Emissies: de basis voor goed stikstofbeleid. Metingen zijn vrijwel onmogelijk, dus modelleren we.

Wie in Nederland beleid wil maken rond stikstofdepositie, komt onherroepelijk uit bij modellen zoals AERIUS. Deze modellen berekenen waar stikstof uit de lucht neerslaat, bijvoorbeeld op Natura 2000-gebieden. Maar wat vaak over het hoofd wordt gezien, is dat zulke modellen alleen maar betrouwbare resultaten kunnen geven als de invoer ook klopt. En die invoer begint bij een eenvoudige maar cruciale vraag: hoeveel stikstof wordt er eigenlijk uitgestoten? Kortom, wat zijn de emissiebronnen en hoeveel stikstof stoten ze uit?

Het bepalen van emissies is echter geen eenvoudige klus. Ze zijn niet rechtstreeks waar te nemen met satellieten, en ook sensoren kunnen slechts beperkte informatie geven. Toch hebben we voor elke plek in Nederland een goed beeld nodig van de uitstoot van stikstofverbindingen, zoals ammoniak (NH₃) en stikstofoxiden (NOₓ). Dat roept de fundamentele vraag op: hoe worden deze emissies eigenlijk bepaald? En hoe betrouwbaar zijn die schattingen?

Grote en kleine bronnen

Emissies ontstaan uit allerlei bronnen. Grote installaties, zoals energiecentrales of raffinaderijen, stoten stikstof uit via hoge schoorstenen. Hun emissies worden vaak direct gemeten en zijn relatief goed in kaart te brengen. Lastiger wordt het bij de vele kleine bronnen, zoals melkvee in stallen of mobiele werktuigen in de landbouw. Die kleinere bronnen dragen, juist omdat ze zo talrijk zijn, gezamenlijk flink bij aan de totale uitstoot. Daarom zijn modellen ontwikkeld die een totaalbeeld geven, gebaseerd op dierenaantallen, brandstofverbruik, en vele andere databronnen.

Volgens de officiële emissieregistratie bedroeg de totale uitstoot van reactieve stikstof naar de lucht in 2022 ongeveer 181,5 miljoen kilogram stikstof. Sinds 1990 is de totale stikstofemissie met ruim 60 procent gedaald. In drie bijgevoegde grafieken zie je hoe de emissies zich in de tijd ontwikkeld hebben, welke sectoren verantwoordelijk zijn, en hoe de verdeling is tussen ammoniak en stikstofoxiden.

Emissiegegevens: een samenspel van instituten

In Nederland wordt de emissie van stikstofverbindingen vooral berekend met modellen, gebaseerd op rapportages, inventarisaties en metingen. Het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) speelt daarin een centrale rol. Zij beheren het OPS-model (Operationele Prioritaire Stoffen), dat emissiegegevens combineert met weerdata om de verspreiding en depositie van stikstof te simuleren.

Daarnaast leveren het CBS, Rijkswaterstaat, de Nederlandse Emissieautoriteit (NEa) en Wageningen University & Research (WUR) cruciale bijdragen. WUR gebruikt bijvoorbeeld het NEMA-model om landbouwemissies te berekenen op basis van dieraantallen en emissiefactoren. De daaruit voortkomende kaarten van oppervlakte-emissie vormen input voor OPS.

Voor grote industrieën worden emissies vaak direct gemeten met continue meetsystemen (CEMS). Voor andere sectoren, zoals verkeer, scheepvaart of landbouw, gebeurt de inschatting op basis van activiteit (zoals brandstofverbruik) en gemiddelde emissiefactoren.

Omdat directe metingen niet altijd mogelijk zijn, worden emissies vooral berekend met modellen, schattingen en inventarisaties. Grote installaties zijn vaak verplicht om hun uitstoot direct te meten, bijvoorbeeld met continue meetsystemen (CEMS). Bij kleinere of meer verspreide bronnen werkt het anders: daar worden emissies berekend op basis van activiteit (zoals het aantal gereden kilometers, het aantal dieren, of het gebruik van meststoffen) en een bijbehorende emissiefactor.

In Nederland zijn meerdere instanties verantwoordelijk voor het verzamelen, modelleren en publiceren van emissiegegevens:

• Het RIVM speelt een centrale rol met het OPS-model, dat de verspreiding en depositie van ammoniak en NOₓ berekent.
• De Emissieregistratie (een samenwerking tussen RIVM, CBS, Rijkswaterstaat, NEa en anderen) beheert een nationale database met uitstootgegevens per sector.
• Het CBS levert cruciale data over verkeer, energiegebruik en dieraantallen.
• De NEa ziet toe op de emissies van grote bedrijven die vallen onder het Europese emissiehandelssysteem (ETS).
• WUR berekent via het NEMA-model de ammoniakemissies uit de landbouw, gebaseerd op dieraantallen en emissiefactoren, en maakt via het INITIATOR-systeem kaarten van ammoniakemissie per hectare.

Van molecuul naar mol en kilo stikstof

In discussies over stikstofemissies worden vaak ammoniak (NH₃) en stikstofoxiden (NOₓ) op één hoop gegooid. Dat lijkt logisch, want beide stoffen bevatten stikstof en beide dragen bij aan depositie op natuurgebieden. Maar chemisch, fysisch en beleidsmatig zijn het twee totaal verschillende stoffen met verschillende gedrag in de atmosfeer.

Ammoniak (NH₃) is een vluchtige stikstofverbinding die vooral ontstaat bij de afbraak van ureum in mest. De landbouw – en dan vooral de veehouderij – is veruit de grootste bron. NH₃ is relatief zwaar en wordt snel opgenomen in de directe omgeving. Dat betekent dat de neerslag van ammoniak meestal plaatsvindt binnen enkele kilometers van de bron. Dit maakt ammoniak vooral een lokaal of regionaal probleem.

Stikstofoxiden (NOₓ) daarentegen ontstaan bij hoge temperaturen, bijvoorbeeld bij de verbranding van diesel, benzine of aardgas. Verkeer, energiecentrales, industrie en ook luchtvaart zijn belangrijke bronnen. NOₓ is lichter, blijft langer in de lucht hangen en verspreidt zich over veel grotere afstanden. Hierdoor is NOₓ niet alleen een lokaal probleem, maar juist ook een grensoverschrijdend milieuprobleem.

Daarnaast zit er een belangrijk verschil in chemische massa. Eén mol ammoniak weegt 17 gram (14 gram stikstof + 3 gram waterstof), terwijl één mol stikstofdioxide (NO₂) 46 gram weegt. Als je beide stoffen in kilogrammen uitdrukt, vergelijk je dus appels met peren. Om een eerlijk vergelijk te maken, moet je alles omrekenen naar kilogrammen elementaire stikstof (N) of naar mol stikstofatomen. Alleen dan krijg je inzicht in de totale stikstofbelasting.

Veel beleidsrapporten vermelden kilo’s NH₃ en kilo’s NOₓ alsof ze vergelijkbaar zijn, maar dat leidt tot verkeerde conclusies als men niet terugrekent naar de hoeveelheid stikstof zelf.

De cijfers van 2022

In 2022 bedroeg de uitstoot van ammoniak (NH₃) volgens de emissieregistratie 95,6 miljoen kilogram stikstof (N). Daarvan kwam 90,65 miljoen kilogram uit de landbouw – dus zo’n 95 procent van het totaal. De cijfers van WUR via het NEMA-model wijken iets af: voor 2021 rekenden zij met 111 miljoen kilogram NH₃, oftewel ongeveer 91 miljoen kilogram N. Voor 2022 zijn hun NEMA-schattingen nog niet beschikbaar.

De emissie van stikstofoxiden (NOₓ) in 2022 bedroeg 281 miljoen kilogram NOₓ. Omgerekend naar elementaire stikstof is dat 85,6 miljoen kilogram N. De meeste NOₓ komt vrij bij verbrandingsprocessen, met verkeer en vervoer als grootste bron (76%). Ook de landbouw draagt bij, vooral via mobiele werktuigen en de verwarming van kassen – samen goed voor ongeveer 13% van de NOₓ-uitstoot. Industrie, raffinaderijen en energiesector dragen gezamenlijk zo’n 9% bij. De luchtvaart is relatief klein, mede omdat alleen emissies tijdens het landen en opstijgen binnen Nederland worden meegeteld.

Sectorverdeling: wie stoot wat uit?

De meeste NOₓ komt vrij bij verbrandingsprocessen – denk aan auto’s, vrachtwagens, vliegtuigen, maar ook energiecentrales. Het verkeer is verantwoordelijk voor zo’n 76 procent van de totale NOₓ-uitstoot. De landbouw is goed voor ongeveer 13 procent, vooral door verwarming van kassen en het gebruik van mobiele werktuigen. Zonder deze machines zou het aandeel van de landbouwsector in NOₓ-uitstoot zeer beperkt zijn.

Industrie, raffinaderijen en energiesector dragen ongeveer 9 procent bij. De luchtvaart speelt officieel een kleinere rol, omdat alleen de emissies bij taxiën, opstijgen en landen op Nederlands grondgebied meetellen. Wat in de lucht gebeurt, blijft buiten beschouwing – en daar is nog weinig onderzoek naar gedaan.

Waar NOₓ vooral uit verbrandingsprocessen komt, ontstaat ammoniak (NH₃) voornamelijk bij biologische processen, en dan vooral in de landbouw. Ongeveer 95 procent van alle ammoniakemissies in Nederland is afkomstig uit deze sector. De grootste bron is de veehouderij, waar ammoniak vrijkomt bij het uiteenvallen van ureum in urine en mest, zowel in stallen als op het land. Ook het uitrijden van drijfmest, het gebruik van kunstmest en opslag van mest dragen bij. Andere sectoren – zoals industrie, verkeer of huishoudens – leveren slechts een verwaarloosbare bijdrage aan de nationale ammoniakuitstoot.

Ammoniak is vluchtig en bindt zich in de lucht snel aan andere deeltjes, zoals fijnstof. Daardoor daalt het vaak binnen enkele kilometers al neer, meestal op landbouwgrond of in nabijgelegen natuurgebieden. Juist vanwege deze korte verblijftijd en beperkte verspreiding speelt ammoniak vooral een lokale rol in de stikstofproblematiek, in tegenstelling tot NOₓ, dat zich over grotere afstanden kan verplaatsen. Dit verschil heeft belangrijke implicaties voor het ontwerp van maatregelen: het terugdringen van ammoniakemissies is vaak vooral van belang voor de directe omgeving van natuurgebieden.