Stikstofuitstoot beïnvloedt het klimaat

Sinds de jaren vijftig heeft de mens de hoeveelheid reactief stikstof in bodem, water en lucht snel verhoogd. De emissie van broeikasgassen is daardoor toegenomen.

Lachgas

De invloed van de mens op de productie van reactief stikstof heeft gevolgen voor het klimaat. Direct doordat het leidt tot de productie van lachgas (N₂O), een broeikasgas met een ongeveer driehonderd keer sterker effect dan het broeikasgas koolstofdioxide. Maar ook indirect: het leidt tot de vorming van het broeikasgas ozon en de vorming van fijnstof dat een koelende werking heeft. En de kringlopen van stikstof en koolstof zijn heel nauw met elkaar verbonden.

Om de groei van gewassen te bevorderen, gebruiken boeren reactief stikstof. Ze bemesten akkers met kunstmest, dierlijke mest of telen gewassen die stikstof binden uit de lucht (zie ook ‘De mens produceert veel reactief stikstof’). Bodemprocessen zetten een deel van dit stikstof vroeg of laat gedeeltelijk om in lachgas. Bacteriën zetten ammonium naar nitraat om (nitrificatie) en nitraat naar gasvormig stikstof (denitrificatie). Daarbij is lachgas een tussenproduct. Ook de industrie, het verkeer en de energiecentrales stoten lachgas uit.

De uitstoot van ammoniak en stikstofoxiden naar lucht en de uitspoeling van nitraat naar water door verschillende economische sectoren, kunnen ook leiden tot lachgas. In de bodem of het water worden deze stikstofverbindingen eveneens door nitrificatie en denitrificatie omgezet in lachgas. De wereldwijde emissies van lachgas worden geschat op 21 tot 27 miljoen ton per jaar. Zeker 75 procent komt uit de landbouw. De rest komt uit de industrie, het verkeer en de energiecentrales.

Figuur 1. Oorzaken van directe en indirecte lachgasemissies.

Vastlegging van CO₂

De stikstofkringloop is zeer nauw verbonden met de koolstofkringloop. Zo leidt bemesting in de landbouw tot veranderingen in de emissie of opname van koolstofdioxide in landbouwgronden. Door bemesting neemt de gewasopbrengst toe en daarmee ook de toevoer van gewasresten als wortels en stoppels naar de bodem. In die gewasresten komt circa de helft van de koolstof uit de lucht: de planten leggen het kooldioxide met behulp van licht en fotosynthese vast. Dit kan leiden tot een toename van de hoeveelheid koolstof in de bodem. Aan de andere kant kan stikstof in de bodem ook weer de afbraak van koolstof bevorderen door een toename van de bacteriën die organische stof afbreken.

Daarnaast zorgt de stikstofdepositie voor bemesting van bossen en natuurgebieden. De planten, struiken en bomen gaan harder groeien waardoor er meer koolstofdioxide uit de lucht wordt vastgelegd. Alleen bij hoge stikstofdeposities – meestal boven de 15 tot 25 kilogram per hectare per jaar – is daar geen sprake meer van. Dit geldt voor de meeste bossen in Nederland. Dan kan de groei stagneren of zelfs afnemen door verzuring. Tenslotte kan de uitspoeling van nitraat naar het water de productie van biomassa in aquatische ecosystemen bevorderen en zo leiden tot koolstofvastlegging in die systemen. Waterplanten en algen zullen harder groeien.

Op wereldschaal is berekend dat met name de extra groei van bossen circa driekwart van de lachgasemissies van de mens compenseert. Daarbij moet wel worden bedacht dat die extra koolstofvastlegging niet voor eeuwig is, het duurt waarschijnlijk ‘slechts’ een paar decennia afhankelijk van bosmanagement en wat er met het hout gebeurt.

Figuur 2. Oorzaken van CO₂ vastlegging door stikstofgebruik in de landbouw (direct effect) en de uitstoot van NH₃, NO_x en NO_3- naar lucht en water (indirect effect). Verhoogde koolstofvastlegging door stikstofuitstoot compenseert op wereldschaal circa 60 procent van de lachgasemissies.

Ozon

Uitstoot van stikstofoxiden kan ook leiden tot de vorming van troposferische ozon (O₃), dit is het op twee na belangrijkste broeikasgas, na kooldioxide en methaan. Verhoogde ozonconcentraties zijn boven een bepaalde waarde schadelijk voor mens, dier en plant. Ze verstoren hun functioneren. Daardoor kunnen bomen en landbouwgewassen weer minder goed groeien en daarmee koolstof vastleggen.

Figuur 3. Oorzaken van verminderde CO₂ vastlegging in landbouwgronden en bosgronden door NO_x emissies en de daaraan gerelateerde vorming van ozon (O₃). Verlaagde koolstofvastlegging door ozon als gevolg van uitstoot NO_x, is op wereldschaal vergelijkbaar met circa 15 procent van de lachgasemissies.

Methaan

Stikstof heeft ook effect op de opname en afbraak van het broeikasgas methaan (CH₄) in de bodem. Hoe meer stikstof hoe kleiner de opname en hoe groter de hoeveelheid van dit gas in de lucht. Maar die toename is te verwaarlozen als je het vergelijkt met de toename van lachgas door stikstof. En dan heb je nog het afkoelende effect van ammoniak en stikstofoxiden wanneer zij fijnstof vormen. Dit fijnstof weerkaatst het zonlicht. Daardoor koelt de aarde een klein beetje af; er komt immers minder zonlicht op de aarde. Fijnstof heeft echter maar een korte levensduur. De effecten zijn dus niet van belang op de lange termijn.

Wat is het totale effect van reactief stikstof?

Alles bij elkaar – directe en indirecte effecten, inclusief de compenserende werkingen – bedraagt het effect van reactief stikstof op de totale emissie van broeikasgassen zo’n 10 procent. Dit komt vooral door de uitstoot van lachgas en de vorming van ozon door de uitstoot van stikstofoxiden. Netto heeft stikstof nog wel een koelende werking als gevolg van fijnstof, maar dit effect is kortdurend.