Methaan (CH4) en lachgas (N2O) zijn krachtige broeikasgassen afkomstig van zowel de industrie, landbouw als natuur. Tot voor kort was het heel moeilijk om de emissie van die gassen in landbouwgebieden te meten, zeggen ECN-ers Petra Kroon en Arjan Hensen. “Ze staan niet voor niets in de top tien van emissiemetingen met de grootste onzekerheidsmarge. Maar de afdeling Luchtkwaliteit & klimaatverandering bij ECN beschikt over een nieuwe methode om die emissiebepaling per hectare nauwkeuriger te doen. Dat levert veel betere statistieken op en helpt te bepalen welke landbouwmethodes minder uitstoot opleveren.”
In de afgelopen jaren heeft ECN-onderzoekster Petra Kroon de nieuwe methode uitgebreid onderzocht en getest. Begin juni is ze hierop gepromoveerd aan de Technische Universiteit Delft. ECN-onderzoeker Arjan Hensen, die nauw betrokken was bij dit onderzoek , vertelt samen met Kroon over de ins en outs van deze zogenoemde Eddy covariantie metingen van lachgas en methaan.
“Het broeikaseffect van 1 kg methaan komt overeen met dat van 25 kg CO2 en het broeikaseffect van lachgas zelfs met 298 kg CO2. Daarom is het belangrijk om ook de methaan- en lachgasemissies te meten, ook al zijn de concentraties ervan in de lucht duizend keer zo klein als van CO2. Dat meten was vroeger geen sinecure”, verklaart Kroon.
Sinds 1994 meet ECN de broeikasgasconcentraties in de lucht boven een veenweidegebied op de 200 m hoge meetmast van Cabauw, die eigendom is van het KNMI. De steeds wisselende concentraties van CO2, CH4 en N2O worden continu in de gaten gehouden op verschillende hoogtes. Daarnaast meet ECN op mastjes van enkele meters hoog de directe emissies van het veenweidegebied rondom de mast. In de graslanden van het Groene Hart ontstaat CO2 door oxidatie van de koolstof uit het veen met zuurstof uit de lucht. Het vrijkomen van CO2 varieert met de temperatuur, het tijdstip van de dag (overdag nemen planten CO2 op en ’s nachts stoten ze CO2 uit), de hoogte van het gras en de hoeveelheid bemesting. “De emissie van CO2 valt nog redelijk nauwkeurig te meten. Lastiger is het met methaan en lachgas”, aldus Kroon.
Piek in emissie van lachgas na bemesting
Lachgas en methaan komen vrij uit mest wanneer bacteriën koolstof- en stikstofverbindingen in de mest omzetten in voedingstoffen voor planten. Enkele dagen tot een week na de bemesting zie je ineens een piek in de emissie van lachgas. De kunst is om die piek te meten. Hensen: “Jarenlang is dit met boxmetingen gedaan: We zetten een doos zonder deksel omgekeerd op een plek in het weiland. De gassen die uit de grond vrijkomen hopen zich op in de doos. Uit de toename van de concentratie lachgas of methaan in een kwartier of een half uur leiden we de flux af, oftewel de gasstroom per vierkante meter. Door dit op verschillende plaatsen in het weiland te doen, kunnen we de emissie voor het gehele weiland uitrekenen.”
Probleem is echter dat de emissie sterk varieert met de omstandigheden, je kunt niet voorspellen waar en wanneer een koe in het weiland plast en wanneer de emissiepiek volgt. Tijdens een piek kan de flux wel 100 keer zo groot zijn. Grote kans dat je pieken mist, omdat je niet op alle locaties en vaak niet dag en nacht kunt meten. Hierdoor kun je er met methaanmetingen 25 % naast zitten en met lachgasmetingen wel 50 %.
Bij Luchtkwaliteit & Klimaatverandering, een afdeling van de unit Biomassa, Kolen en Milieuonderzoek, startten onderzoekers een speurtocht naar een betere meetmethode. Kroon: “Enkele jaren geleden zijn we overgegaan op het meten van methaan en lachgas met een QCL, oftewel een kwantum cascade laser spectrometer. Met 10 metingen per seconde is hij meer dan 100 keer zo snel als ons oude apparaat en een factor 5 nauwkeuriger. Hij ziet het verschil tussen een concentratie van 310 en 311 delen lachgas per miljard delen lucht.”
Kroon heeft dit apparaat met succes in het weiland gebruikt om de emissies van lachgas en methaan op drie meter hoogte boven het maaiveld te meten met de zogenoemde Eddy covariantie methode. Luchtwervelingen zorgen voor de uitwisseling van het broeikasgas tussen grasveld en lucht. De QCL detecteert het ene moment moleculen lachgas die omhoog gaan en het andere moment moleculen die naar beneden gaan. Om na te gaan wat de verticale windsnelheid per saldo is, staat bij de QCL een anemometer die de wervelingen met geluidsgolven meet. Dankzij deze combinatie lukt het om een representatief beeld te krijgen van de methaan- en lachgasemissies van een gebied van drie tot vier hectare. Daar komt heel wat wiskunde aan te pas, die Kroon in haar proefschrift beschrijft.
Interieur van de container bij Reeuwijk, met rechts de laser en links op een monitor de grafische weergave van de meetsignalen van lachgas- en methaammeting.
Ook de emissie van toendra’s is veel beter te meten
Hensen: “Voordeel is dat je met dit systeem continu 24 uur per dag, 365 dagen per jaar kunt meten en dus geen enkele emissiepiek mist. Ook pakken we dag- en nachtvariaties mee. De metingen met de QCL hebben, in combinatie met metingen van de VU en de WUR, bijzondere resultaten opgeleverd. Zo blijkt dat een intensief gebruikt weiland een netto bron is van broeikasgas (combinatie van CO2, methaan en lachgas), karig bemeste grond is een aanzienlijk kleinere bron en in een drassig natuurgebied wordt zelfs netto broeikasgas opgeslagen.”
Mede naar aanleiding van deze resultaten, wordt er nu ook door andere Europese groepen dit type apparatuur aangeschaft. Soort gelijke emissiemetingen zullen dan ook op steeds meer plekken worden uitgevoerd. Zo gaat een team van de VU de Eddy covariantie methode toepassen om de methaanemissie op de smeltende toendra’s in Siberië te meten.
Het onderzoek met emissieschattingen van methaan- en lachgas gaat verder. ECN is gestart met een test of het mogelijk is om methaan- en lachgasemissies op nog grotere schaal te bepalen. "Enkele weken geleden hebben we ons systeem in de mast van het KNMI in Cabauw geplaatst. We zuigen de lucht aan op 60 meter hoogte en daarmee willen we emissies van een gebied van enkele kilometers meten. Samen met de al lopende concentratiemetingen op Cabauw kunnen we dan duiden wat het relatief belang is van methaan en lachgas van regionale, nationale en internationale bronnen."
Contact
Petra Kroon & Arjan Hensen
ECN Biomassa, Kolen & Milieuonderzoek
Tel.: 022 456 4062
E-mail: Petra Kroon Arjan Hensen
Tekst: Erik te Roller
Info
Annual balances of CH4 and N2O from a managed fen meadow using eddy covariance flux measurements, artikel in European Journal on Soil Science
Eddy covariance observations of methane and nitrous oxide emission: Towards more accurate estimates from ecosystems, dissertatie van Petra Kroons promotie aan TU Delft.
Meer beleidsmatige aspecten leest u in Beïnvloeden van landgebonden broeikasgasemissies? Artikel in Landschap, nummer 27(2), 99-109, 2010.
Dit ECN-Nieuwsbrief-artikel mag zonder toestemming worden gebruikt voor publicatie, mits verwezen wordt naar de bron: www.ecn.nl/nl/nieuws/newsletter-nl/
