Wat is stikstof en hoe krijgen we er grip op?

Thema:
Stikstof

Extra stikstofuitstoot tast de natuur aan. Daarom krijgen bijvoorbeeld bouw- en infrastructuurprojecten geen vergunning als ze leiden tot extra uitstoot. De Nederlandse stikstofuitstoot is per hectare het hoogst van Europa. Verschillende bronnen zijn hiervoor verantwoordelijk. We kunnen onze kennis over stikstof verbeteren door vaker en met nieuwe technieken te meten.

Nieuwe inzichten in stikstofbronnen

Bekijk de resultaten van ons meest recente onderzoek met behulp van het chemietransportmodel LOTOS-EUROS.

Wat is stikstof eigenlijk?

Stikstof is een element dat op aarde veel voorkomt. De lucht die wij inademen bestaat voor het overgrote deel uit stikstof. Dit is stikstof in zijn pure, niet-reactieve en schadeloze vorm (N2). Een klein deel van de stikstof op aarde en in onze lucht is beschikbaar in de vorm van reactief stikstof. Dit zijn chemische verbindingen die stikstof bevatten en die onmisbaar zijn als voedingsstof voor de natuur.

Echter, in overmaat kan reactief stikstof een schadelijke werking hebben. De belangrijkste reactieve stikstofverbindingen die de mens via uitstoot in de atmosfeer brengt, zijn ammoniak (NH3) en stikstofoxiden (NOx). Deze emissies veroorzaken een verslechtering van de luchtkwaliteit voordat ze ergens neerslaan.

Wanneer een stof vanuit de lucht op de grond neerslaat spreken we van depositie. Niet alles dat we uitstoten komt op dezelfde plek weer neer. Met name stikstofoxiden (NOx) kunnen ver wegwaaien en slaan soms pas honderden kilometers verderop weer neer. Ammoniak (NH3) landt dichter bij de uitstootbron.

Te veel stikstof brengt de natuur in problemen

Op 29 mei 2019 zette de Raad van State een streep door de Programmatische Aanpak Stikstof (PAS), omdat de Nederlandse omgang met stikstof de natuur onvoldoende beschermde. Stikstofdepositie is een groot probleem voor natuurbeheer, omdat het tot bodemverzuring en vermesting leidt.

Een overaanbod van voedingsstoffen (vermesting) zorgt dan voor ontwrichting. Soorten die veel stikstof nodig hebben kunnen sneller profiteren van dit aanbod. Die nemen dan alle plaats in ten koste van andere soorten. Te veel stikstof heeft dus een negatief effect op de biodiversiteit. Dit heeft een negatieve invloed op de insectenstand en daarmee op de hele voedselketen.

In Nederland wordt de kritische depositiewaarde voor stikstof op 72% van de landnatuur overschreden. Dat is de grens waarboven het risico bestaat dat de kwaliteit van de natuur significant wordt aangetast. Daarnaast hebben stikstofoxiden en ammoniak een negatief effect op luchtkwaliteit, zowel direct als door hun bijdrage aan de vorming van fijnstof en ozon (smog).

Grip op stikstof

Stikstofkaart Nederland in 2017 met gemiddelde ammoniakconcentratie
Stikstofkaart Nederland: TNO-analyse van gemiddelde ammoniakconcentratie (mg/m2) in de atmosfeer van Nederland voor het jaar 2017 op basis van CrIS (NASA/ NOAA) satellietdata. Op locaties van het Landelijk Meet Netwerk (LML) wordt op uurbasis ammoniak gemeten (Bron CrIS data: Environment and Climate Change Canada).

Met een geavanceerder landelijk monitoringsprogramma kunnen we beter meten en krijgen we meer grip op stikstof:

  • Intensivering van het bepalen van de emissiefactoren voor belangrijke bronnen in landbouw, verkeer en transport en industrie.
  • Uitbreiding grondmeetnetwerk ammoniak levert de grootste bijdrage aan stikstofproblemen, maar de concentratie in de lucht wordt in minder detail gemeten dan stikstofoxiden. Daarnaast zouden aanvullende metingen naar relevante andere stoffen die nu niet gemeten worden zeer waardevol zijn.
  • Satellietdata laten zien hoe NH3 en NO2 zich verspreiden over grote gebieden in Nederland en onze buurlanden. Met behulp van data van het Nederlandse TROPOMI-satellietinstrument, IASI (ESA) en CrIS (NASA) kunnen dagelijks waardevolle metingen gedaan worden, over grote gebieden waar nu nog nauwelijks gemeten wordt.
  • Nieuwe satellietinstrumenten kunnen zelfs gebruikt worden om emissies op gebiedsniveau af te leiden. Zo helpen satellieten ons te snappen waar stikstof vandaan komt, waar het heen gaat en kunnen verspreidingsmodellen getoetst en verbeterd worden.
  • Er is winst te behalen door verschillende modelsystemen verder te ontwikkelen en beter op elkaar aan te laten sluiten en daarmee hun specialismen beter te benutten.

Factsheet over emissies en depositie van stikstof in Nederland

Bekijk de verschillende uitstootbronnen op basis van de beschikbare data (2019)

Feiten en cijfers

In 2017 stootte Nederland ongeveer 132 miljoen kg NH3 en 242 miljoen kg NOx uit. Omgerekend is dat 109 miljoen kg stikstof (N) uit NH3 (60%) en 74 miljoen kg N uit NOx (40%) en dus 183 miljoen kg N totaal.

Herkomst emissies van ammoniak naar sector in 2017
Herkomst van de emissies van ammoniak (NH3), stikstofoxiden (NOx) en totaal reactief stikstof (Nr) naar sector in 2017.
Uitgeschreven tekst

Ammoniak (NH3) komt voor het overgrote deel uit mestproductie van de landbouw, waarbij runderen (49%) en varkens (15%) de grootste bijdrage leveren. Pluimvee, kunstmestgebruik, overige landbouw en huishoudens dragen elk circa 8% bij.

Stikstofoxiden (NOx) worden met name uitgestoten bij verbrandingsprocessen. De grootste bronnen zijn gerelateerd aan wegverkeer (31%), industrie (20%), landbouw (21%) en binnenvaart (11%). De emissies van wegverkeer worden gedomineerd door dieselverbruik door lichte voertuigen (14%) en zware voertuigen (12%).

Bij de totale uitstoot van reactief stikstof (Nr) zijn de emissies van de landbouw verantwoordelijk voor 61% van de totale uitstoot. Daarnaast dragen wegverkeer (15%), Industrie (9%), niet-wegverkeer (6%) en huishoudens en kantoren (6%) ook substantieel bij.

Wanneer we de totale uitstoot van reactief stikstof (Nr) analyseren dan zien we dat emissies van de landbouw verantwoordelijk zijn voor 61% van de totale Nederlandse uitstoot. Daarnaast dragen wegverkeer (15%), industrie (9%), niet-wegverkeer (6%) en huishoudens en kantoren (6%) ook substantieel bij.

De bovenstaande percentages zijn gebaseerd op de meest recente gegevens uit de Nederlandse emissieregistratie. Tussen provincies zien we verschillen in depositiebronnen.

Stikstofdepositie verschillende sectoren provincie nederland RIVM in 2017
Bijdragen van verschillende sectoren en buitenland aan de depositie per provincie (Bron: RIVM).
Uitgeschreven tekst

Stikstofdepositie per provincie, verdeeld naar de belangrijkste bronnen (de sectoren wegverkeer, landbouw en huishoudens, en het buitenland) die deze depositie veroorzaken:

  • Stikstofdepositie in Drenthe, Overijssel, Gelderland, Utrecht, Noord-Brabant en Limburg ligt hoger dan het landelijk gemiddelde.
  • Nederlandse landbouw levert in bijna alle provincies de grootste bijdrage aan de depositie.
  • Alleen in Zeeland en Limburg levert het buitenland een grotere bijdrage dan de Nederlandse landbouw.
  • De bijdrage van het buitenland neemt met afstand tot de grens af.
  • Nederlands wegverkeer en huishoudens dragen bovengemiddeld bij in de provincies Utrecht, Zuid-Holland en Noord-Holland.

Onzekerheden over emissies en stikstofdepositie

Emissie en depositie van stikstof vindt vaak niet op dezelfde plek plaats. NOx en NH3 verspreiden zich onder invloed van het weer waarbij ze (deels) worden omgezet in fijnstof voordat ze neerslaan. De mate van depositie en de gevolgen hiervan, zijn sterk locatie afhankelijk en hangen af van bijvoorbeeld het ecosysteemtype en bodemtype. Bij het bepalen van emissies, atmosferische concentraties en de processen die tot depositie leiden hebben we te maken met essentiële onzekerheden.

'Hoe beter we erin slagen deze onzekerheden weg te werken, hoe meer grip we krijgen op de stikstofproblematiek. Zo kunnen we de problemen en de effecten van maatregelen beter inzichtelijk maken.'

De onzekerheden hebben betrekking op:

  • De kwaliteit van de gerapporteerde emissies van NOx en NH3. Deze emissies worden zeer beperkt direct aan de bron gemeten (bijv. in de industrie); in vrijwel alle gevallen gaat het om schattingen door experts (emissiefactoren). Voor NH3-emissies uit landbouw wordt ingeschat dat de onzekerheid ongeveer 25% is en voor NOx-emissies uit wegverkeer wordt ingeschat dat de onzekerheid ongeveer 12% is.
  • De mate waarin verspreiding en depositie gemeten. De concentratie van NH3 in de lucht is moeilijk te meten. In Nederland zijn er slechts 7 stations waar uurgemiddelde concentraties gemeten worden. Daarnaast zijn er circa 250 locaties in natuurgebieden waar maandgemiddelde waarnemingen van concentraties in de lucht gedaan worden. We meten dus nog niet op erg veel plekken en ook nog niet zo vaak.
  • Het begrip van de processen die tot depositie leiden. Voor het berekenen van totale depositie worden modellen ingezet. Daarin zitten onzekerheden. Bijvoorbeeld als het gaat om hoever verschillende stoffen door de lucht getransporteerd worden of om de voorspelling hoe efficiënt de verschillende verbindingen worden opgenomen door ecosystemen en dus welke natuur ermee belast wordt. Dit zorgt voor grote verschillen tussen de modellen.

Disclaimer

Om de emissies van NH3 en NOx op te tellen moet de eenheid gelijk zijn. Hier rekenen we naar de hoeveelheid reactief stikstof (Nr) waardoor NH3 emissies met 14/17 en NOx emissies (gegeven als NO2) met 14/46 vermenigvuldigd zijn.

Emissieregistratie (2018), Nederlandse emissiedata voor 2017 zoals officieel vastgesteld in december 2018.

Stikstofdepositie in kaart brengen

Sinds het afkeuren van de PAS-wetgeving door de Raad van State in 2019 moet Nederland de stikstofemissies substantieel terugdringen. Dit betreft voornamelijk de emissies van ammoniak (NH3) en stikstofoxiden (NOx). Teveel stikstofdepositie leidt tot verlies aan biodiversiteit. Met metingen en gedetailleerde stikstofdepositiekaarten nemen we maatregelen en beschermen we de natuur.

Verlies biodiversiteit

Zeventig procent van de beschermde natuurgebieden in Nederland en Europa heeft te maken met teveel stikstofdepositie. Stikstofdepositie betekent het neerslaan van stikstof uit de atmosfeer naar de bodem. In kwetsbare gebieden loopt de biodiversiteit terug door een combinatie van vermesting (eutrofiëring) en verzuring. ​Dit verlies aan biodiversiteit heeft gevolgen voor ecosysteemfuncties als:

  • voedselproductie
  • bestuiving
  • waterberging

Oorzaak stikstofoverschotten

Belangrijke veroorzakers van stikstofoverschotten en luchtverontreiniging zijn:

  • landbouw
  • verkeer
  • industrie

Stikstofdeposities in Natura 2000 gebieden

Wij hebben kennis en technologie in huis om de impact van verontreinigende emissies op ecosystemen in kaart te brengen. Hiermee identificeren we in welke mate kwetsbare ecosystemen teveel stikstof ontvangen. Bijvoorbeeld de beschermde Natura 2000 gebieden. We halen onze data uit in situ onderzoek (exact daar waar het optreedt) en satellietmetingen. Daarmee verkleinen we onzekerheden en bepalen we stikstofdepositie steeds nauwkeuriger.

Beleidsmakers helpen

De kosten voor het reduceren van stikstofemissies in Europa bedragen jaarlijks meer dan een miljard euro. Een belangrijke vraag voor beleidsmakers en sectoren is dan ook hoe we stikstofemissies zo doelmatig mogelijk vermijden. We bieden inzicht in de herkomst van stikstofemissies in een bepaald gebied. Hiermee kunnen we lokaal en regionaal identificeren welke maatregelen het meest effectief zijn. Zo kunnen we beleidsmakers en bedrijven helpen de vraag te beantwoorden met welke maatregelen deze gebieden kunnen worden beschermd. Zo beperken we natuurschade en herstellen we ecosystemen.

Stikstofkaart Duitsland

Binnen het langlopende project PINETI maken we gedetailleerde kaarten van stikstofdepositie in Duitsland. Dit doen we samen met het Umweltbundesamt (UBA) in Berlijn, het Duitse RIVM. Met behulp van deze stikstofdepositiekaarten ontwerpt de Duitse overheid effectief beleid omtrent het reduceren van stikstofemissies.

Stikstofdepositie en stikstofemissie in Nederland

We hebben een factsheet over stikstofemissie en -depositie in Nederland (pdf) gemaakt. Hierin kijken we naar verschillende uitstootbronnen op basis van de nu beschikbare data. We concluderen dat er in de huidige data nog veel onzekerheden zitten. Door veel meer meetdata van ammoniak en stikstofoxiden in de lucht te verzamelen, nemen we effectievere maatregelen. We verzamelen deze meetdata door de volgende activiteiten:

  • met een meetwagen op verschillende plekken in Nederland meten
  • meetinstrumenten langdurig op verschillende plekken plaatsen
  • satellietdata analyseren

Toelichting factsheet stikstofemissie door zeescheepvaart

In het factsheet over emissies en depositie van stikstof in Nederland (pdf) hebben we stikstofemissie door zeescheepvaart niet uitgesplitst vermeld in een aantal figuren. Daarover is onduidelijkheid ontstaan. Daarom geven we nu een uitgebreidere toelichting op de factsheet.

Stikstofemissie door zeescheepvaart

Het CBS hanteert in zijn statistieken een emissie door scheepvaart van 123,6 kiloton NOx (stikstofoxiden). Het gedeelte binnenvaart (27,9 kiloton) is in de factsheet als Nederlandse emissie opgenomen (zie Figuur 1. van de factsheet). De NOx emissie van de zeescheepvaart is niet genegeerd, maar wel degelijk meegenomen in onze depositieberekeningen. De emissie is daar niet “Nederland” genoemd maar “Buitenland”. Dit is conform de berekeningsmethode van het RIVM.

'Om het uitstotende oppervlak gelijk met het ontvangende oppervlak (Nederlands grondgebied) te houden, zijn bij de berekeningen van de import/export-verhouding zeescheepvaart emissies toegekend aan het buitenland.'

De bijdrage aan de totale N depositie in Nederland van internationale scheepvaart zit dus in de categorie 'Buitenland' verwerkt. De bijdrage van de binnenvaart is om deze reden wél expliciet benoemd.

Hoe groot is de bijdrage van zeescheepvaart aan depositie dan ongeveer?

De NOx emissie van scheepvaart op de Noordzee draagt ongeveer 2% bij aan de totale depositie in Nederland. Emissie op de hele Noordzee veroorzaken deze 2% bijdrage. Het CBS rapporteert enkel over het Nederlands Continentaal Plat (95,8 kiloton voor 2017), terwijl in de modellering van depositie scheepvaartemissie van de hele Noordzee is meegenomen.

Hoe kan de bijdrage zo beperkt zijn?

Internationale scheepvaart is een belangrijke bron van NOx emissie. Maar lang niet alle uitgestoten NOx op de Noordzee bereikt Nederland. Dat is enkel bij een bepaalde windrichting het geval. Daarnaast betreft het de emissie van NOx en niet die van NH3. NOx verspreidt zich veel verder. Een deel zal dus over Nederland heen waaien, maar hier niet neerslaan. NH3 is de stikstofverbinding die het meest relevant is voor de problematiek rond de PAS (Programma Aanpak Stikstof) omdat die relatief snel, dus lokaal, neerslaat.

Grondmetingen reactieve stikstofcomponenten

In het huidige stikstofdebat zijn de meningen behoorlijk verdeeld. Onafhankelijke en kwalitatief goede grondmetingen van de diverse reactieve stikstofcomponenten, zoals ammoniak en stikstofoxiden, kunnen het debat ondersteunen. Meten is immers weten. We beschikken over een breed spectrum aan specialistische apparatuur waarmee we reactieve stikstof in de lucht meten. Met die instrumenten voeren we experimenteel onderzoek uit. Daarmee bepalen we:

  • hoeveel gas er uit een bron komt
  • hoe het gas zich met de wind mee verplaatst over het landschap
  • hoe het in de lucht reageert en fijnstof vormt
  • waar het uiteindelijk door droge of natte depositie terechtkomt

Verschillende meetafstanden

Onze instrumenten komen van pas bij het specifieke meetdoel van hoge concentratieniveaus dichtbij een bron. Maar ook bij heel lage concentraties op grote afstand. Denk bijvoorbeeld aan:

  • Meten in en om een bron, bijvoorbeeld bij een kippenstal.
  • Meten in de buurt van een bron, bijvoorbeeld NOx-metingen (stikstofoxiden) vlak langs de weg.
  • Meten op grote afstand, daar waar reactief stikstof voor problemen zorgt. Dan meten we bijvoorbeeld verspreiding van gassen en deeltjes boven een bos. Die komen daar in contact met de huidmondjes op een blad.

Infrarood-laserspectrometers

In Nederland zijn we op dit moment de enige onafhankelijke onderzoeksorganisatie die beschikt over infrarood-laserspectrometers. Daarmee meten we bijvoorbeeld ammoniak en NOx op ppb-niveau (een deeltje per miljard luchtdeeltjes) met meerdere metingen per seconde. Daardoor brengen we al rijdend de gaspluim benedenwinds van een bron in beeld en rekenen we zo de uitstoot van die bron terug. Ook kunnen we boven een bemest weiland tellen hoeveel ammoniak- of lachgasdeeltjes er omhoog- en omlaaggaan. En uit dit verschil de emissie van een veld bepalen.

Ammoniakconcentraties meten

Voor het meten van langdurige tijdreeksen gebruiken we de door het RIVM ontwikkelde miniDOAS, een openpad-meetsysteem. Dit instrument heeft geen aanzuigleidingen of stoffilters nodig. Daardoor is het uitermate goed geschikt om het plakkerige ammoniakgas in de lucht goed te meten. Een versie van dat instrument staat nu op de Sorbonne en meet daar de ammoniakconcentraties in hartje Parijs. We bouwden hem samen met Admatec uit Alkmaar.

Metingen op de grond aanvullen met satellietdata

Metingen die vanaf de grond omhoog kijken naar de concentraties ammoniak (NH3) in de kolom lucht erboven, gebruiken we om satellietdata te ijken. De satellieten vullen de metingen aan met waardevolle metingen in gebieden waar geen grondstations staan. In de atmosfeer reageert het ammoniak, maar ook de NOx uit verkeer, met andere componenten in de lucht en worden deeltjes gevormd. We beschikken ook over de meetinstrumenten om ammonium nitraat en ammonium sulfaat aerosol in beeld te brengen. Daarmee kunnen we de bijdrage van ammoniak- en NOx-bronnen aan de vorming van fijnstof begrijpen.

Goedkope en hoogwaardige instrumenten

Dure en ingewikkelde instrumenten zijn niet altijd nodig. Een maandgemiddelde concentratie van NO2 (stikstofdioxide) kunnen we ook bepalen met een eenvoudig adsorptiebuisje aan een lantaarnpaal. Tussen dergelijke goedkope metingen en de eerdergenoemde hoogwaardige instrumenten in, hebben we filterbuisjes. Die zuigen lucht op, vangen gassen af op gecoate buisjes en verzamelen deeltjes op een filter. Ook werken we hard aan de ontwikkeling van middelgoedkope en goedkope sensoren om de reactieve stikstofcomponenten op meerdere punten tegelijkertijd online te kunnen meten. Hierin zoeken we ook de samenwerking op met bedrijven, kennisinstituten en universiteiten.

Antwoorden op stikstofvragen

Decennialang was Nederland wetenschappelijk leidend op het gebied van reactieve stikstofcomponenten, ook in de ontwikkeling van meetmethoden en instrumenten. Het laatste decennium draaide het stikstofonderzoek in ons land echter op een laag pitje. Daardoor ging ook de ontwikkeling van meetmethoden en instrumenten veel langzamer dan in de jaren 80 en 90. De tijd is nu rijp om de draad weer op te pakken. Met nieuwe technieken en elektronica gaan we antwoorden geven op veelal oude, maar nog altijd onbeantwoorde stikstofvragen.

Laat je verder inspireren

2 resultaten, getoond 1 t/m 2

Regionaal Meetnet

Informatietype:
Evenement

Ontmoet ons schoneluchtteam op donderdagmiddag 13 oktober tijdens de conferentie ‘Meten en dan? Samen doen!’ van het Regionaal Meetnet Lucht & Geluid in Eindhoven.

Startdatum:
Locatie:
Parktheater Eindhoven (Elzentlaan 50)

Congres en vakbeurs 'Geluid, Trillingen en Luchtkwaliteit'

Informatietype:
Evenement

Ontmoet ons schoneluchtteam op donderdagmiddag 8 & 9 november tijdens de conferentie Geluid Trllingen en Luchtkwaliteit in EXPO Hoevelaken.

Startdatum:
-
Locatie:
Expo Hoevelaken, Koninginneweg 1