Belang stikstof op de kaart zetten

Welke rol speelt stikstof in de klimaatproblematiek, welke verbanden zijn er tussen stikstof en de voedsel-, energie- en milieuproblemen? Is een integrale aanpak mogelijk? Jan Willem Erisman (werkzaam bij Energie onderzoekcentrum Nederland ECN) is sinds vrijdag 15 januari bijzonder hoogleraar Integrale Stikstofproblematiek.

"Hij deed het er altijd een beetje bij", spreekt ECN adjunct-directeur Kees van der Klein Jan Willem Erisman toe na afloop van zijn aanvaarding van het ambt van Bijzonder Hoogleraar Integrale Stikstofproblematiek aan de VU. En dan ben je ineens 's werelds meest vooraanstaande stikstofprofessor. Niet zonder trots stelt Van der Klein dat met de benoeming van Erisman ECN zeven bijzondere leerstoelen bezet in universitair Nederland.

De stikstofcyclus is een van de meest door mensen aangetaste biogeochemische cycli, stelt Prof. Dr. Ing. Jan Willem Erisman. "Het intrigeert me dat in een aantal van de grote wereldvraagstukken stikstof een rol speelt, maar dat het nooit diepgravend is onderzocht. Ik denk dat een integrale benadering noodzakelijk is om vraagstukken over voedsel, energie, grondstoffen, klimaat, biodiversiteit op te lossen."

De stikstofcyclus

Er is veel stikstof op aarde, maar niet alles is in de juiste, te gebruiken vorm aanwezig. Stikstof in de lucht bestaat voor 78 procent uit stikstofgas, of het is gebonden in rotsen in de aarde. Reactief stikstof in het milieu (Nr) is gedefinieerd als stikstof die in verbindingen vastzit, dus alle stikstof op aarde behalve het gasvormige N2. Al het leven op aarde heeft stikstof in deze reactieve vorm nodig om aminozuren en proteïnen aan te maken, en krijgt dit via het voedsel naar binnen. Stikstofverbindingen in regenwater zijn een belangrijke voedingsbron voor gewassen. De Romeinen wisten al dat planten niet alleen water opnemen, maar ook de voedingsstoffen uit het water -  beide zijn van groot belang voor plantengroei. Stikstof is onderdeel van de nutriënten, de basis van (kunst)mest.

Al in 1898 stelde Sir William Crookes aan de British Association for the Advancement of Science de noodzaak voor hogere landbouwopbrengsten om de toen al stijgende wereldbevolking te kunnen voeden. Erisman: "Over enkele decennia is de wereldbevolking gegroeid tot negen miljard mensen. Hoe gaan we al die monden voeden? Daar zit het dilemma van stikstof: het is een waardevolle stof, noodzakelijk als meststof voor planten om te komen tot hogere opbrengsten in de landbouw. Hoe meer stikstof hoe hoger de opbrengsten, maar tegelijkertijd neemt de efficiëntie af, waardoor er veel stikstof in het milieu terecht komt. Door de toename van stikstof in het milieu, is de natuurlijke balans uit evenwicht."

Erisman wijst op een recente publicatie in Nature waar door een groot aantal onderzoekers een top 10 van problemen is gegeven die op dit moment al buiten het draagvlak van de planeet komen of daar snel aan voorbij gaan. Klimaatverandering en biodiversiteit staan op de plaatsen een en twee, gevolgd door de menselijke veranderingen van de stikstofcyclus. Erisman: "Dit geeft aan dat de toename van stikstof een groot milieuprobleem vormt, zeker omdat stikstof ook bijdraagt aan de top twee van de mondiale bijna onomkeerbare problemen: de afname van de biodiversiteit en de versnelling van de klimaatverandering."

De efficiënte natuur

De natuurlijke productie van reactief stikstof is laag, de natuur gebruikt het dan ook zeer efficiënt. Mede hierdoor is er een grote biodiversiteit ontstaan. Op het moment dat de natuur meer stikstof te verwerken krijgt, komt deze in het milieu terecht - bijvoorbeeld in het (grond)water of als uitstoot naar de lucht. Er zijn veel plantensoorten - en dus hele gebieden die goed gedijen in een stikstofarm milieu. Daar ontstaan problemen als de hoeveelheid stikstof toeneemt. Hierdoor verdwijnen plantensoorten of worden soorten verdrongen door snel groeiende soorten die veel stikstof kunnen verwerken. Met als gevolg dat de biodiversiteit afneemt.

De mens is dé factor die aan deze extra toevoeging bijdraagt, onder andere door de productie en het gebruik van (kunst)mest, de industrie waar ammoniak wordt gebruikt, de verbranding van fossiele brandstoffen en de drie-weg katalysator voor het verkeer waar ammoniak en soms lachgas als bijproduct gevormd wordt bij de omzetting van NOx. 

Erisman: "Deze door de mens veroorzaakte verstoring van de stikstofkringloop kan tot veel, meestal minder prettige effecten leiden. Ik noem er een paar. Achteruitgang van de biodiversiteit, aantasting van de menselijke gezondheid, verzuring van bodem en water, aantasting van monumenten en materialen, vermesting van bodem en water giftige algenbloei en aantasting van zwemwaterkwaliteit, stankproblemen, klimaatverandering zowel opwarming als koeling."

Bovendien kan stikstof tot een opeenvolgende reeks van effecten leiden (zie figuur in PDF van de oratie). Erisman: "Juist de samenhang in de effecten, integraal benaderd, is meer onderzoek nodig. Maar ook: hoe kunnen we veel efficiënter met stikstof omgaan?. We hebben het nodig voor onze voedselproductie, maar we gebruiken het inefficiënt. Minder dan 50 procent van de stikstof in kunstmest wordt gebruikt. De rest lekt gewoon het milieu in.

Insecten eten

Wat we zelf kunnen doen? "Minder vlees eten", zegt wetenschapper en vegetariër Erisman. Ja, er is een grote rol weggelegd voor de consument, vooral in relatie tot energiegebruik en vleesconsumptie. We krijgen het beter, de economie groeit en de vleesconsumptie neemt toe. Niet alleen in Nederland, maar ook in een bevolkingrijk land als China. "Als je dan toch vlees wil, eet dan kip. Rundvlees is twee maal zo inefficiënt (in het gebruik van stikstof) als varkensvlees, wat weer twee keer zo inefficiënt is als kippenvlees. Het meest efficiënte vlees is dat van insecten."

Lees hier de hele oratie: PDF van de Oratie