Wat is stikstof? Wat doet stikstof? En waar komt stikstof eigenlijk vandaan? Dat bespreken we in dit artikel.
Stikstof: een scheikundig element
Stikstof is een scheikundig element met symbool N. In de lucht vormt het een kleur- en reukloos gas (N2). Het is overal om ons heen, ongeveer 78% van alle lucht bestaat uit stikstofgas. Stikstofgas is van zichzelf niet schadelijk voor ons of de natuur. Maar andere verbindingen van stikstof in de lucht kunnen wel schadelijk zijn. Dat zijn stikstofoxiden (NOx) en ammoniak (NH3).
Wat is het probleem voor mensen?
Voor mensen zijn vooral stikstofoxiden (NOx) schadelijk. Dat komt omdat die door kunnen dringen tot in de kleinste vertakkingen van de luchtwegen. Hierdoor gaan de longen minder goed werken en kunnen mensen luchtwegklachten en astma-aanvallen krijgen. Daar komt nog eens bij dat stikstofoxiden een bijdrage leveren aan de vorming van fijnstof (particulate matter = PM), dat ook ongezond is. De gezondheidsraad schat dat er in Nederland 12.000 mensen vroegtijdig overlijden door fijnstof, stikstofdioxide en ozon in de lucht.
Ammoniak (NH3) levert ook een bijdrage aan de vorming van fijnstof. Het is giftig als de concentraties hoog zijn, maar in de buitenlucht komen deze concentraties bijna nooit voor.
Wat is het probleem voor de natuur?
Stikstof (N) is een belangrijke voedingsstof voor planten. Planten hebben het nodig om bijvoorbeeld eiwitten, bladgroen en DNA te maken. Alle planten hebben stikstof nodig, maar sommige planten gebruiken er meer van dan andere. Maar stikstofverbindingen kunnen ook vervelende gevolgen voor de natuur hebben:
- Het neerslaan van stikstofoxiden en ammoniak uit de lucht zorgt ervoor dat de bodem rijker wordt aan voedingsstoffen. Dat is vooral in natuurgebieden een probleem. Zeldzame planten die het juist goed doen op voedselarme grond, verdwijnen daardoor. Zo verdringen de brandnetels bijvoorbeeld de orchideeën. Daarmee verdwijnen ook dieren die van die zeldzame planten leven. De biodiversiteit (het aantal verschillende soorten planten en dieren) neemt dan af.
- Zure regen ontstaat door onder andere zwaveldioxide (SO2), stikstofoxiden (NOx) en ammoniak (NH3). Deze zure regen kan bijvoorbeeld zorgen voor het wegspoelen van de beschermende laag over bladeren. Zonder deze beschermlaag drogen planten uit en sterven ze.
- Stikstofdioxiden en ammoniak zorgen voor het verzuren van de bodem. Een verzuurde bodem houdt minder goed voedingsstoffen vast die dan uitspoelen naar het grondwater. Hierdoor zijn deze voedingsstoffen niet meer beschikbaar voor planten.
Een aantal belangrijke begrippen
Om de problemen met stikstof goed te begrijpen, zijn drie termen belangrijk:
- Concentratie: de hoeveelheid van een stof per hoeveelheid lucht (bijvoorbeeld gemeten in grammen per kubieke meter lucht).
- Emissie: de uitstoot van de stof of de manier waarop de stof in de lucht komt.
- Depositie: hoe de stof op of in de grond terechtkomt. De stoffen kunnen met neerslag op of in de bodem terechtkomen. Dit heet natte depositie. Maar ook kunnen planten of de bodem direct stikstof uit de lucht opnemen, dit heet droge depositie.
De stikstofkringloop
Lucht bestaat voor ongeveer 78% uit stikstofgas (N2). De meeste planten en dieren kunnen stikstofgas niet direct gebruiken. Alleen sommige bacteriën kunnen stikstofgas uit de lucht halen en er andere stikstofverbindingen van maken. Die verbindingen kunnen dan wel gebruikt worden door plant, mens en dier.
Er is ook een manier waarop uit stikstofverbindingen weer stikstofgas wordt gemaakt. Ook daar zijn bepaalde soorten bacteriën voor verantwoordelijk. De cirkel is rond en in een natuurlijk ecosysteem zijn al deze processen ongeveer in balans (de stikstofkringloop). Hoe deze stikstofkringloop eruit ziet zie je in de onderstaande afbeelding.
De kringloop is verstoord
Waar in de natuur alleen bacteriën stikstofgas uit de lucht kunnen gebruiken, daar kan de mens dat inmiddels ook. We maken er kunstmest van in fabrieken, wat veel energie kost. In de landbouw wordt de kunstmest gebruikt om planten beter te laten groeien. Dieren groeien vervolgens beter omdat er meer stikstof in hun voer zit. Daarnaast zorgen ook verbrandingsmotoren voor het omzetten van stikstofgas in andere stikstofverbindingen. Hierdoor komen er veel extra stikstofverbindingen in het systeem terecht waardoor het de kringloop verstoort.
Stikstofbronnen in Nederland
Centraal in het stikstofprobleem in Nederland staan de uitstoot van ammoniak uit de landbouw en stikstofoxiden uit verbrandingsmotoren. In onderstaande figuur van het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) wordt de uitstoot van stikstof (ammoniak plus stikstofoxiden) door verschillende sectoren naar de lucht van 1990 tot en met 2020 weergegeven.
Ammoniak (NH3) uit de landbouw
Ammoniak ontstaat als stikstofverbindingen onder zuurstofarme omstandigheden worden afgebroken. Het grootste deel van de uitstoot van ammoniak in Nederland is afkomstig van de landbouw: ongeveer 86% (gemeten in 2016). Ammoniak is vooral afkomstig van dierlijke mest in stallen, door opslag van drijfmest en door bemesting van de wei. Hoe eiwitrijker het veevoer, des te meer ammoniak er vrijkomt.
Naast de landbouw zijn er nog andere bronnen van ammoniak zoals de industrie, verkeer, hobbybedrijven en particulieren met vee, bemeste natuurterreinen en huishoudens.
Stikstofoxiden (NOx) van verbrandingsmotoren
Bij hoge temperaturen in verbrandingsmotoren ontstaan chemische reacties, bijvoorbeeld tussen stikstof (N2) en zuurstof (O2) uit de lucht. In de lucht wordt het uitgestoten stikstofmonoxide (NO) vrij snel omgezet tot stikstofdioxide (NO2). De som van stikstofmonoxide en stikstofdioxide wordt stikstofoxiden (NOx) genoemd.
Stikstofoxiden komen vooral vrij bij verbranding van fossiele brandstoffen, bijvoorbeeld door uitlaatgassen van het verkeer en de uitstoot van industrie. De belangrijkste bronnen van stikstofoxiden zijn het verkeer, de landbouw, de energiesector en de industrie. Hier gaan we in het vierde artikel verder op in.
In dit artikel hebben we beschreven wat de gevolgen zijn van te veel stikstof en waar stikstof vandaan komt. Het tweede artikel kijkt naar wat de internationale afspraken zijn met betrekking tot stikstof. In het derde artikel kijken we dan naar het stikstofprobleem in Nederland. Het vierde artikel gaat dan tot slot verder in op stikstof in de scheepvaart en visserij.