Il Midwest degli Stati Uniti produce ogni anno almeno un terzo della fornitura mondiale di mais e soia. Nutrire il mondo richiede molto fertilizzante, principalmente sotto forma di azoto e fosforo. Mentre l'azoto può essere letteralmente estratto dall'aria, il fosforo deve essere estratto da riserve limitate di rocce fosfatiche e trattato per essere messo a disposizione delle piante. La maggior parte della roccia fosfatica del mondo si trova in Marocco, e ad un certo punto queste riserve si esauriranno.

Inoltre, parte del fosforo applicato ai campi agricoli si perde a causa dell'erosione, trasportato con particelle di terreno nei corsi d'acqua, dove si unisce ai prodotti del fosforo espulsi dagli impianti di trattamento delle acque reflue, operazioni di allevamento, e altre sorgenti puntiformi. Quando si accumula nei corsi d'acqua riceventi, il fosforo può degradare la qualità dell'acqua e contribuire a creare "zone morte" che non supportano più la vita acquatica.

Una nuova Giornale della qualità ambientale rapporto dell'Università dell'Illinois descrive la fattibilità del riciclaggio del fosforo su scala regionale nel Midwest, risolvendo contemporaneamente il problema di un approvvigionamento globale incerto e riducendo al minimo le perdite dai campi agricoli.

"C'è molto fosforo in movimento, dal fertilizzante fino alle acque reflue. In questo momento è principalmente una strada a senso unico. Alla fine finisce nei flussi di rifiuti, come fosse settiche o effluenti da fonti puntuali come impianti di trattamento delle acque reflue. Ma c'è molto valore in quel fosforo. Possiamo catturarlo e riutilizzarlo come fertilizzante, "dice Andrew Margenot, assistente professore presso il Dipartimento di Scienze delle colture dell'Illinois e autore principale del rapporto. "Stiamo cercando di creare qualcosa di circolare che attualmente è una traiettoria a senso unico".

Il concetto di riciclaggio del fosforo nel Midwest non è del tutto nuovo. Uno studio del 2016 condotto in Canada ha proposto per la prima volta l'idea che il Corn Belt degli Stati Uniti potrebbe essere completamente autosufficiente nelle sue esigenze di fosforo agricolo se tutto il fosforo del flusso di rifiuti fosse riciclato. Ma il rapporto U of I rappresenta la prima volta che i biogeochimici, economisti, e gli ingegneri si sono riuniti per valutare la reale fattibilità di un sistema olistico di riciclaggio del fosforo nel Midwest.

I ricercatori hanno considerato tutte le fonti di scarto di fosforo negli Stati Uniti, e affinato su molti che sono stati trascurati in precedenti esperimenti mentali, compresi gli impianti di lavorazione dell'etanolo da mais e della soia. Si sono poi concentrati sulle forme di fosforo che fluiscono attraverso il sistema, un altro aspetto chiave non completamente catturato negli studi precedenti.

Fosfato, una forma comune di fosforo nei flussi di rifiuti, è altamente solubile in acqua. Per evitare di perderlo nei flussi di rifiuti, l'acqua può essere trattata con agenti per la sedimentazione dei fosfati. Però, questi agenti rendono anche il fosfato insolubile e quindi meno disponibile per l'assorbimento da parte delle piante.

"C'è una tensione intrinseca tra la capacità di recuperare il fosforo dalle acque reflue, che lo rende insolubile, e la sua utilità come fertilizzante. Le forme insolubili non si dissolvono così facilmente, quindi sono meno immediatamente utili. Questa è una ragione agronomica per cui non possiamo riutilizzare il 100% di ciò che scorre attraverso i flussi di rifiuti. Ma possiamo giocare con la chimica del recupero per abbinare il giusto tipo di terreno e tipo di coltura, " Dice Margenot. "Dobbiamo considerare il contesto con cui abbiamo a che fare. Riteniamo di poter superare queste sfide attingendo alle competenze di tutte le discipline scientifiche".

Uno dei maggiori ostacoli alla creazione di un'economia circolare del fosforo nel Midwest è il costo attuale dei fertilizzanti. Libra per libra, il fertilizzante al fosforo è più costoso dell'azoto, ma al momento, è molto più economico del costo attuale del fosforo riciclato.

Alcuni impianti di trattamento delle acque reflue del Midwest stanno già recuperando fosforo, ma ci vorranno grandi investimenti e impegno per costruire l'infrastruttura necessaria per revisionare l'intero sistema. E questo non include i costi necessari per trasportare il fosforo riciclato dalle fonti puntuali ai campi, soprattutto in pesante, forme umide come la fitina, un fango ricco di materia organica rimasto dalla lavorazione della soia.

I ricercatori dicono che gli schemi di scambio di fosforo, simile ai crediti di carbonio, potrebbe essere parte della soluzione.

"Nell'articolo, si parla della possibilità che le fonti puntuali paghino gli agricoltori per togliersi dalle mani il fosforo recuperato. Il nostro compito di ricercatori è mostrare agli agricoltori che queste fonti alternative di fosforo non comprometteranno i raccolti e potrebbero far risparmiare loro denaro sugli input di fosforo", afferma Margenot.

Indica gli esperimenti sul campo in corso nel suo laboratorio che mostrano che la struvite, un inorganico, granulare, forma di fosforo a lento rilascio recuperabile da più flussi di rifiuti, può sostituire quasi completamente i fertilizzanti tradizionali al fosforo senza perdita di resa per più colture. La bassa solubilità in acqua della struvite rende meno probabile che si sposti dal campo nei corsi d'acqua circostanti. Questi potenziali benefici sulla qualità dell'acqua sono oggetto di studio in corso nell'ambito del progetto di ricerca finanziato dal Consiglio per l'istruzione e la ricerca sui nutrienti dell'Illinois di Margenot.

In definitiva, i ricercatori ritengono che un'economia circolare del fosforo sia fattibile per il Midwest.

"Penso che abbiamo trascurato un po' il fosforo nei sistemi del Midwest, dove spesso si tratta di azoto. Ma in molti modi, il fosforo è più facile da trattare rispetto all'azoto. Possiamo intrappolarlo e costringerlo a fluire attraverso la catena di produzione agricola in modi vantaggiosi per gli agricoltori e l'ambiente. Il fosforo è un frutto basso, "dice Margherita.

L'articolo, "Verso un (ri)ciclo regionale del fosforo nel Midwest degli Stati Uniti, " è pubblicato nel Giornale della qualità ambientale .