De stikstofemissies naar het milieu hebben grote gevolgen voor de lucht-, water- en bodemkwaliteit. Dat heeft gevolgen voor ecosystemen en de menselijke gezondheid. Ook is er een groot effect op het klimaat, vanwege de interactie met de koolstofcyclus en de stralingsbalans van de atmosfeer. Op 15 januari 2010 hield ECN-er Jan Willem Erisman zijn inauguratiereden ter gelegenheid van zijn aanstelling bij de VU Amsterdam als bijzonder hoogleraar Integrale Stikstofproblematiek.
Het is de meest voorkomende stof in de atmosfeer: 80 procent van de lucht die wij inademen bestaat uit stikstof. Dat is de stabiele versie N2 waarvan we weinig te duchten hebben. Sterker nog, we zijn al honderden jaren op zoek naar manieren om deze stikstof in een vorm te brengen die nuttig is voor de landbouw en er zorg voordraagt dat we met een groeiende wereldbevolking in onze voedselbehoefte kunnen voorzien. Het Harber-Bosch proces heeft dat uiteindelijk begin vorige eeuw mogelijk gemaakt, waardoor op dit moment de helft van de wereldbevolking gevoed wordt door de beschikbaarheid van kunstmest.
Maar de reactieve versie van stikstof heeft ook negatieve effecten. Via kunstmest, ammoniak en stikstofoxides heeft deze stikstof in grote mate invloed op het leefmilieu. In de jaren zeventig van de vorige eeuw werd met name de verzuring van de regen en de ozonvorming (smog) door deze stikstofemissie veroorzaakt. De verplichte katalysator op voertuigen heeft deze uitstoot in de ontwikkelde landen flink teruggeschroefd. Maar ondertussen is ontdekt dat reactieve stikstof op meer fronten en op complexer wijze zijn invloed doet gelden dan tot nu toe werd gedacht.
‘Stikstof is bedreiging en zegen voor het klimaat’
Een zo’n invloedrijke verschijning van stikstof is N2O, beter bekend als lachgas. Dit gas heeft een ruim 300 keer sterker broeikaseffect dan CO2. Erisman: “Als je bedenkt dat bij elke kilogram kunstmest 15 gram N2O ofwel 5 kilogram CO2-equivalenten ontstaat, snap je dat er sprake is van een serieus te nemen probleem. Bij ECN hebben we dat gedaan. We hebben een katalysator ontwikkeld die 95 procent van dit bij de kunstmestindustrie vrijkomende lachgas omzet in ‘neutrale’ stikstof. Als de fabrikanten dat toepassen, scheelt dat echt een slok op een borrel.”
Van stikstof in kunstmest komt 95 procent in milieu terecht
Tegenover dit succes staan nog een flink aantal problemen. Het rendement van kunstmest in de praktijk is minder dan 50 procent. Dat betekent dat de toegevoegde stikstof niet in de plant terechtkomt maar in het milieu, bijvoorbeeld grond- en oppervlaktewater. Maar ook al lukt het om de efficiëntie van de kunstmestopname te verbeteren, er blijft hoe dan ook veel stikstof in het milieu terechtkomen. Erisman: “Van de 100 kilogram stikstof die in kunstmest wordt vastgelegd, komt uiteindelijk 95 kilogram in het milieu. Dat gebeurt op allerlei plaatsen en allerlei momenten en kan bijdragen aan bijna alle milieueffecten. Zo kan de stikstof in eerste instantie leiden tot directe schade aan vegetatie dichtbij bronnen, of bijdragen aan de vorming van deeltjes en smog waardoor de menselijke gezondheid wordt aangetast. Na verspreiding in de atmosfeer en depositie in natuurgebieden kan stikstof vervolgens verzuring of vermesting in de hand werken, en in de vorm van nitraat uitspoelen naar het grondwater en daarmee opnieuw een risico vormen voor de menselijke gezondheid, ditmaal via het drinkwater. Via het grondwater wordt ook het oppervlaktewater bereikt wat leidt tot eutrofiëring. Eenmaal getransporteerd naar zee kan de stikstof daar algenbloei veroorzaken. Vanuit zee, en ook in verschillende tussenstappen, wordt lachgas gevormd dat bijdraagt aan een versterkt broeikaseffect en klimaatverandering. Uiteindelijk keert de stikstof weer terug tot N2-status, maar niet nadat hij een deel van de stratosferische ozonlaag heeft afgebroken. De reis van reactief stikstof eindigt dus altijd ergens in onze leefomgeving en heeft daar een niet altijd gunstige effect.”
Het is beslist de moeite waard om daar waar het mogelijk en haalbaar is de reactieve stikstof uit te schakelen. De kersverse hoogleraar bepleit dan ook de ontwikkeling van 2e generatie kunstmest met veel hogere efficiëntie en het bevorderen van de scholing van boeren om efficiënter met stikstof om te gaan, zodat de uitspoeling naar grond- en oppervlaktewater vermindert. Maar hij wijst ook op de vele stikstof die een dierlijk eiwit kost ten opzichte van een plantaardig eiwit.
Stikstofmanagement
Er zitten veel kanten aan onze omgang met reactief stikstof. En veel van die kanten beïnvloeden niet alleen elkaar maar ook andere processen die de kwaliteit van ons milieu helpen bepalen. “Juist die complexe samenhang vind ik heel belangrijk om te onderzoeken. Vandaar dat de leerstoel Integrale Stikstofproblematiek is genoemd. Het gaat me niet zozeer om de afzonderlijke processen maar om hun wederzijdse beïnvloeding en de invloed van maatschappelijke drijvers, zoals energie en voedsel.”
Erisman geeft twee voorbeelden van de soms tegengestelde invloed van stikstof. Ammoniak, waarvan stikstof een belangrijk bestanddeel is, is na depositie een bron voor N2O, ontegenzeggelijk een broeikasgas. Maar datzelfde ammoniak is in de atmosfeer ook een aerosol die aanleiding geeft tot wolkenvorming en zodoende voor een koelend effect zorgt. En wat te denken van de invloed van stikstof in kunstmest die planten extra laat groeien waardoor die extra CO2 opnemen uit de atmosfeer. Zo geredeneerd levert kunstmest een bijdrage aan het terugdringen van de CO2-concentratie in de atmosfeer. “Aan deze redenering zitten natuurlijk heel wat haken en ogen,” grijnst de unitmanager Biomassa, Kolen & Milieuonderzoek. Die wil hij met VU-studenten allemaal grondig onderzoeken om te zorgen dat beleidsmatig de juiste keuzen worden gemaakt.
Contact
Jan Willem Erisman
ECN Biomassa, Kolen & Milieuonderzoek
Tel.: 022 456 4155
E-mail: Jan Willem Erisman
Info
Op 15 januari hield Jan Willem Erisman zijn oratie: Het bemesten van lucht. De volledige tekst is hier als pdf te downloaden.
Dit ECN-Nieuwsbrief-artikel mag zonder toestemming worden gebruikt voor publicatie, mits verwezen wordt naar de bron: www.ecn.nl/nl/nieuws/newsletter-nl/
