U knjigama, udžbenicima, leksikonima i na mrežnim stranicama (svake vrste) piše da je fosfor otkrio 1669. godine njemački alkemičar Henning Brand iz Hamburga – i (obično) ništa više. No priča je daleko od jednostavne, jer je Brand krio način na koji ga je dobio, no ipak je za 200 talira prodao recept Johannu Danielu Kraftu, koji je opet povjerio Robertu Boyleu da se fosfor dobiva iz nečeg „što je od čovječjeg tijela“ – da bi taj treći kemičar otkrio tajnu i 1680. godine obznanio cijelom učenom svijetu kako se dobiva novi kemijski element: fosfor nastaje od mokraće, točnije od mokraćnog taloga. Iza Brandove tajne nad tajnama krije se posve jednostavan tehnološki postupak i još jednostavnija kemija.

Riječ je o tome da u mokraći i njezinom talogu ima fosfata, ali i organske tvari. Organska tvar grijanjem prelazi u ugljen koji potom reducira fosfate u elementarni (bijeli) fosfor koji vrije na 440 ^oC, pa se iz reakcijske smjese može lako odvojiti destilacijom. Za pokus ne treba imati ništa drugo nego retortu, hladilo i, dakako, dovoljnu količinu količinu sirovine, tj. mokraće i njezina taloga. Fosfor u mraku svijetli (po čemu je dobio ime), a lako se i zapali – dovoljno je puhnuti u njegov prah.

Jednostavan postupak dobivanja

Možda u fosforu leži tajna grčke vatre, samozapaljive tekućine koju je u sedmom stoljeću izumio Grk  Kalinikos i njome dvaput spalio arapsko brodovlje pred Konstanipolom. Postupak dobivanja fosfora toliko je jednostavan da ne bi bilo neobično da ga je priredio netko prije Branda.

No to je samo moja divlja hipoteza, iza koje možda leži ironija povijesti kao što je ironija povijesti da njemačka riječ Brand znači požar i da je Brandov rodni grad Hamburg u Drugom svjetskom ratu do temelja spaljen i to upravo fosfornim bombama.

Ironija povijesti je i da se danas fosfor ne dobiva iz nečega „što je od čovječjeg tijela“, mokraće ili kostiju, dakle organske sirovine, nego iz minerala apatita, koji je po kemijskom sastavu kalcijev fosfat s nešto fluoridnih, hidroksidnih i kloridnih iona, Ca₅(PO₄)₃(F,OH,Cl). Kažem to zato jer da je tako fosfor bi se dobivao iz obnovljivih izvora, no ovako... Ovako se ležišta fosfora iscrpljuju i samo je pitanje dana kad ih više neće biti.

Iz Maroka dolazi 70% fosfora

Statiske su se neumoljive. Godišnje se u svijetu proizvede 30 milijuna tona fosfora (što elementarnog, što u obliku njegovih spojeva) i za tu se svrhu iskopa i preradi 223 milijuna tona fosforne rude. Iako bez fosfora nema života (jer ulazi u sastav nukleinskih kiselina i mnogih drugih biogenih spojeva), iako svatko od nas ima u svoj tijelu oko kilogram fosfora, rudna nalazišta fosfata vrlo su rijetka. Gotovo sav fosfor dolazi iz dvije države, Kine i Maroka, s time da u Maroku leži 70 % svjetskih rezervi.

Sa strane potrošnje slična je stvar: 85 % dobivenog fosfora koristi se za proizvodnju umjetnih gnojiva, a 10 % za ishranu stoke. Za proizvodnju 130 tona žita treba utrošiti tonu fosfata, no to opet ovisi o tome kako se gnoji. Umjetno gnojivo nije bilo koja i bilo kakva sol koja sadrži za biljku nužne elemente, nego sol koja se u zemlji otapa onom brzinom kojom je biljka troši.

Pretjerana potrošnja gnojiva

Ako se brzine ne usklade, ne samo da se čini ekonomska šteta prevelikim utroškom gnojiva, nego se i onečišćuje okoliš, posebice podzemne vode. Upotreba gnojiva u Kini dovodi do toga da se od 525 kilograma fosfata bačenih na zemlju izgubi čak 200 kg – dok američki farmer troši na istu površinu šest puta manje fosfata i njima 23 puta manje onečišćuje okoliš.

 No kolikogod bi se moglo još mnogo učiniti u racionalnoj upotrebi umjetnih, posebice fosfornih gnojiva, ne može se previdjeti činjenica da potražnja za fosfatima raste. Razlog tome je povećanje proizvodnje hrane zbog porasta stanovništa i životnog standarda. Nasuprot tome mineralne zalihe fosfata ostaju kakve su bile. One se procjenjuju na 71 milijardi tona, no ako se računaju samo ležišta koja se isplate iskorištavati današnjom tehnologijom, taj broj pada na 16 milijardi. Uz današnju potrošnju to bi dostajalo za 70 godina, no ako – prema predviđanjima – potrošnja fosfatnih gnojiva poraste dva puta do 2050. godine, jasno je da nam prijeti nova vrsta gladi, gladi za fosfatima.

Novi problem su - baterije za EV

Toj gladi pridonosi i nova upotreba fosfata. Količina od 11 milijuna tona (5 %) rude koja se ne preradi u gnojivo i dodatak stočnoj hrani, nego se upotrijebi u druge svrhe, mogla bi se znatno povećati zbog električnih automobila. Oni naime upotrebljavaju litij-željezo-fosfatne (LFP) baterije, temeljene na litijevom željezovom fosfatu, LiFePO₄. Baterija za električni automobil sadrži 25,5 kg fosfora. Kada se predvidi buduća proizvodnja takvih automobila, dolazi se do 3 milijuna tona fosfora. Toliko će ga trebati proizvesti 2050. godine samo za automobilske baterije – a to je čak 10 % današnje proizvodnje.

Gdje je izaz? Izlaz nije u povratku mokraći nego u racionalnoj potrošnji, a još više u razvoju novih tehnologija za recikliranje fosfora i njegovih spojeva. O tome već sada treba početi misliti, jer će 2050. godine biti prekasno.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 14 znanstveno-popularnih knjiga.