8. – 12. Schuljahr

Phosphor und die Phosphate in der aktuellen Nachhaltigkeitsdiskussion

Christian Zowada, Ozcan Gulacar, Antje Siol und Ingo Eilks
Phosphor, das dem Namen nach lichttragende Element, wurde um 1670 von Henning Brand auf der Suche nach dem Stein der Weisen beim Eindampfen von Urin entdeckt. Diese Geschichte ist sicherlich den meisten Chemielehrenden bekannt und diente vielleicht schon einmal als Anekdote zum Element Phosphor. Ebenso wurde früher im Unterricht über die verschiedenen Modifikationen (weißer, roter, violetter oder schwarzer Phosphor) und ihre Druck- und Temperatur-Abhängigkeit gesprochen. Heute werden in der Schule meist nicht mehr viele Worte über das Element Phosphor verloren. Die Phosphorsäure oder das Anion Phosphat tauchen zwar regelmäßiger im Chemieunterricht auf  – doch auch das häufig nur am Rande.Dabei ist Phosphor zentraler Bestandteil einer Debatte um eine sichere und gerechte Rohstoffversorgung und eine nachhaltige Lebensweise auf unserem Planeten. So finden sich Phosphor und mehr noch die Phosphate regelmäßig in der aktuellen Nachhaltigkeitsdiskussion und im politischen Tagesgeschäft. Wir stellen in diesem Artikel Aspekte dieser aktuellen Diskussion dar und zeigen auf, wie Phosphor und die Phosphate in den Konzepten der kritischen Rohstoffe und planetaren Leitplanken oder den Nachhaltigkeitsentwicklungszielen der UN auftauchen. Wir beschreiben weiterhin, wie sich solche Aspekte in der Schule in den fächerverbindenden oder bilingualen Unterricht einbinden lassen.
Ein kritischer Rohstoff, Nachhaltigkeitsziele und planetare Leitplanken
Phosphor/Phosphate als kritische Rohstoffe
Seit 2011 zeichnet die Europäische Kommission kritische Rohstoffe aus, um Handlungs- und Versorgungsstrategien zu entwickeln. Kritische Rohstoffe weisen zwei Kriterien auf: große wirtschaftliche Bedeutung und ein gewisses Versorgungsrisiko (Abb.1 ). 2011 identifizierte die Europäische Kommission 14 kritische Rohstoffe. In einer überarbeiteten Liste 2014 waren es 20; im Jahre 2017 wurden 27 Rohstoffe als kritisch benannt, wobei die ausgewählten Rohstoffe als unterschiedlich kritisch gelten. Unter den kritischen Rohstoffen findet sich gleich eine ganze Reihe von Elementen aus dem Periodensystem der Elemente (PSE), wie Niob, Indium oder Bismut. Viele von ihnen sind technisch enorm wichtig, finden aber bislang eher selten Beachtung im Chemieunterricht (Abb.1) [1]. In [2] sind alle kritischen Rohstoffe ausführlich analysiert und diskutiert.
Phosphatgestein ist seit 2014 Bestandteil der Liste kritischer Rohstoffe [1]. Seit 2017 taucht zusätzlich auch Phosphor auf. Hierbei geht es um weißen Phosphor (P4), welcher aus Phosphatgestein gewonnen wird. Haupteinsatzgebiet für weißen Phosphor sind chemische Grundprodukte, z.B. Flammenschutzmittel oder Emulgatoren. Eine Substitution ist nicht möglich. Kritisch ist weißer Phosphor zum einen, da auch dieser aus Phosphat gewonnen wird. Zum anderen wird er unter hohem Energieaufwand in nur vier Ländern der Welt hergestellt. Marktführer ist mit über 50% China, gefolgt von Vietnam, Kasachstan und den USA. Die Europäische Union bezieht mehr als drei Viertel ihres weißen Phosphors aus Kasachstan, was eine große Importabhängigkeit bedeutet. So wird weißer Phosphor bei leicht geringerer wirtschaftlicher Bedeutung als deutlich kritischer in der Versorgungssicherheit eingestuft [2].
Die wirtschaftliche Bedeutung von Phosphatgestein liegt in seiner Hauptnutzung in Düngemitteln, wo er ein unverzichtbarer Bestandteil für das Pflanzenwachstum und nicht substituierbar ist. Deutschland verbraucht jährlich rund 240.000t Phosphatdüngemittel [3], ohne über eigene, abbauwürdige Phosphatvorkommen zu verfügen. Deutschland ist daher auf Importe angewiesen. Das (potentielle) Versorgungsrisiko begründet sich primär über die Verortung der bekannten Reserven, die zu ca. 75% in einem Land liegen: Marokko (Abb.2 ). Die Reichweite des Phosphats wird aktuell auf ca. 320 Jahre...

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