Jongenelen et al. (2025): wat een belangrijke wetenschappelijke paper werkelijk zegt over de onzekerheid van ammoniakdepositiemodellen

In het Nederlandse stikstofdebat worden depositiemodellen vaak behandeld alsof ze een soort digitale waarheid produceren. Een verschil van enkele honderdsten mol stikstofdepositie kan het verschil betekenen tussen een vergunning of een afwijzing. Achter die juridische precisie schuilt echter een veel complexere wetenschappelijke werkelijkheid. Juist daarover gaat een belangrijke recente wetenschappelijke publicatie van Jongenelen et al. (2025), verschenen in het toonaangevende tijdschrift Atmospheric Chemistry and Physics.

De studie draagt de titel “Validation and uncertainty quantification of three state-of-the-art ammonia surface exchange schemes using NH₃ flux measurements in a dune ecosystem” en raakt aan de kern van het stikstofdebat: hoe betrouwbaar zijn ammoniakdepositiemodellen eigenlijk wanneer ze worden geconfronteerd met echte metingen?

Het antwoord van de paper is genuanceerd, maar tegelijkertijd ook confronterend. De auteurs laten zien dat zelfs de modernste modellen grote onzekerheden bevatten, vooral wanneer het gaat om droge depositie van ammoniak op lokale schaal. De studie bevestigt daarmee iets wat internationaal al langer bekend is in de atmosferische wetenschap: depositiemodellen zijn waardevolle hulpmiddelen voor trendanalyse en beleidsverkenning, maar hun nauwkeurigheid op lokale schaal kent duidelijke grenzen.

De onderzoekers richtten zich op drie moderne ammoniakuitwisselingsmodellen: DEPAC, het Massad-model en het Zhang-model. Deze modellen worden internationaal gebruikt of vormen de wetenschappelijke basis voor operationele systemen waarmee stikstofdepositie wordt berekend. Het onderzoek vond plaats in het duingebied Solleveld, waar gedurende een volledig jaar ammoniakfluxen werden gemeten. Dat maakt de studie bijzonder waardevol, omdat zij niet alleen theoretische berekeningen vergelijkt, maar modellen direct confronteert met praktijkmetingen.

En precies daar ontstaan de problemen.

Hoewel de modellen gebaseerd zijn op vergelijkbare natuurkundige principes, blijken de uitkomsten sterk uiteen te lopen. Het Zhang-model benadert de metingen het beste, het DEPAC-model overschat de depositie structureel en het Massad-model onderschat de depositie juist fors. Dat betekent dat dezelfde locatie, met dezelfde meteorologie en dezelfde ammoniakconcentraties, afhankelijk van het gekozen model tot totaal verschillende depositieschattingen kan leiden.

Wetenschappelijk is dat een zeer belangrijk signaal. Het laat namelijk zien dat de modelstructuur zelf al een grote bron van onzekerheid vormt. Anders gezegd: zelfs wanneer de invoergegevens identiek zijn, produceren verschillende modellen fundamenteel andere antwoorden.

De auteurs verwijzen bovendien expliciet naar eerdere studies waaruit bleek dat depositiesnelheden tussen modellen met een factor 2 tot 3 kunnen verschillen. Dat is geen kleine afwijking meer. Een factor 2 of 3 betekent dat dezelfde emissiebron theoretisch twee- tot driemaal zoveel depositie kan veroorzaken, afhankelijk van welk model wordt gebruikt.

Voor nationale trendanalyses hoeft dat niet direct een probleem te zijn. Modellen zijn immers vaak ontworpen om regionale patronen en lange-termijnontwikkelingen te analyseren. Maar op lokaal niveau, waar juridische vergunningverlening plaatsvindt, krijgt zo’n onzekerheidsband ineens enorme betekenis.

De belangrijkste conclusie van de paper zit misschien nog niet eens in de gemiddelde deposities, maar in de dynamiek van ammoniakuitwisseling zelf. Geen van de drie modellen bleek in staat om de gemeten emissie-events goed te reproduceren. Dat betekent dat de modellen moeite hebben om te voorspellen wanneer vegetatie en bodem ammoniak opnemen en wanneer zij juist ammoniak terug uitstoten naar de atmosfeer.

En precies dat is cruciaal bij ammoniak.

Ammoniak gedraagt zich namelijk fundamenteel anders dan bijvoorbeeld CO₂ of fijnstof. Het systeem is bidirectioneel. Vegetatie en bodem kunnen zowel bron als sink zijn. Onder bepaalde omstandigheden neemt een oppervlak ammoniak op, terwijl het onder andere omstandigheden juist weer ammoniak afgeeft. Factoren zoals dauwvorming, bladnat, temperatuur, luchtvochtigheid en chemische processen op bladoppervlakken spelen daarbij een belangrijke rol.

De auteurs leggen uit dat vooral de zogenaamde “compensation points” problematisch zijn. Dat zijn de concentraties waarbij netto geen opname of emissie plaatsvindt. Kleine veranderingen rond deze evenwichtspunten kunnen grote gevolgen hebben voor de berekende depositie. Wanneer die compensation points niet goed worden beschreven, ontstaan automatisch grote fouten in de modeluitkomsten.

Misschien nog belangrijker is de uitgebreide onzekerheidsanalyse die de onderzoekers uitvoerden. Via Monte Carlo-simulaties werden duizenden variaties doorgerekend om te bepalen hoe gevoelig de modellen zijn voor kleine veranderingen in parameters.

De uitkomsten zijn opmerkelijk.

Voor het DEPAC-model rapporteerden de auteurs onzekerheidsmarges van +107% tot −142%. Dat betekent dat het model onder sommige omstandigheden meer dan twee keer zoveel depositie berekent, terwijl het onder andere omstandigheden netto emissie voorspelt in plaats van depositie. Het Massad-model laat zelfs onzekerheden zien van +471% tot −132%. Zelfs het best presterende Zhang-model kent nog steeds onzekerheidsbanden van +81% tot −69%.

Dat zijn geen marges die passen bij het beeld van exacte lokale precisieberekeningen. Het zijn fundamentele onzekerheidsbanden die duidelijk maken hoe gevoelig ammoniakdepositiemodellen zijn voor aannames en parameterkeuzes.

De grootste onzekerheden blijken samen te hangen met processen op het bladoppervlak van vegetatie. De studie laat zien dat externe bladuitwisseling — de tijdelijke opname van ammoniak in vochtlagen op bladeren — een enorme invloed heeft op de berekende depositie. Juist deze processen blijken echter slecht begrepen en moeilijk te modelleren.

Luchtvochtigheid speelt daarin een sleutelrol. Kleine veranderingen in relatieve luchtvochtigheid veroorzaken volgens de studie soms veranderingen van tientallen procenten in de berekende ammoniakopname. Dat komt doordat vochtigheid direct invloed heeft op dauwvorming, oplosbaarheid van ammoniak en de chemische toestand van bladoppervlakken.

In gewone taal betekent dit dat kleine meteorologische verschillen grote gevolgen kunnen hebben voor de berekende depositie.

Daarmee raakt de paper aan een fundamenteel probleem in het stikstofdebat. In de juridische praktijk worden modeluitkomsten soms behandeld alsof zij vergelijkbaar zijn met directe metingen. Maar deze studie laat juist zien dat depositieberekeningen afhankelijk zijn van een groot aantal aannames en vereenvoudigingen.

Dat geldt niet alleen voor de ammoniakuitwisseling zelf, maar ook voor vegetatieparameters zoals de Leaf Area Index (LAI). De hoeveelheid bladoppervlak bepaalt hoeveel ammoniak potentieel kan worden opgenomen. Maar vegetatie verandert voortdurend door seizoenen, vochttoestand, groei en veroudering. Toch worden deze complexe biologische processen in modellen vaak samengevat in relatief eenvoudige parameters.

De auteurs zijn opvallend open over de beperkingen van de huidige generatie modellen. Zij schrijven expliciet dat het mechanistische begrip van ammoniakuitwisseling nog onvoldoende is ontwikkeld. Vooral externe bladprocessen, bodemuitwisseling en dynamische vegetatie-interacties vereisen volgens hen verder onderzoek. Ook pleiten de onderzoekers voor meer directe fluxmetingen om modellen beter te kunnen valideren.

Dat laatste punt is belangrijk. Concentraties van ammoniak kunnen redelijk goed worden gemeten, maar droge depositie is veel moeilijker direct waarneembaar. Vaak wordt depositie indirect afgeleid uit concentraties, turbulentie en theoretische aannames over opnameprocessen. Daardoor ontstaat een situatie waarbij modellen deels worden gevalideerd met grootheden die zelf al onzeker zijn.

In feite laat de paper zien dat de wetenschappelijke wereld veel terughoudender is over de precisie van ammoniakdepositieberekeningen dan soms in beleids- en juridische discussies wordt gesuggereerd.

Dat betekent niet dat modellen nutteloos zijn. Integendeel. Zonder modellen zouden we veel minder begrijpen van stikstofstromen in Europa. Modellen zijn essentieel voor scenario-analyses, trendstudies en beleidsverkenningen. Ze maken zichtbaar hoe emissies zich regionaal gedragen en hoe maatregelen op lange termijn kunnen doorwerken.

Maar de paper van Jongenelen et al. maakt tegelijkertijd duidelijk dat voorzichtigheid nodig is wanneer modellen worden gebruikt voor zeer precieze lokale uitspraken.

Vooral in Nederland ontstaat daardoor een interessant spanningsveld. De juridische werkelijkheid verlangt exactheid: een activiteit veroorzaakt wel of geen significante depositie. De wetenschappelijke werkelijkheid is echter probabilistisch en onzeker. Modellen geven geen absolute waarheid, maar benaderingen met foutmarges en onzekerheidsbanden.

En precies dat maakt deze publicatie zo relevant voor het huidige stikstofdebat.

De paper bevestigt vanuit peer-reviewed wetenschap dat ammoniakdepositie op lokale schaal gepaard gaat met aanzienlijke onzekerheden. Niet omdat onderzoekers hun werk slecht doen, maar omdat het systeem zelf buitengewoon complex is. Atmosferische chemie, turbulentie, vegetatie, vochtigheid en bodemprocessen vormen samen een dynamisch systeem dat zich niet eenvoudig laat reduceren tot één exact getal achter de komma.

Misschien is dat uiteindelijk wel de belangrijkste les van deze studie. Goede wetenschap gaat niet alleen over rekenen, maar ook over eerlijk zijn over de grenzen van het rekenen.