De mens produceert veel reactief stikstof

Stikstof heeft vele gedaanten. Vooral stikstofoxiden en ammoniak zorgen nu voor problemen in Nederland. Waar komen ze vandaan en hoe komen ze hier terecht?

De lucht om ons heen bestaat voor bijna 80 procent uit stikstofgas (N₂). Toch hebben we daar helemaal geen last van. Het gaat nauwelijks verbindingen aan met andere stoffen: het is niet-reactief oftewel inert. Als stikstof tóch reacties aangaat met andere atomen, zoals zuurstof en waterstof, ontstaan er stoffen als stikstofoxiden (NO_x), lachgas (N₂O), nitraat (NO₃⁻), nitriet (NO₂⁻), ammonium (NH₄⁺), ammoniak (NH₃) en aminozuren. We spreken dan van reactief stikstof, en bepaalde vormen daarvan veroorzaken problemen voor natuur en mens als ze in overmaat aanwezig zijn.

De natuur produceert maar weinig reactief stikstof. Bij onweer ontstaan stikstofoxiden en bij vulkaanuitbarstingen komt ammoniak uit de aardkorst naar buiten. Verder kunnen bepaalde bacteriën in de bodem, blauwalgen in het water en bacteriën in wortelknolletjes van planten het niet-reactieve stikstof N₂ uit de lucht binden. Ze maken er ammonium van dat andere bacteriën weer omzetten in nitraat. Beide vormen van stikstof zijn een essentiële voedingsstof voor planten.
De reactieve stikstof is essentieel voor de bouwstenen van het leven zoals aminozuren, eiwitten, DNA en RNA. Dankzij recycling blijft het – van nature schaarse – reactieve stikstof daarom voor het ecosysteem behouden. Zo is de poep van dieren, waar reactief stikstof in zit, weer een voedingsbron voor planten.

Kunstmest en soja
De mens produceert veel reactief stikstof. Niet zozeer via zijn uitwerpselen, maar vooral door allerlei activiteiten. We verbranden fossiele brandstoffen en biomassa, waarin stikstofverbindingen zitten. We maken kunstmest en we telen veel planten die stikstof uit de lucht binden, zoals soja, bonen en klaversoorten.

Bij de verbranding van fossiele brandstoffen in energiecentrales, auto’s, vliegtuigen en fabrieken komen stikstofoxiden vrij. Datzelfde gebeurt bij de verbranding van biomassa. Bij de productie en het gebruik van kunstmest ontstaat ammoniak en bij de teelt van stikstofbindende gewassen als peulvruchten en klaversoorten ammonium.

Ook dieren produceren stikstof. In de mest van koeien, varkens en kippen zit ammoniak. Het gehalte is hoger naarmate de gewassen die voor het veevoer zijn gebruikt, sterker zijn bemest. Omdat de Nederlandse veestapel zo groot is – zo’n 100 miljoen kippen, 12 miljoen varkens en 4 miljoen runderen – neemt de landbouw meer dan de helft van de totale stikstofemissie voor zijn rekening. Die totale emissie van landbouw, verkeer en industrie is sinds de jaren negentig met 60 procent afgenomen. Maar het relatieve aandeel van de landbouw is de afgelopen dertig jaar niet kleiner geworden.

Figuur 1. Reactief-stikstofemissie in Nederland per sector tussen 1990 en 2017.

Als rook bij brand
Reactief stikstof zie of ruik je niet, maar het verspreidt zich op dezelfde manier als rook bij brand: dicht bij het vuur is de concentratie hoog, op kilometers afstand zie je de rook niet meer en is de concentratie laag. Stikstofbronnen in de lucht, zoals hoge schoorstenen en vliegtuigen, verspreiden de stikstof over grotere afstanden dan stikstofbronnen op de grond, zoals landbouw en autoverkeer. Nederlandse stikstof komt zelfs helemaal in Scandinavië terecht.

Stikstof uit de lucht komt uiteindelijk weer op de bodem terecht. Via regen, de ‘natte depositie’, en neerdalend als gas en stof, de ‘droge depositie’. Ammoniak slaat dichter bij de bron neer dan stikstofoxiden. De precieze hoeveelheid die ergens neerslaat is van vele factoren afhankelijk, zoals de afstand tot de stikstofbron en de eigenschappen van de natuurgebieden. Eén zo’n eigenschap is de hoogte van de begroeiing: bossen, met hun hoge bomen, krijgen meer stikstof te verwerken dan grasland en heide met hun lage sprieten en struiken.

Figuur 2. Bijdrage van de verschillende bronnen aan de depositie van reactief stikstof op natuurgebieden in Nederland.

Op eigen bodem
Wetenschappers berekenen met verspreidingsmodellen hoeveel stikstof waar terecht komt. Ze maken daarbij gebruik van de landelijke emissieregistratie, een databestand waarin de regionale uitstoot van 350 stoffen, waaronder stikstof, wordt bijgehouden. Met die modellen berekenen ze de verspreiding en depositie op alle oppervlakken, dus ook de natuur. Berekeningen geven aan dat 35 tot 40 procent van de Nederlandse ammoniakuitstoot uiteindelijk op binnenlandse bodem terechtkomt. Voor stikstofoxiden is dat maar 15 procent; de overige 85 procent gaat dus de grens over.

In de depositie over heel Nederland heeft de landbouw het grootste aandeel. Gemiddeld voor heel Nederland 46 procent en voor de stikstofgevoelige natuur 41 procent, zo stelt het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu. Boerenorganisaties brachten dit overigens in twijfel en gaven aan dat die bijdrage de helft minder is, maar dit is het gevolg van een combinatie van fouten in de berekeningen en het meerekenen van wateroppervlakten die niet stikstofgevoelig zijn. Het buitenland levert 32 procent van de totale depositie in heel Nederland, maar tegelijkertijd ‘exporteren’ we drie keer zoveel stikstof als we ‘importeren’.

Lees alles over stikstof in de paperback Stikstof, de sluipende effecten op natuur en gezondheid.