Stikstofdepositie. Van bron naar effect. 24 Januari 2016 Albert Bleeker

Transcriptie

1 Stikstofdepositie Van bron naar effect

2 Inhoud Waardoor? Wat? Waar?

3 Inhoud Stikstofdepositie: waardoor? De stikstofproblematiek Effecten van stikstof in het milieu Stikstofdepositie: wat? Emissie van stikstof Atmosferische transport en chemie Depositieprocessen Stikstofdepositie: waar? Meten en berekenen van depositie

4 Stikstofdepositie: Waardoor?

5 Azote (Lucht zonder leven) Daniel Rutherford, 1772:. It extinguishes flames, and destroys life.

6 Maar, is er leven zonder stikstof? Onvoldoende eiwitten (bevatten stikstof) in het dieet verhinderd de productie van peptide hormonen in het lichaam, waardoor normale lichaamsfuncties beperkt worden.... Te weinig.. Te veel

7 De geschiedenis van stikstof --wordt N limiterend?-- 7, ,000 5, ,000 3, ,000 1,000 N-Ontdekt N-Nutrient BNF Humans, millions Legumes/Rice, Tg N

8 De geschiedenis van stikstof --wordt N limiterend?-- 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 De wereld krijgt een N tekort ,000 1,000 N-Ontdekt N-Nutrient BNF Humans, millions Legumes/Rice, Tg N

9 Fritz Haber ( ) Begon zijn werk aan NH 3, 1904 Eerste patent, 1908 Test op commerciele schaal, 1909 Ontwikkelde Cl 2 gas productie, 1914 Nobel Prijs in Chemie, voor de synthese van ammonia van zijn elementen Carl Bosch ( ) De perfecte catalysator, 1910 Productie op grote schaal, 1913 Ammoniak naar nitraat, 1914 Nobel Prijs in Chemie, chemische hoge druk methodes

10 De geschiedenis van stikstof --Nr Creatie, Haber Bosch proces-- 7, ,000 5, ,000 3,000 N 2 + 3H 2 --> 2NH ,000 1,000 N-Ontdekt N-Nutrient BNF Humans, millions Haber Bosch Legumes/Rice, Tg N Galloway JN and Cowling EB. 2002; Galloway et a

11 De geschiedenis van stikstof --Nr Creatie: Verbranding Fossiele Brandstoffen-- 7, ,000 5, ,000 3,000 N 2 + 3H 2 --> 2NH ,000 1,000 N-Ontdekt N-Nutrient BNF Humans, millions Energy Production Food Production

12 De geschiedenis van stikstof --Nr Creatie, Mens en Natuur-- 7, ,000 5, ,000 3,000 N 2 + 3H 2 --> 2NH 3 { 100 2,000 1,000 N-Ontdekt N-Nutrient BNF Humans, millions Total N Fixed, Tg

13 Kunstmest en efficientie Bron: IFA, 2007

14 Het lot van kunstmest N N Kunstmest Geproduceerd 100

15 Het lot van kunstmest N N Kunstmest Geproduceerd N Gecons % van geproduceerde N in het Haber-Bosch proces bereikt de menselijke monden...

16 Het lot van kunstmest N N Kunstmest N Kunstmest Geproduceerd Toegediend N in Gewas N N Geoogstin Voedsel N Gecons % van geproduceerde N in het Haber-Bosch proces bereikt de menselijke monden...wanneer je vegetarisch bent

17 Het lot van kunstmest N N Kunstmest N Kunstmest Geproduceerd Toegediend N in Gewas N In Voer N in Opslag N Gecons % van het N geproduceerd in het Haber-Bosch proces en gebruikt voor productie van dieren bereikt de mond.

18 De stikstofproblematiek De atmosfeer bestaat voor 78% uit N 2, niet reactief Reactief stikstof, N r, is essentieel voor het leven op aarde Door de productie van kunstmest wordt N r (NH 3 ) gemaakt t.b.v. voedselvoorziening N r (NO x ) is een bijproduct bij ons energiegebruik door de verbranding van fossiele brandstoffen voor transport en energie Door lage efficiëntie zijn er grote verliezen naar het milieu met directe en indirecte effecten op het klimaat, ecosysteem services en menselijke gezondheid In de toekomst lijken deze verliezen alleen nog maar toe te nemen 24 Januari 2016 Albert Bleeker

19 Hoge temperatuur verbranding & industrie Broeikasgas balans Lachgas (N 2 O) Stratosferisch ozon afbraak Lucht - kwaliteit Troposferisch ozon vorming Stikstofcascade Fijn stof Kunstmest productie N r Stikstofoxide (NO x ) Ammoniak (NH 3 ) Ammonium nitraat in regen (NH 4 NO 3 ) Emissie van NO x & N 2 O vervolgen de cascade Biologische stikstof fixatie in gewassen gewenste N flow Ongewenste N flows Gewas voor voedsel & diervoeding N r in mest Veehouderij Voor voedsel Bodemverzuring Natuurlijke ecosystemen Terrestrische Eutrofiëring Denitrificatie naar N 2 N vorm in de cascade Milieu zorg om N r Nitraat uitspoeling (NO 3- ) Zoetwater eutrofiering Nitraat in rivieren, grondwater & kustgebieden Kustwater Eutrofiering

20 Nederland de Hot spot in Europa Stikstofoverschot op bedrijfsniveau NO 2 concentraties N in grondwater N-depositie Fijn stof N in rivieren

21 Succesvol Nederlands stikstofbeleid Maatregelen: Mineralen boekhouding Emissie arme stallen Mestinjectie Afdekken mestopslag Aanwendingsnormen Sturen op ureum concentratie in melk Mestverwerking Geen mestaanwending in de winter SCR industrie en transport Brandstofmix N invoer (Kton N) N2O emissie (kton) Trends: NOx emissie daalt door Landbouw N stabiliseert N belasting oppervlaktewater NH3 emissie NOx emissie N2O emissie Jaar N in mest Noordzee belasting N belasting landbouwgrond

22 Stikstofstromen in Nederland (kton)

23 Algemene opmerkingen Stikstof draagt bij aan veel verschillende thema s Ondanks het succes van Nederlands beleid is er nog steeds sprake van het overschrijden van milieu- en natuurdoelen Op wereldschaal dreigt de stikstofproblematiek nog te verergeren (voedsel- en biomassa productie, fossiele brandstoffen)

24 Stikstofdepositie: WAT?

25 Hoge temperatuur verbranding & industrie Verspreiding Stikstofdepositie Reactie Kunstmest productie Emissie Stikstofoxide (NO x ) Ammonium nitraat in regen (NH 4 NO 3 ) Ammoniak (NH 3 ) Biologische stikstof fixatie in gewassen Gewas voor voedsel & diervoeding Depositie gewenste N flow Ongewenste N flows N r in mest Veehouderij Voor voedsel Natuurlijke ecosystemen N vorm in de cascade Milieu zorg om N r

26 Stikstofdepositie Depositie: het neerslaan van door de lucht meegevoerde stoffen op een oppervlak

27 Emissie Model N in de atmosfeer en dan?? Concentratie Depositie Effecten Plafonds Overschrijding Doelen

28 Processen betrokken bij ammoniakemissies Ammoniak productie Ureum hydrolyse via enzymen Organische stikstofmineralisatie via bacteriën Waterige chemische reacties Ammoniaktransport van de water- naar de luchtfase Diffusie Convectieve massatransport

29 Processen betrokken bij NO x emissies Thermal NO x Gevormd bij de thermische binding van moleculair stikstof, N 2 Vereist hoge temperaturen (> 1370 C) Fuel NO x Oxidatie van stikstof componenten in de brandstof Prompt NO x Reactie van stikstof met brandstof fragmenten 100% NOx 0 Benzine Olie Kolen Prompt NOx Fuel NOx Thermal NOx

30 Nederlandse NH 3 emissies

31 Nederlandse NOx emissies

32 Depositieprocessen

33 Stikstofdepositie: WAAR?

34 Hoe kunnen we stikstofdepositie bepalen? Metingen: Natte depositie Droge depositie (Mist depositie) Modellen

35 Waarom depositiemonitoring? Meten van input in ecosystemen Wetenschappelijk begrip van oppervlakte uitwisseling Verliesterm in lange-afstands transportmodellen Concentratiekaarten Wetenschappelijke validatie van beleid (trends) Leveren van harde getallen

36 Meetapparatuur

37 Natte depositie

38 Meten van droge depositie

39 Goedkope methodes

40 Voor- en nadelen van metingen Nadelen: Duur / Complex Veel locaties nodig (voor een langere periode) om een compleet plaatje te krijgen Geeft een totale depositie (integreerd over alle bronnen) Voordeel: Geeft de waarheid (wanneer correct uitgevoerd)

41 Modelleren

42 Depositie naar ecosystemen

43 N depositie naar Europese wateren

44 Vergelijking model / meting NHx NOy

45 Conclusies m.b.t. meten/modellen Veel problemen m.b.t. evalueren van veranderingen in bijv. NH 3 emissies via meetnetwerken Lange tijdreeksen nodig Interactie met andere componenten (SO 2 & NO x ) Modellen niet altijd compleet Pas op wanneer metingen niet de verwachtingen volgen: Beperking in de modellen Beperking in de metingen Ineffectiviteit van de reductiemaatregelen

46 Voor- en nadelen van modellen Nadelen: Geeft een representatie van de werkelijkheid (zoals de modelleur die ziet) Veel verschillende modellen beschikbaar Met (soms grote) onzekerheden omgeven Voordelen: Relatief goedkoop Mogelijk om: Bronbijdragen te evalueren Met emissiescenario s te werken

47 Stikstofdepositie in het beleid Het kwantificeren van stikstofdepositie is niet altijd gemakkelijk Gemaakte keuzes m.b.t. schaal, emissies, meteo, etc. (bij modellen) zullen in hoge mate de kwaliteit van de resultaten bepalen Geschiktheid van data/modellen (schaal, processen, etc) Gebruikte emissies (politiek vs. wetenschappelijk)