Deze studie van B-ware (hoe kom je op zo’n naam?) is overigens een blog op zichzelf waard. De studie heeft een imposante literatuurlijst van ongeveer 175 titels, maar hiervan zijn er slechts 5 internationale studies van enigszins recente datum, waarvan er twee (van de hand van Gilian et al. (2019) en Schmitz et al. (2019)) betrekking hebben op de effecten van de afname van stikstofdepositie (in Oostelijk Noord-Amerika en Europa). Die overigens niet werden gevonden.
Payne et al. (2019) hebben een studie naar het effect van stikstof op semi-natuurlijke vegetatie gedaan in de UK, maar zijn ‘vergeten’ om veranderingen in het beheer van deze gebieden te benoemen, waardoor de studie eigenlijk weinig waarde heeft.
Naast een studie van Lilleskov et al. (2019) naar het effect van stikstofdepositie op mycorrhiza in bossen (een studie waarin wordt vastgesteld dat er nog veel onduidelijk is op dit gebied) is er dus alleen nog de studie van Sutton uit 2020 die, als enige internationale stikstofstudie die jonger is dan vijf jaar, volgens Bobbink de moeite waard was om in zijn eigen studie op te nemen.
Ik ben het met hem eens (wel ik vind het raar dat ongeveer 20% van de literatuurlijst eigen werk betreft). Sutton ook, als je de inleiding van zijn studie mag geloven:
“Over recent decades ammonia (NH3) has often seemed like the Cinderella of air pollution, as it has been given much less attention than other pollutants, such as sulfur dioxide (SO2), nitrogen oxides (NOx), ozone (O3) and particulate matter (PM).
In the 1980s, research focused on ‘acid rain’, especially in the light of SO2 and NOx emissions with only a few researchers at that time examining the possible effects of NH3 and ammonium (NH4 +) on the environment, including threats to soils, biodiversity and forest health.
The same can be said for European air pollution policy, with successive international protocols on SO2 and NOx emissions, preceding the multi-pollutant, multi-effect Gothenburg Protocol, which included NH3 for the first time. Even then, the commitments for NH3 were much less ambitious than for other air pollutants, requiring that little action be taken by most countries.
The situation is similar with the 2020 ceilings of the revised Gothenburg Protocol of 2012. With insufficient measures implemented, several countries are unlikely to meet their legally binding NH3 ceilings for 2020, while overall Europe-wide NH3 emissions have actually been increasing since 2013. The barriers appear to be primarily political, as The Netherlands and Denmark have shown that it is possible to reduce NH3 emissions substantially.”
Als Nederlander ben je dus weer eens geneigd om te geloven in een parallel universum. Ammoniak als Assepoester van de luchtvervuiling? Nederland als voorbeeldland om de ammoniakemissie te bestrijden? Slechts enkele onderzoekers die onderzoek deden naar het effect van ammoniak/ ammonium op de omgeving? Het Europese luchtverontreinigingsbeleid met nauwelijks aandacht voor ammoniak?
Het zijn beweringen die toch echt worden gedaan door de internationale stikstof-deskundige bij uitstek: Mark A. Sutton in zijn laatste artikel uit 2020: “Alkaline air: changing perspectives on nitrogen and air pollution in an ammonia-rich world”.
De stikstofkringloop
Ik heb al vaker opgemerkt dat tijdens de hoogtijdagen van de zure regen, de Nederlandse wetenschappers voor de nodige internationale hilariteit zorgden, door het koppige vasthouden aan de stelling dat ammoniak wel degelijk een belangrijke component was van de zure regen. De reden hiervoor was volgens de Nederlanders dat ammoniak in de atmosfeer in een evenwichtstoestand komt met water, waarbij ammonium wordt gevormd wat een (zwak) zuur is.
Daarnaast zal, wanneer ammoniak neerslaat op de bodem, door bacteriën, een nitrificatieproces worden opgestart. In “Ammoniak: de feiten” (RIVM, 1995) kan hierover het volgende worden gevonden:
“Bij nitrificatie zetten bacteriën ammonium om in nitraat (NO3–), als er voldoende zuurstof aanwezig is. Nitrificatie verloopt meestal in stappen, die samengevat kunnen worden in de volgende reactievergelijking:
NH4+ + 2O2 => NO3– + H2O + 2 H+
Bij nitrificatie is niet alleen zuurstof van belang. Om het proces te laten verlopen is een zekere hoeveelheid vocht nodig, niet teveel want anders krijgen de bacteriën gebrek aan zuurstof. Maar ook niet te weinig, want anders vertonen ze helemaal geen activiteit. Ook de temperatuur is van belang. Beneden de 5 oC en boven de 30 oC zijn de bacteriën die voor nitrificatie moeten zorgen nauwelijks actief.”
Er worden dus waterstof-ionen gevormd, alsmede nitraat. Volgens de verzuringstheorie is dat dus saltpeterzuur.
Hoewel de theoretici van destijds aangaven dat dit inderdaad nog niet op grote schaal had geleid tot zuurdere bodems, kon dit volgens hen alleen worden verklaard door de hoeveelheid kalk die in de bodem aanwezig was. Deze laag zorgde dus voor buffering. Een buffering die, net als de kalkhoeveelheid in de bodem eindig was, zodat de effecten van de verzuring door ammoniak pas in een later stadium zichtbaar zouden worden.
Deze theorie wordt ook door Bobbink in zijn Greenpeace studie nog steeds aangehangen, zoals omstandig in paragraaf 3.2.1 van zijn onderzoek wordt omschreven.
Dit alles in voorbijgaan van alle andere mogelijke afbraak- en verwijderingsroutes van ammoniak.
In “Ammoniak: de feiten” wordt bijvoorbeeld nog wel even een ander belangrijke microbiologisch omzettingproces benoemd: denitrificatie. Gesteld wordt:
“Bij denitrificatie zetten bacteriën nitraat en nitriet om in gasvormige stikstofverbindingen en vooral lchtstikstof (N2). Denitrificatie is de belangrijkste weg waarlangs stikstof terugkeert in de atmosfeer. Het proces treedt vrijwel alleen op in water en bodems met weinig of geen zuurstof.(…) In schema:
NO3– => NO2– => NO => N2O => N2
Tot zover de belangrijkste stappen in de stikstofkringloop.”
Wat de schrijvers van “Ammoniak: de feiten” blijkbaar niet relevant vonden, was om de daadwerkelijke reactievergelijking van de denitrificatie ook even weer te geven. Ook Bobbink vindt dit blijkbaar niet de moeite waard.
Toch is het echt wel interessant voor de verzuringsproblematiek om te zien hoe die eruit ziet:
“De denitrificatie gebeurt in enkele stappen:
nitraat (NO3−) → nitriet (NO2−) → stikstofmonoxide (NO) → distikstofmonoxide (N2O) → stikstof (N2)
De brutovergelijking is:
2 NO3− + 10e− + 2 H+ + 10 {H} → N2 + 6 H2O
Hierin staat {H} voor reductie-equivalenten, die uit de oxidatie van organische of anorganische stoffen afkomstig zijn. Bij de denitrificatie komt naast N2 altijd nog een kleine hoeveelheid N2O als tussenstof vrij. Bij denitrificatie wordt zuur (H+) verbruikt, waardoor de zuurgraad (pH) stijgt.” (Wikipedia)
Waarom mocht de geïnteresseerde beleidsambtenaar destijds niet weten dat het gecombineerde nitrificatie-denitrificatieproces in feite een neutrale wijze van verwijdering van ammoniak opleverde?
Waarom werd achterwege gehouden dat het verzurende nitrificatieproces al sterk geremd werd bij pH waarden onder de neutrale pH-waarde 7? En waarom gebeurt dat nu nog steeds? De verzurende werking van nitrificatie levert in feite de grondstoffen voor het denitrificatieproces en waarom weten we nu, bijna veertig jaar na het eerste stikstofbeleid, nog steeds niet hoe groot de bijdrage van deze microbiële processen is op de stikstofkringloop?
Het is namelijk vrij simpel om aan te tonen in hoeverre de buffering van de bodem wordt aangetast door de depositie van ammoniak: Men neme een kalkmonster van een willekeurige stabiele bosbodem. Men noteert de calciumwaarde van deze meting en men gaat dit in de volgende jaren herhalen. Wanneer ammoniak inderdaad de buffering aantast, moet dit blijken uit de meetresultaten.
Vreemd genoeg ontbreken dit soort van in situ-proeven in de stikstof tekstboeken. Zelfs “Ammoniak: de feiten” laat ons hierover in het ongewisse.
Uiteraard kan in het laboratorium een en ander best wel worden gesimuleerd, maar dan zijn de proces condities ten aanzien van het nitrificatie-denitrificatieproces uiteraard niet echt natuurlijk meer te noemen (hoe is het gesteld met de zuurstofwaarde in het monster?). Wanneer echter geen resultaten worden gepubliceerd voor proeven die zonder twijfel wél zijn uitgevoerd, zijn de resultaten van de proef meestal negatief.
Het geeft dan ook te denken dat vele Kritische Depositie Waarden voor vegetatietypen zijn bepaald in volstrekt onnatuurlijke omstandigheden, monsters van 20 bij 20 centimeters in een glazen kasgebouw, waarbij de, onder natuurlijke omstandigheden optredende, denitrificatieprocessen niet aan de orde zijn.
De bijdrage van Sutton
Eigenlijk is het wonderlijk dat de studie van Sutton is opgenomen in de Greenpeace studie van Bobbink. Het is ongetwijfeld ingegeven door het idee dat geen enkele ambtenaar het in zijn hoofd zal halen om de plusminus 175 titels in de literatuurlijst van het onderzoek te gaan neuzen. Ik ook niet.
Maar het gegeven dat er slechts een vijftal internationale studies jonger zijn dan vijf jaar en dat één van die studies van de hand van een onderzoeksgroep onder leiding van de éminence grise van het stikstofstudies was, maakte toch nieuwsgierig.
Ik moet tot de conclusie komen dat Bobbink ernstig heeft lopen kersenplukken in het onderzoek van Sutton. Want anders dan Bobbink, geeft Sutton (zoals de titel van het onderzoek al aangeeft) in zijn onderzoek aan dat hij niet langer gelooft in de verzuringstheorie:
“The reminder of ammonia as alkaline air is highly relevant to the present, as emissions of SO2 and NOx have decreased greatly over the last 30 years, leaving European and North American atmospheres increasingly rich in NH3. This can be illustrated by the temporal evolution of emissions, gas and aerosol concentrations and rainfall acidity across the UK.
While SO2 emissions have been almost entirely abated (97% reduction since 1970) and NOx emissions reduced by 70%, estimated NH3 emissions increased substantially up to 1990, decreased by 18% (1990– 2013), and then increased 9% (2013–2017; figure 2a).
National mean NH3 concentrations have not changed significantly since the National Ammonia Monitoring Network [37] was started in 1997 (though increasing in remote areas), while aerosol NH4 + concentrations have decreased significantly, consistent with declining SO2 and HNO3 (figure 2b). This has led to less formation of ammonium sulfate and ammonium nitrate, which will have also helped maintain gaseous NH3 levels. As a consequence, acid rain is now a thing of the past for UK conditions. Since 1986, volumeweighted rain pH has increased from 4.62 to 5.48 (figure 2c), now being close to the value of 5.6 due to dissolution of atmospheric CO2. Together these changes demonstrate how alkaline air is becoming increasingly important across the UK countryside, in a pattern that is reflected across much of Europe and North America. A corresponding trend is now occurring in China, following implementation of SO2 emission controls from 2012.”
We mogen dus concluderen dat de Nederlandse onderzoekers in de “jaren negentig’ er behoorlijk ver naast zaten toen zij speculeerden over de verzurende werking van ammoniak. Iets wat proefondervindelijk wordt bewezen nu de vrijwel alle in de atmosfeer aanwezige aantoonbare grote verzuurders (SOx, NOx) flink zijn gereduceerd, maar het hardnekkige ammoniak niet. Volgens Sutton komt dit laatste omdat vrijwel nergens in Europa afdoende maatregelen zijn getroffen om ammoniak te bestrijden (met uitzondering van Denemarken én Nederland).
De “alkalisering” van het milieu, door de selectieve aanpak van de verontreinigende componenten, heeft volgens Sutton et al. net als de verzuring, óók negatieve milieueffecten, zoals daar zijn:
Verandering van de korstmos-vegetatie, en
Verandering van de vegetatiesamenstelling in de directe nabijheid van intensieve veehouderijen.
Bij dit laatste gaat het overigens over enkele honderden meters in plaats van de 25 kilometer die in Nederland wordt gehanteerd als: “in de nabijheid van”.
Over de effecten van ammoniak op korstmos groei is er de laatste tijd in de Nederlandse pers al het nodige geschreven. Ook in de studie van Sutton is de Nederlandse korstmos-studie van Kok van Herk, waarover ik in vorige blogs nog wat heb geschreven, opgevallen.
Naast de studies in de UK waarin het verband tussen zuurgraad en korstmossen duidelijk wordt gemaakt, wordt de Nederlandse studie als voorbeeld worden aangehaald als effect van de alkalisering van de atmosfeer:
“Comparable results have been recorded for The Netherlands [52], showing in particular a long-term decline of acidophyte lichen species from 1991 to 2016, consistent with differences in bark pH [49].”
Mijn eerdere suggestie over de oorzaak van de afname van zuur-liefhebbende korstmossen (“Zou het zo kunnen zijn dat de anti-verzuringsmaatregelen eindelijk vruchten afwerpen?”) was klaarblijkelijk helemaal zo gek nog niet…
Maar hoe kan dat? De Nederlandse bosbodems zijn toch voor een groot deel al flink verzuurd?
Ik heb hier al eerder over geschreven; dit heeft alles te maken met de aanplant van voor de Nederlandse bosbodems ongeschikte beplanting. Vooral Dennen en Beuken (en in mindere mate ook Eiken) zijn afkomstig van gebieden waar de bodems van nature een hoge kalkspiegel hebben (bijvoorbeeld Beuken komen van nature voor op de Duitse Mosselkalk gebergten).
Kalk heeft, behalve een bufferende werking, ook een voor planten heel vervelende eigenschap. Het bindt fosfaat, wat van levensbelang is voor deze bomen. Dit kan alleen vrijgemaakt worden door Waterstof-ionen (zuur). Plantenleven is dus alleen daar mogelijk waar de planten er in slagen om desondanks fosfaat los te maken van de kalkbinding. Dit is wat deze bomen doen. Door hun verzurende werking kunnen deze bomen dus fosfaat vrijzetten voor henzelf en ook voor de overige (ondergroei) planten in dit habitat.
Dit wordt natuurlijk anders in de Nederlandse omstandigheden. De bomen blijven verzuren en zullen dus de Nederlandse bodems al snel de bufferde kalk verbruiken. De ondergroei verdwijnt en wanneer dit doorzet zal dit ook met de bomen gebeuren.
Gelukkig zien we de laatste jaren dan ook initiatieven om ervoor te zorgen dat de van oorsprong Nederlandse bomen weer worden aangepoot in de Nederlandse bossen (met zeer goede resultaten voor de biodiversiteit én de bosbodems). (zie link)
Nog even dit
Voor de Nederlandse stikstofonderzoekers moet de hierboven opgenomen ammoniak-curve van de UK pijn doen.
In mijn vorige blog heb ik uiteen gezet dat een zelfvoorzienende Nederlandse kringloop veehouderij naar alle waarschijnlijkheid veel meer ammoniak-uitstoot zal hebben dan de huidige intensieve veehouderij.
Door technische maatregelen is de Nederlandse ammoniak-uitstoot per dier ongeveer een derde van de gangbare dierhouderij. Nederlandse boeren produceren ongeveer twee maal zoveel vlees (ongeveer 3 miljard kilo vlees) als door de Nederlanders wordt geconsumeerd (ongeveer 1,4 miljard kilo vlees), waardoor de huidige ammoniak-uitstoot ongeveer 2/3 van traditionele kringloop boerderijen, die alleen voor de Nederlandse markt produceren, bedraagt.
Landen zonder al te veel beperkingen, zoals de UK blijkbaar, maar waar wel genoeg voor eigen consumptie wordt geproduceerd zullen in principe relatief veel méér ammoniak uitstoten dan Nederland, ware het niet dat de Nederlandse boeren per hectare veel meer mensen moeten voeden dan die van de UK.
Dat Nederland blijkbaar de grootste ammoniak uitstoter per hectare is, heeft dus alles met de bevolkingsdichtheid en veel minder met onze manier van boeren uit te staan.
Hierbij dan nog wel de aantekening dat de wijze waarop de uitstoot wordt berekend, dringend vraagt om Europese afstemming. Dat België bijvoorbeeld minder uitstoot heeft per hectare dan Nederland, is in het licht van de Nederlandse maatregelen, totaal onwaarschijnlijk. (zie vorig blog onder: “Is de Nederlandse uitstoot hoog vergeleken met het buitenland?”) Het roept natuurlijk wel de vraag op óf Nederland nu wel zo’n enorme ammoniak-uitstoot heeft, wanneer dit wordt afgezet tegen Europese gemiddelden…
