磷酸盐问题

这种原料至关重要又很稀缺,但也很危险。怎么办?德国和中国的科学家们正在寻找解决方案。

玉米对磷酸盐缺乏特别敏感
玉米对磷酸盐缺乏特别敏感 Uni Hohenheim

几乎每个人都知道,石油是一种稀缺物品,当全球储备用尽时,人类将面临巨大的问题。但磷酸盐更加稀缺,农业需要大量磷酸盐用于制造饲料和肥料。“如果世界继续消耗这么多磷酸盐,那么资源最迟将在300年后被耗尽”,Torsten Müller(托斯滕·穆勒)警告说。他是霍恩海姆大学施肥与土壤成分学教授、德中研究生院院长。

斯图加特的霍恩海姆大学
斯图加特的霍恩海姆大学 Uni Hohenheim

201810月以来,12名博士生在斯图加特研究如何更有效地利用有限的磷酸盐资源,他们每人至少有一名来自北京中国农业大学的合作伙伴。这两所大学拥有长期合作的历史,将于今年11月庆祝校际合作40周年。当前这个项目的目的是将流失到诸如污水污泥及粪便中的磷酸盐回收并加以再利用。研究生院用玉米进行研究,因为这种植物对磷酸盐缺乏特别敏感,并且是全球最重要的碳水化合物来源之一,被用作食品、饲料,以及用于生产沼气。

Torsten Müller,施肥与土壤成分学教授
Torsten Müller,施肥与土壤成分学教授 Uni Hohenheim

没有哪个细胞不需要磷

施肥与土壤成分学教授Torsten Müller说

“没有哪个细胞不需要磷”,Torsten Müller这样描述这种化学物质的重要性。它存在于细胞膜中,存在于传递能量的酶和存储遗传信息的核酸中。如果植物缺磷,叶缘会变成紫罗兰色。这些植物的光合作用将减弱,从而影响产量。

每次收获都会把土壤中的磷带走,因此必须通过肥料把磷重新回输给土壤。Müller说,由于磷酸盐储量在全球分布不均,而需求不断增长,因此20世纪70年代以来其价格已经翻番。德国已经完全没有储量,而中国将在约30年后耗尽,全球磷酸盐储量的近四分之三在摩洛哥。

一方面,磷酸盐是一种必不可少的稀缺物品。另一方面,它在大量饲养牲畜或有大量沼气设备的地区也会导致环境问题。例如,鸡和猪很难消化磷酸盐,因此在其排泄物中有大量的磷酸盐残体。如果农民将这些粪便直接施到田里,其中的磷酸盐将造成土壤和水体的过度施肥。原本不占主导地位的藻类会大量繁殖,导致腐烂现象的发生,湖泊从有氧状态“倒向”到厌氧状态。

Konstantin Dinkler,德中研究生院博士生
Konstantin Dinkler,德中研究生院博士生 privat

“磷酸盐 -- 这是一个被严重低估的问题”,Konstantin Dinkler说。他现年25岁,曾在柏林攻读可再生能源,现在是斯图加特德中研究生院的博士生。他的研究领域是沼气设备,这在中国也有。他和他的中国研究伙伴正在从事基础研究,因为迄今还没有人仔细研究过磷酸盐在整个发酵过程中的特性。这两位博士生在反应器中用不同的pH值和温度进行实验。Dinkler主要是在一个20升的反应器中进行试验。如果要做更大规模的试验,校园里有一个工业反应器。“我的目标是:为几年后更好地从发酵残留物中回收磷酸盐奠定基础”,Dinkler说。

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