TOETS0215DEPOSITIEWAAROM METEN WEZO WEINIG ONZESTIKSTOFDEPOSITIE?De laatste tijd staan meten en modelleren van stikstofdepositie weer volop in de belangstelling. Met namediscussies rond het PAS-dossier en de rol van AERIUS daarin, hebben deze aandacht duidelijk versterkt.Waarom zijn er op dit moment nog zo veel vragen in een dossier dat toch al jaren loopt? En moeten we numeer gaan meten of beter modelleren?Albert Bleeker en Arjan HensenMetingen voor natte depositie worden uitgevoerd in de duingebieden rond Maasvlakte 2.HOTSPOT OP DE EUROPESE STIKSTOFKAART12TOETS0215DE AUTEURSAlbert Bleeker (088 5154949, a.bleeker@ecn.nl) is senior onderzoeker bijEnergieonderzoek Centrum Nederland in Petten, Arjan Hensen (0610909979, a.hensen@ecn.nl) is senior onderzoeker bij EnergieonderzoekCentrum Nederland in Petten.orde komt, wordt eerst een overzicht gegeven van een aantal inhoudelijkeaspecten rond stikstofdepositie en het meten daarvan: wat is stikstofdepo-sitie, welke vormen depositie zijn er en hoe meten we dat?Wat is stikstofdepositie?De depositie geeft aan hoeveel gas of deeltjes op een oppervlak terecht ko-men per uur, per maand of per jaar. Dat hangt af van de hoeveelheid gas ofdeeltjes die op een gegeven moment in de lucht aanwezig zijn, maar ookvan weer en terreinomstandigheden. Ruwe oppervlakken vangen meer ma-teriaal op en een nat oppervlak neemt bijvoorbeeld ammoniak veel beterop dan een droog oppervlak. Wanneer we het hebben over stikstofdeposi-tie, gaat het over een combinatie van verschillende stikstofcomponenten.Allereerst kan er een onderscheid worden gemaakt tussen geoxideerd (NOy)en gereduceerd (NHx) stikstof. De geoxideerde vormen zijn over het alge-meen veroorzaakt door het verbranden van fossiele brandstoffen, de gere-duceerde stikstof komt voornamelijk vrij bij landbouwactiviteiten (produ-ceren en gebruik van dierlijke en kunstmest). Daarnaast is ook eenverdeling in gas- en deeltjesvorm mogelijk. Voor geoxideerde stikstof gaathet daarbij om stikstofoxide (NO), stikstofdioxide (NO2) (dit vormt samen destikstofoxiden NOx), salpeterigzuur (HNO2) en salpeterzuur (HNO3) als gas-vormig, en nitraat (NO3-) als deeltjesvormig stikstof. Voor gereduceerdestikstof gaat het om de gasvorm ammoniak (NH3) en de deeltjesvorm am-monium (NH4+). Naast deze anorganische stikstofvormen bevat de atmos-feer ook nog organisch stikstof. Dit is afkomstig van organische bronnenen bevat onder andere stuifmeel, aminozuren en amines.Terwijl NO, NO2 en NH3 de stoffen zijn die vaak rechtstreeks worden uitgesto-ten, ontstaan de andere stikstofvormen vaak via chemische processen in deatmosfeer. Figuur 1 geeft een versimpeld beeld van deze stappen in de atmos-feer; van emissie via transport en chemische omzetting naar depositie.Metingen bieden de mogelijkheid de stikstofdepositie ofonderdelen daarvan in een gebied te bepalen. Die metin-gen hebben een onzekerheid en zijn representatief vooreen bepaald gebied. Om dan toch een goed beeld te krij-gen van de verdeling van de stikstofdepositie over eengroter gebied (bijvoorbeeld Nederland), zijn veel metingen nodig. Dit isniet alleen een praktische, maar met name een financi?le uitdaging. Over-al meten is daarom bijna onmogelijk.Dus zijn er modellen nodig. Die modelberekeningen brengen ook een on-zekerheid met zich mee. Daarvoor zijn verschillende oorzaken. Zo kan ersprake zijn van beperkingen in de manier waarop relevante (atmosferische)processen door het model worden meegenomen, of van onzekerheid in in-voergegevens (emissies, landgebruik, meteorologie) die de steeds verande-rende werkelijkheid niet volledig kunnen beschrijven. Het vergelijken vanmodelberekeningen en metingen geeft inzicht in de onzekerheden en metbehulp daarvan kan worden gewerkt aan het terugdringen van die onze-kerheden. Goede metingen van stikstofdepositie zijn dus onontbeerlijk ommodelresultaten goed op waarde te kunnen schatten.In dit artikel willen we een overzicht geven van de uitdagingen waarvoormen staat gesteld bij het meten van de stikstofdepositie. Voordat dit aan deHarryvaNrEEkEN/rWSAtmosferisch AerosolNH4+Atmosferisch AerosolNO3-Atmosferisch gasHNO3Atmosferisch NH3Transport &DispersieTransport &DispersieTransport &DispersieTransport &DispersieTransport &DispersieDroog DroogNatReactie op/met zuregassen en deeltjesOpname door deeltjes &reactie met NH3BodemNH3emissie(met name landbouw)Atmosferisch gas NO3(NO & NO2)Emissie van NO3(NO & NO2)verkeer, industrie C-productieFiguur 1. De belangrijkste routes van stikstof in de atmosfeer (naar Hertel et al., 2006)13DEPOSITIEdigheden, type en ruwheid van het landschap spelen daarbij een grote rol.We weten nu in het kort hoe de stoffen via soms lange omwegen uiteinde-lijk weer op de bodem terechtkomen. Om dat voor elke plek in Nederlandte bepalen, moeten we computermodellen gebruiken. In Nederland kun-nen we daarvoor het OPS-model van het RIVM gebruiken. De kaarten vanemissies van verschillende componenten worden aan dat model aangebo-den en de weer- en terreincondities worden gebruikt. Rekenregels (parame-trisaties) die zijn afgeleid uit meetcampagnes in Nederland of daarbuitenworden gebruikt om transport en depositie terreinspecifiek te bepalen.Hoe kunnen we stikstofdepositie meten?Je kunt stikstofdepositie echter ook meten. Volgend worden enkele metho-den beschreven om de stikstofdepositie te meten, met wederom het onder-scheid tussen natte en droge depositie.Natte depositieHet meten van natte depositie is relatief eenvoudig. Zolang je maar zorgtdat de droge depositie zich niet mengt met de natte, is het niet meer daneen trechter met een deksel erop (en natuurlijk een fles om het water in opTOETS021514De herkomst van de belangrijkste stikstofcomponenten in Nederland iszeer verschillend. Figuur 2 laat deze zien als gemiddelde voor de concen-traties in de lucht boven Nederland. Op afzonderlijke locaties in Nederlandkunnen grote verschillen in de gepresenteerde verdeling bestaan. Dit heeftdan voornamelijk te maken met de ligging van die locaties ten opzichtevan specifieke stikstofbronnen.Droge en natte depositieNa emissie, verspreiding en chemische omzetting zal de stikstof uiteinde-lijk via depositie terugkomen op het aardoppervlak, waarbij onderscheidkan worden gemaakt tussen droge en natte depositie. Natte stikstofdeposi-tie vindt plaats doordat gassen of deeltjes in of onder wolken in regendrup-pels worden ingevangen en vervolgens op het aardoppervlak terechtko-men. Droge depositie van gassen of deeltjes is het transport vanaf eenbepaalde hoogte naar het oppervlak en de opname van de stoffen op datoppervlak (vegetatie, water, etc.). Met name de droge depositie is dus afhan-kelijk van de concentratie van een stof in de lucht en de weerstand die hetondervindt om het oppervlak te kunnen bereiken. Het voert te ver om hierdeze weerstanden in detail te beschrijven, maar meteorologische omstan-Nat oppervlak neemt ammoniak veelbeter op dan een droog oppervlak.AmmoniakStikstofoxidenAmmoniumNitraatBuitenland100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%HDO en BouwConsumentenLandbouwVerkeerIndustrie, energieFiguur 2. Herkomst van de stikstofconcentraties (gas- en deeltjesvormig) in Nederland (MNP, 2006)TOETS0215te vangen). Wanneer het regent, gaat de deksel open en is het droog dangaat de deksel weer dicht. Er bestaat een zogenoemde wet-only vanger, zo-als die momenteel wordt gebruikt voor metingen in duingebieden rondMaasvlakte 2. Daarnaast wordt een bulkvanger gebruikt; dat is eigenlijkhetzelfde systeem, maar dan zonder deksel. Probleem hiervan is dat in dedroge periode ook droge depositie op en in de trechter terecht kan komen,waardoor de gemeten natte depositie hoger uitkomt dan die eigenlijk is.Dit kun je echter corrigeren door op een aantal locaties gelijktijdig wet-only en bulkvangers te plaatsen en het verschil te bepalen.Via metingen met een wet-only vanger kan de concentratie van een be-paalde stof in het water worden vastgesteld. Door dit getal te vermenigvul-digen met de opgevangen hoeveelheid neerslag, kan worden berekend watde uiteindelijke natte depositie op die locatie is geweest. Op zich is hetmeten van de natte depositie een relatief goedkope manier (zeker in verge-lijking met droge depositie, zie hierna), waarmee vrij eenvoudig een indi-catie van de trend in depositie kan worden verkregen ten gevolge vangrootschalig transport. Volgens schattingen van het Planbureau voor deLeefomgeving (PBL, 2010) bestaat de totale gemiddelde depositie echtervoor slechts een derde deel uit natte depositie. De andere twee derde isdroge depositie en die bijdrage kan op lokale schaal (dicht bij bronnen) ooknog eens fors hoger uitvallen.Droge depositieHet meten van droge depositie is ? in vergelijking met natte depositie ?vele malen lastiger. Om de droge depositie goed te kunnen bepalen, zijntwee belangrijke onderdelen nodig: de concentratie van een stof in delucht en de droge depositiesnelheid (hoe snel gaat het gas of het deeltjenaar het oppervlak). Het bepalen van de droge depositiesnelheid is hierbijhet lastigst. Om dit via metingen te kunnen doen, is een uitgebreidemeetopstelling nodig. Dit soort metingen is in Nederland in de afgelopentwintig jaar gedurende meerdere jaren uitgevoerd boven de Veluwse bos-sen op het nu gestopte meetpunt bij Speuld. Ook zijn er datasets van meet-campagnes van 2 tot 3 jaar, van metingen boven grasland in Zegveld, Wage-ningen, boven heide in Elspeet en bij de Oostvaardersplassen. Op ditmoment worden in het duingebied bij Solleveld metingen uitgevoerd,waarbij de droge depositie van een aantal stikstofcomponenten wordt ge-meten.Voor de metingen is het belangrijk om op verschillende hoogten (indit geval drie) tegelijkertijd en met grote nauwkeurigheid de concentratiein de lucht en verschillende meteorologische parameters te meten (in ditgeval met het ECN-instrument GRAHAM). Omdat bij de lagere meethoogtestikstofcomponenten uit de lucht zijn ingevangen, is de concentratie daarin de regel lager. Zodoende kan dan worden bepaald hoe snel (en in welkerichting) de stoffen in de lucht worden getransporteerd.MeetmethodenIn het duingebied bij Solleveld worden de complexe metingen gedaan omdaarmee de depositieparametrisaties te verbeteren. Dergelijke gegevenszijn nodig voor modelberekeningen, waarmee vervolgens voor dit vegetati-etype deposities kunnen worden berekend.Deze meetopstellingen worden voor het inschatten van de droge depositieop meerdere locaties al snel als te duur gezien. Daarom wordt vaak ge-bruikgemaakt van een eenvoudiger variant: het gelijktijdig meten van deconcentratie op ??n hoogte, in combinatie met gemodelleerde droge depo-sitiesnelheden. Dit laatste waar mogelijk op basis van lokaal gemeten me-teorologische informatie (windsnelheid, windrichting, temperatuur, rela-Het bepalen van de droge depositiesnelheid is onder meer gebeurd boven de Veluwse bossen.15DEPOSITIEhoopt zich op in vocht en komt daar weer uit zodra dat vocht verdampt.Dat is een nachtmerrie voor elk instrument met een stuk inlaatslang ofeen filter. Nat-chemische instrumenten (bijv. het GRAHAM-instrument) diehet gas opvangen in een waterlaagje, scoren vooralsnog het best want diegebruiken juist deze nare eigenschap van ammoniak. Echter zijn ze tegelij-kertijd arbeidsintensief en dus duur. Continue NOx-metingen zijn tech-nisch eenvoudiger, maar ook daar is de apparatuur kostbaar.Nederland als hotspotAls we terugkijken naar de afgelopen twee decennia, is h?t grote probleemals het gaat om verbeteren van de kennispositie in absolute zin: de sinusbe-weging van veel aandacht voor stikstof en depositie en het compleet weg-vallen van die aandacht onder het motto `we weten het nu wel'. Op ditmoment is er wel weer de nodige aandacht voor de PAS, maar toch slechtsmondjesmaat voor iets wat wordt gezien als `achter-de-komma-meetwerk'.En dan is er de hoop van Nederland als free rider, waarbij we zelf steedsminder doen aan kennisopbouw en/of ?onderhoud; we denken dat we metkennis uit het buitenland onze stikstofvragen wel kunnen beantwoorden.Maar helaas is Nederland, samen met de Povlakte in Itali?, de hotspot op deEuropese stikstofkaart. Als we het onderzoek dus hier niet doen, is de kansdat een ander land het wel zal doen niet echt groot. Met als gevolg dat ?wanneer er even paniek uitbreekt in de politieke arena ? we niet verderkomen dan het oplappen van 15 jaar oude meettechnieken. Ruimte voorfundamentele verbetering daarvan is ver te zoeken, in weerwil van de mo-gelijke economische impact van allerlei opgelegde emissiereductiemaatre-gelen in landbouw, industrie en bij transport.Technisch gesproken gloort voor ammoniak de redding; nieuwe optischeinstrumenten om contactloos NH3 in de lucht te kunnen meten, zijn sindskort beschikbaar, bijvoorbeeld de miniDOAS van RIVM. Deze relatief goed-kope instrumenten zijn in staat om met een hoge tijdsresolutie zowel NOx-als NH3-concentraties te meten (met voor NH3 het voordeel dat het hiervoorgenoemde vastplakken van NH3 aan de apparatuur wordt voorkomen).Hierdoor lijkt nu ook de weg open te liggen om via deze instrumenten opeen meer kosteneffectieve manier droge depositie te meten. Nu maar dui-men dat dergelijke innovatieve systemen ook breder gaan worden ingezetvoor emissie- en depositiemetingen. Een cruciale stap op weg naar beant-woording van al die vragen in het reactief stikstofdossier. 16TOETS0215REFERENTIESHertel, O. , Skj?th, C. A. , L?fstr?m, P. et al. (2006). Modelling nitrogendeposition on a local scale: a review of the current state of the art. Envi-ronmental Chemistry 3, 317 ?337.MNP (2006) Zuur- en stikstofdepositie in Nederland in de periode 1981-2002. Rapport nr. 500037005/2006, Milieu- en Natuurplanbureau, Bilt-hoven.PBL (2010) Grootschalige stikstofdepositie in Nederland. Herkomst enontwikkeling in de tijd. Rapport nr. 500088007/2010, Planbureau voorde Leefomgeving, Bilthoven.tieve luchtvochtigheid, globale straling). Met dit type metingen wordtrecht gedaan aan de lokale omstandigheden, bijvoorbeeld in termen vande ruwheid van het terrein en weercondities. Ook wordt de feitelijke con-centratie bepaald, die anders uit emissiekaarten en atmosferisch transportwordt uitgerekend. Bij deze methode wordt in zowel de modelberekeningals in de omrekening van de gemeten concentratie naar een depositie, ge-bruikgemaakt van een rekenregel of parametrisatie. Deze rekenregel is af-geleid uit eerdere, volledige depositiemeetexercities. Als we internationaalkijken naar verschillende computermodellen die dit soort berekeningendoen, zien we dat die verschillende rekenregels gebruiken, bijvoorbeeldomdat ze op verschillende depositiemeetdatasets zijn gebaseerd. Niet on-gewoon zijn dan verschillen van een factor twee voor een specifieke locatiein de jaargemiddeld bepaalde depositie van een component.Niet per se slechtHiermee wordt niet gezegd dat de computermodellen slecht zijn; ze zijn opde best beschikbare informatie gebaseerd. Maar er is weinig data om teijken. We gaan er in Nederland vanuit dat de beschikbare datasets van in-tensieve meetcampagnes als die in Solleveld valide zijn. En dus dat het Ne-derlandse model inderdaad een goed beeld geeft van de depositiepatronenin ons territorium, beter dan een model dat Amerikaanse of Australischedatasets als basis heeft gebruikt. En in ieder geval wordt iedereen in hetland geconfronteerd met dezelfde berekeningsmethodiek. Het is belang-rijk te beseffen dat we daarmee opereren in een werkelijkheid die op keu-zen is gebaseerd. Dat zijn de best mogelijke keuzen op basis van de beschik-bare informatie. Maar wanneer we die confronteren met de gemetenwerkelijkheid dan hoeft dat dus niet per se te kloppen. Als we daar niet te-vreden over zijn en de onzekerheid in absolute zin kleiner willen maken,zit er niet veel anders op dan de datasets met feitelijke depositiemetingenuit te breiden, bijvoorbeeld naar de relevante ecosystemen die schade on-dervinden door die depositie.Die keuze wordt nu niet gemaakt. Dat komt mede omdat bij velen de illu-sie leeft dat ? omdat we elkaar afrekenen op depositieverschillen van 0,1mol/ha ? de onzekerheid ergens achter de komma ligt. Dat is helaas niethet geval. In absolute zin is de onzekerheid in een depositiegetal voor elkelocatie in Nederland groter dan 50%. Dus bijvoorbeeld 1000 ? 500 mol N/ha/jaar. Daarmee is elke discussie over 1000,0 of 1000,6 mol/ha depositie juri-disch wellicht verantwoord want volgens de afspraken bepaald. Maar we-tenschappelijk-inhoudelijk is het misplaatst.Kwantificeren is een probleemDeze grote onzekerheden zouden misschien een reden kunnen zijn omdan maar niets te doen, zoals het achterwege laten van de nodige emissie-reducties. Echter, verschillende studies naar de respons van ecosystemenop stikstofbelasting zijn duidelijk in hun conclusies; de processen vanemissie, transport en depositie zijn wel degelijk kwalitatief goed begrepen.Maar het kwantificeren is hier dus het probleem.Goedkope meetmethoden die wel directe depositie meten, zouden het eivan Columbus zijn. Maar dat is geen sinecure. Zo is bijvoorbeeld ammoniakeen erg vervelend gas om goed te meten; het blijft overal aan plakken,