Phosphor und Metalle – die Phosphorite am Meeresboden

Eigentlich gibt es genug Phosphorit auf der Erde. Die großen Lagerstätten in Nordafrika, im Nahen Osten, in China und Nordamerika könnten beim jetzigen Verbrauch den Weltmarkt für Phosphatdünger über einige Jahrhunderte versorgen. Aber die ungleiche Verteilung der Phosphorit-Lagerstätten auf der Nordhalbkugel führt zu langen Transportwegen des Massenprodukts Phosphor und erhöht die Kosten für die Landwirtschaft auf der Südhalbkugel. Eine lokale Förderung würde die Transportkosten und damit den CO₂-Footprint verringern. Gleichzeitig würde sich die Abhängigkeit von fernen Lieferanten reduzieren. Zudem könnten vor Ort Arbeitsplätze geschaffen werden.

Aus diesem Grund wurden die marinen Phosphorit-Vorkommen in Neuseeland, Namibia, Peru und auch in Mexiko in den letzten Jahren intensiv exploriert (Foto rechts). Das Vorkommen in Neuseeland ist relativ klein und befindet sich in 500 Meter Wassertiefe. Es könnte den Bedarf der lokalen Landwirtschaft von einer Million Tonne pro Jahr für 25 Jahre decken. Weitaus größer sind die Phosphorit-Vorkommen vor den Küsten Namibias (s. Karte) und Mexikos. Sie umfassen mehr als die zehnfache Menge Neuseelands. Sie liegen noch leichter erreichbar in geringeren Wassertiefen vor den jeweiligen Küsten.

Diese Vorkommen, und wahrscheinlich auch die viel älteren Vorkommen auf der Nordhalbkugel, sind durch bakterielle Anreicherung des Phosphors unter den Hochproduktionszonen der Auftriebsgebiete entstanden. Die im Meeresboden lebenden Bakterien reichern Phosphate aus dem organischen Detritus – beispielsweise nicht gefressenen Algenresten – als Energieträger in ihren Zellen an. Die gespeicherten Phosphatverbindungen geben sie bei Bedarf in das Porenwasser der obersten Sedimente am Meeresboden ab. Dabei wird das Phosphat als Phosphorit gefällt und die ebenfalls im Porenwasser gelösten Metalle wie zum Beispiel Yttrium oder Cadmium werden teilweise integriert.

Die so entstandenen Ablagerungen des Phosphorits werden von der Menge des Phosphors in dem organischen Detritus bestimmt, der aus der Hochproduktionszone der ozeanischen Auftriebszellen auf den Meeresboden absinkt. Da der Phosphorgehalt in dem Detritus klein ist, weniger als 1 Prozent, sind die Phosphor-Akkumulationsraten mit kaum einem Millimeter pro tausend Jahre sehr klein. Das bedeutet: Wirtschaftlich interessante Vorkommen entstehen nur über lange Zeiträume.  

Die marinen Phosphorite können ohne weitere Aufbereitung für die Düngung verwendet werden. Dabei gehen jedoch wertvolle Metalle verloren. Gleichzeitig können ökologisch kritische Elemente wie Uran, Arsen und Cadmium als langfristige Akkumulate die gedüngten Böden schädigen.

In der Regel werden die herkömmlichen Phosphorite aber bei der Aufbereitung als Düngemittel zuerst gelöst und die wirtschaftlich wertvollen, bzw. ökologisch kritischen Elemente könnten bei diesem Produktionsprozess abgetrennt werden. Das Problem hierbei: Zwar sind diese Verfahren in ersten Ansätzen vorhanden, sie werden jedoch zurzeit nicht industriell verwendet. Besonders attraktive Elemente der Phosphorite wären auch die Seltenen Erden und dabei die besonders schweren Elemente. Hier müssten geeignete Verfahren zur Aufbereitung und Abtrennung beispielsweise mit den Herstellungsfirmen der Düngemittel entwickelt werden.

Beitrag erstellt am 6. Dezember 2018

• Kudrass, H., Wood, R. & Falconer, R. (2017). Submarine Phosphorites: The Deposits of the Chatham Rise, New Zealand, off Namibia and Baja California, Mexico – Origin, Exploration, Mining, and Environmental Issues. In R. Sharma (Hrsg.), Deep-Sea Mining. Resource Potential, Technical and Environmental Considerations (S. 165-187). Cham: Springer. doi:10.1007/978-3-319-52557-0_5

• Röhrlich, D. (2017, 3. Mai). Namibia erteilt Lizenz für Phosphatabbau im Meer. Deutschlandfunk [www.deutschlandfunk.de]. Aufgerufen am 09.11.2018. 

• Sand, Kies und Phosphat aus dem Meer. (2014). In J. Lehmköster (Hrsg.), World Ocean Review 3 – WOR3. Rohstoffe aus dem Meer – Chancen und Risiken (S. 64-65) [worldoceanreview.com]. Hamburg: maribus gGmbH.