Fosfor je podstatnou a zároveň nenahraditelnou živinou pro všechny živé tvory a v lidském těle je po vápníku zastoupen jako druhý nejčastější minerál

. Fosfor je například důležitou součástí nukleových kyselin (DNA a RNA), hraje jako adenosintrifosfát (ATP) významnou roli při energetické látkové výměně a je hlavní součástí kostí a zubů. Fosfor je obsažen prakticky ve všech potravinách. Vysoký obsah fosfátů se nachází zejména v potravinách s vysokým obsahem proteinu. Nadbytečný fosfor se z těla vylučuje z 60-80 % močí a z 20-40 % výkaly.

V přírodě se fosfor vyskytuje jako fosfátový minerál (např. apatit). Hlavním zdrojem fosforu, který je potřebný pro rostliny, a tudíž pro výrobu potravin, je zvětrávání těchto minerálů. V přirozeném systému se výměšky živočichů nebo odumřelé rostliny s obsahem fosforu dostávají zpět do půdy a po mineralizaci jsou opět k dispozici jako živiny (Egle, 2014a). Velká část lidských výměšků s obsahem fosforu se však již do zemědělství nedostává, proto se fosfor z preventivních důvodů dodává v podobě organických hnojiv, např. jako moč a minerální hnojiva. V konvenčním zemědělství, především v oblastech bez živočišné výroby se používají minerální hnojiva k vyrovnání nedostatku fosforu. V biologickém zemědělství se používají k hnojení schválené surové fosfáty. 

Výchozím materiálem většiny minerálních fosforečných hnojiv, ale i přírodního měkkého fosforitu pro biologické zemědělství jsou měkké fosfátové sedimenty nebo magmatická ložiska (Baab, 2014). Udržitelnost těchto ložisek při současné roční těžbě 145 miliónů tun činí ne více než cca 120 let (Römer, 2013). Fosfor se z důvodů pomalého vytváření stává v podstatě omezeným zdrojem. Kromě hrozícího nedostatku této suroviny a s tím spojeného nárůstu cen představují další problém ložiska s přirozeně vysokým obsahem těžkých kovů. Z celosvětového hlediska se hlavní oblasti těžby fosfátové rudy nacházejí v USA, Číně a na území Západní Sahary (Baab, 2014). Rakousko je jako většina evropských zemí zcela odkázáno na dovoz. I když v Rakousku obecně klesá spotřeba hnojiv a v letech 2017/18 byl zaznamenán pokles o 5,7 %, bylo spotřebováno 28 500 tun oxidu fosforečného (P₂O₅) (BMLFUW, 2019). Potřeba alternativních zdrojů fosforu je tedy velmi vysoká.

Největší potenciál představuje s odstupem čistírenský kal jako sekundární zdroj fosforu. Čistírenské kaly však mohou být zatíženy organickými a anorganickými škodlivinami (polychlorovanými bifenyly, dioxiny a furany, farmaceutiky, těžkými kovy apod.) a choroboplodnými zárodky (Severin, 2013). Spalováním čistírenských kalů lze na jedné straně eliminovat organické škodliviny a patogeny a na druhé zvýšit koncentraci fosforu následkem úbytku hmoty. Popel z čistírenských kalů má proto vysoký obsah fosforu 4,4 až 10 %. Fosfát v popelu z čistírenských kalů je však obtížně dostupný pro rostliny a koncentrace těžkých kovů z důvodu úbytku hmoty při spalování narůstá (Severin, 2013).

Rovněž Rakousko se zabývá problematikou využití čistírenských kalů jako potenciálního zdroje fosforu. Komunální čistírenský kal by mohl v celém Rakousku nahradit téměř polovinu fosfátových minerálních hnojiv. Například ve Vídni se ročně vyprodukuje 61 600 t sušiny (2013) kalu (BMLFUW, 2015). Jen Vídeň samotná by mohla pokrýt téměř polovinu spotřeby hnojiv Dolního Rakouska a Vídně (13 100 t P₂O₅; Zelená zpráva, 2013).

Vracení fosforu do oběhu přímým využitím čistírenského kalu v zemědělství však není z důvodu možných ekologických rizik (těžké kovy, organické stopové látky a patogenní zárodky) přijatelná. Proto se v posledních letech po celém světě vyvíjejí a hodnotí technologie zpětného získávání čistých sloučenin fosforu z dílčích proudů čistíren odpadních vod (Egle, 2014b). Spalování, zejména monospalování čistírenského kalu zajišťuje ve srovnání s jinými postupy nejvyšší užitnou hodnotu a představuje nejefektivnější metodu recyklace fosforu (Egle, 2014b; Vanas, 2016; Schröder, 2018)

V Rakousku popisuje spolkový plán odpadového hospodářství³² scénář, v němž by se do roku 2030 mělo více než 65 % rakouského komunálního čistírenského kalu používat ke zpětnému získávání fosforu po tepelném zpracování (plán odpadového hospodářství pro Dolní Rakousko, 2018). Město Vídeň, speciálně magistrátní oddělení MA48, se v rámci svých aktivit významně podílí na dosažení tohoto cíle. Staví se například sušárna čistírenských kalů, ve které se bude sušit veškerý kal z vídeňských čistíren odpadních vod, aby se bez přídavných paliv mohl spalovat v zařízení na monospalování kalů. Dále se plánuje poskytnutí popela z čistírenských kalů po monospálení (cca 12 000 t/ročně) rakouskému výrobci hnojiv za účelem výroby minerálního hnojiva. Rovněž se provádějí výzkumy popela z čistírenských kalů s použitím různých metod zpětného získávání fosforu za účelem výroby kyseliny fosforečné nebo různých produktů fosforu. Dalším cílem oddělení MA48 je optimalizace udržitelného managementu fosforu v Evropě ve spolupráci s evropskými stakeholdery z oblasti vědy, průmyslu a neziskových organizací, z tohoto důvodu je aktivním členem nezávislé platformy „European Sustainable Phosphorus Platform ESPP“. V červnu 2020 se bude ve spolupráci s oddělením MA 48 konat konference fosforové platformy European Sustainable Phosphorus Conference (ESPC) ve Vídni.

Téma recyklace živin není pro MA48 nové. Již od roku 1991 provozuje například kompostárnu v Lobau, v níž se ročně zpracovává zhruba 100 000 tun bioodpadu. Vzniká zde 40 000 až 50 000 tun kompostu. Kompost se používá jako prostředek na zlepšení kvality půdy v konvenčním i biologickém zemědělství ve Vídni a okolí, ale i pro výrobu speciální zeminy ve firmě Compo, například pro výrobu zahradnického substrátu bez obsahu rašeliny 48 „Dobrý základ“ (wien.gv.at, 2019).

Pro MA48 jsou důležité aktivity v oblasti výzkumu zaměřeného na zlepšení dostupnosti fosforu z popela čistírenských kalů pro rostliny na základě procesu kompostování jako udržitelné alternativy ke konvenčním hnojivům, ale i k surovému fostátu, který se používá v biologickém zemědělství.

Ekologická udržitelnost využívání kompostu již byla doložena v mnoha studiích. Základními hesly jsou zásobování humusem, akumulace vody, ochrana před erozí, úrodnost půdy a mnoho dalších. Kromě přímého užitku lze kompost také označit jako produkt, který šetří zdroje. Protože se při pěstování kulturních a užitkových rostlin v zemědělství z půdy odebírá humus a živiny, musejí se zase do půdy vracet pro zachování úrodnosti půdy. Organické hnojení kompostem používá lokální zdroje a pomáhá šetřit hnojiva z primárních surovin (Kühne, 2014). Přidáváním kompostu s popelem z čistírenských kalů by mohl obsažený fosfor přispět ke zvýšení účinnosti postupů hnojení a stát se tak udržitelnou variantou konvenčních a biologických hnojiv. Fosfát vyskytující se v popelu z čistírenských kalů je však obtíženě dostupný pro rostliny. Tuto dostupnost by ale bylo možné zvýšit mikrobiální aktivitou v kompostu, neboť při procesu kompostování vznikají na základě rozkladu lehce metabolizovatelné substráty, organické kyseliny jako intermediární produkty aerobní (i anaerobní) látkové výměny (Wagner & Illmer, 2004). Organické kyseliny z mikrobiální aktivity uvolňují obtížně rozpustné sloučeniny vápníku a fosfátu z apatitu a fosfátů hliníku, olova a zinku (Tauten, 2000). Cílem tohoto projektu byl výzkum zvyšování dostupnosti popela z čistírenských kalů pro rostliny pomocí mikrobiální aktivity a testování účinnosti hnojení popelem z čistírenských kalů po monospalování, směsí popela z čistírenských kalů a kompostu a směsí kompostu s uhlem v nádobovém pokusu s rostlinami.

Závěrem - výsledky ukazaly, že kompost, směs kompostu s popelem z čistírenských kalů, směs kompostu s biouhlem a rovněž nezpracovaný popel z čistírenských kalů z monospalování, vždy s vyšší dávkou živin, dosahují nejvyššího účinku hnojení. Zajímavé je, že právě popel z čistírenských kalů, který vlastně obsahuje malý podíl fosforu dostupného pro rostliny, vykázal velmi dobrý účinek hnojení. Fosfor v popelu z čistírenských kalů se vyskytuje v obtížně rozpustných sloučeninách vápníku, jako je whitlockit a hydroxyapatit, a ve vodě je prakticky nerozpustný (Kratz, 2014).

Výsledky vznikly za finanční podpory projektu INTERREG, projekt INTEKO AT CZ 42