O meio-oeste dos EUA produz pelo menos um terço do suprimento mundial de milho e soja a cada ano. Alimentar o mundo requer muito fertilizante, principalmente na forma de nitrogênio e fósforo. Embora o nitrogênio possa ser literalmente retirado do ar, o fósforo deve ser extraído de reservas finitas de rocha fosfática e tratado para ser disponibilizado às plantas. A maior parte da rocha fosfática do mundo está no Marrocos, e em algum ponto essas reservas acabarão.

Adicionalmente, parte do fósforo aplicado a campos agrícolas é perdido por meio da erosão, levado com partículas de solo para os cursos de água, onde se junta a produtos de fósforo expelidos de estações de tratamento de águas residuais, operações de gado, e outras fontes pontuais. Quando se acumula nos cursos d'água receptores, o fósforo pode degradar a qualidade da água e contribuir para "zonas mortas" que não sustentam mais a vida aquática.

Um novo Journal of Environmental Quality relatório da Universidade de Illinois descreve a viabilidade de reciclar fósforo em escala regional no meio-oeste, simultaneamente resolvendo o problema de um abastecimento global incerto e minimizando as perdas de campos agrícolas.

"Há muito fósforo sendo movido, desde fertilizantes até o esgoto. No momento, é principalmente uma rua de mão única. Em última análise, acaba em fluxos de resíduos, como fossas sépticas ou efluentes de fontes pontuais, como estações de tratamento de águas residuais. Mas há muito valor nesse fósforo. Podemos capturá-lo e reutilizá-lo como fertilizante, "diz Andrew Margenot, professor assistente do Departamento de Ciências da Colheita em Illinois e principal autor do relatório. "Estamos tentando fazer algo circular que atualmente é uma trajetória de mão única."

O conceito de reciclagem de fósforo no meio-oeste não é totalmente novo. Um estudo de 2016 realizado no Canadá propôs pela primeira vez a ideia de que o Cinturão do Milho dos EUA poderia ser totalmente autossuficiente em suas necessidades de fósforo agrícola se todo o fósforo residual fosse reciclado. Mas o relatório da U of I representa a primeira vez que biogeoquímicos, economistas, e engenheiros se reuniram para considerar a verdadeira viabilidade de um sistema holístico de reciclagem de fósforo no meio-oeste.

Os pesquisadores consideraram todas as fontes de resíduos de fósforo nos Estados Unidos, e focado em vários que foram esquecidos em experimentos mentais anteriores, incluindo etanol de milho e plantas de processamento de soja. Eles então se concentraram nas formas de fósforo fluindo através do sistema, outro aspecto-chave não totalmente capturado em estudos anteriores.

Fosfato, uma forma comum de fósforo em fluxos de resíduos, é altamente solúvel em água. Para evitar perdê-lo em fluxos de resíduos, a água pode ser tratada com agentes que eliminam o fosfato. Contudo, esses agentes também tornam o fosfato insolúvel e, portanto, menos disponível para absorção pelas plantas.

"Há uma tensão inerente entre a capacidade de recuperar fósforo de águas residuais, o que o torna insolúvel, e sua utilidade como fertilizante. As formas insolúveis não se dissolvem tão facilmente, portanto, eles são menos úteis imediatamente. Essa é uma razão agronômica pela qual não podemos reutilizar 100% do que está fluindo através dos fluxos de resíduos. Mas podemos brincar com a química de recuperação para combinar o tipo certo de solo e tipo de cultura, "Margenot diz." Precisamos considerar o contexto com o qual estamos lidando. Acreditamos que podemos superar esses desafios com base na experiência em todas as disciplinas científicas. "

Um dos maiores obstáculos para o estabelecimento de uma economia circular de fósforo no meio-oeste é o custo atual do fertilizante. Libra por libra, fertilizante de fósforo é mais caro do que nitrogênio, mas no momento, é muito mais barato do que o custo atual do fósforo reciclado.

Algumas estações de tratamento de águas residuais do meio-oeste já estão recuperando fósforo, mas será necessário um grande investimento e compromisso para construir a infraestrutura necessária para reformar todo o sistema. E isso não inclui os custos necessários para transportar fósforo reciclado de fontes pontuais para os campos, especialmente no pesado, formas úmidas como fitina - uma lama rica em matéria orgânica que sobra do processamento da soja.

Os pesquisadores dizem que esquemas de comércio de fósforo, semelhante aos créditos de carbono, pode ser parte da solução.

"No artigo, falamos sobre a possibilidade de fontes pontuais pagarem aos agricultores para retirar o fósforo recuperado de suas mãos. Nosso trabalho como pesquisadores é mostrar aos agricultores que essas fontes alternativas de fósforo não comprometerão o rendimento das safras e podem economizar dinheiro em insumos de fósforo ", disse Margenot.

Ele aponta para experimentos de campo em andamento por seu laboratório, mostrando que estruvita - uma substância inorgânica, granular, forma de liberação lenta de fósforo recuperável de vários fluxos de resíduos - pode substituir quase completamente os fertilizantes de fósforo tradicionais sem perda de rendimento para várias safras. A baixa solubilidade da estruvita em água torna menos provável que ela se mova do campo para os cursos d'água circundantes. Esses benefícios potenciais da qualidade da água são objeto de estudos em andamento como parte do projeto de pesquisa financiado pelo Conselho de Educação e Pesquisa de Nutrientes de Illinois da Margenot.

Em última análise, os pesquisadores acreditam que uma economia de fósforo circular é viável para o meio-oeste.

"Acho que esquecemos o fósforo um pouco nos sistemas do meio-oeste, onde geralmente é tudo sobre nitrogênio. Mas de muitas maneiras, o fósforo é mais fácil de lidar do que o nitrogênio. Podemos prendê-lo e forçá-lo a fluir pela cadeia de produção agrícola de maneiras benéficas para os agricultores e o meio ambiente. O fósforo é uma fruta fácil de encontrar, "Margenot diz.

O artigo, "Em direção a um (re) ciclo de fósforo regional no meio-oeste dos EUA, "é publicado no Journal of Environmental Quality .