www.ecn.nl
De stikstofproblematiek: teveel van het goede?
Jan Willem Erisman
ECN en de Stikstofproblematiek
ECN Biomassa, Kolen en Milieuonderzoek
2 28-06-11
Afdeling Hydrologie en Geomilieuwetenschappen van het Instituut Aardwetenschappen, VU
• Vaststellen probleem • Meetinstrumenten ontwikkelen en toepassen • Life Cycle Analysis en rol N in biomassa- en voedselketen • Energie en voedselvoorziening verduurzamen • Technologie ontwikkeling: N2O afvangst, duurzame energie, biochar
De stikstofproblematiek
§ De atmosfeer bestaat voor 78% uit N2, niet reactief
§ Reactief stikstof, Nr, is essentieel voor het leven op aarde
§ Door de productie van kunstmest wordt Nr gemaakt tbv voedselvoorziening
§ Nr (NOx) is een bijproduct bij ons energiegebruik door de verbranding van fossiele brandstoffen voor transport en energie
§ Door lage efficiëntie zijn er grote verliezen naar het milieu met directe en indirecte effecten op het klimaat, ecosysteem services en menselijke gezondheid
28-06-11 3
De planetaire gebruiksruimte wordt overschreden
28-06-11 4
Röckstrom et al., 2009 Nature
Klimaatverandering
Stikstof
Biodiversiteit
5
De belangrijkste milieugevolgen
Fijn stof verminderd de levensverwachting met 6 maanden in centraal Europa
Meer dan 10 miljoen mensen in West Europa drinken water met NO3 concentraties boven de norm.
20% van de plant diversiteit, speciaal de gevoelige soorten zijn verdwenen.
Bemesting of atmosferische depositie leidt tot verzuring en daarmee verlies aan opbrengsten
N2O draagt 4% bij aan de Europese broeikasgas emissies.
28-06-11
28-06-11 6
De organisatie van de European Nitrogen Assessment
• Belangrijkste Sponsor: European Science Foundation: Nitrogen in Europe (NinE)
• Gerapporteerd aan: Internationale Conventies (Lucht, water, biodiversiteit) via de UNECE Task Force on Reactive Nitrogen (TFRN) en de EU
• Inhoud door: Europese onafhankelijke wetenschappers
• Gepubliceerd door: Cambridge University Press • Uitgebracht op: 11 April, Edinburgh UK:
www.nine-esf.org
TFRN
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
1900 1920 1940 1960 1980 2000
Kun
stm
estg
ebru
ik, N
Ox
emis
sie,
N
r pro
duct
ie (T
g N
)
Wer
eldb
evol
king
(milj
oen)
en
CO
2 em
issi
e Reactief stikstof voor voedsel en van energie is verdubbeld tussen 1900 - 2000
7
Natuurlijke Nr productie (Tg)
Wereldbevolking (Miljoen)
Totale Nr productie (Tg)
Kunstmest (Tg)
CO2 emissie (Tg)
NOx(Tg)
28-06-11
Trends in Nr aanvoer en emissie (EU-27)
8 28-06-11
9
S"kstofoxide (NOx)
Lachgas (N2O)
Ammoniak (NH3)
Nitraat uitspoeling (NO3
-‐)
Emissie van NOx & N2O
vervolgen de cascade
Natuurlijke ecosystemen
Ammonium nitraat in regen (NH4NO3)
Nitraat in rivieren, grondwater & kustgebieden
Hoge temperatuur verbranding & industrie
Nr
Veehouderij Voor voedsel Nr in
mest
Denitrifica"e naar N2
Ongewenste N flows
N vorm in de cascade
Terrestrische Eutrofiëring
Zoetwater eutrofiering
Broeikasgas balans
Fijn stof
Troposferisch ozon vorming
Stratosferisch ozon afbraak
Bodemverzuring
Lucht -kwaliteit
Kustwater Eutrofiering Milieu
zorg om Nr
3.7 (21%)
1.3 (8%)
11.5 (70%)
EU27 (% in EU27)
Kunstmest productie
Gewas voor voedsel & diervoeding
Biologische stikstof fixatie in gewassen
gewenste N flow
28-06-11
Stikstof cascade
Luchtverontreiniging
Eutrophiering
Ecosystemen biodiversiteit
Grond- en opper- vlaktewater
Klimaatverandering Ozonafbraak
Te veel stikstof heeft veel gevolgen:
M I L I E U
28-06-11 10
De afweging Stikstof en Klimaat
CO2 opname door N depositie
Koelend: 19 mWm-2
Ecosystemen en biodiversiteit
Broeikasgas O3 Opwarming 7 mW m-2
Gezondheidschade
Broeikasgas: N2O Opwarming 17 mWm-2
Fijnstof
Koelend: 17 mWm-2
Gezondheidschade
Het effect van stikstof op klimaat is bijna neutraal, echter naast de koelende werking door de depositie en fijn stof zijn er grote gevolgen tav gezondheid en ecosystemen
28-06-11 11
Stikstof reductie is wereldwijd mogelijk • Katalytische verwijdering NOx bij fossiele brandstoffen • Verhoog stikstof efficiëntie in de landbouw (gewassen en dieren) • Mestverwerking • Verbeterde rioolwaterzuivering
187
Nr emissie naar het milieu
134
18
15
15 5Nr emissie naar hetmilieuCatalytische NOxreductieGewas en landManagementMestverwerking
Rioolwaterzuivering
Galloway et al., 2008
28-06-11 12
Toekomstig wereld kunstmestgebruik
150 200 250
A1 – A2 – B1 – B2 –
A1 – technol / global A2 – technol / regional B1 – environm /global B2 – environm / regional Tilman et al, 2001 FAO, 2000 (baseline) FAO, 2000 (improved)
A1 – Technologie/globaal A2 – Technologie/regionaal B1 – Milieu/globaal B2 – Milieu/regionaal Tilman et al, 2001 FAO, 2000 (baseline) FAO, 2000 (verbeterd)
Erisman et al. 2008
28-06-11 13
0 50
100
1900 1950 2000 2050 2100
Tg N
technol / global technol / regional environm /global environm / regional
Tilman et al, 2001 FAO, 2000 (baseline) FAO, 2000 (improved)
A1
0
50
100
150
200
250
1900 1950 2000 2050 2100
Tg N
0
50
100
150
200
250
1900 1950 2000 2050 2100
Tg N
Haber patent Ammoniak productie
Nederland de ‘Hot spot’ in Europa
14
NO2 concentraties
N in rivieren N depositie
Stikstofoverschot op bedrijfsniveau
Fijn stof
N in grondwater
28-06-11
Succesvol Nederlands stikstofbeleid
15 28-06-11
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
0
200
400
600
800
1000
1200
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
N2O
em
issi
e (k
ton)
N in
voer
(Kto
n N
)
Jaar
N belasting oppervlaktewater N in mest
NH3 emissie Noordzee belasting
NOx emissie N belasting landbouwgrond
N2O emissie
Maatregelen: • Mineralen boekhouding • Emissie arme stallen • Mestinjectie • Afdekken mestopslag • Aanwendingsnormen • Sturen op ureum concentratie in
melk • Mestverwerking • Geen mestaanwending in de
winter • SCR industrie en transport • Brandstofmix
Trends: • NOx emissie daalt door • Landbouw N stabiliseert
Stikstofstromen in Nederland (kton)
16 28-06-11
Stikstofefficiëntie: 14% voor vegetariërs 4% voor vleeseters
Energieverlies: 10-20 PJ
17
Communicatie van de stikstofproblematiek
www.nine-esf.org
28-06-11
N-Print: stikstofcalculator voor consumenten, beleidsmakers en producenten
18 28-06-11
www.n-print.org
Lunch stikstof footprint
0
10
20
30
40
50
Gra
m N
Groente sandwich
28-06-11 19
http://www.n-print.org
Groente Zuivel/vis Vlees
Lunch stikstof footprint
0
10
20
30
40
50
Gra
m N
Groente sandwich
Kaas sandwich
28-06-11 20
http://www.n-print.org
Groente Zuivel/vis Vlees
Lunch stikstof footprint
0
10
20
30
40
50
Gra
m N
Groente sandwich
Kaas sandwich
Tonijn sandwich
28-06-11 21
http://www.n-print.org
Groente Zuivel/vis Vlees
Lunch stikstof footprint
0
10
20
30
40
50
Gra
m N
Groente sandwich
Kaas sandwich
Tonijn sandwich
Vlees sandwich
28-06-11 22
http://www.n-print.org
Groente Zuivel/vis Vlees
Lunch stikstof footprint
Groente sandwich
Kaas sandwich
Tonijn sandwich
Vlees sandwich
28-06-11 23
http://www.n-print.org
Proteïne inname
gram
proteïne
N inname
gram N
Virtuele N verloren
gram N
Totale N Footprint
gram N
Groente sandwich 18 3 12 15
Kaas sandwich 33 5 24 29
Tonijn sandwich 42 7 23 30
Vlees sandwich 57 9 53 62
Kipfilet Supermarktprijs: 3 € Milieu en gezondheid: 1.1 € Werkelijke kosten = 4.1 €
Steak Supermarktprijs: 7 € Milieu en gezondheid: 1.9 € Werkelijke kosten = 8.9 €
Economische N footprint van ons voedsel
Broccoli Supermarktprijs: 1.5 € Milieu en gezondheid: 0.2 € Werkelijke kosten = 1.7 €
Melk Supermarktprijs: 1 € Milieu en gezondheid: 0.4 € Werkelijke kosten = 1.4 €
28-06-11 24
http://www.n-print.org
Dank voor uw aandacht
25
Jan Willem Erisman [email protected] http://www.ecn.nl/nl/units/bkm/ www.falw.vu.nl/
Fotos: JasperLensselink.com 28-06-11
26 28-06-11
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
European NitrogenAssessment
Kosten en baten van stikstof
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
Inhoud
� Kosten EU en NL
� Kosten en baten landbouw
� Trends en urgentie
� Beleidsimplicaties NL
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
3
Planbureau voor de Leefomgeving
� Een van de drie planbureaus
– CPB-1945, SCP-1974, PBL-2008
� Het nationale instituut voor strategische beleidsanalyses op het gebied van milieu, natuur en ruimte
Den Haag Bilthoven
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
4
Stikstof (N) raakt de grote mondiale opgaven
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
5
De stikstof bron-effect-kosten keten (EU27)
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
6
ENA conclusie en uitdaging
� Maatschappelijke baten van stikstofmaatregelen zijndoorgaans groter dan de kosten van die maatregelen; dus:
� Behoud stikstofbaten voor voedselzekerheid
� Verminder de (verborgen) externe (milieu)kosten
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
7
Stikstofschade o.b.v. ‘betalingsbereidheid’
� Langer en gezonder leven
� Ecosysteem weerstand of herstel
� Klimaat stabiliteit (2 ºC)
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
8
Stikstofschade in EU27 70-320 miljard euro/jaar
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
9
De stikstof bron-effect-kosten keten (EU27)
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
10
Stikstofschade in NL 3-15 miljard euro/jaar
Iedere Nederlander heeft 200-1000 euro per jaar stikstofschade
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
11
Maatschappelijke stikstofschade per EU lidstaat in euro per ha
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
12
Kosten en baten van stikstof in landbouw EU27
Milieuschade stikstof:
25 – 145 miljard euro per jaar
� Stikstofbaten landbouw– Direct: 20 – 80 miljard euro per jaar
– Indirect: 2 – 3 keer directe baten
� Economische baten vergelijkbaar met de (verborgen) milieuschade
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
13
euro per ha
Kosten en baten van stikstofkunstmest
� ‘Maatschappelijk’ N optimum 50 kg per ha lager dan N-advies
� 50 kg per ha minder kunstmest geeft 1 – 2 ton per ha minder graanopbrengst
50 kg/ha← →
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
14
Kosten en baten per kg N bemesting� Wanneer 50% van de (effectieve) bemesting ‘slordig’ wordttoegediend als dierlijke mest, dan leidt dit tot nettomaatschappelijke schade (door extra ammoniakuitstoot)
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
15
Meer stikstof leidt in Nederland niet tot meer melk
Data: LEI, 2010 A. vd Ham e.a.
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
Inhoud
� Trends en urgentie
� Beleidsimplicaties NL
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
17
Trends stikstofemissie – depositie Nederland
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
18
Nitraat grote rivieren 1900 – 2000 en Noordzee
Nitraat en algen-schuim in NoordzeeToxische ‘red tides’
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
19
Hoe scoort NL vergeleken met EU: ammoniak 1990 – 2008?
2008NL: 33 kg/haEU: 7 kg/ha
Grootste reductie, nog steeds hoogste intensiteit en dus urgentie
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
20
Overzicht stikstofbeleid Nederland
� Stikstofoxiden – EU: Air Quality & National Emission Ceilings (NEC) directives
– NL: Nationale Samenwerkingsovereenkomst Lucht; NOx-ETS
� Ammoniak– EU: Air Quality & National Emission Ceilings (NEC) directives
– NL: Regels stal en toediening; Programma Aanpak Stikstof (Natura 2000)
� Nitraat en mest– EU: Nitraatrichtlijn
– NL: 4e Actieprogramma; Gebruiksnormen en mestproductierechten
� Stikstof en water– EU: Kaderrichtlijn water
– NL: 1e tranche Stroomgebiedsbeheersplannen
� Lachgas en klimaat– EU: climate&energy package; 20% reductie in 2020, emissiehandel (ETS)
– NL: 30% 2020 (voorheen Schoon en zuinig)
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
21
KBA en beleidsopties stikstof Nederland – EU
� Doorgaan met emissiereductie stikstofoxiden en ammoniak– Levert netto baten
– Innovaties emissiereductietechniek blijven nodig
– ?Focus oplossen knelpunten en salderen Economie-Milieu (NSL, PAS)?
� Prikkels voor verhoging stikstofefficiëntie landbouw– Reguleren: aanscherpen gebruiksnormen (onder bemestingsadvies)
aanscherpen regels hergebruik mest en reststromen
– Belonen: via retail: labelling en marketing
via EU: koppeling met EU inkomenstoeslag
– Voorlichten: o.a. voer-, mest- en bodemmanagement
� Optimaliseren landbouw binnen EU– Productie: Extensiveren (veehouderij) NL, intensiveren elders
– Consumptie: Voorlichting: vleesconsumptie, gezondheid, duurzaamheid
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
22
Kabinetsreactie 14 juni op ENA
� ENA stevige ondersteuning van Nederlands beleid
� Erkenning dat stikstof-bemestingsadvies botst met andere maatschappelijke waarden
– Inzet voor 5e Actieprogramma Nitraatrichtlijn (2014-2017)
� Consument niet dwingen tot minder vleesconsumptie
� Consensus over richting: discussie over
� Het juiste tempo voor verdergaand en integraler N-beleid
� Mate van saldering N-milieuwinst naar economische groei
28 juni 2011 | Hans van Grinsven
ENA - KBA & trends stikstof
23
Dank voor uw aandacht