Satellietmetingen maken ammoniakverdeling over Nederland inzichtelijk

Stikstofproblematiek

Sinds het afkeuren van de PAS-wetgeving door de Raad van State in mei 2019 staat Nederland voor de uitdaging om de stikstofemissies substantieel terug te dringen. Hierbij hebben we het dan vooral over de emissies van ammoniak (NH3) en stikstofoxiden (NOx). Neerslag van deze stoffen in de natuur (depositie) kan leiden tot een reductie van biodiversiteit. Ook hebben ze een negatieve invloed op luchtkwaliteit.

Onze kennis van stikstofemissies bevat op het moment de nodige onzekerheden. Emissies worden namelijk maar zeer beperkt aan de bron gemeten. Ook hun transport door de lucht wordt beperkt gemeten. Dit geldt in het bijzonder voor ammoniak, dat verantwoordelijk is voor zo’n 60% van de Nederlandse uitstoot.

In Nederland zijn er 6 grondstations waar uurgemiddelde concentraties gemeten worden. Daarnaast zijn er ongeveer 250 locaties in natuurgebieden waar maandgemiddelde concentraties in de lucht gemeten worden. Een andere onzekerheid betreft onze kennis van depositie, die wordt vooral bepaald door modellen omdat het direct meten ervan technisch complex en kostbaar is.

Satellietwaarneming

Satellietinstrumenten bieden de mogelijkheid om dagelijks over een groot gebied onafhankelijke metingen te doen van de samenstelling van de atmosfeer. Zulke metingen kunnen helpen om de onzekerheden in onze kennis over de emissies, transport en de depositie van ammoniak te verminderen. Als gevolg daarvan kan effectiever beleid gemaakt worden om emissies terug te dringen, en kunnen reductiemaatregelen worden getoetst.

TNO loopt voorop in het gebruiken van ammoniaksatellietmetingen. Zo gebruiken we al satellietdata voor stikstofstudies voor de Duitse federale overheid. Hierbij gebruiken we bijvoorbeeld de metingen van de satellietinstrumenten CrIS (NASA/ NOAA) of IASI (CNES/EUMETSAT).

Het meest nauwkeurige instrument hiervan is CrIS, wat dagelijks metingen maakt van de ammoniakconcentratie (mg/m²) in de atmosfeer voor een gebied met een grondresolutie van 14kmx14km. De dagelijkse ammoniakmetingen van CrIS zijn op dit moment nog niet openbaar beschikbaar voor monitoringdoeleinden.

Ze worden nu vooral gebruikt in wetenschappelijke studies. TNO werkt echter aan het vergroten van de praktische toepasbaarheid van die data door het te combineren met het TNO LOTOS-EUROS model, waarmee stikstofdeposities en emissies gevalideerd kunnen worden.

Toegevoegde waarde

Om de toepasbaarheid van ammoniaksatellietdata voor Nederland te illustreren maakte TNO een kaart die voor het eerst de gemeten verdeling van ammoniak over ons land laat zien, met als voorbeeld het jaar 2017. TNO werkte hiervoor samen met Environment and Climate Change Canada (ECCC) die verantwoordelijk is voor de ammoniakdata van het CrIS instrument. De toegevoegde waarde van ammoniaksatellietdata:

• Landelijke dekking: de data geven een goed beeld hoe ammoniak verdeeld is over Nederland en provincies, ook op plekken waar niet aan de grond gemeten wordt.
• Dagelijks data: waardoor we de verspreiding van ammoniak beter kunnen volgen en beter kunnen herleiden welke sectoren en regio’s ervoor verantwoordelijke zijn.
• Meten over grenzen: ammoniak kan zich over grote afstand verspreiden en zich onderweg in andere stoffen omzetten.

De kaart voor 2017 laat op basis van meetdata zien dat de ruimtelijke verdeling van ammoniak over Nederland sterk variabel is. Zulke trends zien we ook in andere jaren. Ook valt het op dat er gebieden zijn waar veel ammoniak in de lucht zit, maar waar geen grondmeetstations staan.

Als onderdeel van eigen onderzoek werkt TNO aan het verbeteren van stikstofdepositiemodellen voor Nederland die zulke satellietdata gebruiken. Hierbij wordt ook gewerkt aan het beschikbaar maken van de meest recente data van CrIS, en kijken we bijvoorbeeld naar trends van emissies voor maanden en seizoenen.

Het is de visie van TNO dat satellietdata de komende jaren steeds meer gebruikt gaat worden voor stikstofmonitoring - net als in de weersverwachting, waar satellietmetingen al niet meer weg te denken zijn. Nog verder in de toekomst zien we zelfs de mogelijkheid om ammoniakemissies direct af te leiden op gemeenteniveau, waarvoor TNO werkt aan nieuwe satellietinstrumenten met een grondresolutie van minder dan 1km x 1km.

UPDATE 01/05/2020 - Naar aanleiding van de vele vragen op Twitter (bedankt voor alle reacties!) over de aard en herkomst van de data bieden we graag wat meer informatie over de achtergrond van dit onderzoek.

Voor het maken van dit soort kaarten zijn we afhankelijk van buitenlandse partners: de ruwe data hiervoor komt van het CriS satellietinstrument van NASA/NOAA. De ammoniakdata van CrIs wordt op dit moment vooral voor wetenschappelijke studies gebruikt, maar nog niet dagelijks verwerkt. TNO werkt aan het opzetten van de benodigde samenwerkingen om ook actuele data beschikbaar te maken voor stikstofdoeleinden die voor Nederland van belang zijn.

Emissies worden op dit moment nog niet aan de bron gemeten met satellieten. Met CrIS meten we de concentraties ammoniak in de lucht die het gevolg zijn van de emissies, zodat we bijvoorbeeld de berekening kunnen verbeteren van waar stikstof neerslaat. TNO werkt overigens ook aan innovaties om emissies van stikstof met satellieten af te leiden.

Bovenstaande kaart laat zien wat de concentratie ammoniak in de lucht is boven Nederland. Hier zijn geen streefwaarden van. Er zijn wel kritische waarden voor de depositie van stikstof in de natuur. Met behulp van de satellietdata kunnen we onzekerheden in data van depositie helpen verminderen. Zie ook het Factsheet Stikstofemissie.

Verklarende aanvulling op TNO factsheet stikstof

In het TNO factsheet emissies en depositie van stikstof in Nederland heeft TNO stikstofemissie door zeescheepvaart niet uitgesplitst vermeld in een aantal figuren. Daarover is onduidelijkheid ontstaan die door een uitgebreidere toelichting in de factsheet voorkomen had kunnen worden.

Het CBS hanteert in zijn statistieken een emissie door scheepvaart van 123,6 Kton NOx. Het gedeelte binnenvaart (27,9 Kton) is in de factsheet als Nederlandse emissie opgenomen (zie Figuur 1. van de factsheet.) De NOx emissie van de zeescheepvaart is niet genegeerd, maar wel degelijk meegenomen in onze depositieberekeningen. De emissie is daar niet “Nederland” genoemd maar “Buitenland”.

Dit is conform de berekeningsmethode van RIVM. Zie https://www.clo.nl/indicatoren/nl0507-herkomst-vermestende-depositie quote ”Om het uitstotende oppervlak gelijk met het ontvangende oppervlak (Nederlands grondgebied) te houden, zijn bij de berekeningen van de import/export-verhouding zeescheepvaart emissies toegekend aan het buitenland."

De bijdrage aan de totale N depositie in Nederland van internationale scheepvaart zit dus in de categorie “Buitenland” verwerkt. De bijdrage van de binnenvaart is om deze reden wél expliciet benoemd.

Hoe groot is de bijdrage van zeescheepvaart aan depositie dan ongeveer?

De NOx emissie van scheepvaart op de Noordzee draagt ongeveer 2% bij aan de totale depositie in Nederland (zie ook https://www.clo.nl/indicatoren/nl0507-herkomst-vermestende-depositie). Deze 2% bijdrage wordt veroorzaakt door emissie op de hele Noordzee. Het CBS rapporteert enkel over het Nederlands Continentaal Plat (95,8 Kton voor 2017) terwijl in de modellering van depositie scheepvaartemissie van de hele Noordzee is meegenomen.

Hoe kan de bijdrage zo beperkt zijn?

Internationale scheepvaart is een belangrijke bron van NOx emissie. Echter, lang niet alle uitgestoten NOx op de Noordzee bereikt Nederland. Dat is enkel bij een bepaalde windrichting het geval. Daarnaast betreft het de emissie van NOx en niet die van NH3. NOx verspreidt zich veel verder, een deel zal dus over Nederland heen waaien maar hier niet neerslaan. NH3 is de stikstofverbinding die het meest relevant is voor de problematiek rond de PAS omdat die relatief snel, dus lokaal, neerslaat.