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von Philipp Hauenstein MA UZH, wissenschaftlicher Beirat der Vereinigung Schweizerischer Nachrichtenoffiziere (VSN). Dieser Artikel wurde im Bulletin 1 (2014) der Vereinigung Schweizerischer Nachrichtenoffiziere veröffentlicht.
In Gesprächen auf der letzten VSN-Lagebeurteilung wurde der Wunsch an die Redaktion des Bulletins herangetragen die strategische Bedeutung von Phosphor der VSN-Community zu demonstrieren. In diesem Zusammenhang erschien im VSN Bulletin 1/2014 ein komprimierter Artikel zur Thematik. Der hier abgebildete Blog-Beitrag ist eine erweiterte Version dessen und versucht das Verlangen der Community nach noch mehr Details zu stillen. Die Strukturierung ist ausgelegt auf die häufigsten Fragen rund um die Ressource Phosphor im Zusammenhang mit der Nahrungskette als auch zu dessen wirtschaftlicher Bedeutung.Was macht Phosphor so wichtig?
Bis 2050 werden ca. 9,7 Mrd. Menschen diesen Planeten bewohnen. Sie alle wollen essen. Von der Landwirtschaft wird deshalb erwartet, dass sie ihre Produktion um 70 Prozent steigert (Christiane Schwarz und Marcel Weingärtner, “Die Phosphor Krise Das Ende der Menschheit?“, ARTE, 2013). Bauern bringen deshalb hauptsächlich granulatförmigen Phosphatdünger auf die Felder aus, um das Wachstum ihrer Nutzpflanzen zu erhöhen.
Wie wirkt sich Phosphormangel bei Pflanzen aus?
Um den im Boden vorkommenden oder ausgebrachten Phosphor für den Stoffwechsel verfügbar zu machen, müssen Pflanzen den organisch oder anorganisch gebundenen Phosphor freisetzen, um es als Phosphat aufnehmen zu können. Die Phosphatverfügbarkeit wirkt für Pflanzen vielfach als limitierender Wachstumsfaktor, weswegen in der Landwirtschaft grosse Mengen phosphathaltigen Düngers ausgebracht werden müssen. Leiden Pflanzen unter Phosphatmangel, zeigen sie verschiedene Symptome. Die Blattflächen als auch das Erscheinungsbild wirken insgesamt reduziert. Die Entwicklung von Blüten, Samen und Früchten ist ebenfalls verringert bzw. verzögert.
Kann Phosphor durch einen anderen Stoff ersetzt werden?
Bereits 1975 beschrieb der Biochemiker und Science-Fiction-Autor Isaac Asimov in seinem Aufsatz “Asimov on Chemistry“, dass es für Phosphor keinen Ersatzstoff gibt, weder für den Menschen als auch für die Landwirtschaft. Diese Meinung teilt heutzutage ebenfalls die US Geological Survey, eine Art Rohstoffbehörde in den USA, als auch beispielsweise die Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft in Deutschland (Michael Odenwald, “Bedeutet die Verknappung von Phosphor das Ende der Menschheit?“, Focus, 09.05.2008). Zwar gibt es in der Landwirtschaft neben Phosphor auch noch Stickstoff- und Kalidünger, wo die Verfügbarkeit eher als unkritisch eingestuft wird, jedoch haben diese Düngemittel andere Eigenschaften bzw. können nicht als Ersatz für eine Düngung mit Phosphor fungieren (Werner Zittel, “Studie ‘Save our Surface, Teilbericht 1: Ressourcen, Assessment der Verfügbarkeit fossiler Energieträger (Erdöl, Erdgar, Kohle) sowie von Phosphor und Kalium’“, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH, Mai 2010, S. 96).
Nach dieser kurzen Einführung steht fest (1) Phosphor ist für den Menschen so wichtig wie die Luft zum Atmen. (2) Eine Verknappung oder Verteuerung von Phosphor bzw. phosphathaltigem Düngers erschwert es der Landwirtschaft wachstumsorientiert und bedarfsgerecht zu produzieren. (3) An dieser Stelle ist es zwangsläufig notwendig zu fragen: Wie begrenzt ist die Ressource Phosphor? Die Annäherung an diese Frage geschieht Schritt für Schritt.
Wo findet sich Phosphor?
Der Planet Erde enthält in seiner Erdkruste nur geschätzte 0,11 Prozent Phosphor. Dies bedeutet auch, dass es nur wenige gewinnbare Vorräte gibt, wovon derzeit nur die Vorkommen eine Rolle spielen die an Land und nicht unter Wasser abgebaut werden können. Phosphor ist ein Mineral, welches in der Natur nicht gediegen, also nicht als chemisch reines Element wie etwa Gold, Silber oder Kupfer vorkommt. Besonders der Fluorapatit und der mit Calciumcarbonat durchsetzte Phosphorit stellen die ökonomisch wichtigsten Phosphate dar. Dabei gilt: Je höher der Apatitgehalt, desto günstiger sind die Herstellungskosten. Die Zusammensetzung von phosphorhaltigen Mineralien oder Ablagerungen variiert extrem und beeinflusst die Prozesse, die angewandt werden können, um das abgebaute Erz zu hochwertigem Dünger zu verarbeiten. Der energetische und technische Aufwand steigt mit der schlechter werdenden Erzqualität und schlägt sich nieder in den rund 300 verfügbaren Sorten von Phosphor, unter dem Handelsnamen PR (poshate rocks). 90 Prozent der abgebauten Phosphate werden industriell für den Einsatz in Düngemitteln verarbeitet (Werner Zittel, “Studie ‘Save our Surface, Teilbericht 1: Ressourcen, Assessment der Verfügbarkeit fossiler Energieträger (Erdöl, Erdgar, Kohle) sowie von Phosphor und Kalium’“, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH, Mai 2010, S. 96ff).
Phosphatvorkommen haben entweder einen sedimentären oder magmatischen Ursprung. Sedimentäre Gesteine bilden zu 80 Prozent die Basis der Phosphatgewinnung und findet vor allem im Tagebau in Marokko, den anderen afrikanischen Staaten, den USA, dem Nahen Osten und China statt. Magmatische Gesteine, welche für die direkte Düngung ungeeignet sind und industriell aufgearbeitet werden müssen, haben etwa 17 Prozent Anteil an der Weltförderung und finden sich in Russland, Kanada, Südafrika, Brasilien, Simbabwe, Uganda, Malawi und Sri Lanka. Guanodünger (=Vogelkot) ist mit 1-2 Prozent, der einzige regenerative Anteil der Weltförderung.Wie steht es um die Reserven?
Grafik 1 zeigt die Reserven (Stand: 2009) an Phosphatgestein der wichtigsten Abbauländer und die dort seit 1900 bereits geförderten Mengen an. Marokko und China haben die grössten Reserven und es wurde dort anhin erst recht wenig gefördert, wodurch diese Länder wohl noch am längsten von ihren Reserven profitieren können. Die USA und Russland haben ihre Reserven deutlich reduziert. Weltweit müssen die Phosphatproduzenten zunehmend auf Gesteine mit geringerem Phosphatgehalt zurückgreifen und die schlechter werdende Konzentration macht die Förderung entsprechend teurer bzw. ab einem bestimmten Punkt unprofitabel. Peak Phosphor?
Mittels Aufsummation (Grafik 2) der Förderprofile der weltweit produzierenden Staaten, lässt sich das Fördermaximum von Phosphatgestein auf einen Zeitpunkt zwischen 2020 und 2030 eingrenzen. Um das Jahr 2050 werden vermutlich nur noch Marokko und China über bedeutende Phosphatreserven verfügen und deren Produktion mit einem Anteil von 90 Prozent die Phosphatförderung dominieren.
Geostrategisches Fazit für den Moment: Vier Länder besitzen rund 80 Prozent aller Vorkommen. Es sind Marokko und die Westsahara, China und, etwa gleich, Südafrika und Jordanien.
Europa ist zu 90 Prozent abhängig von Importen aus diesen Ländern. In Australien, der Nummer sieben bei der Produktion von Weizen auf der Welt, ist der Mangel an Phosphor im Boden bereits eklatant. Auch in allen afrikanischen Ländern südlich der Sahara ist das Gedeihen der Nutzpflanzen stark durch den Phosphormangel gefährdet.
Für viele Länder berührt es die nationale Sicherheit”, hält das Weißbuch [des “Chemical Sciences and Society Summit”] fest, “wenn eine kleine Gruppe von Ländern die Restbestände zahlreicher wertvoller, lebenswichtiger Ressourcen kontrolliert. — Heinz Greuling, “Am Phosphor hängt das Schicksal der Menschheit“, Die Welt, 05.09.2011.
Phosphor selbst ist auch in Konkurrenz zu anderen Produkten zu sehen, denn es wird nicht nur für die Düngemittelproduktion sondern z.B. auch für die Herstellung von Batterien für Elektroautos verwendet.Rezyklierung als Ausweg aus der Förderkrise?
Bei langfristiger Verknappung des Phosphatabbaus muss Phosphat in hohen Mengen rezycliert werden. Grafik 3 zeigt die regionale Bilanz von Phosphor und verdeutlicht, dass der Rückgewinnung des Minerals aus den Abwässern bzw. Gewässern eine grosse Rolle zukommen sollte. Da sich jedoch das Ausbringen von phosphathaltigem Dünger aus Klärschlamm als zu risikoreich (Hormonbelastung, Quecksilberrückstände) erwiesen hat, wurde diese Art von Düngemittel im Jahr 2006 in der Schweiz verboten und in weiten Teilen der EU eingeschränkt. Ein erster Hoffnungsträger könnten hingegen schwefelaufschließende Bakterien sein, sog. Thiobazillen. Die von ihnen freigesetzte Säure macht im Boden schwerlösliche Phosphate für Pflanzenwurzeln verfügbar. In der Erde kommen sie aber nur in geringer Zahl vor. Deshalb müssten sie künstlich gezüchtet und dann auf die Böden ausgebracht werden. Noch besser wäre eine konsequente Kreislaufwirtschaft, die den lebensnotwendigen Stoff auch aus Gülle und Pflanzenresten extrahiert (Michael Odenwald, “Bedeutet die Verknappung von Phosphor das Ende der Menschheit?“, Focus, 09.05.2008). Dann bräuchte kein mineralisches Phosphat mehr importiert werden.
Fazit: Es gibt derzeit zwar Ideen, aber kein etabliertes effizientes Verfahren für die flächendeckende Rezyklierung von Phosphor, weshalb vielmehr Gelder in die Entwicklung von Strategien und Technologie gesteckt werden müsste. Am 24.Mai 2012 verabschiedete beispielsweise das EU-Parlament eine Resolution für ein ressourcenschonendes Europa und rief dazu auf geeignete Rahmenbedingungen als auch Pilot-Projekte zu starten, die es bis 2020 zum Ziel haben nahezu 100 Prozent des in Abwässern und anderen Abfallzyklen enthaltenen Phosphors zurückzugewinnen. Die Optimierung und Einsatz dieser Methoden soll durch direkte Bezuschussung der EU gefördert werden.
Wie könnten Prognosen in Zusammenhang mit Phosphor aussehen?
Solange Phosphor in den entwickelten Industrienationen nahezu verschwenderisch genutzt wird, fehlt er in ärmeren Staaten Afrikas und Asiens. Diese ungleiche Verteilung könne zu einem Preiskampf zwischen Reich und Arm führen, warnen Experten wie Prof. Dr. Dr. Dr. Ewald Schnug. Die sich jetzt schon abzeichnenden Lebensmittel-Krisen dürften sich durch die Phosphor-Verknappung und durch den Anstieg der Weltbevölkerung auf 7,8 – 11,9 Mrd. Menschen bis 2050, drastisch verschärfen. Hinzu kommt, dass das Rohphosphat in vielen Lagerstätten gefährliche Schwermetalle wie Cadmium oder Uran enthält. Diese müssen abgetrennt werden, was die Preise für Düngemittel in die Höhe treiben wird. Die saubersten Vorräte werden mit grosser Wahrscheinlichkeit zuerst erschöpft sein (Michael Odenwald, “Bedeutet die Verknappung von Phosphor das Ende der Menschheit?“, Focus, 09.05.2008). China hat seine Exporte bereits mit einer hohen Steuer belegt, um sicherzustellen, dass genügend Dünger im Land bleibt. Derweil sind etwa Indien und Europa fast gänzlich von Importen abhängig, wobei Indien mit einem Anteil von 27% an den globalen Importen grösster Nachfrager im Welthandel ist, vor Brasilien mit einem Anteil von 10% (Heidi Gmür, “Dünger fürs Leben: Phosphat hat einen schlechten Ruf“, NZZ, 15.10.2012).
Wie verhält sich der Phosphor-Markt?
Zu den grössten Produzenten und Anbietern von Phosphor gehören das staatliche marokkanische Unternehmen Office Chérifien des Phosphates (OCP), das gemäss eigenen Angaben seine Förderkapazität bis 2020 verdoppeln will, der amerikanische Düngerhersteller Mosaic, die russische FosAgro sowie die chinesische Yuntianhua-Gruppe (Heidi Gmür, “Dünger fürs Leben: Phosphat hat einen schlechten Ruf“, NZZ, 15.10.2012). Einen Terminmarkt für den begehrten Nährstoff gibt es nicht. Um die Entwicklung des Preises von Phosphatdünger abzubilden, wird auf den Kassapreis für Diammoniumphosphat (DAP) zurückgegriffen. Bis April 2005 war die Nachfrage nach Phosphor immer geringer als das Angebot und eine Tonne DAP kostete unter 180 Euro (Heinz Greuling, “Am Phosphor hängt das Schicksal der Menschheit“, Die Welt, 05.09.2011).
Was geschah bei der ersten Phosphor-Krise 2008?
Im Januar 2007 drehte sich dann zum ersten Mal diese Situation um, da sich die Nachfrage nach Dünger stark erhöhte. China verhängte daraufhin Ausfuhrzölle. Hamsterkäufe und Spekulationen trieben den Kassapreis für DAP bis Ende des Jahres 2008 auf rund 780 Euro. In Indien, dem grössten Nachfrager im Welthandel, kam es im September 2008 zu Demonstrationen von Bauern, die den Dünger nicht mehr bezahlen konnten und zu Plünderungen von Düngemitteldepots (Ramesh Susarla and P. Samuel Jonathan, “Mismanagement in supply of fertilizer“, The Hindu, 03.09.2008). Die Preise fielen erst wieder nachdem die Minenbetreiber ihre Kapazitäten erhöhten und sich die Situation entspannte. Im März 2014 kostete eine Tonne phosphathaltiger Mineraldünger rund 360 Euro.
Anhand von Grafik 5 lässt sich im Vergleich zu Grafik 4 erkennen, dass die Preise für Phosphat sich mehr oder weniger parallel zu den Nahrungsmittelpreisen, gemessen am Food-Price-Index der Vereinten Nationen entwickeln. Hohe Lebensmittelpreise sind ein Anreiz für die Landwirtschaft, mehr zu produzieren. Das treibt die Nachfrage nach Dünger an und damit dessen Preis oft deutlich nach oben (Heidi Gmür, “Dünger fürs Leben: Phosphat hat einen schlechten Ruf“, NZZ, 15.10.2012).
Ist phosphathaltiger Dünger so kritisch zu betrachten wie Öl oder Gas?
Die Antwort lautet: Ja. Phosphathaltige Düngemittel sind eine kritische Ressource, die sich in eine Kategorie wie Erdöl oder Gas einordnen lassen. Diese Kritikalität wird gesteigert durch die Tatsache, dass im Ausscheidungszyklus von Mensch, Tier und Pflanzen viel zu viel des kostbaren Rohstoffs tagtäglich verloren geht und derzeit keine Verfahren flächendeckend zum Einsatz kommen, um Importe zu reduzieren. Daher sollte u.a. aus nicht verwendeter Biomasse (Speisereste), Abwässern (Klärschlamm) und anderen Fäkalien (Gülle) versucht werden soviel wie möglich davon zurückzugewinnen. Die technischen Probleme bei der Etablierung von funktionierenden Rezyklierungsmechanismen sollten daher in den nächsten 10-20 Jahren gelöst werden und Forschungsprojekte dazu oberste Priorität einnehmen.
An erster Stelle steht jedoch das Bewusstsein dafür zu schaffen wie kostbar dieser Rohstoff eigentlich ist und die Verschwendung als Wasserbinder in Fleisch, Treibmittel in Backwaren, Geschmacksverstärker in Cola, Wasserenthärter oder Poliermittel in Zahnpasta zu beenden.
Die Preisexplosion aus dem Jahr 2008 sollte als Warnung betrachtet werden. Ebenso deuten Diskussionen in zahlreichen Wertpapier-Threads auf ein gestiegenes Interesse von Anlegern hin, Wege zu finden, um an der Phosphorabbauschlacht zu verdienen wie z.B. durch die Investition in Minenaktien. Staaten wie China haben bereits mit hohen Exportzöllen reagiert. Man darf gespannt sein wie sich die Situation entwickeln wird.
Als Autor denke ich, dass es durchaus möglich ist, dass in den Nachrichten der Zukunft den Preisen für phosphathaltigen Dünger ähnliche Bedeutung eingeräumt wird wie für Erdöl.
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