Zo gaat Vlaanderen om met de modellen achter zijn stikstofdepositiebeleid

Het hart van de Programmatische Aanpak Stikstof (PAS) is de impactscore van een exploitatie. Aan de hand van deze impactscores en een aantal andere bedrijfskenmerken worden reducties opgelegd die een bedrijf moet waarmaken tegen een bepaalde deadline. Om deze impactcore te weten, wordt er binnen de Speciale Beschermingszone (SBZ-H) gezocht naar de plaats waar de verhouding van de depositie van de exploitatie, op wat de natuur aankan het grootst is. ‘Wat de natuur aankan’ betekent hier de maximaal toelaatbare stikstof die een SBZ-H kan verdragen zonder dat het er hinder van ondervindt, dit is de zogenaamde kritische depositiewaarde (KDW).

Van rekenmodellen tot impactscore
Om deze impactscore te berekenen worden rekenmodellen gebruikt. “Er bestaan veel verschillende modellen om deposities te berekenen maar elk model legt hetzelfde traject af”, duidt stikstofexpert Wouter Lefebvre van de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO). “Het vertrekt altijd van ingevoerde emissies, waarna het de hoeveelheid vervuiling in de lucht berekent, dit zijn de concentraties. Aan de hand daarvan berekent het model dan de deposities. Achter deze berekeningsstappen zitten heel wat formules.”

VLOPS-model
Vlaanderen gebruikt een combinatie van twee modellen om de globale en de lokale depositie te berekenen. Hieruit wordt dan de impactscore afgeleid. Enerzijds heb je het VLOPS-model waarbij VLOPS staat voor de Vlaamse versie van het Operationeel Prioritaire Stoffen (OPS) model, ontwikkeld door het RIVM (Nederland). Het model wordt gebruikt om voor gans Vlaanderen de concentraties en deposities te berekenen met een geografische resolutie van één vierkante kilometer.

Invoergegevens voor het model zijn meteorologische gegevens van 2017, gegevens over receptorgebieden, emissiegegevens van buiten Vlaanderen en Vlaamse emissies en locaties uit het EMAV2.1-model dat geüpdatet werd in 2019. Dit model hanteert het jaargemiddelde van de veebezetting in jaar 2017 plus de toegepaste staltechnieken. EMAV2.1 werkt met de dieraantallen zoals opgegeven bij de Mestbank. Deze geven een gemiddelde dierbezetting overheen het jaar. Aangezien er geen actuele vergunningendatabank, noch een databank bestaat met informatie omtrent de ventilatoren/uittredesnelheid, bedrijfsmanagement e.d, kan EMAV niet werken met de vergunde dieraantallen of meer bedrijfsspecifieke karakteristieken.

VLOPS rekent dus alle Vlaamse en buitenlandse emissies door tot onder meer de totale stikstofdepositie voor heel Vlaanderen op macroschaal.

IFDM-model
Als tweede model wordt het IFDM-model gebruikt ter verfijning van de VLOPS-resultaten zodat er op projectniveau op microschaal naar de depositie kan gekeken worden. IFDM (Immissie Frequentie Distributie Model) is een bi-gaussiaans pluimmodel dat vertrekt van emissiebronnen en aan de hand van meteorologische parameters de verspreiding van de vervuiling modelleert.

Concreet wordt op een gegeven tijdstip de pluim van de beschouwde bron berekend op basis van de windsnelheid en de windrichting, en de hoeveelheid uitstoot van de polluenten op dat moment. Kortweg berekent dit model het depositiepatroon van een specifiek bedrijf waarvan men de impactscore wil bepalen. IFDM werd ontworpen door VITO en heeft een hoge geografische resolutie, want het rekent alle aanwezige puntbronnen (industrie en stallen) en lijnbronnen (wegverkeer en scheepvaart) binnen een straal van 20 kilometer binnen een resolutie van 20 meter.

De met IFDM berekende concentraties worden daarna vermenigvuldigd met de droge depositiesnelheden die afkomstig zijn uit VLOPS, daarnaast wordt ook de natte depositie zoals berekend door IFDM toegevoegd. De zo met IFDM berekende lokale depositie wordt dan samengebracht met de grootschalige VLOPS-resultaten. Wanneer de met IFDM doorgerekende emissies reeds vervat zaten in de VLOPS-doorrekening gebeurt, er een dubbeltelcorrectie. Door deze koppeling worden de grootschalige depositieresultaten van VLOPS verfijnd met een detaildoorrekening met IFDM.

Aan de hand van metingen van concentraties en natte depositie wordt het IFDM-VLOPS-model telkens gekalibreerd. Zo trekken we het model telkens naar de meting toe

Deze totale depositie wordt daarna op één kaart geplaatst, waarna er wordt bepaald waar de waarden op de depositiekaart hoger zijn dan die op de KDW-kaart. Daar is het gebied in overschrijding. Voor die gebieden in overschrijding wordt via de modellen gekeken welke bronnen, welk percentage bijdragen aan de overschrijding van de KDW en zo wordt de impactscore berekend.

Worden de berekende resultaten vergeleken met gemeten waarden?
Om zeker te zijn dat het model correcte berekeningen maakt, zouden de resultaten telkens vergeleken moeten worden met metingen. De tweede stap in het berekeningstraject van het model zijn de concentraties en deze worden gevalideerd. De concentraties in de lucht (ammoniak, zwaveldioxide en stikstofdioxide) zijn te meten aan de hand van “passieve samplers”, buisjes waar lucht ingezogen wordt en ammoniak op een filter blijft kleven, en monitoren.

Een filmpje van de Universiteit van Nederland toont aan hoe ammoniak gemeten wordt in Nederland. In Vlaanderen worden dezelfde meetprincipes toegepast, maar er zit wel een verschil in het aantal locaties. Zo heeft VMM twee meetstations waarbij ze ammoniak dagelijks meten aan de hand van UV-licht. En wordt er op 19 plaatsen NH3-concentratie gemeten met ‘passieve samplers’. Daarnaast gebruikt VMM ook data van vijf passieve samplerlocaties die het Instituut voor Natuur- en Bosonderzoek (INBO) heeft. Zo krijgt VMM een maandelijks beeld van de hoeveelheid ammoniak die in de lucht aanwezig is op de meetplaatsen. Zoals aangehaald in het filmpje, zijn er ook satellieten die ammoniak meten in heel de wereld, dus ook in Vlaanderen. “Wij volgen de evoluties op vlak van satellietmetingen al geruime tijd op, maar er is nog een groot gat tussen deze resultaten en de vertaalslag om bruikbaar te zijn naar concrete ammoniakresultaten”, aldus VMM. “Op dit moment is het bijvoorbeeld onmogelijk om het effect van maatregelen op stalniveau te gaan evalueren met satellietmetingen. De ruimtelijke en temporele resolutie is hiervoor nog (veel) te laag. Satellietmetingen zullen trouwens altijd aanvullend zijn op meetresultaten aan de grond en op modelberekeningen.”

Deze concentratiemetingen worden vergeleken met de resultaten van het model. “Daar zien we dat de modellen geen systematische onder-of overschattingen doen. En als er een onder-of overschatting is, wordt het model aangepast zodat het terug op de metingen komt. Dat is kalibratie. We trekken het model telkens naar de meting toe”, aldus Lefebvre.

De volgende stap in het model is de berekening van de deposities. Het totaalpakket aan deposities bestaat uit natte depositie en droge depositie.



Natte depositie wordt gemeten op negen plaatsen in Vlaanderen door VMM. Dit gebeurt vrij courant met een natte depositievanger en een pluviometer. De natte depositie wordt net als de concentraties telkens gevalideerd en indien nodig wordt het model gekalibreerd. Droge deposities zijn daarentegen notoir moeilijk meetbaar en daar zijn in Vlaanderen maar enkele metingen van. "Gelukkig kunnen we hierbij wel gebruik maken van metingen in andere landen met een gelijkaardig landgebruik, zoals Nederland", aldus VITO. Droge depositie is moeilijk nauwkeurig te meten omdat hierbij veel polluenten bij betrokken zijn. Zo komt reactief stikstof voor in de lucht als gas en als deeltje.

Hoe wordt droge depositie gemodelleerd?
In de sector worden veel vragen gesteld over de berekening in het model van droge depositie, die moeilijk te meten blijkt te zijn. Simpel gezegd wordt de droge stikstofdepositie berekend uit stikstofconcentraties in de lucht en depositiesnelheden. Depositiesnelheden worden gemeten in intensieve meetcampagnes en worden vervolgens gebruikt in het VLOPS-model om de depositie ook op andere plekken te kunnen berekenen. Hierbij moet geweten zijn dat de depositiesnelheid op eenzelfde moment, op verschillende locaties sterk verschillend kan zijn.

Het is onder andere zeer afhankelijk van het landgebruik: belangrijk hierbij is zowel de gegenereerde turbulentie als gewaseigenschappen zoals bijvoorbeeld de hoogte van de vegetatie, de vochtigheid van de vegetatie en of de huidmondjes van planten openstaan. Dit landgebruik is veranderlijk, zo zijn er meerdere landgebruiksklasses binnen eenzelfde VLOPS-habitatcel van één vierkante kilometer. "Het VLOPS-model gebruikt deze verschillende landgebruiksklasses om dan één depositiesnelheid te bepalen voor deze kilometercel", aldus VITO. Deze zelfde vaste depositiesnelheid wordt dan ook in IFDM gebruikt.

Is het IFDM-VLOPS model gevalideerd?
AERIUS, het meetmodel in Nederland gebaseerd op het OPS-model, werd al enkele keren geanalyseerd. “Delen van deze analyses kunnen ook nuttig zijn voor Vlaanderen”, aldus Lefebvre die er ook op wijst dat er belangrijke verschillen zijn tussen de Vlaamse IFDM-VLOPS-methode en de AERIUS-methode. “Vlaanderen baseert zich op IFDM-berekeningen, waarbij VLOPS gebruikt wordt voor de achtergronddepositie”, duidt Lefebvre. “Nederland gebruikt OPS voor het volledige vergunningstraject. Dat is een andere situatie. De vergunningspraktijk in Vlaanderen baseert zich op de impactscore, niet zoals in Nederland die zich baseert op het aantal mol per hectare per jaar op heel grote afstand, namelijk een extreem lage drempelwaarde van 0,05 mol per hectare per jaar. Dit zou omgerekend 0,0007 kilogram stikstof per hectare per jaar zijn.”

In 2011 heeft het RIVM een notitie opgesteld waarin de onzekerheden zijn beschreven voor depositie berekeningen met AERIUS op lokale schaal. Daarin stelde het dat de onzekerheid in de berekende absolute waarde van de lokale achtergronddepositie op één vierkante kilometer 70 procent bedraagt. “De onzekerheid in de absolute bijdrage wordt grotendeels bepaald door de onzekerheden in broneigenschappen en in mindere mate door de wijze van verspreiding- en depositieberekening”, aldus de wetenschappers achter de 70%-onzekerheid-stelling. “De onzekerheid in de berekende deposities op 100 vierkante meter in AERIUS is niet a priori in te schatten maar is ongeveer van dezelfde orde van grootte.”

Het rapport Lefebvre-Deutsch van 2015 dat de koppeling tussen VLOPS en IFDM beschrijft, merkt hierover op: “Door de equivalentie van VLOPS met OPS kunnen we aannemen dat deze analyse ook voor VLOPS geldt. Dan komen we tot volgende conclusies: een onzekerheid van 30 procent op de Vlaamse totale depositie. En een onzekerheid van 70 procent op een individuele 1x1 km²-cel. Een onzekerheid die vooral bepaald wordt door de depositiesnelheden. Het is echter onmogelijk in te schatten hoeveel de exacte onzekerheid is op de VLOPS-IFDMresultaten op honderd vierkante meter. De beschikbare metingen van depositie, in het bijzonder droge depositie, zijn onvoldoende om een gedegen modelvalidatie uit te voeren.”

In 2020 werd er nog een adviesrapport over AERIUS uitgebracht. Het algemene oordeel uit het rapport-Hordijk van 2020 is dat de meeste onderdelen doelgeschikt zijn, maar dat AERIUS niet doelgeschikt is voor vergunningverlening. Daarnaast stelt het rapport dat er nog substantiële verbeteringen mogelijk zijn: de meetnetten zijn onder meer minimaal en moeten uitgebreid worden, satellietmetingen kunnen een goede aanvulling zijn op grondwaarnemingen, en er zijn meer metingen van emissies nodig. Er is ook een vraag voor een onderzoeksprogramma met meer wetenschappelijke borging van de stikstofproblematiek.

“Dit zijn allemaal elementen die ook relevant zijn voor Vlaanderen,” zegt Lefebvre, “maar dat zijn langetermijnverbeteringen en dit vraagt budget en tijd. Indien er geen extra budget voor handen is, zullen andere meetnetwerken zoals bijvoorbeeld dat voor PFAS, afgebouwd moeten worden. Ook nemen deze aanpassingen redelijk wat tijd in beslag aangezien de metingen al minstens een jaar moeten lopen alvorens ze als representatief beschouwd kunnen worden. Daarna moet dan nog de vergelijking met het model gebeuren en de analyse van de resultaten.”

Het IFDM-VLOPS-model op zich werd ook meermaals gevalideerd. Een eerste maal werd het rapport Lefebvre-Deutsch in 2015 geanalyseerd door een onafhankelijke groep wetenschappers. In de analyse werd gekeken in hoeverre de koppelingsmethode goed is en concludeerde dat de methode ‘fit for purpose’ was. Dit wil zeggen dat de methode geschikt is voor het doel, namelijk de impactwaardes van bedrijven bepalen voor de Vlaamse vergunningverlening. Uit de analyse kwamen ook nog een aantal aanbevelingen. Zo werd aanbevolen om een extra validatie voor bronnen zoals industrie te hebben en dat de documentatie transparanter moet gemaakt worden voor mensen die hier niet dagdagelijks mee bezig zijn. Ook werd gevraagd om de depositiesnelheden voor het berekenen van de VLOPS-depositie beter af te stemmen op de lokale waarden van landgebruik.

Daarnaast werd het model nog gevalideerd in 2016 en in 2019. Dit laatste rapport staat niet online gepubliceerd maar kan opgevraagd worden bij VMM.

Zijn er dan helemaal geen problemen met het model? Hoe betrouwbaar is het IFDM-VLOPS-model nu?
“Er zitten onzekerheden in,” beaamt Lefebvre, “die modellen zijn niet 100 procent perfect, het kan zijn dat er op sommige plaatsen een afwijking is maar het is het beste wat we hebben. Wij zijn ook continu bezig met onze modellen te verbeteren. Langzaamaan worden nieuwe meetmethodes bedacht, komen nieuwe meetcampagnes uit en zijn er extra metingen. Als die binnenkomen dan gebruiken we die om het model te verbeteren.”

Belangrijk is ook dat onzekerheid over het model in twee richtingen werkt, men kan zowel te hoog als te laag zitten

In de antwoordnota PAS, die de opmerkingen, bezwaren, adviezen en verbetervoorstellen bevat die tijdens het openbaar onderzoek zijn ingesproken op de ontwerp-PAS, staat op alle vragen over de betrouwbaarheid geschreven dat: “de gebruikte modellen en gegevens ‘state-of-the-art’ zijn. Ze integreren alle best beschikbare informatie, gebaseerd op voortschrijdende wetenschappelijke inzichten binnen het brede kennisdomein van emissies, luchtverontreiniging en atmosferische dispersie- en depositieprocessen. De onzekerheid rond het gebruik van de modellen, is niet eenvoudig te kwantificeren."

Lefebvre geeft aan dat het model door verschillende studies gevalideerd werd en werkt volgens de internationale standaarden. En op vlak van kalibratie zit VLOPS vlak bij de 1. Aan de hand van onafhankelijke natte en de concentratiemetingen wordt het model vergeleken en gekalibreerd. Hierbij zit VLOPS-IFDM dicht bij de grijze 1:1-lijn. “Er zit ‘scatter’ op en misschien is er een lichte overschatting bij de laagste concentraties en een onderschatting bij de hoogste concentraties. Maar uiteindelijk zit het model heel dicht bij de meting.” In het rapport van Lefebvre-Deutsch van 2015 stelt dat de onzekerheid op de VLOPS-concentraties in de lijn ligt van de gegeven 25 procent onzekerheid op de NH3 jaargemiddelde OPS-concentraties door het RIVM15. Op welk percentage de onzekerheid in 2023 ligt is momenteel niet geweten.

Zowel Lefebvre als de antwoordnota PAS (de antwoorden op het openbaar onderzoek van de PAS, red.) van de Vlaamse regering laat verstaan dat het ook belangrijk is om te weten dat de onzekerheid van het model in twee richtingen werkt, waarbij men evenveel kans heeft om te hoog als te laag ingeschat te worden.

De onzekerheden op deze modeluitkomsten worden vooral bepaald door onzekerheden in de emissies en onzekerheden door de beperkte kennis van drogedepositiesnelheden. “Dit betekent echter niet dat modellering weinig zinvol is en dat geen rekening moet gehouden worden met de bekomen resultaten. Het gehanteerde model is voldoende accuraat om de gemaakte keuzes te onderbouwen”, aldus de Vlaamse regering in de antwoordnota.

Waarom is er sprake om af te stappen van dit depositiebeleid en naar een emissiebeleid te gaan?
In het nieuwe stikstofakkoord is overeengekomen dat de Vlaamse regering nog tot 2030 wil wel werken op basis van de KDW’s en de daaraan vasthangende impactscores. Na 2030 wil de Vlaamse regering geen beleid meer voeren op basis van de stikstofdepositie op natuur, maar op basis van doelstellingen voor bedrijven. Hierbij zou het de bedoeling zijn om meer te kijken naar de stikstofuitstoot en naar het bredere plaatje waar ook rekening zou kunnen gehouden worden met de effecten van klimaatverandering of met droogte.

“De onzekerheid op emissies is kleiner dan de onzekerheid van depositie”, antwoordt Lefebvre op de vraag of een emissiemodel wetenschappelijk accurater is. “Maar natuur heeft niet rechtsreeks last van emissies. Een emissiemodel legt de onzekerheid aan de andere kant van de vergelijking. En uiteindelijk is het de depositie die bepaalt of natuur schade ondervindt. Op één of andere manier moet deze grootheid dus toch meegenomen worden in het evaluatiekader.”

Een verschuiving depositie- naar emissiebeleid werd in juli ook al voorgesteld in Nederland door drie stikstofexperts. Zoals Lefebvre stelt, stellen de experts vast dat er geen geschikt alternatief is voor de kritische depositiewaarde (KDW) als het gaat om het bepalen van de effecten van de stikstoftoevoer op natuur. Maar in het essay van de wetenschappers wordt gepleit dat het duidelijker moet worden dat alleen de overheid zich bindt aan het doel om de KDW’s niet meer te overschrijden in Natura2000-gebieden. “Van sectoren kan uitsluitend worden verwacht dat ze via emissiereductie aan dit doel bijdragen”, aldus de experts. Daarom wordt voorgesteld om het beleid via emissiedoelstellingen voor ammoniak (NH3) en stikstofoxiden (NOx) te sturen en elke sector verantwoordelijk te houden voor het verminderen van de eigen stikstofuitstoot. “Welke maatregelen moeten worden genomen kan de sector en kunnen de individuele bedrijven het beste zelf bepalen. Het is hun kennis en het zijn hun afwegingen als ondernemer. Als de doelen voor lange termijn bindend vaststaan en het bereiken ervan goed wordt gemonitord en gehandhaafd, hoeft geen berekening van de depositie van een nieuwe activiteit op een overbelast gebied meer plaats te vinden”, klinkt het.

Boerenbond reageert alvast positief op het engagement om na 2030 te evolueren van een depositiemodel naar een emissiereductiemodel. “Voor ons mag dit liever vandaag dan morgen”, zegt de landbouwverening. “Het huidige model waarbij men uitgaat van deposities in plaats van emissies heeft een zeer grote foutenmarge en is geen basis om correct de impact van de inspanningen van een landbouwbedrijf op een bepaald natuurgebied door te rekenen. Daarom pleit Boerenbond er al lange tijd voor om te werken met een model gebaseerd op de stikstofuitstoot van een bedrijf. Dit is veel correcter in te schatten, te monitoren en zorgt ervoor dat we echt stappen vooruit kunnen zetten in het reduceren van stikstof.”

Dit artikel maakt deel uit van de contentsamenwerking tussen Foodlog en VILT.