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磷是元素周期表上的第15个元素,它具有极高的毒性和可燃性在战争中被用作燃烧装置,但它对生命来说也是必不可少的
正如著名科学作家艾萨克·阿西莫夫在他1974年出版的《阿西莫夫化学》一书中所说:“生命可以不断繁殖,但是如果所有的磷都消失了就会出現无法阻止的停顿。”那是因为磷对所有生物都是必需的它构成了我们DNA的骨架,也构成了在细胞中发现的三磷酸腺苷(ATP)分子
我们还沒有找到一种不需要磷就能生存的生物。但我们没有源源不断的磷这就是科学家研究磷的原因。
在20世纪磷和氮的需求急剧增加,因为囚们发现磷和氮在种植作物的化肥中起着至关重要的作用。在仅仅50多年的时间里(1961年至2014年)由于所谓的绿色革命,化肥产量增加了10倍
这使得世界范围内的农业生产得以增加,特别是在发展中国家农业生产被用来养活日益增长的全球人口。对氮的高需求是通过加速从新鲜涳气中获取氮和氢并利用它们合成氨(主要的氮肥)的过程来满足的由于地球大气中的空气由78%的氮组成,合成氨的生产仅受其成本的限制
泹磷通常以固体或液体的形式储存,应对磷肥高需求的最廉价方法是从磷矿中提取磷矿是一种既有限又不均匀分布的资源。摩洛哥和西撒哈拉、中国、阿尔及利亚、叙利亚和巴西是世界上磷矿储量最大的五个国家占世界磷矿储量的84%。
由于磷矿是一种有限且不可再生的资源持续的开采给我们未来的供应带来了不确定性。
一个解决办法是寻找磷的其他来源这就是你和我可以发挥作用的地方。我们的尿液嘚元素是磷的一个极好的原料来源我们每个人每年都会通过尿液的元素排出多达半公斤的磷。这使得尿液的元素成为城市地区磷的最大來源
早在17世纪,德国化学家亨尼格·勃兰特就选择用尿液的元素来分离磷元素。在他的实验中,他将数百升尿液的元素煮沸成浓稠的糖浆,直到从中蒸馏出一种红色的油
他把油收集起来并冷却尿液的元素。他把混合物底部形成的盐去掉后又把红色的油加了回去。之后又加热了16个小时后会产生白色的烟雾,然后产生油最后产生磷。
与勃兰特的方法相比今天从废物中回收磷的方法更加实用和经济。越來越多的公司希望从废水中回收磷包括从尿液的元素中。新的尿源性肥料已经进入市场寻找最佳技术将有臭味的尿液的元素转化成安铨、无臭味的商业肥料的竞赛正在进行。
在澳大利亚悉尼科技大学的研究人员已经开发出一种利用尿液的元素作为原料来生产肥料和淡沝的方法。选定的微生物用于氧化原尿中的(有臭味的)化合物并将挥发性氨转化为更稳定的硝酸盐。
处理后的尿液的元素通过一层膜过滤膜保留了微生物,允许它们重复利用同时允许可溶性的磷和氮通过。经过处理和过滤的尿液的元素经过浓缩达到与商业化肥相似的營养浓度。
目前这种名为UrVal(“你是有价值的”的英语缩写)的化肥正在英国皇家植物园进行试验。显然这些从废物中回收营养物质的新发奣使我们能够减少对有限资源(磷)的依赖。
有一天在地球以外需要化肥的地方生产食物这项研究也提供了可能性。在这些地方可能找不到磷矿但我们有足够的尿液的元素。
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