Een minisymposium over fosfor in de 19e en 20e eeuw
Verslag van de bijeenkomst
De Kuijperszaal van het Onderwijshotel De Rooi Pannen, Eindhoven was de locatie van een op donderdagmiddag 8 oktober 2015 door de Chemie Historische Groep (CHG) georganiseerd minisymposium (Klik hier voor de aankondiging). Het was aan CHG-voorzitter Rob van Veen om als dagvoorzitter de sprekers binnen de geplande tijd te houden en de geanimeerde discussies te leiden. Het onthaal met koffie bij de inloop en een afsluitende borrel waren prima verzorgd, maar het CHG-bestuur had op een hogere opkomst gerekend dan de 25 personen, incl. sprekers, die de weg naar Eindhoven hadden gevonden. De problematiek van de afnemende voorraden fosfaaterts in de wereld en de noodzaak om het voor het leven onmisbare element fosfor te herwinnen - ieder mens heeft dagelijks 0,7 gram nodig - is toch hoogst actueel.
Het was aan Ernst Homburg, hoogleraar voor de geschiedenis van wetenschap en technologie aan de Universiteit Maastricht, om als eerste spreker het begrip kringloop te belichten (op de foto links met voorzitter Rob van Veen). Zoals de titel van zijn voordracht 'Kringloopdenken in chemie en economie: een eeuwenoud verhaal' al doet vermoeden, is het begrip kringloop bepaald geen thema van de laatste jaren. Het is verankerd in de chemie, maar het kringloopdenken verloopt cyclisch vanaf de beginjaren van de (al)chemie tot de dag van vandaag. De achtergrond van de kringloopgedachte verschilt wel in de loop der eeuwen. Gewezen werd op de lopende wisseltentoonstelling in Museum Boerhaave 'Rijk aan Rotzooi' over het hergebruik zo'n 200 jaar geleden van industriële en agrarische afvalstoffen onder meer voor mest. Maar economische redenen van hergebruik van materialen kunnen samen gaan met een natuurfilosofische beschouwing dat het leven een grote kringloop is. Aan het einde van de twintigste eeuw was de zorg voor het milieu naast schaarste een stuwende kracht om afvalstromen te bewerken en stoffen te herwinnen. De laatste conclusie vat de lezing kort en bondig samen: 'Als vak van omzettingen van materie leent chemie zich goed voor het kringloopdenken maar steeds vanuit ander gezichtspunt'.
De sheets van de presentatie zijn bij dit verslag gevoegd (klik hier voor het pdf-bestand).
De tweede spreekster voor de koffiepauze was historica Hanne de Winter, promovenda aan de Universiteit Leuven. Zij verdedigt op 30 november 2015 haar proefschrift 'Kennisnetwerken in de landbouw. Grondonderzoek en bemestingsadvisering in België, 1840-1991'. Haar voordracht richtte zich op fosfor met de lange titel 'Over bemesting en fosfor. Een historiografische schets van het fosforgebruik in de Belgische landbouw, 1840-2011'. Vijf perioden worden daarbij onderscheiden. Begint de bemesting in de periode 1840-1884 nog vanaf de praktijk met onder meer gebruik van stalmest en guano, vanaf 1884 start een kennisoffensief van het ministerie van Landbouw. De landbouwleraar P. Wauters onderzoekt wat de bodem nodig heeft voor een optimale gewassengroei en stelt een bemestingsleer op. En constateert een fosforgebrek. Het fosforverbruik aan superfosfaat en metaalslakken in België groeit in de periode 1895 tot 1910 met een factor drie. In het interbellum komt de bodemanalyse op met als motor het Bodemkundig Laboratorium te Leuven onder leiding van Jozef Baeyens. Nederland kende een soortgelijke organisatie in het Bodemkundig Instituut te Groningen van David Hissink. Per perceel wordt een bemestingsadvies gegeven. Het fosforverbruik neemt toe van 255.370 ton in 1910 tot 447.228 ton in 1929. Na de Tweede Wereldoorlog tot de federalisering van België in 1982 worden de adviezen gegeven door de Bodemkundige Dienst van België die los staat van de universiteit. In 1948 wordt weer een gebrek aan fosfor geconstateerd en neemt het fosforverbruik toe met als gevolg een fosforovermaat in de bodem. In Vlaanderen daalt het fosforgehalte langzaam vanaf 2008, maar in 2011 heeft 77% van de Vlaamse landbouwgrond nog steeds een overschot aan fosfor. De vraag werd gesteld in welke vorm fosfor zich nu bevindt. Als de fosforverbinding niet oplost zal die in de bodem blijven maar niet worden opgenomen door het gewas.
De sheets van de presentatie zijn bij dit verslag gevoegd (klik hier voor het pdf-bestand).
Na de koffiepauze kwam de toekomstige fosforproblematiek aan bod. Koop Lammertsma, hoogleraar organische en organometaal chemie aan de Vrije Universiteit Amsterdam, plaatste nog een vraagteken achter de titel van zijn voordracht "Peak phosphorus" - Een element in gevaar? De elementen stikstof en fosfor zijn beide bepalend voor het leven op aarde. Stikstof in de buitenlucht kan via het Haber-Bosch proces worden omgezet in ammoniak en in kunstmest worden verwerkt, maar fosfor voor de productie van kunstmest is nog grotendeels afkomstig uit de fosfaatmijnen. Ongeveer 75% van de wereldvoorraad aan fosfaaterts komt uit Marokko en de hoeveelheid is eindig. Er zijn verschillende voorspellingen gedaan over de voorraden. Dana Cordell van de University of Technology, Sydney plaatst de "Peak phosphorus" al rond het jaar 2030. Het element fosfor kan niet verloren gaan, maar wordt enorm verspreid en verdund in allerlei afvalstromen. Hoog tijd om die te gaan benutten en een aantal voorbeelden werd gegeven in de presentatie. De terugwinning van fosfor uit urine middels kristallisatie tot struviet [MgNH4PO4.6H2O] klinkt aardig maar het zout lost slecht op. Er is dus nog heel veel te doen voor de chemici. En welk proces er ook wordt ontwikkeld, de kringloop zal nooit volledig zijn. In mei 2014 trad Lammertsma ook op voor de CHG in een symposium over zeldzame aarden. Hij eindigde toen zijn betoog met de drie R's: 'Reduce the use, Recylce for re-use, Replace -substitute'. In het geval van fosfor eindigde hij nu met de laatste R doorgestreept. Fosfor is voor het leven op aarde nu eenmaal niet te vervangen door een ander element.
Plaatste Koop Lammertsma (rechts op foto) een vraagteken, de laatste spreker Rob de Ruiter (links op foto) zette een uitroepteken achter de titel van zijn presentatie 'Fosforschaarste: onzin!' Als voormalig directeur van de in 2012 gesloten fosforfabriek Thermphos in Vlissingen-Oost en nu verbonden aan de firma EcoPhos (http://www.ecophos.com) was recycling van afvalstromen een belangrijk onderwerp. Uitgangspunt is het onderscheid tussen hoogwaardig fosfaaterts, met een hoog gehalte aan P2O5 en weinig andere mineralen, en andere bronnen. Deze laatste kunnen laagwaardig fosfaaterts zijn met veel verontreinigingen of as van verbrandingsinstallaties van rioolslib. De gebruikelijke opwerking van hoogwaardig fosfaaterts gebeurt met geconcentreerd zwavelzuur volgens de formule: Ca5(PO4)3X + 5 H2SO4 + 10 H2O = 3 H3PO4 + 5 CaSO4.2 H2O + HX. Met een gipsberg (Phosphogypsum) als gevolg. EcoPhos heeft een ander proces ontwikkeld voor laagwaardige fosforbronnen waarbij 8-10% zoutzuur wordt gebruikt. Met daarbij het commerciële belang dat een nieuwe technologie wel moet leiden tot een product waar vraag naar is. Het eindproduct is geconcentreerd fosforzuur met minimaal 42% P2O5. Voor vliegas dat hoge concentraties aan silicium, ijzer en aluminium bevat, is een proces ontwikkeld om te plaatsen naast een verbrandingsinstallatie. De mijnen met hoogwaardig fosfaaterts mogen dan op termijn uitgeput raken, er is volgens Rob de Ruiter geen schaarste aan andere bronnen. En dat is toch een mooie gedachte aan het einde van het minisymposium.
De sheets van de presentatie zijn bij dit verslag gevoegd (klik hier voor het pdf-bestand).
19 oktober 2015
ir. Eric R.J. Wils
Relevante referenties
Fosfor, Chemische Feitelijkheden, nr. 294, juli 2013.
D.J.E. van Reede-Smit, Fosfaten, Chemische Feitelijkheden, nr. 25, 1996 (herdruk).
Anne Jans, ‘Kringloop van fosfor’, Chemisch2Weekblad van 25 januari 2013.
