Stikstofprobleem

Bron: Wikipedia

Stikstof is de afgelopen dagen  een veelbesproken onderwerp. En dan gaat het natuurlijk niet over N2, dat ongeveer 78% van de lucht uitmaakt, want dat is inert (doet niets). Het gaat over stikstofverbindingen die verzuring veroorzaken. En verzuring kan nadelig zijn voor bepaalde ecosystemen en bijvoorbeeld kalkstenen ornamenten aan gebouwen en beelden, die lossen op door verzuring.

De belangrijkste stikstofverbindingen zijn NOx (NO 95% en NO2 5%) en NH3 (ammoniak). De emissie van NOx leidt in de lucht tot verzuring volgens:  NOx + O2 >> HNO3 >> H+ + NO3 . Bij ammoniak is er sprake van  indirecte verzuring als in de bodem nitrificatie optreedt (omzetting van NH4 naar NO3) en het gevormd nitraat uitspoelt: NH3 + 2O2 >>  H+ + NO3 + H20. In onderstaande figuur heb ik weergegeven hoe die stoffen zich door Nederland bewegen:


In dit bericht ga ik niet in op wat er Nederland binnenwaait of -spoelt bij de grens of wat er uitwaait of -spoelt: alleen de fluxen in Nederland bekijk ik. Van deposities hebben we weinig data. Dat laatste is geen groot probleem omdat zowel NOx als NH3 maar kort in de lucht blijven en niet ver van de bron neerslaat. Dat laten de concentratiekaartjes verderop in het bericht ook zien.

Het CBS geeft netjes de bronnen weer die NOx en NH3 emitteren in de lucht. De cijfer zijn van 1990 t/m 2017, ik heb ze in grafiekjes gezet:

Data: CBS

Voor NOx is de belangrijkste bron het verkeer, gevolgd door de industrie. Dat is logisch want NOx wordt gevormd bij verbrandingsprocessen waarbij vanwege hoge temperaturen de N2 (stikstof) in de lucht een verbinding aangaat met O2  (zuurstof) in de lucht. Het is dus geen verbinding die uit fossiele brandstoffen ontstaat. Uitzondering is het Nederlandse aardgas dat enig stikstof bevat. De NOx uitstoot door de landbouw is laag.

Opvallend is dat de emissie van NOX vanaf 1990 dalende is en nog steeds daalt. De totale emissie sinds 1990 is met ruim 60% gedaald. Met name de daling bij de twee belangrijkste bronnen, verkeer en industrie, is daar debet aan. De uitstoot door landbouw en consumenten daalde licht.

Data; CBS

Als we naar de grafiek van NH3 emissies kijken dan is er eigenlijk maar 1 bron, namelijk de landbouw. De overige bronnen hebben een in verhouding zeer lage uitstoot. Ook hier zien we een daling van emissies vanaf 1990, met bijna 63%, Die daling komt (logisch) vrijwel helemaal voor rekening van de landbouw. Wel opvallend is dat de daling van de NH3 uitstoot in de landbouw langzaam afvlakt en na 2012 zelf weer licht toeneemt.

Bekijken we de kaartjes van de concentraties in de lucht van beide stoffen dan ziet dat er zo uit:


De cijfers zijn van 2012. Bedenk dat deze cijfers in 2017 ongeveer 10% lager zijn dan weergegeven, doordat de daling van de NOx-uitstoot ook in de laatste jaren doorgegaan is. Heel duidelijk is aan het ruimtelijk patroon van de hoogste NOx-concentraties te zien dat die correleert met de belangrijkste bronnen van NOx, namelijk verkeer en industrie (incl. raffinaderijen). Hoe meer verkeer en industrie, des te hoger de NOx concentratie. Dat heeft te maken met de korte verblijftijd van NOx in de lucht: het slaat dicht bij de bron al neer, in droge of natte (neerslag) vorm.

Bron: CLO

Die korte verblijftijd gaat ook op voor NH3, ammoniak. De concentratiekaart geeft zeer duidelijk weer waar de intensieve veehouderij in ons land gesitueerd is. De aangegeven gemiddelde jaarlijkse concentraties uitgedrukt in µg/m3 lucht zijn voor ammoniak lager dan op het NOx kaartje. Bedenk echter dat de gemiddelde NOx molecuul ongeveer 2x zo zwaar is als een NH3 molecuul, omdat O een veel grotere atoommassa heeft dan H. Zou je daar rekening mee houden en zouden beide kaartjes slechts de concentraties aan N weergeven van beide verbindingen dan worden de waardes van het NOx kaartje ongeveer gehalveerd, of als u wilt de waarden op het NH3 kaartje verdubbeld. Dan komen de waarden van beide kaartjes dus dichter bij elkaar te liggen.

Mijn vraag was nu: zijn de waarden voor NOx en NH3 hoog te noemen of niet? Ik ga die niet vergelijken met grenswaarden die door de politiek in Nederland en Europa zijn vastgesteld, maar kijk naar Nederland ten opzichte van de rest van Europa. Voor NOx ziet dat er als volgt uit:

Bron: Sentinel

Het is een satellietbeeld van Copernicus-Sentinel satelliet van 16 mei 2019. Weergegeven wordt de NO2 concentraties boven Europa. We komen er wat dat betreft niet goed vanaf zoals u ziet. De NO2 concentratie matcht met de dichtbevolkte, geïndustrialiseerde gebieden  in Europa. Nederland is onderdeel van de Noordwest Europese Kernregio die loopt van de metropool London tot in Zuid-Duitsland. Verder valt de Povlakte in Noord-Italië op.

Bron: Van der Graaf et al

Het kaartje hierboven geeft de gemiddelde concentratie aan NH3 weer boven Europa in 2013-2014.  Het kaartje is op basis van satellietdata van de IASA-A satelliet.  Een deel van Nederland, West-Bretagne en de Povlakte vallen op door hoge concentratiecijfers NH3.

Op het kaartje hieronder is de depositie (neerslag in droge en natte vorm) weergegeven  in kg N per ha in 2009 in Europa. Afgezien van een paar zeer kleine andere bronnen is die stikstof afkomstig van NOx en NH3. Het kaartje is de uitkomst van een model, grootschalige metingen van deposities zijn helaas niet voorhanden.

Bron: Louis Bolk Institute

Conclusies: De cijfers en de kaartjes geven goed weer dat Nederland relatief zeer hoge stikstofwaarden heeft voor wat betreft concentraties en deposities. Voor NOx zijn de belangrijkste bronnen het verkeer en de industrie, voor NH3 de landbouw. Hoopvol is dat de NOx waarden van verkeer en industrie nog steeds een dalende tendens vertonen. Dat kan niet gezegd worden van de NH3 emissies van de landbouw, waar de daling al een aantal jaren stagneert.