Je zou bijna vergeten dat de twee stikstof-profesoren in Nederland (het zijn er dus maar 2) ook maar specialisten zijn op een klein deel van wat we natuurbescherming zullen noemen.
Deze specialisten leunen zwaar op het werk van andere specialisten, zoals daar zijn de onderzoekers van de atmosfeer, water- en bodemspecialisten, monsternemers, fora- en faunadeskundigen, klimaatdeskundigen, gezondheidsspecialisten, etc.
Zo kan het dus zijn dat de stikstofspecialisten zich beroepen op feiten en gegevens, die in de betreffende vakspecialisatie zelf allang niet meer worden onderschreven, of dat –iewat risicovol- over vakgebieden wordt geschreven waarover de kennis volstrekt niet (meer) toereikend of up-to-date is.
Een mooi voorbeeld hiervan is het gebruik van statistische methoden in de klimaatwetenschap, waarvan aantoonbaar is dat onhoudbare conclusies worden getrokken op basis van onvoldoende kennis van een vakgebied, met funeste gevolgen voor de wetenschap zelf (hockeystick controverse, zie link).
Maar hoe zit dat dan bij ons stikstofprobleem? Het basis-probleem is dus, kort samengevat, dat onze achtergrond stikstofdepositie op de meeste natuurgebieden hoger is dan de Kritische Depositie Waarde (KDW, zie deel I).
Volgens de definitie van Waremlink et al in het rapport: “Overzicht van kritische depositiewaarden voor stikstof, toegepast op habitattypen en leefgebieden van Natura 2000: Herziening 2023” kan de KDW als volgt worden gedefinieerd:
“de grens waarboven het risico bestaat dat de kwaliteit van het habitat significant wordt aangetast als gevolg van de verzurende en/of vermestende invloed van atmosferische stikstofdepositie.”
Als dat zo is dan kan de kwaliteit van zo’n natuurgebied niet langer worden gewaarborgd, wat vooral een probleem geeft bij de Natura2000-gebieden, want achteruitgang in kwaliteit in deze gebieden, dat mag niet van Europa.
Er zijn dus blijkbaar twee problemen die worden veroorzaakt door reactieve stikstofverbindingen: vermesting en verzuring.
Vermesting
De meeste vegetatiekundige onderzoeken naar de effecten van stikstof vonden plaats ten tijde van de ‘zure regen-crisis’, in de jaren tachtig van de vorige eeuw. De vegetatie-deskundigen van die tijd sloten aan bij het ‘Waldsterben-alarm’ wat was afgegaan in Duitsland en men begon met proefnemingen waaruit maar al te duidelijk bleek dat de luchtverontreiniging verantwoordelijk was voor de teloorgang van de Nederlandse natuur.
Toen de hypothese dat zure regen zorgde voor het afsterven van de bossen (en andere ‘Voor verzuring gevoelige’ natuur), internationaal gezien niet langer houdbaar was (zie link), werd toch, onder leiding van de commissie Long-range Transboundary Air Pollution (LRTAP), onderdeel van de United Nations Economic Commission for Europe, besloten om een nader onderzoek uit te voeren naar een update voor kritische depositiewaarden. Een update van een studie naar de gevoeligheid van vegetatie voor ‘zure regen’, maar nu voor alleen stikstof.
Dit dus naar aanleiding van een hypothese, die op dat moment al bijna door niemand meer werd ondersteund. De onderzoeken die in dat kader werden uitgevoerd vormen echter nog steeds de basis voor de leerstof over de stikstof-problematiek.
Maar is die kennis nog wel up-to-date?
Enige jaren geleden is er de reeks ‘Vegetatiekundige Mongrafieën’ verschenen die tot stand kwam in nauwe samenwerking tussen de Radboud Universiteit Nijmegen en de Wageningen Universiteit. De studies werden begeleid door de belangrijkste coryfeeën op vegetatiekundig gebied die Nederland op dit moment rijk is, Joop Schaminée en Eddy Weeda.
In het tweede deel van deze Monografieën (2009) verscheen onder meer het artikel over de waarde van halfnatuurlijke plantengemeenschappen voor de Nederlandse biodiversiteit.
Hierin wordt het standpunt verdedigd dat de waarde én de biodiversiteit van een groot deel van de plantengemeenschappen in Nederland voor hun bestaan afhankelijk zijn van menselijk beheer (en dus níet van de mate van zure en vermestende depositie) en daar zijn best wel overtuigende argumenten voor te vinden in dit artikel:
“Van de 259 soorten die kenmerkend zijn voor halfnatuurlijke en cultuurlijke begroeiingen, zijn 33 soorten opgenomen van de “Rode lijst”. Daar tegenover staan slechts twee soorten uit de 154 soorten tellende groep die gebonden is aan natuurlijke situaties. Hieruit blijkt eens te meer de waarde van door mensen beïnvloede begroeiingen voor de biodiversiteit in ons land (…)
Naast de grote verscheidenheid aan biotopen blijken de halfnatuurlijke gemeenschappen als zodanig erg soortenrijk te zijn. Zo worden in de gematigde delen van Europa de soortenrijkste systemen gevonden in de halfnatuurlijke graslanden, waarvan de Witte Karpaten in Tsjechië vermoedelijk de spectaculairste voorkomen. In deze graslanden, worden tot 57 soorten per vierkante meter aangetroffen.
Een hoge soortenrijkdom wordt ook dikwijls in verband gebracht met een matige verstoring, waarbij verstoring verstaan moet worden als een ingreep waarbij de vegetatie geheel of gedeeltelijk wordt verwijderd. Volgens deze theorie (…) leidt een sterke verstoring tot een dermate hoge dynamiek dat daaraan maar weinig soorten zijn aangepast, terwijl bij een zeer geringe verstoring zich maar één of slechts enkele soorten zich breed kunnen maken. In beide gevallen is de diversiteit relatief laag. De hoogste soortenaantallen worden in de intermediare situatie gevonden, met matige verstoring (zie afbeelding).”
Dit alles komt overigens prima overeen met mijn eerdere blog waarin ik aandacht heb gevraagd voor de Duitse aanpak van hooilandschappen: “Gesunde Landschaften durch artenreiche Mähwiesen”(Vahle, 2015).
Het voert te ver om in deze blog al te diep in te gaan op de “Intermediate Disturbance Hypothesis”. Hiervoor bieden Wikipedia (link) of Youtube (link, link en link) een veel toegankelijker ingang.
Maar uit deze artikelen en YouTube filmpjes zou je dus simpelweg kunnen concluderen dat bemesting op zichzelf eigenlijk helemaal niet zo’n groot probleem kan zijn voor onze natuurlijke/ halfnatuurlijke ecosystemen, maar dat dit wel moet worden begeleid door menselijk beheer wat hierop is afgestemd (zoals ons historische beheer van deze natuurgebieden).
Verzuring
Maar hoe zit dat dan precies met de verzuring? Het onderwerp blijft terugkomen en ondanks het feit dat er internationaal geen enkele interesse meer bestaat voor deze problematiek; in Nederland blijft het een groot thema.
Over de internationale discussie ten aanzien van de historische zure regen-problematiek (zie o.a. link) en ook de meer recente problemen (zie o.a. link) ben ik al eerder uitgebreid ingegaan.
Maar hoe zit het dan met het scheikundige proces van verzuring; dat is toch niet te ontkennen? Het verdient in ieder geval een nader onderzoek.
Voor de stikstof-scheikunde, zoals dat in Nederland wordt onderwezen, is er waarschijnlijk geen betere gids dan professor W. de Vries zelf, in diens Alterra-publicatie: “Verzuring: oorzaken, effecten, kritische belastingen en monitoring van de gevolgen van ingezet beleid” (2008).
In zijn publicatie gaat hij in op diverse soorten van verzuring:
1) Natuurlijke verzuring die optreedt door de dissociatie van het in de atmosfeer aanwezige kooldioxide naar koolzuur en volgens naar bicarbonbaat en zuur:
CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3–
2) Verzuring door bosgroei en afvoer van hout
Deze variant wordt helaas niet nader toegelicht.
3) Verzuring door depositie
Volgens De Vries heeft zure depositie geleid tot een sterke toename van de verzuring door een verstoring van de zwavel en stikstofkringloop.
“De uitstoot van NO, en SO, leidt veelal direct in de atmosfeer al tot verzuring via oplossing van gassen in regenwater volgens:
2NO2 + ½ O2 + H2O => 2HNO3 => 2H+ + NO3
SO2 + ½ O2 + H2O => H2SO4 <=> 2H+ + SO42-
Wanneer het gevormde nitraat of sulfaat wordt opgenomen wordt het verzurende effect van NO2 en SO2 teniet gedaan, omdat nitraat- en sulfaatopname ontzurend is (dit gaat gepaard met OH- vorming).
In geval van ammoniak is er sprake van een indirecte verzuring die pas optreedt als in de bodem nitrificatie optreedt (omzetting van NH, naar NO3) en het gevormd nitraat uitspoelt. In de lucht leidt ammoniak namelijk tot ontzuring als gevolg van de vorming van NH4, wat veelal associeert met sulfaat (neutralisatie van het gevormde zwavelzuur) volgens:
NH3 + H2O => NH4+ + OH–
2NH3 + H2SO4 => 2 NH4+ + SO42-
Nitrificatie van het gevormde NH4 in de bodem tot nitraat levert echter 2 maal zo veel zuur op als de vorming van NH3, uit ammoniak volgens:
NH4+ + 202 → NO2 + H2O + 2H+
en dus geldt:
NH3 +202→ NO3– + H2O + H+
Samenvattend kan worden gesteld dat er pas sprake is van verzuring wanneer de ammoniuminvoer groter is dan de ammoniumafvoer en wanneer de nitraat en sulfaatinvoer kleiner is dan de nitraat en sulfaatafvoer. Op basis van een aanvoer-afvoer balans van SO4, NO3 en NH4 kan derhalve de bodemverzuring als gevolg van zure depositie worden gekwantificeerd in bossen (De Vries & Breeuwsma, 1984, 1985). De potentiële verzuring door atmosferische depositie kan eenvoudig worden geschat op basis van de totale zwavel en stikstofdepositie gecorrigeerd voor de depositie aan basische kationen.”
Simpel genoeg, zou je zeggen. Maar we zijn nu al een paar jaar verder en komen dan uit bij het TNO, dat onlangs een studie (2024) heeft gedaan naar het gedrag van stikstofverbindingen in de lucht. Het is allemaal toch weer wat lastiger als gedacht. TNO meldt bijvoorbeeld over de meest simpele stikstofverbinding, ammoniak, het volgende:
“Emissies van ammoniak (NH3) komen voornamelijk voort uit de veehouderij en komen vrij uit stallen, de mestopslag, en bij het uitrijden of verspreiden van mest en kunstmest op akkers en grasland. Ammoniak is de belangrijkste base in de atmosfeer en is goed wateroplosbaar. Opgelost in (regen)water vormt het ammonium (NH4+ ). Ammonium wordt ook gevormd wanneer ammoniak reageert met zuren tot fijnstof. (…)
De chemische omzetting die relevant is voor ammoniak (NH3) is de vorming van ammonium in fijnstof. NH3 is de belangrijkste base in de atmosfeer. Wanneer een base in contact komt met een zuur, vormen deze samen een zout. NH3 als base reageert in atmosferische context voornamelijk met zwavelzuur (H2SO4) en salpeterzuur (HNO3). Hierbij worden twee verschillende ammoniumzouten in fijnstof gevormd, respectievelijk ammoniumsulfaat en ammoniumnitraat. Deze reacties verwijderen dus ammoniak uit de gasfase. De gevormde ammoniumzouten verspreiden zich verder als onderdeel van fijnstof door de atmosfeer en worden ook als zodanig verwijderd.”
Eigenlijk is er dus niet zo heel veel veranderd. Toch is de identificatie van de ammoniumzouten als onderdeel van fijnstof wel de moeite waard aangezien is gebleken dat de hoeveelheid stikstof, die gebonden aan fijnstof vrij komt, eigenlijk verwaarloosbaar is. (zie link)
Daarnaast is deze hele setting merkwaardig. We weten dat de bijdrage van een grote ammoniakbron vrijwel altijd binnen 500 meter volledig opgaat in de achtergrondemissie. Onder welke meetomstandigheid dan ook. Droge klimaten, natte klimaten, veel water, weinig water. Maar het TNO weet met zekerheid te stellen dat: “Ongeveer 25% van een ammoniakemissie binnen 25 km van de bron neerslaat.” Dat betekent dat 75% nog verder weg waait. Dit inzicht wordt gedeeld op de website van het RIVM:
Maar hoe dan? Bij een gemiddelde windsnelheid van 8 km/h in Nederland, zou zo’n 30% van de ammoniakemissie op meer dan 200 km van de bron verwijderd kunnen raken, wat zou betekenen dat dit transport meer dan een dag zou duren. Maar ammoniak verdwijnt normaliter al binnen een paar uur uit de atmosfeer.
Bovendien wordt in het TNO rapport aangegeven dat ammoniak nauwelijks buiten de mengzone te vinden is. Die daalt in Nederland volgens het TNO rapport tot 50-300 meter in de nachtperiode. Zeker boven de grote wateroppervlakten of rivieren zou ammoniak, als onderdeel van de dynamische mengzone, dan toch massaal moeten neerslaan?
Daarnaast, waarom zou ammoniak zich binden aan zwavel- en salpeterzuur, wanneer deze stoffen nauwelijks voorkomen binnen de menglaag. De aanwezigheid van grote hoeveelheden ammoniumnitraat in fijnstof zou hierop kunnen wijzen, maar hierover lijken er nogal wat misverstanden te bestaan. Ons RIVM meent zo te weten:
“De gassen ammoniak en stikstofoxiden reageren in de lucht tot fijnstofdeeltjes. Die deeltjes kunnen in de lucht veel grotere afstand afleggen dan de gassen waar ze uit zijn ontstaan. Mede daarom slaat stikstof ook op grote afstand van de bron neer.”
Maar ja, ammoniak reageert helemaal niet met stikstofoxiden, onder normale omstandigheden. Dit gebeurt wel, maar dan in een katalysator van een auto of vrachtwagen. Hier wordt de reactie ammoniak met stikstofoxiden, onder invloed van een katalysator, bij temperaturen tussen 400 oC en 800 oC, gebruikt om de stikstof-oxide emissies van voertuigen te reduceren. De massale aanwezigheid van fijnstof in tunnels e.d. zou dan mede door een onvolledige verbranding van deze twee componenten kunnen worden veroorzaakt.
Maar hoe verdwijnt ammoniak dan wel? Opgelost in water, dat geloof ik wel en daarvoor krijg je een ‘natte depositie’, die ook goed te meten is. Maar hoe gaat het dan met de ‘droge depositie’?
De meest redelijke verklaring hiervoor die ik tot dusverre heb gehoord, is dat ammoniak inderdaad als base reageert met een zuur in de atmosfeer, maar dan wel met het meest voorkomende zuur in de atmosferische mengzone, wat op natuurlijke wijze ontstaat bij de dissociatie van kooldioxide: koolzuur (de reactie is hierboven ook al beschreven door de Vries onder “1) natuurlijke verzuring”). Het is een bekende en spontaan optredende reactie, waarbij ammoniumcarbonaat ontstaat:
2NH3 + H2CO3 <=> (NH4)2CO3
Ammoniumcarbonaat, ook wel bekend als bakkersammoniak of vlugzout, is een wit, kristallijn poeder. Het wordt gebruikt als rijsmiddel (E503) voor plat, krokant gebak zoals koekjes en wafels, omdat het bij verhitting uiteenvalt in ammoniak, kooldioxide en water.
De stof wordt bij het bakken vaak vervangen door zijn chemische broertje: natriumbicarbonaat, ook wel ‘baking soda’ genoemd en ja, de naam verraadt het al, het gaat hier, net als bij ammoniumcarbonaat, en anders dan bij de in de literatuur wel genoemde omzetproducten: ammoniumsulfaat en ammoniumnitraat, om een base, geen zuur.
Alweer geen verklaring voor de verzuring door ammoniak. Toch wel jammer dat De Vries dit allemaal weer is ontgaan in 2008. En uiteraard ook weer in het nieuwe rapport “De Nederlandse stikstofcrisis Van verwarring naar verbinding” uit 2026.