Lees ook
Wil je een wetenschappelijke paper over depositie schrijven? Liever nog een rapport en nog liever een boek? Die vragen kreeg ik de afgelopen jaren regelmatig. Het dossier is inderdaad zo complex dat een artikel al snel tekortschiet. Moet je beginnen bij de fysica, chemie, biologie of ecologie? Of bij de (onhandige) wetgeving? Of bij het verzamelen van de data voor de modellen waarmee we rekenen aan stikstof? Of bij de modellen? Of toch maar bij de ruimtelijke ordening die we te lijf gaan met het vrijmaken van milieuruimte om te kunnen bouwen. Stikstof gaat uiteindelijk over kunstmatig toegevoegde mest en de vraag hoeveel milieuschade mensen zich willen toestaan om hun levensruimte binnen die van de natuur te realiseren.

Vanuit vrijwel elk perspectief of discipline is een duiding te geven aan het waarom achter al die aandacht voor stikstof.

In vervolg op De politiek moet leren dansen wil ik in deze tekst de nadruk leggen op de wetenschap achter reactief stikstof (de vorm die de natuur overbemest) en uitleggen hoe de verspreiding ervan werkt vanaf de bron die het uitstoot. In een eerdere tekst introduceerde ik een begrippenapparaat waarop ik hier verder bouw. Ik begin met een alinea die mijn persoonlijke opinie weergeeft; daarin bekritiseer ik vooral de rommelige manier waarop de politiek zich kwijt van haar beleidstaken.

Daarna probeer ik zo rationeel en wetenschappelijk mogelijk een duiding te geven van de natuurkundige aspecten (emissie, verspreiding en depositie) van stikstof. Vervolgens sluit ik af met een advies aan beleidsmakers en politici om de vastgelopen situatie weer vlot te trekken. Later verschijnt nog een tekst die helemaal gewijd is aan depositie.

Mijn politieke opinie
Als kind hoorde ik al over mestoverschotten. Als tiener hoorde ik over zure regen. Als jonge student leerde ik over broeikasgassen en de ozonlaag. Dit jaar ben ik vijftig geworden. Terugkijkend denk ik dat Nederland er een potje van gemaakt heeft.

Politici en beleidsambtenaren hadden niet moeten willen geloven in 'silver bullets' (zoals sturen op alleen CO2 en stikstof)
We hebben lang gedacht dat ons land "af was" en deden en doen daarom niet meer aan ruimtelijke ordening. De zittende generaties ambtenaren en politici werken vanuit dichtgetimmerde regeerakkoorden en denken hun werk vanuit juridische processen en beïnvloedende communicatie te kunnen doen. Vanuit visie, inhoud en gesprek daarover vooruitkijken is er niet bij.

Als ik vanuit die opmerkingen meteen inzoom op het stikstofdossier, dan concludeer ik een aantal zaken. Wetenschappelijke onderzoekers en toepassers van hun werk hadden niet mogen toestaan dat er geen budget was voor praktijkmetingen. Diezelfde onderzoekers hadden wat nederiger moeten zijn en niet te snel naar een model als beste benadering van de werkelijkheid mogen grijpen. Er hadden incentives moeten zijn om boeren en industrie te motiveren hun emissies naar bodem, lucht en water steeds verder te reduceren. Politici en beleidsambtenaren hadden niet moeten willen geloven in 'silver bullets' (zoals sturen op alleen CO2 en stikstof); bovendien hadden zij hun taak - het land regeren en beleid maken - niet uit handen mogen geven aan advocaten, rechters, wetenschappelijke instituten en NGO's. Wij zijn rijke westerlingen in het penthouse van de piramide van Maslow. Omdat we de middelen hebben, vind ik dat wij ook de plicht hebben om zuinig met onze omgeving om te gaan en dat we ons land 'mooier', 'schoner' en 'welvarender' moeten doorgeven aan de volgende generaties.

Achtergrond van reactief stikstof
Sinds de ontdekking van fossiele brandstoffen en die van het Haber-Bosch proces waarmee we stikstofkunstmest uit de lucht kunnen concentreren met fossiele brandstoffen, hebben we op een grote schaal reactief stikstof kunnen 'maken' en de lucht in geblazen. Vooral in dichtbevolkte gebieden met veel mensen en vee (Nederland, de Po-vlakte in Noord-Italië en het Ruhrgebied in Duitsland) zie je de nadelige effecten daarvan op de luchtkwaliteit. Stikstof is vooral een lokaal thema (binnen honderden kilometers) en een betrekkelijk korte tijdschaal (enkele tot tientallen jaren). Het gaat, kortom, om lokale (leef)milieus nu en in de nabije toekomst. In Nederland hebben we periodes gehad met vooral (te) veel vee. We gaan nu een periode in met (te) veel mensen. Als we dat accepteren maar ook een schone leefomgeving willen behouden, dan zijn er twee beleidssporen: a) minder activiteit (reductie), b) de bestaande activiteiten schoner maken (innovatie); maar het liefste wel met behoud van welvaart en werkgelegenheid in ons land.

Er zijn twee soorten reactief stikstof. NOx, stikstofoxiden, die vooral vrijkomen bij de verbranding van fossiele brandstoffen in fabrieken en vervoersmiddelen, en ammoniak. NH3, ammoniak, komt vooral vrij bij veehouderij door het vervloeien van vaste mest en urine. Maar er zijn ook industriële bronnen van ammoniak. In een stal kun je ammoniak met bijvoorbeeld een gaswasser afvangen, uitgaande van een perfect dichte kippenstal of varkensstal. Ammoniak-emissies zijn ook te reduceren door urine en mest niet te mengen of door dieren anders te voeren. De ammoniakuitstoot in Nederland wordt vooral veroorzaakt door de herkauwers (koeien).

Deze vele emissiebronnen zorgen ervoor dat de concentratie ammoniak en NOx in Nederland hoog is, maar dat deze 'deken' ook niet overal even dik is. De dikte van de deken hangt immers ook af van het weer (regen, wind), het seizoen, en import en export van reactief stikstof vanaf zee (schepen en wind) of onze buurlanden (België, met aanvoer vanuit Frankrijk).

Het is naïef om daar reductionistisch naar te kijken
Met moderne sensoren kunnen we punt-metingen uitvoeren die NOx en ammoniakconcentraties in kaart brengen. Met satellieten kunnen we een indruk krijgen van de kolom-concentratie (een satelliet kijkt tweedimensionaal en kan slecht verschillen in hoogte meten). Daarnaast kunnen we indirecte metingen uitvoeren (denk aan de zuurgraad van de bodem) of ecologische observaties op de grond en de flora en fauna doen die correleren met de stikstofconcentraties in de lucht. Tenslotte kunnen we proberen met computermodellen te voorspellen hoe reactief stikstof zich over het land (en naar bodem en hogere luchtlagen) verspreidt. Het onder meer in Nederland gehanteerde OPS-model is daar een bekend voorbeeld van, het is een zogenaamd CFD (computational fluid dynamic) model. CFD is een 2D en 3D aanpak waar in de ingenieurswereld veel gebruik van wordt gemaakt (FEM is een ander voorbeeld). Er zijn overigens maar heel weinig plekken aan de Nederlandse universiteiten waar studenten in aanraking komen met FEM/CFD-modellen aangezien deze vaardigheid alleen relevant is voor maar enkele beta-opleidingen, vooral aan technische universiteiten. Hoe dan ook, het gaat om het meten of schatten van de concentratie van reactief stikstof in de lucht.

Beide soorten reactief stikstof, NOx en NH, hebben effect op de luchtkwaliteit, de gezondheid van burgers en de kwaliteit van natuurgebieden. De kwaliteit van natuurgebieden wordt echter niet alleen door stikstof bepaald. Temperatuur, droogte, wind, bodemkwaliteit, aanwezigheid (of afwezigheid) van fosfaat en andere mineralen, en beheer spelen een net zo grote rol. Ik mis nog vele factoren. Ecosystemen zijn dynamisch en uiterst complex. Het is naïef om daar reductionistisch naar te kijken. Om die reden schreef ik eerder dat modellen de duivel in het politieke systeem zijn.

Onzekerheden
Stikstofemissie, -verspreiding en -depositie lijkt een relatief rechttoe rechtaan vakgebied. Maar dat valt tegen. Het bestaat uit verschillende vakgebieden met elk een eigen specialisme. De betrokken wiskundigen zijn zelden geschoold in biologie. De ecologen hebben niet veel kennis van verspeidingsmodellen. Weerkundigen hebben geen inzicht in de complexiteit van de ecologie en biologie. En tenslotte zijn de bodemkundigen van bijvoorbeeld Wageningen UR weer veel te weinig betrokken bij de rekenmodellen die het RIVM onderhoudt (Aerius).

Er zit de nodige wetenschappelijke onzekerheid in zes deelonderwerpen.

  1. Allereerst zijn de emissiebronnen zelf onduidelijk. Hoe zit het nu werkelijk in de praktijk met de stikstof-bronnen en de import en export? Bij een chemische fabriek kun je meten wat de concentratie van stikstof is die uit de schoorsteen komt. En je kunt deze concentratie vermenigvuldigen met de flow van de emissie zodat je die precies kunt vaststellen. Bij een gesloten varkensboerderij kan dat ook. In een weiland met koeien of langs een autoweg wordt dit al veel ingewikkelder. En hoeveel stikstof importeren we via de lucht die niet op Nederlands grondgebied is uitgestoten? Ik vermoed dat de onzekerheidsmarges van de totale emissies in de tientallen procenten lopen.

  2. De verspreiding van componenten door de lucht. We kunnen het weer niet eens twee weken goed vooruit voorspellen. Hoe beter we het weer zouden kunnen voorspellen, hoe beter we de verspreiding van componenten in de lucht kunnen voorspellen; mits we de emissiebronnen goed kennen natuurlijk. Omdat in beleid gewerkt wordt met gemiddelde wind en neerslag is de onzekerheidsmarge groot. In de literatuur wordt deze ingeschat op minimaal tientallen procenten. Alleen de lokale stikstofconcentratie lijkt vrij aardig met modellen voorspeld te kunnen worden zoals uit de recente studie van de UvA is gekomen.

  3. De afbraak van reactief stikstof door zonlicht en UV in de lucht. En ook de precieze processen van denitrificatie en nitrificatie in de bodem. Dat zijn allemaal dynamische chemische processen die een rol spelen. Aangezien deze processen in een kolom omhoog (de ‘z-richting’) plaatsvinden en er weinig tot niet gemeten wordt op grotere hoogte, zijn dit bestens experimentele wetenschapsdomeinen. Er is domweg nog te weinig over bekend. Satellieten meten in een kolom in de z-richting en kunnen dus ook geen afdoende antwoorden bieden. Kennis over deze afbraakprocessen van groot belang, maar grotendeels onderbelicht.

  4. Regen en natte depositie. Natte depositie valt goed te meten door regenwater op te vangen en de stikstofconcentratie in het regenwater vast te stellen. Het meetnetwerk in Nederland is erg klein. Eigenlijk zouden we gewoon een paar honderd meetpunten moeten opzetten per provincie. Dat is niet ingewikkeld, niet extreem kostbaar en biedt de mogelijkheid om feitelijke maanddata per locatie te bepalen. Berekenen met OPS is dan niet meer nodig en bespaart een boel discussie over modelfouten waarvoor altijd weer gecorrigeerd moet worden. Let wel, de vermestende werking van natte depositie is alleen relevant als het regent; dat doet het in Nederland circa 7% van de tijd. Vanwege de overvloedige regenval is het logisch te verwachten dat het aandeel natte depositie in 2023 hoger is dan we denken. Zelf verwacht ik dat de totale werkelijke depositie lager zal blijken dan de modellen van RIVM berekenen.

  5. Droge depositie. Om met de deur in huis te vallen: droge depositie is niet direct meetbaar te maken en kan alleen indirect worden geschat en berekend. In de jaren ’90 van de vorige eeuw is er het nodige praktijkonderzoek gedaan. Rond 2000 is het meetnetwerk vrijwel stopgezet. Er staan een stuk of zes zogeheten COTAG-palen in Nederland. Ze doen zogenoemde flux-metingen (uit de vorige eeuw) en berekenen via een model de droge depositie. Ik ben bang dat het een theoretische blackbox is met de schijn van echte metingen en denk dat het werken met biomarkers een betere meetkwaliteit en zinvolle modelberekeningen biedt. Dat is niet goedkoop, maar beleid bepalen en de resultaten van de uitvoering monitoren zonder deugdelijke praktijkmetingen lijkt me unfair en incorrect. Inmiddels heb ik tientallen wetenschappelijk papers gelezen en durf ik te concluderen dat de meest gebruikte modellen de depositie met minstens een factor 2 overschatten. Ik sluit zelfs een factor 3 à 4 niet uit. In een volgend artikel ga ik specifiek op deze wankele wetenschap in. Droge depositie is de olifant in de kamer van het stikstofbeleid.

  6. Bodem-activiteit en specifiek de bodem-chemie. De bodem is een dynamisch fenomeen, wellicht zelfs een dynamisch evenwicht. Dynamische evenwichten zijn systemen waarbij de concentratie van een component in de bodem relatief stabiel is, maar er toch een influx en uitflux is. Natte depositie kan immers ook in diepere bodemlagen weer wegvloeien naar grondwater zonder dat stikstof in de bodem toeneemt. Daarnaast treden ook nitrificatie en denitrificatie op. Beide processen zijn niet verwerkt in Aerius. Er is een brede roep om ook bodemmonsters te nemen - ik ben niet tegen - maar ook daar moet een juiste wetenschappelijk interpretatie op gegeven worden.

Dit alles maakt dat het hele dossier een gekke combinatie is van juridisch strenge wetten en een wetenschappelijk domein dat over vele vakgebieden gaat en vol onzekerheden zit. Het is niet overdreven om te constateren dat het met zekerheid is afgegleden naar een theoretische werkelijkheid die zich in computermodellen afspeelt. Beleid en doelen zijn los van de werkelijkheid geraakt en ontwikkelen zich ver van de praktijk. Dat zou niet waar mogen zijn, maar is het wel. Het stikstofvakgebied kan alleen goed groeien als er met voldoende budget aan meerdere universiteiten kan worden samengewerkt. De te dominante rol van RIVM helpt niet in de voortgang van het vakgebied.

Droge depositie is de olifant in de kamer van het stikstofbeleid
Aerius, de schil om OPS
In de media gaat het vaak over het Aerius-model. Dat is de grafische schil over het werkelijke wiskundig model met de hiervoor al verschillende keren genoemde naam OPS. OPS berekent de concentratie van componenten in de lucht. Aerius zorgt ervoor dat gebruikers scenarioberekeningen kunnen uitvoeren met OPS en kunnen inschatten hoeveel depositie volgens het model 'op de grond' terecht komt. Of dat ook in de werkelijkheid gebeurt, is zoals ik al duidelijk maakte een tweede.

Aerius gebruikt als input een hele lijst van emissie-bronnen (die via het RIVM en de WUR wordt opgesteld). Daarin staan naast alle industriële gebruikers ook boeren met hun stallen en hun hoeveelheid vee. Tientallen jaren geleden zijn er bij DLO (nu onderdeel WUR) praktijkonderzoeken gedaan naar emissies bij vee in stallen, hoe vaak deze worden gemoderniseerd is mij onbekend. De laatste jaren zijn er wel regelmatig de nodige foutjes ontdekt in deze emissie-lijst. De lijst zelf is niet helemaal openbaar vanwege privacy-wetgeving (AVG), maar ik zie geen redenen om de data niet vrij te geven voor onderzoek. Alleen dan kunnen politiek en wetenschap adequaat controleren of de lijst terecht en relevant is.

Naast emissie per bron (uitgedrukt in mol stikstof per jaar per bron) speelt het warmtevermogen van de bron een grote rol en de hoogte van de emissie bron (is er een schoorsteen of niet). OPS zelf kan je het beste zien als een weer-model; het voorspelt de convectie van stoffen die in de lucht zitten en hoe deze zich vervolgens verspreiden over (het oppervlak van) Nederland. De emissiebron-input wordt gebruikt om via het model van een gaussian plume curve te bepalen tot hoe hoog stoffen als NOx of ammoniak opstijgen en hoe ver deze dan vanaf de bron worden verspreid in de lucht. OPS is derhalve een model dat de gemiddelde concentratie per puntlocatie van NOx of ammoniak probeert in te te schatten. In OPS zit tevens een module met de titel DEPAC (DEPosition of Acidifying Compounds). Met die module wordt vervolgens geschat hoe groot de droge en natte depositie is op basis van de concentratie ammoniak en NOx zoals door het OPS-verspreidingsmodel wordt geschat op basis een tabel. Dat is niet bepaald solide; ik noem het liever ‘zwakke wetenschap’ bij gebrek aan echte gegevens. Binnenkort ga ik in op droge depositie-metingen (die er vrijwel niet zijn) en de vraag hoe goed DEPAC de droge depositie inschat. Spoiler: niet zo heel erg goed.

Om het eenvoudig en duidelijk te zeggen: de experts van RIVM weten niet wat een KDW betekent, terwijl de ecologen die de KDW vastleggen zelden weten wat Aerius/OPS berekent
Hoe zit het met de Kritische Depositiewaarde (KDW)?
Ik legde zojuist uit dat er heel wat wordt in- en afgeschat zonder harde gegevens. Aerius schat via OPS met DEPAC in wat de vermesting (droge en natte depositie) is per hectare natuur per jaar. Die hectare heet in Aerius een hexagoon vanwege de vorm zoals die in het model is gestopt. Ecologen hebben Nederland echter ook ingedeeld in vergelijkbare hexagonen, maar dan op basis van het type natuur. Vervolgens hebben ecologen vastgesteld bij welke totale stikstofdepositie er geen risico’s zijn, en boven welke depositie er risico's kunnen gaan ontstaan.

Nederland heeft de KDW een rol in wet- en regelgeving gegeven. Dat is een risiconorm en geen harde waarde. Op de autosnelwegen in Nederland mag je 100 rijden (of zachter), erboven krijg je een boete. Dat is een harde grens. Zo werkt het niet bij de KDW. Onder de KDW zijn de dames en heren ecologen ervan overtuigd dat - op basis van proefjes in bloempotten in een lab - er geen risico's zijn op verandering het ecosysteem. Overschrijding van de KDW vergroot de kans op veranderingen. Pas bij zeer hoge depositiewaarden nemen de risico's toe als er geen natuurbeheer zou zijn. De KDW kan je het beste vergelijken met de richtlijnen voor het drinken van alcohol, tussen de 0 en 1 glas per dag is het risico verwaarloosbaar klein, en erboven nemen de risico's geleidelijk toe. Maar bij 2 glazen ga je niet gelijk ziek worden, dan moet je echt wel tientallen glazen per dag en ook nog eens elke dag drinken om echt ziek te worden. Om het eenvoudig en duidelijk te zeggen: de experts van RIVM weten niet wat een KDW betekent, terwijl de ecologen die de KDW vastleggen zelden weten wat Aerius/OPS berekent.

Beleidsevaluatie
Als je het dossier vanuit de bovenstaande blik bekijkt, dan kun je weinig anders dan concluderen dat er wel erg veel onhandigheden zijn terechtgekomen in dit dossier. Het dossier zit vooral juridisch vast door heel strikte wet- en regelgeving die wetenschappelijk op het nodige drijfzand staat. Het dossier zit tevens vast op het onvermogen van de rijksoverheid om keuzen te maken op het onderwerp ruimtelijke ontwikkeling (wat willen we wel en niet in ons landje). Het stikstofdossier heeft gezorgd voor een blokkade in de ontwikkeling van ons land.

Het volgende kabinet kan drie stappen zetten:
  • Erken dat we er samen een potje van hebben gemaakt. Van daaruit kan een nieuwe stap worden gezet: reset het kader en de bestaande Nederlandse regelgeving.

  • Erken dat Nederland een Ruimtelijke Ordeningsvraagstuk heeft en dat de vraag op tafel ligt hoe we in ons kleine landje met zoveel mensen, activiteiten en ambities willen omgaan. Het kan zijn dat we kleine stukjes natuur hun beschermde status moeten afnemen, het kan zijn dat we bewuster met immigratie moeten omgaan, en het kan zijn dat we meer hoogbouw in de randstad gaan moeten creëren. Het kan ook zijn dat we een stuk Noordzee moeten gaan inpolderen. Enfin, dit is een proces waarbij ontwerpers de vergezichten kunnen geven en dus het ministerie van VROM weer heruitgevonden moet worden.

  • Erken dat de inzet van een complex model zoals Aerius/OPS bij het verstrekken van vergunningen of beoordelen van beleid onhandig was. Ondanks dat computers sneller dan ooit zijn, zou beleid gemaakt moeten worden door mensen die rationele 'regels' voorstellen die door onze politici overgenomen kunnen worden (of niet). Onze democratie mag niet overgedragen mogen worden aan Kafkaësk functionerende computermodellen. In het stikstofdossier zijn bijvoorbeeld heel eenvoudige beleidsrichtlijnen te formuleren: a) boerderijen met vee moeten op minimaal 500 meter afstand komen van stikstofgevoelige Natura 2000-gebieden, b) we gaan een emissiereductie-programma voor alle sectoren implementeren, c) we gaan enkele stikstofgevoelige Natura 2000-gebieden hun status afnemen of extra investeren in beheer.

Dit artikel afdrukken