrað vöxt þessara mikilvægu hluta plantnanna og þar með minnkað afrakstur uppskeru (crop yield) (Ashley ofl. 2011). Í plöntum er fosfór í vaxtarendum greina og róta þar sem frumuskipting á sér stað. Með því að bera fosfór áburð á jarðveginn eykst þykkt frumuveggja og þar með styrkur plöntustilka. Sterkari frumuveggir auka einnig það þol sem planta hefur gegn sjúkdómum (Barker, 2010) 2.2 Nýting dýra og manna Í lífhvelinu fá dýr fosfór úr fæðu sinni; plöntum og dýrum sem eru lægra í fæðukeðjunni. Dýr og menn geta nýtt bæði lífrænt og ólífrænt form fosfórs. Í líkama fullorðins einstaklings eru um það bil 0,7 kg af fosfór (Ashley, o.fl., 2011). Stærsti hlutinn finnst í beinum og tönnum sem hydroxylapatít (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)) (Science Learning Hub, 2010). Einnig finnst fosfór í frumum og vefjum mannslíkamans, hann hjálpar til við filtrun í nýrum og gegnir mikilvægu hlutverki í því hvernig líkaminn geymir og nýtir orku (Ehrlich, 2011). Erfðaefni mannsins, DNA (deoxýríbósakjarnsýra) og RNA (ríbósakjarnsýra), samanstendur af kjarnsýrum sem eru settar saman úr kirnum. Hvert kirni inniheldur svo sykru (deoxýríbósa í DNA og ríbósa í RNA), fosfat og niturbasa. Fjórar gerðir niturbasa finnast í DNA; adenín, gúanín, cýtósín og týmín. DNA í mönnum kemur oftast fyrir sem tvær paraðar keðjur sem passa þannig saman að adenín kirni parast við týmín kirni og gúanín kirni við cýtósín kirni. Í RNA eru það sömu niturbasar sem byggja upp sameindina nema í stað týmíns, sem er í DNA, kemur úrasíl (Guðmundur Eggertsson, 2000). Á mynd 3 má sjá DNA sameind. Adenósín þrífosfat eða ATP eru aðalupptök efnaorku í frumum (Ashley ofl., 2011). Orka myndast við færslu fosfathópa frá orkumyndandi ferlum til 7

22 orkukrefjandi ferla og við ljóstillífun og frumuöndun (Barker, 2010). Fosfór getur svo einnig hjálpað til við að minnka verk í vöðvum eftir líkamsrækt og aðstoðar við að viðhalda jafnvægi og notkun á vítamínum og steinefnum (Ehrlich, 2011). Fosfór tekur þátt í prótein smíði og er til staðar í kolvetnum, lípíðum og ensímum (Barker, 2010). Ráðlagður dagskammtur af fosfór fyrir fullorðinn einstakling er 600 mg (Embætti Landlæknis, 2013). Flestir fá nægt magn fosfór úr fæðunni einna helst úr mjólk, korni og próteinríkum fæðutegundum eins og kjöti og fiski. Heilsukvillar eins og sykursýki, átröskun og alkóhólismi geta valdið fosfór falli í líkamanum. Dæmi um einkenni fosfór skorts er minni matarlyst, óreglulegur andardráttur, beinverkir, stíf liðamót, þreyta og þyngdarbreytingar. Fosfór skortur hjá börnum getur valdið hægari vexti og hægari beina- og tannþroska. Algengara er að fólk hafi of mikið fosfór í líkamanum (Ehrlich, 2011). Líkaminn skilar frá sér umfram fosfór með þvagi og saur (Barker, 2010) og því er of mikill fosfór í líkamanum oft vegna nýrnasjúkdóma. Einnig getur fosfór safnast upp í líkamanum ef mataræðið er of fosfórríkt á móti of litlu af kalsíumríku fæði. Þessi tvö efni þurfa að vera í réttum hlutföllum fyrir heilbrigða beinþéttni og eru góð forvörn gegn beinþynningu. Of mikill fosfór getur aukið hættu á hjarta- og æðasjúkdómum (Ehrlich, 2011). Mynd 3 Hlutverk fosfats í erfðaefninu DNA. Kjarnsýrur eru byggðar upp af kirnum sem innihalda sykru, fosfat og niturbasa (unnið út frá Parker, 2007). 8

23 3 Fosfórvinnsla og notkun Fosfór er unninn úr náttúrulegum fosfórgeymum og að mestu leyti notaður í landbúnaðaráburð. Áður fyrr var einnig mikið magn nýtt í hreinsi- og þvottaefnaframleiðslu. Það magn hefur verið minnkað í kjölfar vitundavakningar á ofauðgun í ám, vötnum og strandsjó (Hubbard, 2012). Fosfórríkt efni er af margvíslegum uppruna og hægt er að vinna það úr náttúrunni á mismunandi vegu (Van Kauwenbergh, Stewart og Mikkelsen, 2013). Einnig er hægt að nýta fosfór sem aukaefni í eldsneyti, í sumt plast og í eldvarnarefni (Simandl, Paradis og Fajber, 2012). Árið 2010 var um 20% af fosfórframleiðslu heimsins úr storkubergi aðallega tengdum innskotum. Um það bil 80% af framleiðslunni var úr setbergi aðallega af sjávaruppruna (Van Kauwenbergh o.fl., 2013). Árið 1993 var 5% af heildarmagni fosfórs unnið úr sjávarfuglagúanó en sá forði er uppurinn í dag. Á þessu má sjá að berg er aðaluppspretta fosfórs til áburðarframleiðslu og hefur aukist fram til dagsins í dag (Manahan, 1993). Nú á tímum er heimsforði fosfórs um 60 milljarða tonna. Forðinn er skilgreindur þannig að um sé að ræða fosfat berg sem hægt er að hagnýta með þeirri tækni sem til er. Flestar námurnar eru í Morokkó en þær innihalda um 75% af fosfór forða heimsins (USGS, 2013). 3.1 Vinnsla úr bergi Langstærstur hluti fosfórs er unninn úr fosfatríku efnaseti sem myndaðist upphaflega á sjávarbotni. Fosfatríkt setberg nefnist fosfórít (Ruttenberg, 2003) og er hugtakið notað yfir bæði óunnið berg og það sem unnið er og nýtt. Fosfatið sem unnið er úr berginu er á formi apatíts sem er ekki tiltækt fyrir plöntur. Fosfat berg er því oftast meðhöndlað til þess að breyta apatítinu yfir í fosfat sem er það form sem plöntur geta tekið upp (Spectrum Analyctic Inc., 2012). Stærstur hluti (um 75%) af því bergi sem er unnið í heiminum fer í framleiðslu á fosfór sýru sem er mikilvægt skref við áburðargerð. Það berg sem er eftirsóknarverðast er það sem inniheldur greinilegar fosfat agnir sem hægt er að greina frá öðrum óþarfa steindum (Van Kauwenbergh o.fl., 2013). Mestur hluti bergs er unnið í opnum námum á yfirborði þó við sérstakar aðstæður er hágæða fosfat unnið neðanjarðar (Simandl o.fl., 2012). Einnig er hægt að fara aðrar leiðir við vinnslu á fosfór úr bergi. Vinnsla á svokölluðu kvoðubergsfosfati (colloidal rock phosphate) fer fram þegar hluti fosfat námu hefur verið nýttur eða aðstæður til vinnslu á bergfosfati hafa verið óhagstæðar. Þá hefur frekar verið horft til vinnslu á kvoðubergsfosfati. Það er eins konar samlímingur fosfatgruggs og leirs sem myndast þegar bergfosfat er unnið í vatni til að fjarlægja sand og leir. Sandurinn er skolaður í burt með vatni svo eftir er fosfatgrugg og leir. Fínar fosfat agnirnar límast í leirinn og nefnist þessi blanda kvoðubergsfosfat eða mjúkt bergfosfat (Barker, 2010). Superfosfat (Ca(H 2 PO 4 ) 2 ) er vinsæl gerð fosfóráburðar og er í raun aðaláburðurinn sem er framleiddur. Framleiðslan fer þannig fram að bergfosfatið er meðhöndlað með sýrum. Sýrumeðferðin býr til efnasambönd þar sem fosfór er aðgengilegri fyrir plöntur en í bergfosfati, þó ekki endilega í hærri styrk. Sama gerist í náttúrunni með brennisteinssýru í súrum jarðvegi og á safnhaugum en þar gengur ferlið mun hægar fyrir sig og er miklu einfaldara. Þar teldist það til náttúrulegs áburðar en þar sem bergfosfatið er meðhöndlað efnafræðilega með sýrum er superfosfat ekki talið náttúrulegt (Barker, 2010). 9

24 3.2 Vinnsla úr öðru en bergi Fosfór áburður er einnig unninn úr öðru en bergi. Fosfatgjall (basic slag) er hliðarafurð steypujárns- og stál framleiðslu úr járngrýti þar sem fosfór er til staðar. Þar er fosfórinn fjarlægður við bræðslu á járninu til að styrkja málmana sem verið er að vinna. Járngrýti og kalksteinn er svo brætt saman, kalksteinninn hvarfast við fosfórinn og flýtur ofan á blöndunni vegna léttari eðlismassa. Efnisblandan er svo tekin, kæld og mulin í fínt duft sem er notað til framleiðslu áburðar. Þessi gjalláburður er alkalískt efni og ef honum er blandað við lífrænt efni eykst aðgengileiki fosfórsins frá gjallinu sem gerir þessa blöndu að góðum áburði. Þar sem bein eru byggð af stórum hluta úr apatíti (Rey, Combes, Drouet og Glimcherer, 2009) er beinmjöl einnig góður áburður. Beinmjöl er framleitt með því að sjóða hrá bein, frá sláturhúsum, fjarlægja þannig fitur og mala þau svo. Beinmjöl er sett á jarðveginn en lífrænt efni hjálpar einnig við aðgengileika fosfórsins í mjölinu (Barker, 2010). Sjófuglar éta aðallega fæðu af strand- og sjávasvæðum og því er fugladrit eða gúanó eins og það er kallað mjög fosfórríkt. Gúanó var nýtt í fosfóráburð og var að mestum hluta unnið frá eyjum á Kyrrahafi (Guilberg og Park, 1986). Í byrjun 20.aldar var næstum allt gúanó uppurið og kom framleiðsla superfosfats í stað nýtingu gúanós. Í dag er hægt að kaupa leðurblökuguanó frá Indónesíu og nýta sem áburð (Archipelago Bat Guano, 2014). 3.3 Áburðarnotkun Fosfór, ásamt köfnunarefni og kalíum, er eitt af aðal áburðarefnunum í landbúnaðarframleiðslu í heiminum í dag. Áburður inniheldur efni sem eru notuð til að bera plöntunæringarefni í jarðveg (Barker, 2010). Algengir skammtar þessara næringarefna á tún eru rúmlega 100 kg af köfnunarefni, kg af fosfór og um það bil 60 kg af kalíum á hvern hektara ( m 2 ) lands (Ríkarð Brynjólfsson, 2003). Áburður getur verið misgóður en í 70% tilvika eykst uppskera eftir að jarðvegur er bættur með köfnunarefni en þó aðeins í um 40-50% tilfella eykst uppskera eftir að fosfór og kalíum er bætt í jarðveginn. Líffræðileg ferli þarf til að leysa upp næringarefni úr lífrænu efni í jarðveginn (Barker, 2010). Styrkur fosfórs í áburði er allt frá 1% til yfir 50% í formi fosfór pentaoxíðs (P 2 O 5 ). Efni sem innihalda minna en 1% P 2 O 5 eru með of lágan styrk til að teljast áburður og ekki er þess virði að dreifa þeim á jarðveg (Barker, 2010). Hægt er að skipta áburði í tvo flokka eftir uppruna; náttúrulegan áburð sem er að mestu úr lífrænum úrgangi og tilbúinn áburð sem unninn og meðhöndlaður með efnum áður en hann er seldur og borinn á jarðveg (Barker, 2010) Náttúrulegur áburður Náttúrulegur áburður eru efni af líffræðilegum eða steindafræðilegum uppruna (Barker, 2010). Sem dæmi um náttúrulegan áburð má nefna hrossatað og kúamykju. Náttúrulegi fosfórinn í þessum áburði er hluti af stórum sameindum eins og próteinum. Það þarf að brjóta þessar stóru sameindir niður í einföld fosföt áður svo plöntur geti nýtt næringuna. Stærstur hluti þessa niðurbrots er framkvæmdur af gerlum og öðrum jarvegslífverum. Niðurbrotshraða efnasambandanna er aðallega stjórnað af hitastigi og raka jarðvegsins. Vegna þessa er á því ári sem áburðurinn er borinn á land, lítið af fosfór aðgengilegur um vor og snemma sumars. Annað vandamál við náttúrulegan fosfór er það að niðurbrotið heldur áfram um haustið og eftir að uppskerunni hefur verið safnað (Spectrum Analyctic Inc., 2012). Umfram magn af fosfór eftir að uppskera hefur verið tekin hefur áhrif á magn ólífræns fosfórs í jarðveginum (Sigurður Þór Guðmundsson, 2007). Þessi seinnitíma fosfór 10

25 leysni fer í jarðveginn, byggist upp og getur leitt til umhverfisvandamála ef mikil uppsöfnun verður. Magn fosfórs í taði og mykju er mjög mismunandi, bæði eftir upptökum og árstíð. Eina leiðin til að vera viss um nákvæmt næringargildi er með greiningu á rannsóknarstofu (Spectrum Analytic Inc, 2012). Á Íslandi nýta um 3000 bændur með búfé eigin búfjáráburð á túnin sín. Það er meðal annars gert til þess að spara fjármagn þar sem aðkeyptur áburður er dýr. Svo eru einnig um 30 bú hérlendis með lífræna vottun sem nota aðeins lífrænan áburð og þá mest búfjáráburð en tvö bú nýta úrgang frá fiskverkun. Molta er svo önnur gerð náttúrulegs áburðar sem heimili geta framleitt með því að safna saman matarleifum og afgöngum og láta rotna í sérstökum tunnum eða ílátum. Þessi gerð áburðar er oft nýtt í matjurtagarða eða á tún í görðum íbúanna (Ólafur R. Dýrmundsson, Bændasamtökin, tölvupóstur 5.maí, 2014). Þetta hefur víða gefið góða raun, þar á meðal á heimili mínu í Garðabæ Tilbúinn áburður Munurinn á náttúrulegum og tilbúnum áburði er ekki þau efni sem eru í áburðinum heldur með hvaða hraða þau verða tiltæk fyrir plönturnar. Náttúrulegur áburður leysir næringarefnin frekar hægt og fer það eftir umhverfislegum þáttum eins og jarðvegsraka, hita og bakteríum í jarðveginum. Hins vegar í tilbúnum áburði leysast efnin fljótt og eru ekki eins háð umhverfisþáttum öðrum en vatnsforða og jafnvel hitastigi (Barker, 2010). Þó svo að fosfat úr bergi sé upprunalega náttúrulegt áburðarefni verður það að tilbúnum áburði eftir að það er meðhöndlað með sýrum. Hreinsun og efnafræðileg ferli auka venjulega styrk eða leysni næringarefna í áburði (Barker, 2010). Þess vegna eru þessar aðferðir nýttar við áburðarframleiðslu. Á Íslandi er ekki framleiddur fosfóráburður heldur er hann keyptur erlendis frá. Meðal fyrirtækja sem flytja inn fosfóráburð eru Fóðurblandan og Skeljungur. Fosfórinn sem þau flytja til landsins er frá Kólaskaga í Rússlandi og birgjar í Bretlandi flytja hann inn þaðan til blöndunar áður en hann er sendur til Íslands. Á Kólaskaga eru mjög stórar apatít námur þar sem fosfór er numinn og síðar unninn með sýrum. Því er um superfosfat að ræða (nefnt að framan). (Pétur Pétursson, Fóðurblandan hf., tölvupóstur 28.apríl, 2014). Þessi áburður er með lágu kadmíum magni í samræmi við íslensk lög (Aron Baldursson, Skeljungur, tölvupóstur 29.apríl, 2014). Kadmíum er óæskilegur þungamálmur sem finnst í einhverju magni í fosfatbergi og þar með oft í tilbúnum áburði (Ríkarð Brynjólfsson, 2003). Matvælastofnun hefur eftirlit með þeim áburði sem seldur er á Íslandi. Árið 2011 voru margar tegundir áburðar sem innihéldu of mikið magn af þungamálminum kadmíum. Magnið má ekki fara yfir 50 mg/ kg P en árið 2011 var magnið oft tvisvar til þrisvar sinnum of mikið (RÚV, 2012). Eftir að þetta uppgötvaðist hefur eftirlit verið hert. 3.4 Úrgangur Það umfram magn af fosfór sem dreift er í formi áburðar og nýtist ekki plöntum telst til úrgangs ásamt úrgangi frá dýrum og mönnum. Upptökum úrgangsfosfórs, sem finnur sér leiðir í vötn eða ár, er hægt að skipta í tvo flokka. Í öðrum flokknum eru upptök frá einum stað sem eru vel afmarkaðir losunarstaðir frá verksmiðjum eða afrennsli fráveitukerfa. Í hinum flokknum eru útbreidd upptök sem eru meðal annars afrennsli frá dreifbýli og þéttbýli (Barker, 2010). Stærstur hluti fosfórlosunar er uppruninn í þéttbýli og losnar fosfórinn sem afrennslisvatn frá skólpi. Í þessu vatni kemur fosfórinn m.a. frá tilbúnum sápum, þvottaefnum og 11

26 hreinsiefnum sem innihalda samþjappað fosfat sem myndar límkennda botnfellingu. Þessi hreinsiefni innihalda 5-50% P 2 O 5 af þyngd sinni. Einnig kemur fosfór í afrennslivatni frá úrgangi manna. Saur inniheldur um það bil 25% lífrænt efni en afgangurinn er aðallega vatn. Meðalmanneskja framleiðir um það bil 100g af saur á dag og hann inniheldur um það bil 0,03% köfnunarefni og 0,005% fosfór. Hins vegar framleiðum við 1200g af þvagi á dag sem inniheldur 0,5% lífrænt kolefni, 1% köfnunarefni og 0,03% fosfór. Þetta fosfór magn er fljótt að safnast upp og ef dæmi er tekið framleiðir manna byggð, sem er tæplega íbúafjöldi Reykjavíkurborgar, 36,5 kg af fosfór daglega. Magn skólps er þó mismunandi eftir árstíðum, tíma dags og hvernig viðrar (Van Loon og Duffy, 2011). Meðhöndlun úrgangs er nauðsynleg svo fosfórinn renni ekki með afrennslisvatni beint út í næstu á eða stöðuvatn þar sem hann getur stuðlað að ofauðgun. Þó er alltaf einhver hluti fosfórsins sem endar í ám og vötnum en hægt væri að stjórna því magni með því að þróa betri meðhöndlunaraðferðir (Van Loon og Duffy, 2011). Um 73% skólps á Íslandi er hreinsað. Hreinsun er mismikil eftir þeim svæðum þar sem skólpi er sleppt út í náttúruna. Til dæmis þarf aðeins eins þreps hreinsun fyrir úrgang sem sleppa á í strandsjó og árósa. Slík hreinsun felst í að ná burt föstum ögnum með síun eða fellingu. Skólpi sem er veitt í aðra viðtaka en sjó og árósa þarf að hreinsa með tveggja þrepa hreinsun þar sem líffræðileg ferli eru notuð til að ná burt uppleystum lífrænum efnum. Þar sem viðkvæmir viðtakar taka við skólpinu eins og t.d. stöðuvötn þarf eitt hreinsiþrep í viðbót sem felst í enn meiri minnkun á fosfór, köfnunarefni eða saurbakteríum. Það efni sem er hreinsað burt er mismunandi eftir viðtaka og fyrir hvaða efnum hann er viðkvæmur fyrir (Tryggvi Þórðarson, ráðgjafi Umhverfisstofnun, tölvupóstur 15.maí, 2014). Það sem síað er úr skólpi er svo þvegið þangað til hlutfall lífræns efnis er minna en 6%. Þá er Sorpu heimilt að taka við því til urðunar þar sem það nýtist svo til gasgerðar á sama hátt og annar lífrænn úrgangur frá íslenskum heimilum og fyrirtækjum (Erla Hlín Helgadóttir, Umhverfis-og fræðslufulltrúi hjá Sorpu, tölvupóstur, 16.maí 2014). Fosfórinnihald þéttbýlisskólps er mismunandi eftir því fosfórmagni sem þéttbýlið leggur til. Á síðustu árum var fosfór innihald seyru mun hærra en það er í dag því flest hreinsiefni innihéldu fosfór en það er ekki svo í dag. Hins vegar er ennþá einhver hluti fosfórs sem endar í þéttbýlisskólpi. Þar verður hann raunhæf upptök fosfórs fyrir þörungavöxt og mengun (Spectrum Analytic Inc, 2012). 3.5 Ofauðgun Eins og áður sagði er fosfór mjög mikilvægt næringarefni fyrir bæði plöntur og örverur. Þó svo að næringarefnin séu mikilvæg fyrir plönturnar geta þau þó einnig verið mengandi. Algengust þessara mengandi næringarefna eru fosfór, köfnunarefni og kalíum. Þessi efni verða mengunarvaldar þegar mikið magn þeirra safnast upp í vötnum. Þetta getur leitt til aukinnar frumframleiðni og er þá sagt að vatnið sé ofauðgað. Efnin auka verulega vöxt þörunga og á meðan á vextinum stendur á sér stað ljóstillífun og framleiðsla á súrefni (hvarf gengur til hægri). Hins vegar þegar lífverurnar deyja og rotna þarf súrefni við sundrunina og þá losnar koltvíoxíð út í vatnið og býr til loftfirrðar og frekar súrar aðstæður (hvarf gengur til vinstri) (Van Loon og Duffy, 2011). ljóstillífun CO 2 + H 2 O CH 2 O + O 2 öndun 12

27 Í ferskvatnskerfum kemur fosfór fyrir sem ólífrænn fosfór, lífrænar fosfór agnir og sem uppleystur lífrænn fosfór. Vatnsþörungar og plöntur nýta ólífrænt form fosfór sem næringarefni. Í flestum vötnum og ám er fosfór það næringarefni sem er takmarkandi fyrir vöxt. Óhóflegt magn fosfórs í ferskvatnskerfum eykur því vöxt plantna og þörunga. Þetta getur leitt til breytinga á fjölda plantna og dýra og breytingu á tegundum. Dýr stækka, meiri óróleiki verður í vatninu, meira magn lífræns efnis fellur til botns (dauðar plöntur og dýr) og tap verður á súrefni í vatninu. Súrefnissnauðar aðstæður vatnakerfa geta leitt til dauða fiska og annarra vatnadýra. Þegar ekkert súrefni er við botn losnar fosfór, sem áður var fastur í seti, aftur út í vatnið. Þetta eykur við framleiðslu vatnsins á ný. Sumir þörungar, sem þrífast vel í vötnum þar sem mikill fosfór er til staðar, framleiða eiturefni sem geta drepið búfénað og villt dýr sem drekka vatnið (Environment Canada, 2005). Ofauðgun lýsir sér oft sem dökkgrænn litur þörungablóma eða þykku lagi plantna sem vaxa við yfirborð grunnra vatna (Van Loon og Duffy, 2011). Mengandi næringarefni koma oft frá áburði sem er dreift á landbúnaðarsvæði, skólpi frá iðnaði og þéttbýli eða jafnvel úr frjósömum jarðvegi. Mögulega eru einhvers staðar vötn eða ár á Íslandi þar sem er ofauðgun en það væri þá aðeins á fáum og mjög afmörkuðum svæðum. Ofauðgun hér á landi getur orðið við það að næringarefni berast með jarðvegi sem hefur losnað vegna jarðvegseyðingar (Magnús Óskarsson, 1993). Þetta er sú tegund ofauðgunar sem við þyrftum að hafa mestar áhyggjur af á Íslandi vegna þess mikla rofs sem hér á sér stað (Ríkharð Brynjólfsson, 2003). Einnig getur áburður skolast út í ár og vötn en landið er svo strjálbýlt að ekki er mikil hætta á því að mikið magn næringarefnanna safnist á sama stað. Frárennsli frá salernum er mest á Reykjavíkursvæðinu en þó er ekki talið að hætta sé á ofauðgun vegna þess (Magnús Óskarsson, 1993). Skýrsla sem European Environment Agency gaf út 2013 fjallar um berskjölduð svæði sem eru í áhættuhópi fyrir ofauðgun. Þar kemur fram spá um hlutfall svæða sem eiga á hættu ofauðgun árið 2020 miðað við núverandi löggjöf. Á Íslandi eru engin svæði í þessum hópi (European Environment Agency, 2013). Þó svo að ofauðgun sé einnig náttúrulegt ferli sem á sér stað á jarðfræðilegum tímaskala hafa menn áhyggjur af því hversu hratt ferlið gengur fyrir sig vegna umsvifa mannsins. (Van Loon og Duffy, 2011). Þetta hefur leitt til lífssnauðra svæða á strandsvæðum víða á jörðinni eins og sést á mynd 4. Sérstaklega má sjá að Eystrasalt og austurströnd Bandaríkjanna hafa orðið illa úti. 13

28 Mynd 4 Lífssnauð svæði á jörðinni. Rauðir hringir sýna staðsetningu og stærð lífssnauðra svæði, svartir punktar sýna hvar lífssnauð svæði hafa verið uppgötvuð en stærðin er óþekkt (Simmon og Allen, 2010). 14

29 Magn fosfór 4 Fosfór á Íslandi Fosfór er nýttur í landbúnað á Íslandi eins og í flestum öðrum iðnríkjum. Upplýsingar frá Hagstofunni sýna notkun fosfór áburðar frá 1977 til ársins Á mynd 5 sést hvernig notkun hefur minnkað gífurlega, eða um rúmlega 2000 tonn síðan árið Ekkert fosfórít berg finnst á Íslandi því landið er að mestu leyti úr storkubergi sem er upprunið í eldgosum. Þar með er hér engin framleiðsla á tilbúnum fosfór áburði svo Íslendingar þurfa að flytja inn þann tilbúna fosfór áburð sem þeir nýta í landbúnað Notkun fosfóráburðar Tonn P Ártal Mynd 5 Notkun fosfóráburðar á Íslandi (Hagstofa Íslands 2013). 4.1 Aðferðir við útreikninga Við útreikninga á fosfórmagni í hinum ýmsu fosfór geymum á Íslandi voru nýttar upplýsingar frá Hagstofu Íslands. Miðað var við tölur frá árinu 2012 þar sem ekki allir flokkar voru með nýrri upplýsingar. Þetta var gert til að geta gert sér sem best grein fyrir hringrás fosfórs á einu ári. Upplýsingar um magn t.d. heildar fiskafla, fiskútflutnings, innflutts nautakjöts o.s.frv. voru fengnar frá Hagstofu Íslands og svo var meðalmagn fosfór innihalds fengið úr matvælagagnagrunni hjá Landbúnaðarrannsóknastofnun Bandaríkjanna. Út frá upplýsingum frá þessum gagnagrunnum var hægt að reikna heildarfosfór magn einstakra geyma ( sjá má dæmi um útreikninga í viðauka A). Taka þarf tillit til þess að til einföldunar voru drykkir voru ekki teknir með í útreikninga. Þetta veldur ákveðinni skekkju í niðurstöðum þar sem mikið magn fosfór er í þvagi sem skolast til sjávar með skólpi en það vantar þá hluta af þeim matvælum sem framleiða þetta þvag (drykkirnir). 15

30 Til að gera betri grein fyrir hinum ýmsu geymum fosfórs á Íslandi var fosfór uppruna skipt eftir aðalfæðutegundum sem eru framleidd á Íslandi; kjöti, fiski og grænmeti. Eins og áður sagði var ákveðið að sleppa drykkjum í útreikningum til einföldunar en það þarf þó að taka fram að það er líka fosfór í drykkjum eins og mat. Upplýsingar um útflutning og innflutning kjötvöru, fiskmetis og grænmetis og ávaxta árið 2012 fengust í riti Hagstofunnar, Landshagir Þar var skoðaður kaflinn Utanríkisverslun þar sem innflutningur og útflutningur vöru, eftir vörudeildum staðlaðs flokkunarkerfis alþjóðaviðskipta 2012 (SITC), er skráður. Upplýsingar um neysluvenjur Íslendinga fengust frá könnun á matarvenjum Íslendinga Gert er ráð fyrir í þessari tölfræðirannsókn að neysluvenjur árið 2012 hafi verið þær sömu en þær hafa haldist svipaðar síðastliðin ár. Þó var árleg kjötneysla Íslendinga gefin upp í skýrslu Landshaga sem 80,3 kg/ár og þar með 0,22 kg á dag. Reiknað var með þessum tölum í útreikningum í kaflanum Ferli kjötvöru. Við útreikninga á fosfór magni í úrgangi er miðað við sama magn og í matvælunum t.d. fyrir fiskiúrgang er miðað við 250 mg P/ 100 g úrgangur Mannfjöldi á Íslandi var manns 1.janúar 2013 og það er mannfjöldinn sem notaður er við útreikninga á neyslu árið Útreikningarnir og skýringarmyndir voru gerðar til að auðvelda skilning á því magni fosfórs sem er gegnum gangandi í matvöru á Íslandi og hversu mikið tapast með útflutningi eða úrgangi. Einnig þurfti að taka inn í reikninga þann fjölda ferðamanna sem heimsótti landið árið Þar bætast við fleiri munnar sem þarf að fæða og meira magn úrgangs sem tapast úr kerfinu. Árið 2012 heimsóttu ferðamenn landið samkvæmt Ferðamálastofu. Dvalarlengd ferðamanna á Íslandi var að jafnaði 10,2 nætur að sumri til og 6,6 nætur að vetri. Meðallengd dvalar fyrir árið 2012 er því um það bil 8 nætur (Oddný Þóra Óladóttir, 2013) og því er gert ráð fyrir í útreikningum 7 heilum sólarhringum á Íslandi þar sem íslenskrar matvöru er neytt. Einhver skekkja gæti þó verið á útreikningum ef ferðamenn sem koma hingað til lands hafa með sér sinn eigin mat. Í útreikningum er gert ráð fyrir að ferðamenn borði kjöt 4 daga og fisk 3 daga á meðan á dvöl þeirra stendur ásamt því að neyta grænmetis og ávaxta daglega. Að lokum er fosfór innihald í flestum þeim áburðartegundum sem fluttar eru til landsins 2-7% P af heildarmassa áburðar og fer það eftir gerð áburðar og fyrir hvers konar ræktun hann hentar. Ákveðið var að nota meðalgildið 4,5 % P magn við útreikninga á því magni fosfórs sem flutt er inn til landsins á formi áburðar. 4.2 Ferli kjötvöru Íslendingar neyta mikið af kjötvörum á ári hverju og mætti segja að kjöt sé uppistaða í mataræði þjóðarinnar. Á ári hverju borðar hver Íslendingur að meðaltali 80,3 kg af kjöti eða 0,22 kg á dag. Að meðaltali er magn fosfórs í kjötvöru 200 mg P/100g. Kjötið er lambakjöt, svínakjöt, nautakjöt, hrossakjöt og alifuglakjöt. Mest er neytt af alifuglakjöti en minnst af hrossakjöti. Tafla 3 gefur upplýsingar um magn kjötvöru á Íslandi og fosfór magn. Búfénaður étur gras og hey í haga sem inniheldur fosfór sem hefur verið tekinn upp úr jarðveginum. Á mörg tún hefur svo verið dreift innfluttum fosfóráburði til að auka sprettu. Mestur hluti fosfórsins fer í bein og tennur og losnar því úr kerfinu við slátrun. Með því að gera ráð fyrir að á 500 kg skepnu sé helmingurinn kjöt (250 kg) (Harald Sverdrup, samtal 10. janúar 2014). Kjötið sem inniheldur þá 0,5 kg af fosfór. Bein innihalda um það bil 17% 16

31 fosfór af massa sínum og ef 100 kg beinagrind er fargað eru það 17 kg af fosfór sem tapast (Obrant og Odselius, 1986). Frá sláturhúsum fer kjötið á almennan markað eða til veitingahúsa. Íslendingar og sumir ferðamenn kaupa svo sitt kjöt á mörkuðum en margir ferðamenn borða sitt kjöt á veitingahúsum. Það sem selst svo ekki á markaði og verður útrunnið fer í ruslið. Sama gerist í heimahúsum. Það sem ekki er borðað fer í ruslatunnuna og það sem borðað er fer í skólp og þaðan út í sjó. Ferli kjötvöru er sýnt á mynd 6. Svipað ferli er fyrir það magn villtra dýra sem Íslendingar veiða, fyrir utan vinnslu í sláturhúsum. Hreindýr, rjúpur, endur, gæsir og svartfuglar er vinsæll kostur á matarborðum Íslendinga við ýmis tilefni. Tæplega 1000 hreindýr voru veidd árið 2012 ásamt tæplega 200 þúsund fuglum. Ef miðað er við að helmingur af þyngd hreindýra sé kjöt, líkt og hjá kúm, er um að ræða 65 tonn af kjöti og þar með tæplega 140 kg af fosfór. Sama má gera ráð fyrir hjá fuglum því að þó svo að bein þeirra séu hol að innan eru þau samt þung (University of Massachusetts, 2010). Meðalmagn fosfórs í villifuglakjöt er 250 mg P/ 100g og er því fosfórmagnið um 800 kg af fosfór miðað við rúmlega 300 tonn af fuglakjöti. Þetta magn er þó það lítið að það breytir litlu við útreikninga. Á Suðurlandi hefur kjötmjöl verið framleitt til áburðar en takmarkanir eru á notkun þess vegna sjúkdómahættu. (Ólafur R Dýrmundsson) Tafla 3 Útreikningar fyrir ferli kjötvöru á Íslandi (mælieining: tonn). Selt á Íslandi Útflutt Innflutt Neysla á Íslandi Sláturúrgangur Kjöt Fosfórmagn , Mynd 6. Ferli kjötvöru á Íslandi 17

32 4.3 Ferli fiskmetis Önnur uppistaða í mataræði Íslendinga er fiskur og fiskafurðir. Margar fjölskyldur halda ennþá fast í þá hefð að borða fisk í kvöldmat tvisvar sinnum í viku. Einnig er heitur matur í hádeginu í mörgum skólum er fiskur víða á boðstólnum. Yngra fólk neytir þó töluvert minna magns af fiski en eldra fólk. Fiskur er fosfórrík fæðutegund og í útreikningum var miðað við 250 mg P/100g. Neysla Íslendinga að meðaltali er 0,046 kg/dag eða tæplega 17 kg á ári. Fiskur fær fosfór úr fæðu sinni í sjónum. Heildarafli íslenskra togara árið 2012 var um tonn (Hagstofan, 2013). Stærsti hluti aflans sem er veiddur er verkaður á landi en hluti á sjó í frystitogurum. Árið 2012 voru 26 frystitogarar skráðir á Íslandi og var heildarafli þeirra tonn af fiski eða 383 tonn af fosfór (Gísli Reynisson, 2013). Um borð í þess konar togurum er fiskurinn flakaður um borð og stórum hluta úrgangs er kastað í sjóinn aftur. Undanfarið hefur orðið mikil vitundavakning á verðmætum þessa úrgangs svo í dag er t.d. roð nýtt í fatnað, skó og veski og lifur soðin niður eða reykt. Mismunandi er eftir fisktegundum hve mikið magn er hirt og hversu mikið úrgangurinn nýtist (Jón Ágúst Björnsson, vélstjóri, tölvupóstur 19.maí 2014). Það er því nokkuð magn fosfórs sem fer beint í sjóinn eða um 192 tonn ef gert er ráð fyrir að helmingur af þyngd fisksins sé kastað og það þarf því að bæta því við tölur um fiskiúrgang á landi. Á landi er fiskiúrgangur meðal annars nýttur í fiskimjöl og áburð. Samkvæmt Umhverfisstofnun hafa 8 fiskimjölsverksmiðjur leyfi til að framleiða fiskimjöl og lýsi úr fiski og úrgangi. Í starfsleyfum fyrirtækjanna má sjá að þau hafa leyfi til að framleiða fiskimjöl og lýsi úr fyrirfram ákveðnu magni hráefnis á sólarhring. Ef tekið er meðaltal þessa magns fæst að fiskimjölsverksmiðjur á Íslandi mega nýta hráefni sem jafngildir rúmlega 900 tonnum af hráefni. Sem dæmi má nefna fyrirtækið Skinney-Þinganes á Höfn í Hornafirði sem er með 900 tonna heimild á sólarhring. Árið 2010 framleiddi verksmiðjan tonn af fiskimjöli og tonn af lýsi (Umhverfisstofnun, á.á). Í 3000 tonnum af fiskimjöli er hægt að gera ráð fyrir að sé um 7,5 tonn af fosfór. Það breytir þó ekki miklu í heildarútreikningum við ferli fiskmetis. Eftir að fiskur er verkaður fer hann á veitingahús eða almennan markað þar sem Íslendingar og ferðamenn kaupa hann til matar og elda. Hluti fisks á markaði endar í ruslinu sem og afgangar frá heimilum og veitingahúsum. Eftir að næring hefur verið tekin úr fisknum endar afgangurinn í salernum landsmanna og flyst svo þaðan út í sjó. Eins og sjá má í töflu 4 er mjög mikill úrgangur sem kemur frá fiskvinnslu og einnig má sjá ferli fiskmetis á Íslandi á mynd 7. Við það magn sem veitt er úr sjó bætist við lax sem veiddur er í ám landsins en árið 2012 voru 105 tonn af laxi veidd samkvæmt tölum frá Hagstofu Íslands. Þetta magn er þó lítið með tilliti til heildarafla íslenskra fiskveiðiskipa. Tafla 4 Útreikningar fyrir ferli fiskmetis á Íslandi (mælieining: tonn). Selt á Íslandi Útflutt Innflutt Neysla á Íslandi Fiskiúrgangur Fiskur Fosfórmagn ,

33 Mynd 7 Ferli fiskmetis á Íslandi. 4.4 Ferli grænmetis Grænmeti og ávextir eru vinsælt meðlæti og millimál. Mismunandi magn fosfór er í þessum holla kosti en bilið var 8-38 mg P /100g svo ákveðið var að notast við gildið 20 mg P/100g í útreikningum. Dagskammtur meðal Íslendings er 0,239 kg af grænmeti og ávöxtum á dag (Hólmfríður Þorgeirsdóttir o.fl., 2012). Gert er ráð fyrir að ferðamenn neyti sama magns alla þá 7 daga sem þeir dvelja á Íslandi. Hluti grænmetis á Íslandi er ræktaður í gróðurhúsum. Við ræktun í gróðurhúsum er nýtt tækni sem nefnist vökvaræktun (hydrophonics). Með þessari tækni eru plöntur ræktaðar í næringarríkum vökva í stað jarðvegs og er fosfór meðal efna í þessum vökvum (Jones, 2005). Fosfór áburður er borinn á stóran hluta þess jarðvegs sem nýttur er við ræktun utanhúss til að auka það magn sem fæst við ræktunina. Frá ræktunarstað fer varan í pökkun þar sem hluti fellur af vegna skemmmda eða annarra ástæðna. Þaðan liggur leiðin á markaði og veitingahús og á borð landsmanna þar sem alltaf fellur eitthvað af og í ruslatunnurnar. Að lokum lýkur leiðinni í sjónum. Þó er minna magn af ávöxtum og grænmeti sem fer í almennt heimilissorp þar sem sumir hafa tekið upp þann sið að safna lífrænum úrgangi í safnhaug til moltugerðar. Ekki fundust tölur um selt grænmeti hér á landi svo að gert er ráð fyrir að sá hluti heildarframleiðslu sem fer ekki í útflutning sé seldur í matvörubúðum landsins. Á töflu 5 má sjá skiptingu heildarframleiðslu grænmetis og ávaxta, innflutning, neyslu og úrgang frá landbúnaði og görðum ásamt lífrænum matarúrgangi. Til útskýringar má líta á mynd 8. Tafla 5 Útreikningar fyrir ferli grænmetis og ávaxta á Íslandi (mælieining: tonn). Heildarframleiðsla Íslands Útflutt Innflutt Neysla á Íslandi Úrgangur Grænmeti og ávextir Fosfórmagn 6,6 0,018 10,5 5,8 1 19

34 Mynd 8 Ferli grænmetis á Íslandi. 4.5 Hringrás fosfórs á Íslandi Ef hugsað er um geymana í fyrsta kafla þá er ekki vinnanlegt magn fosfórs í bergi á Íslandi. Landið er aðallega úr basísku storkubergi sem nefnist basalt. Það inniheldur um 0,35% af P 2 O 5 í efnasamsetningu sinni en stærsti hlutinn eru sameindir sem innihalda kísil (SiO 2 ), ál (Al 2 O 3 ) og járn (FeO) (LeMaitre, 1976). Við efnagreiningu á einu tonni af basalti væru þá um 3,5 kg P 2 O 5. Lífmassi á landi samanstendur af plöntuflóru landsins og dýrafánu. Jarðvegurinn á Íslandi er svokallaður Andosoljarðvegur og er álitinn fosfórsnauður og þarf því að bera á hann mikið magn fosfórs til að ræktun takist (Sigurður Þór Guðmundsson, 2007). Nokkrir þættir hafa áhrif á jarðveginn hér á landi. Tíð eldvirkni, kalt úthafsloftslagið sem hér ríkir ásamt mjög virku jarðvegsrofi vegna vinda, vatns og þyngdarafla (Ólafur Arnalds & Kimble, 2001). Plöntur fá þann fosfór sem þær þurfa úr jarðveginum. Styrkur fosfórs í jarðvegslausn er vanalega um 0,3 mg/l. Ef styrkurinn er 0,03 mg/l eða lægri getur jarðvegurinn ekki útvegð nægt magn fosfórs til plantna og einkenni skorts verða sjáanleg (Schørring, 1999; vitnað í grein í Sigurður Þór Guðmundsson, 2007). Styrkur fosfórs í efstu lögum jarðvegs fylgir því magni áburðar sem borið er á hann. Eftir því sem neðar dregur minnka áhrif áburðarins (Sigurður Þór Guðmundsson, 2007). Í niðurstöðum rannsóknar Sigurðar Þórs kom fram að með því að bera fosfór áburð á jarðveg eykst rúmþyngd jarðvegs vegna aukins niðurbrots á lífrænu efni. Með því að bera 39 kg af fosfór á hvern hektara lands í yfir 50 ár eykst fosfór mettun jarðvegs í 27% á efstu 5 cm jarðvegsins. Þetta leiðir til forða af auleysanlegum fosfór eða yfir 380 kg fosfór á hvern hektara lands (Sigurður Þór Guðmundsson, 2007). Með auknum ábornum fosfór eykst því auðleystur fosfór. Búfénaður étur plönturnar og fær þannig sinn skammt af fosfór. Með vinnslu á kjötvöru fer fosfórinn inná íslenskan markað eða er fluttur út á erlendan markað. Að sama skapi kemur inn á íslenskan markað erlend matvara og þar með fosfór. Stærstur hluti matvöru á markaði fer inná heimili þar sem stærstum hluta er neytt en einnig er hluta hent. Á ráðstefnu sem fór fram á Degi Umhverfisins þann 25.apríl síðastliðinn kom fram að um 1,3 milljón tonn af mat fara til spillis árlega í heiminum. Í nýlegri breskri rannsókn kemur fram að Bretar hendi um þriðjungi þeirra matvæla sem þeir framleiða. Hægt er að gera ráð fyrir að það sama eigi við um Ísland. Vegna lélegra aðferða við uppskeru, geymslu og flutning ásamt sóun á markaði og hjá neytendum er gert ráð fyrir að 30-50% af öllum matvælum sem framleidd eru nái aldrei til maga manns. Einnig þarf að taka í reikninginn staðreyndina að stór hluti lands, orku, áburðar og vatns hafa einnig glatast við framleiðslu matvæla sem svo 20

35 enda í ruslinu. Til að minnka núverandi magn sóunar þarf að bæta öll ferli í keðju framleiðslu, dreifingar og geymslu frá framleiðanda/bónda og inn á heimili neytanda (Fox, 2013). Þar sem Íslendingar henda um þriðjungi matvæla (kjötvöru, fiskmetis, ávaxta og grænmetis) var tekið meðaltal á fosfórmagni þessara vara (150 mg P/ 100g) til að finna fosfórmagn í úrgangi matvara á heimilum. Sá hluti fosfórs sem ekki er nýttur í líkamanum losum við okkur við með úrgangi. Fosfór ferðast þá til sjávar með afrennslisvatni úr salernum landsmanna. Í útreikningum er gert ráð fyrir að börn á aldrinum 0-3 ára noti bleyju, og úrgangur fer þá ekki með frárennslisvatni út í sjó heldur í almennt heimilissorp. Þá eru eftir manns eldri en 3 ára sem nýta sér salerni og skólphreinsikerfi tonn af skólpi fer árlega út í vatn/sjó eða rúmlega 40 tonn af fosfór. Úrgangur Íslendinga er því rétt rúmlega helmingur af þeim 85 tonnum af fosfór sem flutt eru inn til Íslands í formi kjöts, fisks, grænmetis og ávaxta. Langflestir ferðamenn eyða gistinóttum sínum á hóteli, gistiheimili eða tjaldstæði. Á öllum þessum stöðum eru vatnsskólpleiðslur sem leiða skólp út í ár eða sjó. Stærstur hluti ferðamanna er eldri en 3 ára og gerir því þarfir sínar í salerni. Þetta fosfór magn bætist svo við heildarmagn fosfórs í úrgangi. Í töflu 6 má sjá magn helstu geyma fosfórhringrásar Íslands ásamt fosfórmagni þeirra. Það má glöggt sjá að mun meira magn fosfór er útfluttur eða fer til sjávar sem skólp helduren en er fluttur inn eða framleiddur hér á landi. Mynd 9 sýnir svo einfaldaða mynd þessarar hringrásar. Tafla 6 Heildarútreikningar fyrir fosfórhringrás (mælieining: tonn). Neikvæðar stærðir tákna magn sem tapast úr hringrás á Íslandi. Vara Fosfórmagn Innfluttur fosfóráburður Innflutt matvara Matvöruframleiðsla á Íslandi Útflutt matvara Úrgangur við vinnslu matvöru Úrgangur matvöru á heimilum Skólp manna Samtals

36 Mynd 9 Hringrás fosfórs á Íslandi. 22

37 5 Heimsskortur Eins og áður sagði er fosfór óendurnýjanleg auðlind og því er svo mikilvægt að endurnýta það sem við vinnum af honum. Dæmi um aðrar óendurnýjanlegar auðlindir eru olía, kol og jarðgas. Óendurnýjanlegar auðlindir eru þær sem endurnýja sig ekki sjálfar, nema á milljónum ára, og klárast því á endanum þegar nýting er miklu meiri en endurnýjun. Við búum þannig séð á einni endanlegri jörð (Meadows, Meadows, Randers og Behrens, 1972;1992;2004). Skortur á þessum auðlindum getur leitt til hámarksframleiðslu auðlindar nema gripið sé til kerfisbundinna aðgerða. Hámarksframleiðsla eða betur þekkt sem peak production er fyrirbæri sem lýsir stöðu auðlinda. Hámark auðlinda gefur til kynna að auðlindin sem um ræðir fer í gegnum hámark og eftir það minnkar framleiðslan þar til hún verður óveruleg (Sverdrup, Koca og Ragnarsdóttir, 2013). Margar rannsóknir eru í gangi í dag þar sem magn þessara auðlinda er skoðað. Niðurstöður þess konar rannsókna eru mikilvægt verkfæri við mat á endanlegu magni þeirra auðlinda sem eru hagnýttar. Skortur leiðir til þess að efni og tækni sem styðja nútíma samfélög muni vera ófáanleg fyrir vöruframleiðslu á heimsvísu (Sverdrup o.fl., 2013). Búinn var til svokallaður Hubbert ferill sem lýsti og spáði fyrir um líftíma olíulinda. Með því að nota upplýsingar um námuvinnslu auðlinda var hægt að sjá allar óendurnýjanlegar auðlindir fylgja greinilegu mynstri Hubbert ferilsins (mynd 11a), þar á meðal fosfór. Yfirfærsla ársframleiðslu yfir á Hubbert ferilinn gerir svo kleift að reikna út hvenær hámarksframleiðsla (peak) á sér stað og hvenær skortur fer að segja til sín (Sverdrup o.fl., 2012). Á mynd 10 má sjá graf fyrir framleiðslu fosfór og hámark hennar kringum 2030,eins og talið var árið 2009 (Cordell o.fl., 2009). Með betri rannsóknum og bættum upplýsingum hafa verið gerðar nýjar skýrslur og gröf. Eins og sjá má á mynd 11b er nú talið að hámarksframleiðsla fosfórs hafi verið árið 2000 og eftir það minnkaði framleiðslan. Einnig má sjá að um árið 2050 er línan alveg orðin bein en hún lýsir snarpri lækkun þangað til algjör fosfór skortur verður. Eins og áður var nefnt kemur fosfór í jarðvegi frá veðruðu bergi og þannig fylgir jarðvegur einnig því ferli sem fosfór hefur gengið í gegnum. Þetta má sjá á mynd 11c þar sem heimsforði plægðs jarðvegs virðist hafa verið í hámarki árið Þetta þarf að túlka sem mjög ósjálfbært heimsferli og gæti mögulega verið stærsta ógn við afkomu siðmenningar á jörðinni þar sem jarðvegur myndast mjög hægt, aðeins nokkra millimetra á 100 árum (Brantley, Goldhaber og Ragnarsdottir, 2007). Ekki er unnt að bæta fosfór í fæði jarðarbúa með fiskveiðum því eins og sjá má á mynd 11d fylgir hámark fiskveiða einnig Hubbert ferlinum (Sverdrup o.fl., 2013). 23

38 Mynd 10 Ferill fosfór framleiðslu (Heimild: Cordell, Dragert and White, 2009). Mynd 11 Hámarksframleiðsla auðlinda a) Upphaflegur Hubbert ferill fyrir olíu (Sverdrup o.fl., 2012) b) Heimsframleiðsla á fosfat bergi eftir gæðum, production 1: góð gæði, production 2: miðlungs gæði, production 3: lítil gæði (Sverdrup o.fl., 2013) c) Magn af plægðum jarðvegi í heiminum (Sverdrup o.fl., 2013) d) Fiskveiðar í heiminum (Sverdrup o.fl., 2013). 24

39 Aukin neysla og fólksfjöldi eru tveir aðal þættirnir sem auka auðlindaeftirspurn í heiminum. Aukning í fólksfjölda drífur neysluna, gengur á markaði, hækkar verð og eykur framboð frá framleiðslu til markaðar. Þetta leyfir áframhaldandi neyslu að aukast sem og aukinni auðlinda notkun. Aukinn hraði á nýtingu auðlinda og þar með aukið magn úrgangs leiðir til umhverfishnignunar (Ragnarsdóttir, Sverdrup og Koca, 2011; Sverdrup og Ragnarsdóttir; Sverdrup og Ragnarsdóttir, 2011). Samfara skorti á fosfór í heiminum hækkar áburðarverð í samanburði. Áburðarverð er reiknað úr frá verði á massa af N, P2O5 eða K2O (Barker, 2010). Eins og sjá má á mynd 12 hefur verð á áburði og þar með einnig verð á fosfat bergi farið markvisst hækkandi frá 1970 til dagsins í dag. Myndin sýnir verðaukningu í Bandaríkjunum en fyrir allan heiminn væri myndin mjög svipuð. Grænu súlurnar sýna fosfóráburð sérstaklega. Sem dæmi má taka að frá júní 2007 til desember sama ár hækkaði verð á fosfat bergi frá Norður-Afríku úr um það bil 44$ og upp í rúmlega 70$ fyrir tonnið. Milli janúar og júní 2008 var verðið $/tonn en svo var verð lækkað 2010 og fékkst þá tonn af fosfat bergi fyrir $ sem jafngildir í dag um 12 þúsund íslenskum krónum (Van Kauwenbergh o.fl., 2013). Í dag má þó nefna að hjá SS kostar tonn af áburði, sem inniheldur fosfór, á bilinu þúsund krónur en það er verðlækkun frá árinu áður sem getur (Sláturfélag Suðurlands, 2014). Fleiri áburðarseljendur fylgdu svo á eftir. Ástæðan fyrir nýlegri verðlækkun er lækkun á hráefni og styrking íslensku krónunnar (Bændablaðið, 2014). Mynd 12 Áburðarverð í Bandaríkjunum Grænu súlurnar sýna verð fyrir fosfór áburð (Heimild: United States Department of Agriculture, 2011). 25