Phosphor

Das weiße Gestein unter den Baumwurzeln ist Phosphorit. Es enthält viel Phosphor, der in Mineralien gebunden ist.

Phosphor ist ein chemisches Element. In reiner Form kommt es in der Natur nicht vor. Man findet meist Phosphate, also Verbindungen in denen Phosphor ist. Aus Phosphaten holen Tiere und Pflanzen Phosphor. Sie brauchen ihn für ihr Wachstum. Der Mensch benutzt deshalb viel Phosphor im Dünger um den Ertrag in der Landwirtschaft zu steigern. Früher hat man Phosphate auch in Waschmitteln eingesetzt.

Wenn man Phosphor mit Licht bestrahlt, beginnt er zu leuchten. Er leuchtet auch noch weiter, nachdem man das Licht ausgemacht hat. Alchemisten haben das schon vor mehr als 300 Jahren beobachtet.

Im Periodensystem gehört Phosphor zu den Nichtmetallen. Er besitzt also nicht die typischen Eigenschaften, die man einem Metall zuschreibt: Er glänzt nicht, er lässt sich schwer verformen und er kann auch keinen Strom leiten.

Wo gibt es Phosphor?

Apatite sind verschiedene, aber einander ähnliche Minerale. Jedes enthält ein Phosphor-Atom.

In der Natur kommt Phosphor ausschließlich in chemischen Verbindungen vor. Das sind Moleküle, die je ein Phosphor-Atom und verschiedene andere Atome enthalten. Vom Aufbau her sind es in der Regel Mineralien. Die Verbindungen, in denen Phosphor vorkomt, heißen Phosphate. Ein bekanntes Phosphat ist zum Beispiel das Mineral Apatit.

Diese Mineralien sind selten und zudem sehr ungleich über die Erde verteilt. Zum Teil sind sie stark mit anderem Gestein durchmischt, so dass sich der Abbau nicht lohnt. An anderen Orten gibt es gleichzeitig viel Schwermetall, das sehr giftig ist. Ein Drittel des nutzbaren Phosphors liegt in Marokko, ein Viertel in China. Darauf folgen mit ziemlich viel Abstand Jordanien und Südafrika.

Viel Phosphor liegt aber nicht unter der Erde sondern befindet sich in einem natürlichen Kreislauf: Pflanzen nehmen ihn mit den Wurzeln auf und lagern ihn in Stängeln, Blättern, Samen, Nüssen und Früchten ein. Tiere und Menschen ernähren sich von den Pflanzen und ihren Früchten. Den Phosphor brauchen sie wie die Pflanzen für ihre DNA, also für die Baupläne des Körpers. Besonders viel Phosphor brauchen sie für den Aufbau von Knochen und Zähnen.

Überschüssigen Phosphor holen die Nieren aus dem Blut und scheiden ihn mit dem Urin aus. Tiere in der Natur oder Vieh auf der Weide geben dabei den Phosphor in die Natur zurück, ohne etwas davon zu spüren. Im Stall sammelt sich der Urin zusammen mit dem Kot zu Gülle, die der Bauer als Dünger auf seine Felder bringt. So schließt sich der Kreislauf.

Wofür verwendet man Phosphor?

So sieht reiner weißer Phosphor aus. Er wurde in einer Fabrik aus Phosphor-Mineralien hergestellt.

Phosphor ist ein wichtiger Bestandteil von Dünger. Nur mit dem natürlichen Phosphor-Kreislauf würde auf unseren Feldern und in den Gärten viel weniger wachsen, weniger als die Hälfte sogar. Wir würden also hungern. Für die Erträge in unserer Landwirtschaft benötigen wir deshalb zusätzlichen Phosphor aus Bergwerken.

Verschiedene Phosphate gab es früher auch in allen Waschmitteln, denn sie lösen den Schmutz aus der Wäsche. Das Abwasser gelangte dann in Flüsse und Seen und zuletzt ins Meer. Zusammen mit den Phosphaten, die der Regen aus den Böden wusch, kam es zur Überdüngung der Gewässer. Dadurch wachsen viele Algen im Wasser. Weil das starke Algenwachstum die Nährstoffkreisläufe stört, können durch Überdüngung viele Tiere und Pflanzen im Gewässer sterben. Als man diese Umweltverschmutzung erkannte, verboten viele Länder Phosphate in den Waschmitteln.

Aus einem geringen Teil der Phosphor-Mineralien stellt man Phosphorsäure her. Man verwendet sie zum Beispiel in Cola. Dort ist die Phosphorsäure jedoch stark verdünnt, da sie sonst zu ätzend wäre. Auch zur Konservierung von Lebensmitteln wie Schinken oder Dörrfrüchten verwendet man Phosphorsäure. Phosphor verwendet man auch bei der Herstellung von Streichhölzern, da er sich leicht entzündet.

Welche Rolle spielen die Kläranlagen?

Kläranlagen verhindern die Verschlammung der Gewässer durch Phosphate in Waschmitteln.

Moderne Kläranlagen können auch chemische Substanzen entfernen, zum Beispiel eben Phosphate. So gereinigtes Abwasser aus Waschmaschinen überdüngt die Gewässer nicht. Dies ist ein großer Vorteil.

Dieselbe Reinigungsstufe holt aber auch die Phosphate aus dem menschlichen Urin aus dem Wasser. Das ausgefilterte Material, der Klärschlamm, wird getrocknet und in einer Deponie gelagert. Man kann ihn auch verbrennen und die Asche deponieren. Direkt auf die Felder ausbringen wie früher darf man ihn nicht mehr wegen der Schwermetalle, die das Land vergiften würden. Der Phosphor darin geht jedoch verloren.

Moderne Techniken ermöglichen es, den Phosphor sowohl aus dem Klärschlamm als auch aus der Asche zurück zu gewinnen. Es gibt bereits Anlagen, die dies tun und den Phosphor in die Landwirtschaft zurück führen. Bei uns könnte so der ganze Bedarf an Phosphor gedeckt werden. Wir müssten keine Phosphor-Mineralien mehr einführen. Schließlich kommt schon viel Phosphor versteckt in menschlichen Nahrungsmitteln und tierischen Futtermitteln über die Grenze.

Zusätzlich könnte man eine große Menge an Phosphor aus den Knochen holen, die in den Schlachthöfen anfallen. Ein Land, das beides macht, könnte somit Phosphor ins Ausland verkaufen, ohne eigene Vorkommen und ohne Bergwerke. Diese Methode nennt sich „urban mining“. Das kommt aus dem Englischen und bedeutet so viel wie „Städtischer Bergbau“.