Fosforany

Czym są fosforany i jakie mają właściwości?

Mówiąc o fosforanach, najczęściej mamy na myśli ortofosforany, czyli pochodne kwasu fosforowego (V) o wzorze H₃PO₄. Trzy atomy wodoru mogą zostać podstawione przez kationy metali lub jon amonowy (powstają sole) albo przez grupy organiczne (wtedy powstają estry). Kwas fosforowy może ulec odwodnieniu, w wyniku czego powstają:

• Kwas pirofosforowy H₄P₂O₇ (jego pochodne to pirofosforany),
• Kwasy metafosforowe (HPO₃)ₙ, które tworzą cykliczne lub liniowe kwasy polimeryczne (metafosforany lub polimetafosforany),
• Kwasy polifosforanowe Hₙ+₂PₙO₃ₙ+₁ (polifosforany).

Warto jednak dodać, że fosfor tworzy też inne kwasy, w których różni się stopniem utlenienia – kwas fosforowy (III) H₃PO₃ (fosfonowy) i fosforowy (I) H₃PO₂ (fosforawy). One również znajdują zastosowanie w przemyśle, ale w dużo mniejszym zakresie niż ortofosforany.

Ze względu na różnorodną budowę fosforany mają różne właściwości fizykochemiczne, które są wykorzystywane w określonych gałęziach przemysłu. Najszersze zastosowanie znajdują fosforany o zdolnościach chelatujących (wiązanie jonów metali), buforujących (stabilizacja pH), emulgujących, a także te higroskopijne i trwałe termicznie (odporne na wysoką temperaturę).

Zastosowanie fosforanów w przemyśle spożywczym

Fosforany to bardzo powszechne dodatki do żywności, które głównie pełnią funkcję regulatorów kwasowości, stabilizatorów, emulgatorów, przeciwutleniaczy, konserwantów oraz substancji spulchniających i przeciwzbrylających. Na etykietach należy ich szukać pod oznaczeniami E338 do E452. Szereg rozpoczyna kwas fosforowy (E338), a następnie fosforany sodu, potasu, wapnia, difosforany, trifosforany i polifosforany. Spotkać je można jako np. główny składnik napojów gazowanych.

Fosforany w rolnictwie – kluczowy składnik nawozów

W rolnictwie fosforany występują w nawozach sztucznych jako źródło łatwo przyswajalnego fosforu, jednego z trzech podstawowych składników odżywczych (obok azotu i potasu). Fosfor jest niezbędny do rozwoju korzeni oraz tworzenia kwiatów i owoców. Roślina wykorzystuje go we wszystkich procesach metabolicznych – to składnik ATP, podstawowego nośnika energii.

W nawozach zawartość tego pierwiastka zostaje przeliczona na ilość P₂O₅. Najważniejsze rodzaje nawozów fosforowych to (ilość P₂O₅ w nawiasie):

• Superfosfat prosty (16-20%),
• Superfosfat wzbogacony (40-50%),
• Fosforan amonu, DAP (46%) – dostarcza też azotu, dlatego jest bardzo wydajnym nawozem,
• Fosforan monoamonu, MAP (50-55%),
• Termofosforany.

Rola fosforanów w chemii przemysłowej

W chemii przemysłowej również szeroko wykorzystuje się fosforany. Dodaje się je do tworzyw sztucznych, tekstyliów i materiałów przemysłowych jako substancje zmniejszające palność, dodatki do farb i emalii, plastyfikatory, stabilizatory termiczne oraz środki uzdatniające wodę (sekwestranty i inhibitory osadów).

Wpływ fosforanów na środowisko – wyzwania i regulacje

Największym wyzwaniem związanym z wykorzystywaniem fosforanów jest ich wpływ na środowisko, zwłaszcza wodne. Nadużywanie tych związków prowadzi do eutrofizacji wód, czyli nadmiernego zakwitu glonów i sinic, a w konsekwencji – deficytu tlenu i obumierania organizmów wodnych. Głównym źródłem fosforanów jest rolnictwo oraz ścieki komunalne i przemysłowe, dlatego przepisy UE raczej ściśle regulują ich stosowanie.

Alternatywy dla fosforanów – czy są możliwe?

Oczywiście istnieją alternatywy dla fosforanów, które wykorzystuje się w przemyśle spożywczym (np. cytryniany, wodorowęglany), detergentach (np. zeolity, polikarboksylany) czy rolnictwie (nawozy organiczne, nawozy z recyklingu czy struwit). Mimo że są biodegradowalne i wspierają gospodarkę o obiegu zamkniętym, wśród ich głównych wad wymienia się m.in. mniejszą skuteczność, wyższe koszty czy ograniczoną dostępność.

Normy i przepisy dotyczące stosowania fosforanów

Użycie fosforanów jako dodatków do żywności jest ściśle regulowana przez prawo unijne, Najważniejsze akty prawne to Rozporządzenie (WE) 1333/2008 oraz Rozporządzenia Komisje (UE) zmieniające jego załączniki (nr 1129/2011, 2017/871 i 2018/74). Przepisy te mają zapewnić, że spożycie fosforanów przez konsumentów nie przekroczy 70 mg/kg m.c. (wyrażonego jako fosfor) – zgodnie z zaleceniem Komitetu Naukowego ds. Żywności.

Normy zawartości fosforu w detergentach i środkach myjących określa Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 259/2012. Wynoszą one 0,5% fosforu w środkach do prania oraz 0,3 g fosforu w standardowej dawce detergentów do zmywarek. Jeśli chodzi o nawozy sztuczne, Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/1009 nie podaje maksymalnej zawartości fosforu, ale porusza głównie temat zanieczyszczeń (np. kadmem) oraz promuje użycie nawozów organicznych i z recyklingu.