7 min
Wouter de Heij toonde recent aan dat volgens de officiële meetdata van het RIVM op Schiermonnikoog, ammoniak uit koeienstallen een sterk lokaal effect heeft. Als de stal van de boer op minder dan 250 meter van natuur ligt, heeft de ammoniak die zijn dieren uitstoten daar geen meetbaar effect meer op de ammoniakconcentratie in de lucht. Zeker bij een grens van 500 meter, weet de boer zeker dat zijn stal geen traceerbaar negatief effect op natuur in de buurt heeft. Als er wel sprake is van een effect komt dan van veel verder uit de buurt. De overheid gaat nog altijd uit van een aanwijsbaar effect tot 25 kilometer. Dat scheelt een slok op een borrel, maar kan niet kloppen volgens de metingen. De Heij rekende verder en blijft ditmaal heel dicht bij de data om te formuleren wat we nog moeten weten om het stikstofdossier dat Nederland nu al meer dan 5 jaar op slot heeft gezet, vlot te trekken.
Een interessant maar wetenschappelijk niet zo goed opgezet ammoniak-experiment is in 2021 uitgevoerd op Schiermonnikoog door bijna 40% van de koeien af te voeren. Vervolgens kon worden gemeten of dat effect had op de ammoniakconcentratie boven het eiland.
Het eiland is bijzonder door zijn ligging en de aanwezige natuur en de significante daling van het aantal van koeien. In het artikel Meetdata bewijzen: reductie koeien heeft geen effect op ammoniakconcentratie in de lucht liet ik zien dat het effect van de stalemissies op de luchtconcentratie op een paar honderd meter van de stal niet meer meetbaar is. De vele reacties onder het stuk en de alternatieve suggesties voor titels - zoals 'Meetdata RIVM laten zien dat stikstofemissies vooral het land van de boer zelf bemesten' - zijn de moeite van het lezen waard.
Natuurvergunning gaat uit van depositie
Onderzoeks- en adviesbureau CLM uit Culemborg berekende in een eenvoudig Excel-formaat op basis van de KringloopWijzer dat de emissies in totaal met 21% zijn gedaald terwijl het aantal koeien met 38% is gereduceerd. Dat zijn getallen. Maar wat zeggen ze?
Uiteindelijk gaat het niet om de emissie(reductie) bij de stal, maar om de vraag wat die reductie doet voor de concentratie ammoniak in de lucht boven de natuurgebieden. Die concentratie wordt immers geacht neer te slaan op de natuur waardoor die vermest en haar biodiversiteit verliest. De extra depositie is de factor waarmee we in Nederland de kwaliteit van de natuur relateren aan de schade die een bedrijf haar toebrengt. De neerslag is daarom de basis voor het krijgen van een vergunning om in Nederland bedrijfsactiviteiten te mogen uitvoeren die gepaard gaan met de uitstoot van NOx (stikstofoxiden) of NH3 (ammoniak) en de neerslag (depositie) daarvan op natuur.
Uit de data van Schiermonnikoog laten duidelijk zien dat er een sterke relatie is tussen de afstand tot een stal en de concentratie ammoniak in de lucht. Omdat logischerwijze verwacht mag worden dat er een sterk verband bestaat tussen de stikstofdepositie en de afstand tot de stal kan dit betekenen dat de natuur weinig te vrezen heeft van boeren die hun stal op meer dan 250-500 meter van natuur hebben staan.
De metingen op Schiermonnikoog laten namelijk in de praktijk zien dat na ongeveer 250 tot 500 meter er geen meetbaar effect op de ammoniakconcentratie vast te stellen valt van de aanwezigheid van een stal met melkvee op die afstand . Na deze afstand meet je volledig in de stochastiek van de achtergrondconcentratie. In lekentaal: vanaf die afstand heeft vooral de stikstofdeken boven Nederland (ook wel 'wolken' genoemd) een (theoretisch, maar niet gemeten) effect en kan het effect van de individuele stal niet worden vastgesteld.
Meetgegevens van boeren die ik mocht ontvangen en de wetenschappelijke literatuur laten zien dat ammoniakconcentraties het hoogst zijn aan de meewindkant van stallen. Omdat de wind in Nederland vooral uit het westen en zuidwesten waait, betekent dit dat de hoogste ammoniakconcentraties verwacht worden aan de oost- en noordoostkant van een stal. Figuur 1 hieronder laat de gemeten datapunten die ik heb gevonden zien, inclusief de data van Schiermonnikoog. De grafiek bevestigt de conclusies van het eerdere artikel: ammoniakemissies hebben alleen een sterk lokaal effect, binnen een grens van 250 meter. Wie veilig wil zitten met een dergelijke stevige uitspraak op basis van data kan kiezen voor de bewoording 'binnen een grens van 500 meter'.
Gaussian Plume Curve
Ik ben een groot voorstander van de inzet van wiskunde en modellen om fenomenen te leren begrijpen. Feitelijke meetdata uit de praktijk zijn uiteraard de basis, maar goede en gevalideerde modellen kunnen het nodige bijdragen om kennis op te doen. De verspreiding van stoffen in de lucht is sinds de jaren zestig van de vorige eeuw een groot onderzoeksdomein. Zelf kwam ik er begin jaren '90 van de vorige eeuw mee in aanraking. Er zijn zelfs oude, met de typemachine geschreven rapporten van de Dienst Landbouwkundig Onderzoek (DLO, nu onderdeel van de Wageningen Universiteit), waaruit blijkt dat al rond 1980 gekeken is naar ammoniakverspreiding rondom (varkens)stallen.
De basistheorie voor op modelbouw gebaseerd onderzoek is de Gaussian Plume Curve (GPC). Binnen dit vakgebied zijn meerdere modellen ontwikkeld en modelparameters op basis van feitelijk onderzoek vastgesteld. Het vertrekpunt is een emissiepuntbron die zich in drie dimensies verspreidt als functie van de windsnelheid en dispersie door de stabiliteit van het weer naar boven en opzij.
Concentratie daalt snel met afstand
Ik heb twee plaatjes gemaakt met het GPC-de Heij model. De eerste twee grafieken (figuur 2) geven de concentratie aan op drie verschillende hoogtes. Links staan de concentraties op een lineaire schaal; rechts zie je de concentraties afgebeeld op een dubbele logaritmische as (log-log). Het rechter grafiekje geeft de concentratie aan op drie verschillende hoogtes.
Vooral dat rechterplaatje laat duidelijk zien hoe snel de concentratie met de afstand daalt en verwaarloosbaar klein wordt. Daarom durf ik deze stevige uitspraak te herhalen: het is onmogelijk om op een afstand van enkele kilometers van een stal nog naar die stal te kunnen wijzen. Wat er rondom de stal zichtbaar is – en voor mensen met een goede neus ruikbaar – is dus niet alleen meetbaar, maar ook een fenomeen dat prima modelleerbaar is tot pakweg een afstand van 250 à 500 meter.
Figuur 2 – Simulatie met GP-deHeij model voor een stal met 130 koeien en een emissie van 9,9 kg stikstof per koe per jaar. De Pasquill-Gifford Stability Classes D (neutraal). De resultaten van het gewone GP model en die van het GP met reflectie staat in deze grafieken. De Z-waarde is de hoogte boven de grond uitgedrukt meters.
Het tweede plaatje (figuur 3) wordt een heatmap genoemd. Daarin wordt met een kleurtje de concentratie ammoniak weergegeven als functie van de afstand tot de stal (X) en de hoogte (Z). Het geeft in de Z-richting (hoogte) weer wat we kunnen verwachten van de afstand.
Figuur 3 – Heatmap van het GP model met reflectie waarbij de hoogte in meters (Z) en de afstand tot de stal (X) in meters is weergegeven en waarin de kleuren de log10(ammoniak concentratie) weergeven. De punt-emissiebron is op 2 meter. Beide plaatjes zijn hetzelfde echter bij het linkerplaatje zijn bewust alle concentraties onder de 0,1 ug/m3 afgekapt om de ‘plume’ te tonen. Let op: de X-as loopt door tot 1000 meter, en de Y-as (de hoogte) maar tot 100 meter.
Een vergelijkbare vorm van Gaussian Plume Curve-modellering zit in de OPS module in de Aerius Calculator die het RIVM gebruikt. OPS staat voor "Operational Priority Substances", het rekenmodel dat het RIVM gebruikt wordt om de verspreiding van stikstof (en andere stoffen) te berekenen.
Twee onderzoeksvragen: sluiten OPS en DEPAC aan op feitelijkheden?
Het wordt hoog tijd om dat model goed onder de loep te nemen. De Gaussian Plume Curve-module is extreem gevoelig voor een juiste of niet juiste implementatie in OPS. Zolang vrijwel alle natuurvergunningen worden afgegeven na een Aerius-berekening, is de juistheid van deze module van groot belang. DEPAC – de module in Aerius die de depositie van stikstof op natuurgebieden berekent – gebruikt immers de voorspelde lokale ammoniakconcentratie om 'iets' te zeggen over de (droge) depositie per hectare per jaar. DEPAC staat voor Deposition of Pollutants on Agricultural Crops'. Het model wordt ook gebruikt om de depositie van andere vervuilende stoffen op gewassen en vegetatie te berekenen en speelt een cruciale rol in het ontwikkelen van beleidsmaatregelen en strategieën om de effecten van stikstofuitstoot te beheersen en te verminderen.
Ik zou twee belangrijke onderzoeksvragen willen agenderen:
1. Hoe goed voorspelt OPS de ammoniakconcentratie?
We weten nu hoe de situatie in de praktijk is. De concentraties rondom de stal zijn rond de 100-150 µg per m3, op een redelijke afstand van 50-100 meter zakken ze naar ongeveer 50-100 µg per m3 en vanaf ongeveer 250-500 meter zit deze concentratie vrijwel op de achtergronddepositie. De onderzoeksvraag is derhalve: 'Hoe goed voorspelt OPS de concentratie?'
2. Hoe zit de relatie tussen de ammoniakconcentratie en de (droge) depositie in elkaar?
Uit de literatuur blijkt dat het verband lineair is, maar onzeker is of dat ook klopt. DEPAC gebruikt een weerstandenmodel (ik noem dat de wet van Ohm), waarbij het concentratiepotentiaal (het verschil) en de weerstand zorgen voor een flux van lucht naar de plant (en de bodem). De onderzoeksvraag is: 'Wat weten we over het feitelijke gedrag van de relatie concentratie-depositie?'
Ik wil in dit artikel niet vooruitlopen op conclusies, maar slechts de onderzoeksvragen duidelijk definiëren. Met de antwoorden is een goed GPC-model te maken en kan worden bepaald of stikstof een vraagstuk is dat via generiek beleid (reductie van emissies door iedereen) of specifiek beleid (zware eisen aan specifieke groepen zoals boeren en in het bijzonder boeren en bedrijven op iets verder dan 500 meter van natuurgebieden) moet worden aangepakt. Als dat eindelijk duidelijk is, kan worden vastgesteld wie moet worden aangesproken op stikstofvervuiling van de natuur.
Dit artikel afdrukken
Het eiland is bijzonder door zijn ligging en de aanwezige natuur en de significante daling van het aantal van koeien. In het artikel Meetdata bewijzen: reductie koeien heeft geen effect op ammoniakconcentratie in de lucht liet ik zien dat het effect van de stalemissies op de luchtconcentratie op een paar honderd meter van de stal niet meer meetbaar is. De vele reacties onder het stuk en de alternatieve suggesties voor titels - zoals 'Meetdata RIVM laten zien dat stikstofemissies vooral het land van de boer zelf bemesten' - zijn de moeite van het lezen waard.
Natuurvergunning gaat uit van depositie
Onderzoeks- en adviesbureau CLM uit Culemborg berekende in een eenvoudig Excel-formaat op basis van de KringloopWijzer dat de emissies in totaal met 21% zijn gedaald terwijl het aantal koeien met 38% is gereduceerd. Dat zijn getallen. Maar wat zeggen ze?
Uiteindelijk gaat het niet om de emissie(reductie) bij de stal, maar om de vraag wat die reductie doet voor de concentratie ammoniak in de lucht boven de natuurgebieden. Die concentratie wordt immers geacht neer te slaan op de natuur waardoor die vermest en haar biodiversiteit verliest. De extra depositie is de factor waarmee we in Nederland de kwaliteit van de natuur relateren aan de schade die een bedrijf haar toebrengt. De neerslag is daarom de basis voor het krijgen van een vergunning om in Nederland bedrijfsactiviteiten te mogen uitvoeren die gepaard gaan met de uitstoot van NOx (stikstofoxiden) of NH3 (ammoniak) en de neerslag (depositie) daarvan op natuur.
Ammoniakemissies hebben alleen een sterk lokaal effect, binnen een grens van 250 meter. Wie veilig wil zitten met een dergelijke stevige uitspraak op basis van data kan kiezen voor de bewoording 'binnen een grens van 500 meter'Theoretisch effect deken, geen effect individuele stal na 500 meter
Uit de data van Schiermonnikoog laten duidelijk zien dat er een sterke relatie is tussen de afstand tot een stal en de concentratie ammoniak in de lucht. Omdat logischerwijze verwacht mag worden dat er een sterk verband bestaat tussen de stikstofdepositie en de afstand tot de stal kan dit betekenen dat de natuur weinig te vrezen heeft van boeren die hun stal op meer dan 250-500 meter van natuur hebben staan.
De metingen op Schiermonnikoog laten namelijk in de praktijk zien dat na ongeveer 250 tot 500 meter er geen meetbaar effect op de ammoniakconcentratie vast te stellen valt van de aanwezigheid van een stal met melkvee op die afstand . Na deze afstand meet je volledig in de stochastiek van de achtergrondconcentratie. In lekentaal: vanaf die afstand heeft vooral de stikstofdeken boven Nederland (ook wel 'wolken' genoemd) een (theoretisch, maar niet gemeten) effect en kan het effect van de individuele stal niet worden vastgesteld.
Meetgegevens van boeren die ik mocht ontvangen en de wetenschappelijke literatuur laten zien dat ammoniakconcentraties het hoogst zijn aan de meewindkant van stallen. Omdat de wind in Nederland vooral uit het westen en zuidwesten waait, betekent dit dat de hoogste ammoniakconcentraties verwacht worden aan de oost- en noordoostkant van een stal. Figuur 1 hieronder laat de gemeten datapunten die ik heb gevonden zien, inclusief de data van Schiermonnikoog. De grafiek bevestigt de conclusies van het eerdere artikel: ammoniakemissies hebben alleen een sterk lokaal effect, binnen een grens van 250 meter. Wie veilig wil zitten met een dergelijke stevige uitspraak op basis van data kan kiezen voor de bewoording 'binnen een grens van 500 meter'.
Gaussian Plume Curve
Ik ben een groot voorstander van de inzet van wiskunde en modellen om fenomenen te leren begrijpen. Feitelijke meetdata uit de praktijk zijn uiteraard de basis, maar goede en gevalideerde modellen kunnen het nodige bijdragen om kennis op te doen. De verspreiding van stoffen in de lucht is sinds de jaren zestig van de vorige eeuw een groot onderzoeksdomein. Zelf kwam ik er begin jaren '90 van de vorige eeuw mee in aanraking. Er zijn zelfs oude, met de typemachine geschreven rapporten van de Dienst Landbouwkundig Onderzoek (DLO, nu onderdeel van de Wageningen Universiteit), waaruit blijkt dat al rond 1980 gekeken is naar ammoniakverspreiding rondom (varkens)stallen.
De basistheorie voor op modelbouw gebaseerd onderzoek is de Gaussian Plume Curve (GPC). Binnen dit vakgebied zijn meerdere modellen ontwikkeld en modelparameters op basis van feitelijk onderzoek vastgesteld. Het vertrekpunt is een emissiepuntbron die zich in drie dimensies verspreidt als functie van de windsnelheid en dispersie door de stabiliteit van het weer naar boven en opzij.
Daarom durf ik deze stevige uitspraak te herhalen: het is onmogelijk om op een afstand van enkele kilometers van een stal nog naar die stal te kunnen wijzenIk heb een eigen GPC-variant gemaakt die gebruikt kan worden voor situaties met lage emissiebronnen. Mijn GPC-model is vooral een wiskundig speeltje om mee te "gamen" en "what if"-studies uit te voeren. Omdat de depositie geen onderdeel is van mijn model, overschat mijn GPC naar alle waarschijnlijkheid de concentratie ammoniak in de lucht in de eerste 500 meter. Vervolgens onderschat mijn GPC-model de concentratie in de lucht sterk, omdat mijn GPC de feitelijke achtergrondconcentratie niet kent (de concentratie van de deken of wolk). Ook gaan GPC-modellen uit van een dominante windrichting, terwijl in de praktijk de wind gedurende het jaar uit verschillende richtingen komt en de weersomstandigheden variëren in stabiliteit. Neem daarom mijn GPC- model niet al te serieus. Wel geven de plaatjes die het produceert een goed inzicht in de verhoudingen waarmee het reageert.
Concentratie daalt snel met afstand
Ik heb twee plaatjes gemaakt met het GPC-de Heij model. De eerste twee grafieken (figuur 2) geven de concentratie aan op drie verschillende hoogtes. Links staan de concentraties op een lineaire schaal; rechts zie je de concentraties afgebeeld op een dubbele logaritmische as (log-log). Het rechter grafiekje geeft de concentratie aan op drie verschillende hoogtes.
Vooral dat rechterplaatje laat duidelijk zien hoe snel de concentratie met de afstand daalt en verwaarloosbaar klein wordt. Daarom durf ik deze stevige uitspraak te herhalen: het is onmogelijk om op een afstand van enkele kilometers van een stal nog naar die stal te kunnen wijzen. Wat er rondom de stal zichtbaar is – en voor mensen met een goede neus ruikbaar – is dus niet alleen meetbaar, maar ook een fenomeen dat prima modelleerbaar is tot pakweg een afstand van 250 à 500 meter.
Figuur 2 – Simulatie met GP-deHeij model voor een stal met 130 koeien en een emissie van 9,9 kg stikstof per koe per jaar. De Pasquill-Gifford Stability Classes D (neutraal). De resultaten van het gewone GP model en die van het GP met reflectie staat in deze grafieken. De Z-waarde is de hoogte boven de grond uitgedrukt meters.
Het tweede plaatje (figuur 3) wordt een heatmap genoemd. Daarin wordt met een kleurtje de concentratie ammoniak weergegeven als functie van de afstand tot de stal (X) en de hoogte (Z). Het geeft in de Z-richting (hoogte) weer wat we kunnen verwachten van de afstand.
Figuur 3 – Heatmap van het GP model met reflectie waarbij de hoogte in meters (Z) en de afstand tot de stal (X) in meters is weergegeven en waarin de kleuren de log10(ammoniak concentratie) weergeven. De punt-emissiebron is op 2 meter. Beide plaatjes zijn hetzelfde echter bij het linkerplaatje zijn bewust alle concentraties onder de 0,1 ug/m3 afgekapt om de ‘plume’ te tonen. Let op: de X-as loopt door tot 1000 meter, en de Y-as (de hoogte) maar tot 100 meter.
Een vergelijkbare vorm van Gaussian Plume Curve-modellering zit in de OPS module in de Aerius Calculator die het RIVM gebruikt. OPS staat voor "Operational Priority Substances", het rekenmodel dat het RIVM gebruikt wordt om de verspreiding van stikstof (en andere stoffen) te berekenen.
Twee onderzoeksvragen: sluiten OPS en DEPAC aan op feitelijkheden?
Het wordt hoog tijd om dat model goed onder de loep te nemen. De Gaussian Plume Curve-module is extreem gevoelig voor een juiste of niet juiste implementatie in OPS. Zolang vrijwel alle natuurvergunningen worden afgegeven na een Aerius-berekening, is de juistheid van deze module van groot belang. DEPAC – de module in Aerius die de depositie van stikstof op natuurgebieden berekent – gebruikt immers de voorspelde lokale ammoniakconcentratie om 'iets' te zeggen over de (droge) depositie per hectare per jaar. DEPAC staat voor Deposition of Pollutants on Agricultural Crops'. Het model wordt ook gebruikt om de depositie van andere vervuilende stoffen op gewassen en vegetatie te berekenen en speelt een cruciale rol in het ontwikkelen van beleidsmaatregelen en strategieën om de effecten van stikstofuitstoot te beheersen en te verminderen.
Ik zou twee belangrijke onderzoeksvragen willen agenderen:
1. Hoe goed voorspelt OPS de ammoniakconcentratie?
We weten nu hoe de situatie in de praktijk is. De concentraties rondom de stal zijn rond de 100-150 µg per m3, op een redelijke afstand van 50-100 meter zakken ze naar ongeveer 50-100 µg per m3 en vanaf ongeveer 250-500 meter zit deze concentratie vrijwel op de achtergronddepositie. De onderzoeksvraag is derhalve: 'Hoe goed voorspelt OPS de concentratie?'
2. Hoe zit de relatie tussen de ammoniakconcentratie en de (droge) depositie in elkaar?
Uit de literatuur blijkt dat het verband lineair is, maar onzeker is of dat ook klopt. DEPAC gebruikt een weerstandenmodel (ik noem dat de wet van Ohm), waarbij het concentratiepotentiaal (het verschil) en de weerstand zorgen voor een flux van lucht naar de plant (en de bodem). De onderzoeksvraag is: 'Wat weten we over het feitelijke gedrag van de relatie concentratie-depositie?'
Ik wil in dit artikel niet vooruitlopen op conclusies, maar slechts de onderzoeksvragen duidelijk definiëren. Met de antwoorden is een goed GPC-model te maken en kan worden bepaald of stikstof een vraagstuk is dat via generiek beleid (reductie van emissies door iedereen) of specifiek beleid (zware eisen aan specifieke groepen zoals boeren en in het bijzonder boeren en bedrijven op iets verder dan 500 meter van natuurgebieden) moet worden aangepakt. Als dat eindelijk duidelijk is, kan worden vastgesteld wie moet worden aangesproken op stikstofvervuiling van de natuur.
Nog 3
Je hebt 0 van de 3 kado-artikelen gelezen.
Op 3 augustus krijg je nieuwe kado-artikelen.
Op 3 augustus krijg je nieuwe kado-artikelen.
Als betalend lid lees je zoveel artikelen als je wilt, én je steunt Foodlog
Lees ook
Volgens DEPAC is alle NH3 al binnen 250 neergeslagen.......
De depositie snelheid is volgens DEPAC 0,005 - 0,01 m/s
Wat betekend dat bij een gemiddelde windsnelheid van 10 km/uur na 15 minuten alle NH3 al binnen de 250 van een stal (5 mtr nok) zou zijn gedaald en de berekende depositie op meer dan 250 er niet meer kan zijn.
Dit betekend dat Aerius zich zelf tegen spreekt ofwel niet echt wetenschappelijk is.
Wouter, de laatste alinea daar twijfelde ik over. Wat mij betreft gaat het alleen om de grafieken en de twee onderzoeksvragen. Ik zal ik deze lijn antwoord geven op reacties en vragen die over die twee onderwerpen gaan. Beleid en juridische zaken hou ik er buiten en zal dus daar geen antwoorden of suggesties op geven.
Knap werk, Wouter! Je houdt het hoofd weer eens koel. Verhelderende grafieken ook.
Hulde!
Goed dat je je niet meer alleen baseert op het beperkte aantal meetpunten op Schier, maar op meerdere plekken en studies, zoals je ook al in eerder artikelen had gedaan.
De beleidskeuze die je aan het eind voorlegt (generiek of lokaal beleid?) is mij te digitaal. Je artikel suggereert eerder dat het een mix zal moeten zijn. Zij het een heel andere mix dan die in het huidige beleid: veel minder lokaal en juist méér generiek beleid. Maar dat zal ook afhangen van het antwoord op je tweede onderzoeksvraag: die naar de relatie tussen concentratie en droge depositie.
Alvast een toelichting, vanaf ongeveer 80 meter is de concentratie (x,0,z) al in de hoogte gekomen en zijn de concentraties verschillen in de eerste pakweg 10 meter (z-waarde) hetzelfde. Hierbij wordt wel uitgegaan van een 'vlak' grond oppervlak.