美國(guó)科幻作家艾薩克·阿西莫夫早在50年前就發(fā)表了題為《生命瓶頸》的文章，預(yù)言“地球上的生物量很快將會(huì)受到磷的制約”。現(xiàn)在全世界終于認(rèn)識(shí)到磷的重要性，開始為磷的可持續(xù)利用做準(zhǔn)備。
磷是生命活動(dòng)不可或缺的元素。成年人每天通過飲食攝取約1克的磷，排出幾乎等量的該元素。無論是食物，還是可以減少溫室氣體排放的生物燃料，都離不開磷。
此外，磷在工業(yè)領(lǐng)域也有著廣泛的用途，可以用來生產(chǎn)未來前景廣闊的汽車電池、太陽能液晶板的表面處理劑、老齡化社會(huì)需求不斷擴(kuò)大的服裝和家電產(chǎn)品的難燃劑等原料。
人類活動(dòng)使用的磷，幾乎都來自一種被稱為磷礦石的天然資源。自然界的磷礦石需要數(shù)億年才能生成，實(shí)際上是一種有限的非再生資源。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局的資料，截至2011年全世界可供商業(yè)開采的磷礦石的儲(chǔ)量約為710億噸，其中約70%集中在包括西撒哈拉在內(nèi)的摩洛哥王國(guó)。
不過，即使是出產(chǎn)國(guó)也難以把握實(shí)際的商業(yè)儲(chǔ)量，美國(guó)地質(zhì)勘探局只是把從各國(guó)聽來的數(shù)據(jù)相加得出。鑒于2011年世界的磷礦石產(chǎn)量約為1.9億噸，按照美國(guó)地質(zhì)勘探局的統(tǒng)計(jì)來算，目前磷礦石儲(chǔ)量可供全世界使用約374年。然而，這只是用計(jì)算器算出的數(shù)字，要準(zhǔn)確把握世界磷資源的狀況并非如此簡(jiǎn)單。
日本是世界第八大磷消費(fèi)國(guó)，但卻不產(chǎn)磷，磷資源全部依靠從國(guó)外進(jìn)口。不過，由于磷礦的枯竭和生產(chǎn)國(guó)實(shí)行保護(hù)政策，日本在確保磷資源方面面臨著越來越困難的局面。
日本的磷礦石過去主要是從美國(guó)進(jìn)口，但由于佛羅里達(dá)的磷礦逐漸枯竭，磷已成為一種戰(zhàn)略資源。美國(guó)在1996年幾乎停止了磷礦石的出口。此后，日本改從中國(guó)和摩洛哥等國(guó)進(jìn)口。鑒于世界磷礦石產(chǎn)量的約72%原本就被中國(guó)、美國(guó)、摩洛哥和俄羅斯四國(guó)占據(jù)，而且產(chǎn)量的85%是被出產(chǎn)國(guó)本身消費(fèi)，因此形勢(shì)并不樂觀。
磷礦石品質(zhì)的下降也成為一個(gè)令人頭疼的問題。市場(chǎng)中的磷礦石的平均含磷率，上世紀(jì)70年代約為15%，至1996年已降至13%。相反，鎘等有害重金屬、放射性雜質(zhì)的含量卻在不斷升高，從而增加了加工處理的成本。
2008年磷礦石的進(jìn)口價(jià)格比上年上漲了400%。即使除去這一年，2006年以后平均年漲幅也在28%左右。磷的市場(chǎng)價(jià)格與錳相差無幾，作為工業(yè)原料還不算過于昂貴。但世界磷需求量的約85%是用于化肥。為了生產(chǎn)磷礦石，目前全世界平均每人每年要承擔(dān)約500日元的費(fèi)用。
如果磷礦石價(jià)格上漲，化肥價(jià)格就不可避免地要受到影響。但農(nóng)民購買化肥的資金是有限的，過高價(jià)格的化肥是賣不出去的?；蕛r(jià)格的上漲將對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)造成嚴(yán)重影響，在一些國(guó)家甚至有可能引發(fā)糧食危機(jī)。
今年世界人口已經(jīng)多達(dá)70億，據(jù)說到2050年還要增加到90億。隨著發(fā)展中國(guó)家人們生活水平的提高，肉類的消費(fèi)將會(huì)增加，而生產(chǎn)肉類需要大量的磷。有人預(yù)測(cè)2050年世界的磷需求量將比現(xiàn)在增加30%至50%。目前全世界約50%的耕地面臨著缺磷的問題，為了讓越來越多的人口吃飽飯，必須確保磷和化肥的廉價(jià)、穩(wěn)定供應(yīng)。我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，人類生存所不可缺少的磷，與生產(chǎn)汽車和高科技家電所需的稀有金屬，在經(jīng)濟(jì)學(xué)上是完全兩碼事。
國(guó)際磷資源的管理和可持續(xù)利用，正在成為關(guān)系到人類生存的新的全球性問題。歐洲在2010年制定了旨在提高資源效率的戰(zhàn)略，2011年設(shè)定的路線圖又將磷資源納入了這一戰(zhàn)略。如果歐盟今年能夠公布有關(guān)磷資源可持續(xù)利用的“綠皮書”(決策建議報(bào)告)，那么歐盟各國(guó)就會(huì)將磷資源的可持續(xù)利用納入本國(guó)的政策。
用于化肥的90%的磷積蓄在土壤中，要實(shí)現(xiàn)磷資源的可持續(xù)利用，有必要改變?nèi)祟惢顒?dòng)中阻礙磷循環(huán)的系統(tǒng)。磷易溶于水，幾乎是從陸地向海洋單向輸送。人類從地下開采磷礦石，使用了一次后就簡(jiǎn)單地拋向大海。全世界每年約有1400萬噸的磷作為化肥使用，但能夠到飯桌上的只有約300萬噸。其余的磷都積蓄在土壤中，流入了江河湖沼，污染了環(huán)境。全世界平均每人每天攝取的磷只有約0.7克左右，但發(fā)達(dá)國(guó)家大城市的人們，平均每人每天要扔掉7克的磷。要將丟棄的磷再次集中起來則需要巨大的能量和經(jīng)費(fèi)。
據(jù)東北大學(xué)副教授松八重一等人介紹，每年進(jìn)入日本的磷的數(shù)量約為63萬噸，其中約30萬噸包含在飼料和鐵礦石等礦產(chǎn)資源中，是附帶進(jìn)入日本的。其余約30萬噸是以磷礦石或磷產(chǎn)品的形式進(jìn)口的。另一方面，國(guó)內(nèi)的下水污泥、煉鐵爐渣和食品等廢棄物當(dāng)中每年產(chǎn)生約20萬噸的未經(jīng)利用的磷資源。雖然每年作為化肥投入田地的約有28萬噸，但由于磷容易被土壤吸附，投入的磷當(dāng)中只有約10%至20%被農(nóng)作物吸收。
要將分散在農(nóng)田中的磷進(jìn)行回收是不劃算的，但考慮到投入的大部分磷都積蓄在土壤中，今后在施肥的過程中如何考慮節(jié)磷就成為了重要的課題。如果能夠?qū)⑾滤勰?、煉鐵爐渣和食品等廢棄物中的磷回收加以利用，那么相對(duì)于磷礦石和磷產(chǎn)品的進(jìn)口來說，有約60%的磷就可以在國(guó)內(nèi)通過回收產(chǎn)生。如果政府投入適當(dāng)?shù)馁Y金并利用民間的技術(shù)，那么在日本確立磷資源回收利用的體制還是完全有可能的。
不過，要將回收的磷用于汽車、半導(dǎo)體、電子、生物產(chǎn)業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域，還需要把它們加工成黃磷或高純度的磷酸。我國(guó)目前還沒有生產(chǎn)黃磷的工廠，不能加工高科技產(chǎn)業(yè)中所需的黃磷。可以考慮用下水污泥焚燒灰等廢棄物來生產(chǎn)人造磷礦石，在海外加工成黃磷，這是一種國(guó)際性的解決方式?；蛘呖梢蚤_發(fā)使用高溫爐從下水污泥焚燒灰中回收磷酸的技術(shù)。后者不像生產(chǎn)黃磷那樣需要電爐，因此對(duì)于電力供應(yīng)出現(xiàn)了問題的日本來說是非常適合的。在歐盟，回收磷資源已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。今年9月，德國(guó)、荷蘭、瑞士等7個(gè)國(guó)家已經(jīng)開始實(shí)施回收項(xiàng)目。
