Op de een of andere manier blijven sommige stikstofonderzoeken steeds opnieuw opduiken. Zo las ik dat de onderbouwing van het nieuwe strokenbeleid van de provincie Gelderland zwaar leunt op het onderzoeksrapport “Nitrogen deposition around dairy farms”.
Even ter toelichting. Strokenbeleid? De provincie vertelt er dit over op haar website:
“In en rond kwetsbare natuur in 4 gebieden in Gelderland werken we aan minder stikstofuitstoot. Dit draagt bij aan natuurherstel, zodat we steeds meer vergunningen kunnen verlenen. En bestaande vergunningen overeind houden door intrekkingsverzoeken te kunnen weigeren. Zo halen we Gelderland stap voor stap van het slot.
Op veel plekken in Gelderland is de hoeveelheid stikstof die op kwetsbare en stikstofgevoelige natuur terechtkomt te hoog. Daardoor staat de natuur onder druk; de bodem verzuurt en de biodiversiteit neemt af. Zolang de stikstofuitstoot niet voldoende afneemt en de natuur niet herstelt, kunnen er bijna geen nieuwe vergunningen worden verleend. Onderzoek laat zien, dat maatregelen dicht bij stikstofgevoelige natuur het meeste effect hebben op natuurherstel. Daarom komen er, naast een versnelling van natuurherstelmaatregelen, strengere regels voor stikstofuitstoot in 4 natuurgebieden en in de directe omgeving daarvan: de stikstofreductiegebieden.”
Het onderzoek waarnaar in dit stukje wordt verwezen komt dus uit de koker van de Universiteit van Amsterdam. Ik heb er in 2023 al twee stukjes aan gewijd, maar het is goed om nog even de hoofdlijnen van dit onderzoek te laten samenvatten door Gemini:
“De provincie Gelderland heeft zones van maximaal 500 meter rondom kwetsbare Natura 2000-gebieden (zoals de Veluwe en de Landgoederen Brummen) aangewezen. In deze zones — de zogenoemde stikstofstroken — moet de uitstoot de komende jaren drastisch omlaag om natuurherstel te stimuleren en de vergunningverlening vlot te trekken.
De UvA-studie vormt een belangrijk argument in het debat over de effectiviteit en onderbouwing van exact deze zonebreedte:
- De 9% tot 10%-regel: Het onderzoek toonde via metingen aan dat slechts 9% tot 10% van de ammoniakuitstoot van een melkveebedrijf daadwerkelijk neerslaat (deponeert) in de directe omgeving binnen een straal van 500 meter rondom de boerderij.
- Hogere luchtlagen: De overige 90% van de uitgestoten stikstof stijgt op naar hogere luchtlagen en verspreidt zich over grotere afstanden (elders in het land of buitenland).”
Nu was ik, achteraf gezien, niet de enige die kritiek had op het rapport. De op deze webpagina regelmatig terugkerende Wouter van Heij had ook stevige kritiek. In eerste instantie op de wijze waarop de emissie werd berekend en later vanwege het gegeven dat in dit onderzoek niet alleen met stalemissies is gerekend, maar ook met een emissie bij het uitrijden van mest en bij de inzet van kunstmest. Wat ik dus weer vreemd vind, maar dit even terzijde.
Daarnaast bleken ook een tweetal prominente WUR-onderzoekers hun pijlen op dit onderzoek te hebben gericht, wat me destijds volledig was ontgaan. In deze blog wil ik het daar toch nog even over hebben.
Op Nature Today (een website verzorgd door de Wageningse Universiteit) verscheen dus op 5 oktober 2023 een stevige kritiek van de onderzoeker Gerard Ros en stikstofprofessor Wim de Vries. In dit artikel leggen de onderzoekers uit dat de opschudding die dit onderzoek had veroorzaakt volledig onterecht is en dat de metingen (net zoals de Uva onderzoekers zelf overigens ook hadden beklemtoond) volledig in lijn waren met de RIVM modelberekeningen die ook worden gebruikt in het landelijke stikstofbeleid.
Ros en De Vries halen aan dat ook de berekeningen van het RIVM laten zien dat 5 procent van de uitgestoten ammoniak binnen 500 meter wordt gedeponeerd en dat is dus heel vergelijkbaar met dat wat de UvA studie laat zien (9%, toch een factor 2 hoger):
“De resterende 90 tot 95 procent verspreidt zich over honderden (ammoniak) tot duizenden (stikstofoxiden) kilometers (Figuur 2). Op 100 kilometer van de bron is ongeveer 55 procent van de ammoniak neergeslagen tegen ongeveer 20 procent van de stikstofoxiden.”
Ros en De Vries concluderen:
“De hoogste depositie per hectare vindt dus plaats nabij de bron (deze depositie is meetbaar), maar het grootste deel van de emissie slaat op grotere afstand neer (deze depositie is niet meetbaar). Dit betekent ook dat het op afstanden groter dan 500 meter niet mogelijk is om de bijdrage van een individueel bedrijf vast te stellen ten opzichte van de ‘stikstofdeken’ die het gevolg is van een veelvoud aan agrarische en industriële bronnen uit zowel Nederland als het buitenland.”
We hebben een consensus; 90- tot 95 procent van de ammoniakemissie verdwijnt in de hogere luchtlagen, waardoor we eigenlijk niets meer kunnen meten. En iedere kritiek op de RIVM-modellen bij voorbaat de wind uit de zeilen wordt genomen. Maar is dat ook zo?
TNO en het KNMI
Probleem van een studie naar ammoniak is dat er erg veel verschillende specialismen bij komen kijken. Het gaat dan over chemische omzettingen, microbiologie, kennis van atmosferische processen, meetmethodieken, de werking van verspreidingsmodellen, etc. etc.
En helaas zijn er geen vakbladen die kennis bundelen, zodat u het met websites als deze zult moeten doen, die dus ook wel eens relevante artikelen missen, zoals de bovenstaande van Ros en De Vries uit 2023.
Omgekeerd gebeurt dit helaas blijkbaar ook en heeft een studie van het TNO: “Het gedrag van Stikstofverbindingen in de atmosfeer; Emissie, verspreiding, chemische omzetting en Depositie” uit april 2024 helaas niet het bereik gehad waardoor de onderzoekers van het Uva, RIVM, WUR en Wouter de Heij hiervan ook hadden kunnen profiteren.
Want helaas blijkt uit dit onderzoek zonneklaar dat er wel het een en ander valt te meten aan het gedrag van ammoniak in de atmosfeer en daarnaast dat de eendrachtig gepresenteerde hypothese dat 90-95% van de ammoniak in de ”hogere luchtlagen” verdwijnt, klinkklare onzin is.
Uiteraard sluit het vrij nauw aan bij eerdere blogs over dit onderwerp, maar misschien dat mijn teksten uit de mond van het TNO, en metingen van het KNMI meer gewicht in de schaal brengen dan beweringen op mijn website.
Het vereist echter wel enig basaal inzicht in de natuurkunde van de atmosfeer, waarmee ik dan ook het TNO-overzicht wil beginnen:
“Vanaf de bron verspreiden stikstofverbindingen in de vorm van pluimen door de atmosfeer. Om de initiële verspreiding van luchtvervuiling te beoordelen is het daarom nodig om pluimen in kaart te brengen met metingen en modelberekeningen. De manier waarop pluimen zich verspreiden wordt bepaald door de emissiehoogte en door de meteorologische omstandigheden van de atmosferische laag waarin zij zich bevinden. Pluimen worden, afhankelijk van de hoogte van hun bron, in of boven de atmosferische menglaag geëmitteerd. Het grootste deel van de emissie vindt plaats in de menglaag. Alleen pluimen die zich binnen de menglaag bevinden, kunnen op korte afstand van de bron tot depositie leiden, afhankelijk van meteorologische omstandigheden. Pluimen boven de menglaag zullen normaliter ver weg worden getransporteerd. Het is daarom noodzakelijk kennis te hebben van de menglaag, de verspreiding van pluimen, en de bronkarakteristieken.
(…)
Het principe van de menglaag is het makkelijkst uit te leggen door naar een typische 24-uurs cyclus te kijken, zoals geïllustreerd in Figuur 9. In de nacht is de menglaag normaliter laag. Na zonsopkomst warmt het oppervlak steeds meer op door de straling van de zon. Door het op-warmen van het oppervlak, verwarmt ook de lucht daarboven. De warmere lucht begint te stijgen, dit veroorzaakt turbulentie. Doordat de intensiteit van het zonlicht toeneemt wordt dit proces steeds sterker en begint de menglaag geleidelijk te groeien in de hoogte. Ook trekt de wind aan. Rond het middaguur bereikt de straling van de zon de hoogste intensiteit. De op-warming van het aardoppervlak is dan maximaal. Toch stijgen zowel de hoogte van de menglaag en de temperatuur nog langzaam door tot 16:00 uur. De menglaag bereikt dan een maximale hoogte. Afhankelijk van omstandigheden is deze 500 tot 1500 meter diep. Aan de top van de menglaag begint de temperatuur met de hoogte te stijgen, waardoor hier door-heen geen turbulente menging plaatsvindt. Het is als het ware een deksel. Met het dalen van de zon neemt de intensiteit van het zonlicht af, en op een gegeven moment geeft het opper-vlak meer energie af dan het ontvangt. Daarmee begint de bodem af te koelen, gevolgd door de lucht erboven. Er ontstaat aan het begin van de avond dicht bij de grond een stabiele situ-atie met koude lucht onder en warmere lucht erboven, waardoor ook de turbulentie is gestopt. Ook de horizontale windsnelheid neemt af. De hoogte van de menglaag daalt zodanig snel, dat gesproken wordt van het instorten van de menglaag. Het afkoelen gaat de hele nacht door, vooral bij helder weer. De menglaag is in de nacht typisch 50 tot 300 meter hoog. Er ontstaat door het instorten van de menglaag ook een restlaag tussen de nachtelijke menglaag en de top van de menglaag overdag. Bij het groeien van de menglaag de volgende dag kan de verontreiniging die hierin gevangen zit weer in de menglaag opgenomen worden. (…)
Om de rol van de menglaag verder te illustreren laten we de resultaten van een meetcampagne op de meettoren van Cabauw zien, waarbij gedurende een zomer de ammoniakconcentraties op 20 en op 160 meter hoogte zijn gemeten.
In Figuur 15 wordt de gemiddelde dagelijkse gang in de ammoniakconcentratie getoond. De rol van de menglaag is duidelijk te herkennen in het verschil tussen de metingen op de twee hoogten. Overdag is de menglaag het diepst. De hele toren staat dan in de menglaag en de concentraties op beide hoogtes zijn vrijwel gelijk. Aan het begin van de avond stort de menglaag in en raken de luchtlagen op de twee meethoogten ontkoppeld. De continue emissies aan de grond laten de concentraties op 20 m stijgen. Deze geraken niet op 160 m hoogte, waardoor een groot concentratieverschil ontstaat. Wanneer na zonsopkomst de menglaag weer dieper wordt, komen de gemeten concentraties weer bij elkaar wanneer de hele toren zich weer in de menglaag bevindt.”
Dit beeld wordt ook nog bevestigd door metingen in een vliegtuig in Colorado (2017) waarnaar het TNO-rapport verwijst:
“Recent zijn er ook vliegtuigmetingen uitgevoerd in de Verenigde Staten, die het beeld van de verspreiding van ammoniak in de menglaag tonen. In Figuur 14 zijn de gemeten ammoniak-concentraties gedurende een aantal vluchten weergegeven als functie van de vlieghoogte.
Aangezien de vlieghoogte werd gevarieerd heeft elke punt in de figuur dus een unieke locatie. De gemeten NH3-concentraties uitgezet op de x-as tonen uitslagen van tientallen µg/m3 wan-neer het vliegtuig door pluimen vloog.
De achtergrondconcentratie was gedurende de 28 vluchten maar enkele µg/m3. De hoogte van menglaag is aangegeven met een grijze stippellijn. Deze meetgegevens illustreren dus ook dat ammoniak voornamelijk in de menglaag te vinden is. De concentraties boven de menglaag zijn zeer laag.
We mogen dus concluderen dat de vanuit een landbouwbedrijf geëmitteerde ammoniak “gevangen” zit in de menglaag, waardoor er dus geen sprake is van een opstijgen van ammoniak naar de “hogere luchtlagen”, waarin volgens alle hierboven aangehaalde onderzoekers van UvA, WUR en RIVM zo’n 90-95% van de ammoniak zou verdwijnen.
Alleen is er dan de vraag: door welk mysterieus proces verdwijnt de ammoniak dan wel? Waar gaat die enorme hoeveelheid ammoniak vanuit de agrarische sector naar toe? Geven Ros en De Vries misschien een aanzet voor een wat beter begrip?
Nogmaals: Schiermonnikoog
In een eerdere blog heb ik al wat langer stilgestaan bij de controverse die is ontstaan door het ‘Schiermonnikoog-experiment”, waarbij Wouter de Heij samen met ‘de andere stikstofprofessor’ Jan-Willem Erisman, geen overeenstemming over oorzaken wist te bereiken. Ook Ros en De Vries komen op de situatie in Schiermonnikoog terug, om wat mij betreft te filosoferen over hoe wat krom is, toch recht gepraat kan worden.
Dat gaat op deze manier:
“Op Schiermonnikoog verlaagden melkveehouders het aantal dieren met circa 40 procent om de uitstoot te beperken. Desondanks nam de ammoniakconcentratie in zes meetpunten op het eiland toe met 10 procent. Dat lijkt heel tegenstrijdig, maar is goed te verklaren en laat zien dat lokale maatregelen maar beperkt bijdragen aan depositiereducties in de directe omgeving. [De in deze blog ook opgenomen] Figuur 2 liet al zien dat ammoniak en stikstofoxiden zich over honderden kilometers van een emissiebron verspreiden.
Ook op Schiermonnikoog komt het grootste deel van de stikstof van buiten het eiland, waardoor zelfs een substantiële daling van de lokale emissie maar een beperkt effect heeft op de totale depositie van stikstof op het eiland. Voor ammoniak is de externe bijdrage ruim 50 procent; voor stikstofoxiden is dat waarschijnlijk nog veel meer, aangezien er vrijwel geen verkeer is op Schiermonnikoog. Verder betekent een veestapelreductie van 40 procent nog niet automatisch dat de emissie met 40 procent daalt.
Schattingen met een verspreidingsmodel in combinatie met metingen van ammoniak in de lucht wijzen op een emissiereductie van ongeveer 25 procent. Daarbij kan onder andere een hoger kunstmestgebruik een rol hebben gespeeld.
Een directe relatie leggen tussen aantal dieren en ammoniakconcentraties in de lucht is daarnaast lastig omdat deze concentraties ook door andere factoren worden beïnvloed, zoals de temperatuur, de overheersende windrichting en de emissieveranderingen in de rest van Nederland en in het buitenland. Zo heb je meer ammoniakuitstoot als je mest uitrijdt bij hogere temperaturen en 2022, het jaar na de veestapel reductie was een warmer jaar dan het jaar ervoor.”
We zijn hier dus bij exact dezelfde problematiek die ik ook in deze blog al besprak. Hoe kan de ammoniakconcentratie zo variabel zijn, terwijl de lokale bronnen blijkbaar zo weinig invloed hebben?
Ros en De Vries kiezen voor een wel zeer bijzondere verklaring:
“Tenslotte betekent de hogere ammoniakconcentratie in de lucht niet dat de depositie van stikstof op de natuur ook groter is geworden. Uit analyse van diverse meetseries blijkt dat de lagere uitstoot van ammoniak van de afgelopen jaren, met name sinds 2005 niet terug te zien is in de ammoniakconcentraties in de lucht.
Dit komt mede doordat ammoniak in de lucht reageert met zwavel- en stikstofdioxiden waarbij fijnstof gevormd wordt. Omdat door succesvolle maatregelen om de luchtkwaliteit te verbeteren de concentratie van zwavel- en stikstofdioxiden gedaald is, wordt er minder ammoniak omgezet tot fijnstof. De stikstof blijft dan als gas in de lucht en wordt niet gedeponeerd. Er is dus geen lineaire relatie tussen emissie, concentratie en depositie.
Dit alles betekent dat de externe toevoer van stikstof in een regio, ook op een eiland, dermate hoog is dat lokaal beleid niet direct zichtbaar is in gemeten ammoniakconcentraties.”
Volgens Ros en De Vries is er dus gewoon geen relatie tussen depositie en concentratie. Vreemd want volgens mij wordt het losstaan van depositie en concentratie hier ‘verklaard’ door het gegeven dat de (reductie van de) emissie van ammoniak niet terug te veinden is in de concentratie. Daarnaast ga ik er vanuit dat de depositie van ammoniak (zoals gewoonlijk) is bepaald aan de hand van het OPS-model en is er dus een relatie tussen emissie en depositie, die dus blijkbaar niet kan worden teruggevonden in de concentratie van ammoniak.
Maar dan is dit citaat uit het bovengenoemde onderzoek uit 2018 ook wel relevant in dit kader:
“Om een landsdekkend beeld te verkrijgen van de totale depositie van ammoniak en ammonium, de som van de droge en natte depositie, zijn modelberekeningen uitgevoerd met het OPS-model. De berekende droge en natte depositie van ammoniak en ammonium zijn geschaald aan de metingen uit het LML en MAN: de droge depositie met de ammoniakconcentratie in de lucht en de natte depositie met de metingen van ammonium in neerslag.”
Hoezo is een hogere concentratie niet gerelateerd aan een hogere depositie? En waarom wordt er zelfs niet een poging gedaan om alle ‘verklaringen’ hier ook maar enigszins te kwantificeren?
Hier valt dus te lezen dat stikstofdepositie een kwestie is van het neervallen van door chemische reacties gevormd fijnstof. Er zouden inmiddels onvoldoende zwavel- en stikstofoxiden in de lucht aanwezig zijn om voldoende ammoniak te binden.
Nu is eigenlijk best wel bekend hoeveel fijnstof neerslaat als gevolg van zwaartekracht. In dit artikel, mede van de hand van Wim de Vries, uit 2018, is de droge depositie van ammoniak ongeveer 5% van de droge ammoniak-depositie.
Niet echt heel veel dus. Zeker niet voldoende om de ammoniakemissie niet langer te relateren aan ammoniak concentratie.
Maar het kan vreemd genoeg ook omgekeerd worden uitgelegd. In de stikstofmonitor 2026 van het RIVM is te lezen:
“Doordat er steeds minder zwavel- en stikstofdioxide in de lucht is, blijft er meer ammoniak in de lucht over, die vervolgens sneller neerslaat dan de ammoniakzouten (RIVM, 2018). Hierdoor kan dus de concentratie en depositie van ammoniak toenemen, terwijl de uitstoot gelijk blijft (Figuur 5.5). Daarnaast speelt mee dat de ammoniakemissies, en daarmee de concentraties, direct worden beïnvloed door het weer. Bij droog en zonnig weer verdampt er meer ammoniak uit de mest. Hiermee wordt rekening gehouden in de modellering in OPS.”
Tsja, zegt u het maar. Volgt u het nog?
Sprookjes
Mysteries en sprookjes zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden.
Datgene wat het ammoniak-mysterie onoplosbaar maakt, is de vaste veronderstelling van het RIVM/ WUR/ UvA/ Wouter de Heij dat 90-95% van de ammoniak verdwijnt naar de hogere luchtlagen om daar deel uit te maken van ‘de stikstofdeken’ die Nederland zo in zijn greep houdt.
De met veel rekenwerk en onjuiste vooronderstellingen opgestelde figuur 2 van het RIVM, waarin verspreiding van ammoniak over honderden kilometers wordt weergegeven, is eigenlijk het sprookje, wat het stikstofmysterie in stand houdt.
Het eigenlijke probleem is echter; hoe is het mogelijk dat zeer hoge concentraties ammoniak binnen 500 meter van de bron binnen de mengzone, waarin de ammoniak gevangen zit, worden afgebroken?
Daar is in de literatuur natuurlijk wel het nodige over te vinden. Allereerst is er natuurlijk de afbraak door verbinding met NOx-verbindingen. Deze reageren met het ozon van de buitenlucht en vormen uiteindelijk het reactieve salpeterzuur wat onmiddellijk een reactie aangaat met ammoniak.
Daarnaast wordt steeds meer duidelijk (zoals hierboven ook al aangegeven) dat de weersomstandigheden een belangrijke invloed hebben. Anders dan de stikstofonderzoekers menen, denk ik dan niet dat zonnestraling, maar de vorming van wolken in de menglaag hier de grootste invloed heeft. Binnen deze wolkenlaag ontstaan namelijk grote hoeveelheden koolzuur, waarmee ammoniak ook een binding kan aangaan door de vorming van (het basische) ammoniumcarbonaat en -bicarbonaat.
Het is natuurlijk best mogelijk dat er ook nog meer en onbekende afbraakmechanismen ontstaan, maar feit blijft dat de ammoniak wordt afgebroken en niet naar de hogere luchtlagen wordt afgevoerd.
Een wat groter raadsel is dan wel; hoe is dan het mogelijk dat, wanneer ammoniak inderdaad zo snel door de atmosferische processen in de menglaag kan worden afgebroken, er dan toch steeds een resthoeveelheid ammoniak blijft bestaan, die we de achtergrondconcentratie noemen?
Op deze webpagina heb ik al uiteengezet hoe dit verklaard kan worden. In het kort:
Dat is dus heel erg afhankelijk van de mate van stikstofbelasting van het grondwater in de wortelzone. Nitraat wordt in de plant omgezet in ammoniak, maar tegelijkertijd is dit een voor de plant toxische stof wanneer er te veel van wordt aangemaakt. De plant moet er dus voor zorgen dat de overtollige ammoniak via de bladeren zo snel mogelijk naar de buitenlucht wordt getransporteerd. En dan gaat het over grote hoeveelheden.
De achtergrond concentratie (de stikstofdeken) is dan ook daar het dikst, waar er het meeste nitraat in de wortelzone is te vinden (zandgronden) en deze achtergrondconcentratie is inderdaad nauwelijks gevoelig voor het gegeven of er plaatselijk al dan niet (heel veel) dieren worden gehouden. Ook geeft dit een prima verklaring voor het feit dat de achtergrondconcentratie gedurende de winterperiode lager is dan in de zomer.
Voor nadere bijzonderheden en om niet al te zeer in herhalingen te vervallen wil ik u dan ook graag verwijzen naar deze webpagina (onder: “de oplossing van het raadsel?”).
