Hoe zit het met stikstof?

De grote brandnetel is een indicator voor een stikstofrijke bodem

De natuurlijke stikstofkringloop

0ngeveer 80% van de lucht die we inademen bestaat uit stikstof (N2). In de onderstaande plaatjes kun je zien wat er gebeurt wanneer we in- of uitademen. Je ziet de hoeveelheid Koolzuur (CO2) toenemen ten koste van de hoeveelheid zuurstof. Dat is precies wat er in ons lichaam gebeurt Bij de verbranding in onze cellen wordt zuurstof gebruikt en koolzuur (CO2) aangemaakt. Onze longen zorgen ervoor dat de verbrandingsrest wordt afgevoerd en weer nieuwe zuurstof wordt opgenomen. Aan de hoeveelheid stikstof (N2) veranderd er niets.

Actieve elementen in de lucht

Het gaat dus niet om de vrije Stikstof (N2) in de lucht. Dit is een inert gas en reageert vrijwel nergens mee. Luchtstikstof (N2) is een molecuul dat bestaat uit twee stikstofatomen (N) met een drievoudige binding, door deze sterke binding kost het heel veel energie de stikstofatomen van elkaar te scheiden.
Planten hebben echter wel stikstof nodig om te groeien. Zij vormen uit stikstof complexe aminozuren om eiwitten uit op te bouwen. Mens en dier voeden zich direct of indirect via vleesconsumptie met de planten en komen zo aan hun essentiële eiwitten en aminozuren. Zo staat stikstof aan de basis van al het leven op aarde.

Om door levensvormen gebruikt te kunnen worden moet het vrije stikstof (N2) wel eerst gebonden worden aan zuurstof voor stikstofoxide (NOx) of waterstof voor ammoniak (NH3). Nog voor het eerste leven werd stikstof vooral gebonden door blikseminslagen. Hierbij ontstaat (NOx). Inmiddels is dit nog maar 10% van de natuurlijke stikstofproductie. Bacteriën zoals de Diazotrofen zijn in staat om uit luchtstikstof (N2) ammonium (NH4+) te maken. Een deel hiervan gebruiken ze zelf en de rest wordt door planten opgenomen. Daarnaast zijn er de Rhizobia-bacteriën die in symbiose met vlinderbloemigen stikstof uit de lucht binden. Lupine is hierom een bekende groenbemester. Bij elkaar fixeren bacteriën 90% van alle stikstof in de natuur

Stikstofafzetting door symbiose van vlinderbloemigen met Rhizobia-bacteriën

De gebonden stikstofatomen keren steeds weer terug weer in verschilde vorm van levende organismen. De natuur gaat zuinig om met stikstof, omdat het tot aan het begin van de vorige eeuw nooit in overvloed voorkwam.

Tegenover de hiervoor beschreven  nitrificatie bacteriën zijn er ook denitrificatie bacteriën. Dit soort bacterie floreert het best in zuurstofloze of -arme omgevingen. Denk hierbij aan het slib in moerassen en meren. Zij zijn in staat om het zuurstof uit stikstofnitraat NO3 te halen en daardoor het vrije luchtstikstof (N2) te laten ontsnappen uit de stikstof kringloop naar de atmosfeer.

De stikstof kringloop

Samengevat bestaat de natuurlijke stikstofkringloop uit fixatie van stikstof (N2) uit de lucht door bacteriën naar ammonium (NH4+). Dit ammonium wordt direct door bomen en struiken opgenomen of door andere bacteriën omgezet naar Nitraat (NO3-) en alsnog door de resterende planten opgenomen. Als de plant wordt gegeten door mens en dier gebruiken die het stikstof weer voor de opbouw van eiwitten in de celstructuren. Via uitwerpselen of stoffelijke resten (plant en dier) komen deze stikstofmoleculen opnieuw in de bodem terecht, waar het in zuurstofrijke omgevingen weer opgenomen wordt door nitrificatie-bacteriën of in zuurstofarme omgevingen ontsnapt naar de atmosfeer als stikstof (N2) door denitrificatie-bacteriën. Bij een natuurlijk evenwicht  is het totaal aan stikstoffixatie en denitrificatie gelijk aan 0. Dat wil zeggen de totaal hoeveelheid reactief (gebonden) stikstof gelijk blijft. De consumptie van plant of dier levert dus geen bijdrage aan de totale hoeveelheid stikstof in de stikstofkringloop.

Fritz Haber

De invloed van de mens op de stikstof kringloop

Pas in 1910 lukte het Fritz Haber voor het eerst om voor de productie van kunstmest stikstof (N2) uit de  lucht te binden en om te zetten naar ammoniak (NH3). Voor deze ontdekking werd zelfs in 1918 de Nobelprijs aan hem uitgereikt. De productie van landbouwgronden nam immers  enorm toe en de wereldbevolking kon stijgen van 1,8 miljard naar 7,8 miljard nu. De kunstmestproductie wereldwijd is geëxplodeerd. In Nederland bedraagt de totale productiecapaciteit van ammoniak ongeveer 2.600 miljoen kg. Hiervan wordt tussen 1600 en 1900 miljoen kg gebruikt voor de productie van meststoffen. De rest is grondstof voor onder meer tapijten, voedingsmiddelen, geneesmiddelen, bouwmaterialen en luchtzuiveringsinstallaties.

Strooien kunstmest

Driekwart van onze kunstmestproductie exporteren we vooral naar de andere europese landen. Het resterende kwart, nog steeds zo'n 500 miljoen kg ammoniak, rijden we uit over onze akkers en graslanden. Voor de productie van amoniak gebruiken de bedrijven in Nederland ca. 2,6 miljard m3  aardgas ofwel ca. 10% van het totale aardgasgebruik in Nederland. Bij de productie van stikstofhoudende meststoffen komen ook nog eens grote hoeveelheden van de broeikasgassen CO2 en lachgas (N2O) vrij.  Lachgas met een CO2-eq van 250 is een zeer sterk broeikasgas. Daarnaast bevat kunstmest grote hoeveelheden fosfaten en andere mineralen uit niet natuurlijke bron die extra in ons milieu gebracht worden en eveneens voor problemen in de natuurgebieden zorgen.

Naast de aanmaak van kunstmest stoot de mens enorme hoeveelheden stikstofoxiden (NOx) uit door de stook van fosiele brandstoffen. Stikstofoxiden (NOx) ontstaan bij alle vormen van verbranding op hoge temperatuur, bijvoorbeeld in een verbrandingsmotor, bij huishoudelijke verwarming op gas, stookolie of kolen en in industriële processen zoals thermische elektriciteitscentrales op kolen, olie of gas, cementovens, hoogovens voor staalproductie enz. In 2017 bedroeg de totale emissie ongeveer 220 miljoen kg.

NOx uitstoot door stook fossiele brandstoffen

Stikstof oxide in het kort aangeduid als NOx kent diverse verschijningsvormen (NO, NO2_, N2O_, N2O3_, N2O4_, N2O5_, NO3). Vrijwel elke verschijningsvorm vormt in contact met water salpeterzuur (H2NO3) of salpeterigzuur (H2NO2) wat onze bodem verzuurt. Stikstofmonoxide (NO) wordt het meest gevormd. Dit gas oxideert in de lucht verder tot stikstofdioxide (NO2 ) wat schadelijk is voor de luchtwegen van mens en dier. Stikstofmonoxide (NO) tast onder andere de ozonlaag aan, lachgas (N2O) is een sterk broeikas gas en NO2 vormt met behulp van fotosynthese ook nog eens smog aan de grond.

De beide humane bronnen brengen de natuurlijke stikstof kringloop in onbalans. De fixatie processen van luchtstikstof (N2) komen niet meer overeen met de natuurlijke denitrificatie processen waardoor er steeds meer stikstof in de stikstof 

kringloop en ons milieu terecht komt. 

Vaak wordt er nog beweert dat onze veehouderij enorme hoeveelheden mineralen aanvoert in de vorm van veevoer uit overzeese gebieden. Echter onze landbouwexport is groter dan de -import. Daarbij komt nog eens dat het overgrote deel van veevoer nog steeds bestaat uit lokaal geproduceerd (ruw)voer en restafval uit de Nederlandse voedselproductie. Naast de mineralenimport via veevoer vindt er ook een export plaats in de vorm van boter, kaas melk, eieren, vlees, groentes, granen en niet te vergeten mest. In 2015 was bijvoorbeeld de totale Nederlandse metsuitvoer al goed voor een omzet van 1,7 miljard. Stoppen met de veehouderij levert geen enkele reductie van de totale hoeveelheid stikstof in de stikstofkringloop. 

De stikstofdepositie

Een goed lezer vraagt zich inmiddels af, hoe zit het dan met de invloed van de veehouderij op onze natuurgebieden?  Ondanks dat de veeteelt geen bijdrage levert aan de totale hoeveelheid stikstof in de stikstofkringloop wordt er wel met grote vinger naar gewezen als het gaat om de stikstofdepositie in onze natuurgebieden. Veel landbouwbedrijven liggen in de nabijheid van natuurgebieden. Het is een beetje wrang om juist deze bedrijven aan te wijzen als de schuldigen terwijl de vaak eeuwenoude familiebedrijven ons landschap hebben vormgegeven waar we zo trots op zijn. 

Beweiden

Wanneer we het hebben over het stikstof probleem dan spreken we op dit moment vooral over de depositie van stikstof in onze natuurgebieden. We hebben het dan niet meer over de overmaat aan stikstof in de stikstofkringloop maar over de neerslag van stikstof in alle verschijningsvormen op onze natuurgebieden. Van bronbestrijding schakelen we naar symtoombestrijding. Met andere woorden stikstof mag overal neerslaan behalve op onze natuurgebieden.

Wanneer een veehouder gesaneerd wordt in de nabijheid van een natuurgebied zal dit ongetwijfeld enig effect hebben op dat natuurgebied. Echter wat de dieren niet meer consumeren zal op andere wijze afgevoerd moeten worden. Dit kan plaatsvinden door compostering, biovergassing, humane consumptie of veeteeld elders.  Het enige wat er dan plaatsvindt is dat de depositie hooguit verplaatst naar een ander gebied maar in totaal blijft de stikstofdepositie gelijk. We halen immers geen stikstof uit de stikstofkringloop zelf. 

De grote maatschappijen die kunstmest produceren blijven buiten schot. Nederland is op Duitsland na de grootste producent in Europa. Hetzelfde geldt voor de Nederlandse spijsolie-industrie. Zij importeren gigantische hoeveelheden mineralen in de vorm van sojabonen palmboompitten etcetera. Onze veeteelt zet de schroten die hierbij vrijkomen nog om in hoogwaardige proteïnen. Het is dus best wel hard in de ogen van veehouders dat dit soort bedrijven buiten schot blijven. Het zal wel voortkomen uit het feit dat een eenzame veehouder zich moeilijker kan verweren, hij heeft geen bedrijfslobbisten in dienst. 

Ook is het vreemd dat de akker- en tuinbouw de veehouder hierin onvoldoende wil helpen. Het zijn toch allemaal boeren zou je denken. De oplossing van ons stikstof probleem zit niet in de sanering van veeteeld maar vooral in de sanering van kunstmest in de akker- en tuinbouw. 

Mestgebruik in akkerbouw

Bovenstaand plaatje laat mooi zien dat we best wel zonder kunstmest kunnen en we de overbemesting op de akkervelden in een klap kunnen elimineren. Inmiddels betaalt de biologische akkerbouwer voor dierlijke mest, terwijl de reguliere akkerbouwer nog steeds geld op de koop toe krijgt. Een verbod op stikstof via kunstmest lost deze scheve verhouding op. Het zijn juist de boeren in de akker- en tuinbouw die het probleem van overmaat van stikstof in de stikstofkringloop steeds groter maken, maar in de discussie rondom de stikstofdepositie lijken ze eveneens buiten schot te staan. Het moet toch niet zo moeilijk zijn om uit dierlijke mest op inovatieve wijze een hoogwaardige meststof te creeëren voor de akker- en tuinbouw. Door een gedwongen afbouw van kunstmestproducten zal de inovatiekracht hiervoor in vogelvlucht toenemen. 

Ook wanneer we morgen stoppen met het gebruik van kunstmest zal het nog jaren zo mogelijk decenia duren voordat de overmaat aan stikstof is afgebouwd. Het verkeer, de industrie en de gebouwde omgeving produceren immers  jaarlijks nog steeds 260 milj kg giftige stikstofoxiden die we ook nog in balans moeten zien te krijgen met onze natuurgebieden. Dit betekend ook dat we meer realistisch om moeten gaan met onze natuurgebieden. Op dit moment worden kritische depositiewaarden voor stikstof gehanteerd die niet realistisch zijn voor een drukbevolkt deltaland als Nederland. Ik vraag me zelfs af of we ooit in staat zullen zijn om tot dergelijke lage waardes te komen. Ongeveer 50% van onze depositie komt aangewaaid uit het buitenland. Je mag stellen dat we nog meer stikstof exporteren alleen onze natuurgebieden hebben er niets aan. Sterker nog voor elke kg minder stikstofdepositie op onze natuurgebieden moeten we ruim 5 kg uitstoot reduceren.

De stuifzanden en heidevelden zijn niet ontstaan door lage stikstofdeposities, maar juist door het eeuwenlang afplaggen en daarnee afvoeren van mineralen door onze boeren. Feitelijk zijn deze gebieden het resultaat van de bodemerosie die dit tot gevolg had. Willen we dit soort gebieden behouden , in een delta land, is er slechts één oplossing en dat is weer te gaan plaggen zoals de boeren eeuwenlang gedaan hebben. Echter dit is een compleet ander onderwerp waarover ik al eerder een artikel over geschreven heb. Natuurbeheer gijzeld  Nederland 

Donau delta