Jordbrukare är beroende av fosforgödsel för att berika jorden och säkerställa rikliga skördar, men världens utvinningsbara reserver av fosfatstenar, av vilka sådana gödselmedel framställs, är ändliga och ojämnt fördelade. Stevens Institute of Technology leder ett internationellt arbete för att kartlägga det globala flödet av fosfor, varav mycket kommer att absorberas av grödor, sedan äts upp och utsöndras som avfall av djur och människor – och sätter igång ansträngningarna för att återerövra och återvinna det livsviktiga näringsämnet.

I aprilnumret 2019 av Jordens framtid , David Vaccari, chef för Stevens Institutes civilavdelning, miljö- och havsteknik, och hans team kartlägger den processen globalt för första gången, och identifiera regionala "hot spots" där det både finns en betydande efterfrågan på gödselmedel, och betydande potential för att återvinna fosfor från animaliskt och mänskligt avfall.

"Helst, de 45 miljoner ton fosforgödselmedel varje år skulle helt återanvändas, och vi skulle skörda deras maximala potential för att stödja livsmedelsproduktion, ", sa Vaccari. "Det här arbetet är ett steg mot att förstå hur man kommer till den punkten."

Vaccaris team, inklusive forskare från Kina, Australien, Kanada, Sverige, och Nederländerna, kombinerade nyligen utvecklade datauppsättningar för att kartlägga global växtodling tillsammans med befolkningsnivåer för människor och boskap. De delade sedan planeten i ett rutnät av 10 kilometer breda block, tillåter detaljerade lokala insikter med en aldrig tidigare skådad överblick över globala fosforflöden som överbryggar det globala till det lokala, handlingsbar nivå. "På ett område där bristen på välintegrerad data ofta har hindrat både lokal och regional planering, denna globala karta är ett viktigt genombrott, sa Vaccari.

Teamet visar att det finns betydande outnyttjade möjligheter för återvinning av fosfor. Cirka 72 procent av odlingsmarkerna med betydande gödselproduktion i närheten, och 68 procent av odlingsmarker med betydande mänskliga populationer i närheten, finns i regioner som är starkt beroende av importerad fosfor, inklusive stora delar av stora tillväxtekonomier som Indien och Brasilien. Studien identifierar också betydande överskott av fosforrikt avfall i stora delar av Asien, Europa, och USA, vilket tyder på att både utvecklingsekonomier och utvecklade ekonomier skulle kunna dra nytta av ökad återvinning.

"Om vi ​​vill göra allvar med fosforåtervinning, det här är de platser där vi kommer att få mest valuta för pengarna, sa Vaccari.

Resultaten visar också att det finns minst fem gånger så mycket fosfor i djurgödsel som mänskligt avfall, antyder att boskapsverksamhet är ett rikligt mål för återvinningsinsatser. Nästan hälften av världens jordbruksmarker – cirka 12 procent av jordens landmassa – är samlokaliserade med gödselrika boskapsverksamheter, vilket tyder på att gödsel i många regioner kan appliceras direkt på åkrarna, eller bearbetas med biorötare för att utvinna fosfor för effektiv och ekonomisk transport till gårdar.

Förstaförfattaren Steve Powers, en forskare vid Washington State University som tänkte ut studien, försöker nu ta reda på exakt hur mycket fosfor som kan återvinnas från animaliskt och mänskligt avfall, och identifiera andra möjligheter för effektivare fosforanvändning. "Om vi ​​kan återvinna mer av detta lokalt tillgängliga avfallsfosfor tillbaka till jordbruket, vi kanske kan hålla det borta från läckor samtidigt som vi minskar vårt beroende av framtida gödselimport och gruvdrift, sa Powers.