stikstof

De stikstofuitstoot in Nederland is al enorm gedaald, maar helaas onvoldoende voor de nieuwe strenge EU-norm. Bron: [2] [3]

Stikstofveiling met emissierechten oplossing voor stikstof problematiek

Laat een reactie achter / Analyses, biologie, Economie, Ideeën, Maatschappij, Misvattingen, Nederland, Scheikunde, Social Engineering / Door / 11 december 2020

Nederland is een klein, dichtbevolkt land met een uitgebreide veestapel. Dat gaat niet goed samen. Zeker van nature stikstofarme natuurgebieden leggen steeds meer het loodje. Is een stikstofveiling de oplossing?

Waarom is stikstof een probleem?
Een kleine tachtig procent van de aardse atmosfeer bestaat uit stikstofgas (N2). Stikstof is een onmisbaar element voor het leven. We bestaan uit eiwitten en eiwitten uit aminozuren, een stikstofverbinding. Nederland bevat miljoenen stikstofbronnen, variërend van huisdieren tot varkensmesterijen, en natuurlijk u, waarde lezer. Ook autoverkeer en bouwactiviteiten stoten stikstof uit, zij het veel minder dan mensen en -vooral- mesterijen. In de stikstofdiscussie bedoelt men alle stikstofbronnen, anders dan luchtstikstof en in eiwitten gebonden stikstof. Dit zijn vooral ammoniak (NH3) en stikstofoxiden (NO, NO2 en het omstreden lachgas N2O). Ook nitraat (NO3–) dat uit bemeste akkers spoelt, is een milieuprobleem.

De stikstofuitstoot in Nederland is al enorm gedaald, maar helaas onvoldoende voor de nieuwe strenge EU-norm. Bron: [2] [3]
De stikstofuitstoot in Nederland is al enorm gedaald, maar helaas onvoldoende voor de nieuwe strenge EU-norm. Bron: [2] [3]
Brute bouwstop door administratief gecreëerd noodgeval
De EU heeft strenge regels afgekondigd voor stikstofemissies. Regels, die in een dunbevolkt land als bijvoorbeeld Frankrijk of Bulgarije makkelijk te handhaven zijn, maar in Nederland erg lastig. Het probleem is niet dat de stikstofuitstoot in Nederland stijgt. Integendeel. Deze is mede dankzij strenge wet- en regelgeving zoals de mineralenboekhouding voor boeren aanzienlijk gedaald [2] [3]. Het probleem is dat mede dankzij het stuitende gebrek aan vooruitzien door het kabinet-Rutte, de uitstoot niet snel genoeg daalde. Het gevolg was dat er een bouwstop werd afgekondigd met een aanzienlijke economische schade – en het voortduren van de huisvestingscrisis.

Stikstofveiling: voor- en nadelen
De vrije markt is er erg goed in om het economische optimum te vinden.  Dat kan een voordeel zijn, althans: als het spelterrein van de vrije markt zo wordt ingeperkt dat er geen externaliteiten optreden. Externaliteiten creëren gebeurt nogal snel. Zo begonnen slimme ondernemers zelf muskusratten te kweken, toen de overheid een premie van tien gulden op elke gedode knager zette. In principe kan de overheid het recht om stikstof uit te stoten verkopen, bijvoorbeeld, via een stikstofveiling. Als een varkensboer er mee stopt, kan hij zijn emissierechten via de veiling verkopen aan een andere boer, aan een bouwondernemer of een natuurorganisatie (die ze vervolgens niet gebruikt). Op een gegeven moment hebben de ondernemers die de meeste euro’s per kilo stikstofuitstoot kunnen verdienen, de emissierechten in handen, waardoor er een economisch optimum is ontstaan. Aldus het schoolboekje economie.

Elk systeem met wetten en regels waarmee geld gemoeid is, heeft te maken met de kans op fraude. Stikstofuitstoot vindt plaats in de vorm van gasvormige verbindingen. Gassen zijn berucht moeilijk te traceren op een enkele bron. Zo kan een boer bijvoorbeeld opgeven dat hij een dure afvanginstallatie heeft geïnstalleerd die hij in werkelijkheid niet heeft, of een veel slechter goedkoper model, waardoor zijn uitstoot veel hoger is dan uit officiële cijfers blijkt. Hier moet dus grondig gecontroleerd worden, het liefst ook met geregelde veldmetingen in de buurt van grote stikstofvervuilers. Per saldo is dit systeem dus uitvoerbaar.

Bronnen
1. Emissieautoriteit: geef handel in stikstofrechten tweede kans, FD, 2019
2. Verzuring en grootschalige luchtverontreiniging: emissies, 1990 – 2017, Centrum voor de Leefomgeving, 2017
3. O. Oenema, Factsheet stikstofbronnen, Wageningen Universiteit, 2019

Het periodiek systeem Stikstof (N)

Laat een reactie achter / Scheikunde, Wetenschap / Door / 17 september 2012

Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.

Vandaag nummer 7 van de 118 elementen, Stikstof (N)

Klik hierop om naar de wikipedia versie te gaan waarbij je gemakkelijk naar de verschillende elementen kunt doorklikken

Waar is stikstof te vinden?
Stikstof komt veel voor in het universum, zij het niet zoveel als koolstof of zuurstof: op elk stikstofatoom zijn er tien zuurstofatomen en vijf koolstofatomen. Op aarde bestaat onze atmosfeer voor 78% uit moleculaire stikstof (N2). Erg veel moeite hoeven we dus niet te doen om stikstof te winnen: het koelen van lucht en fractionele distillatie is voldoende.Verder komt stikstof veel voor in levende wezens: stikstof is een essentieel onderdeel van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Buiten de aarde is de atmosfeer van Venus en interessante stikstofbron. De atmosfeer van onze zusterplaneet bestaat voor plm. 2% uit stikstof, maar omdat de gasdruk op Venus zo’n 95 atmosfeer is, vertegenwoordigt dit toch ruim twee keer zoveel stikstof als op aarde. Verder zijn de gas- en ijsreuzen interessante stikstofbronnen. Stikstofgeisers op de Neptunusmaan Triton verraadden een zee van vloeibaar stikstof.

Wat zijn de eigenschappen van stikstof?
Bij kamertemperatuur is moleculaire stikstof een gas. Pas bij temperaturen onder de 77 kelvin (bijna 200 graden onder nul dus) verandert stikstof in een vloeistof. De (drievoudige) binding tussen twee stikstofatomen is extreem sterk. Stikstof heeft drie ongepaarde elektronen, waarmee het drie covalente bindingen kan vormen, maar gezien de sterkte van de N≡N binding reageert moleculaire stikstof moeilijk op kamertemperatuur. Organismen zoals Rhizobium bacteriën en mensen moeten dan ook erg veel moeite doen om deze binding los te wrikken. Met metalen vormt stikstof bij hoge temperatuur nitriden. Met zuurstof stikstofoxiden, nitrieten en nitraten. In combinatie met koolstof en waterstof ontstaan amines, als er aan de koolwaterstof ook een zuurgroep (COOH) komt te hangen, ontstaan aminozuren, die essentieel zijn voor de vorming van aards leven.

Nitrogen - Periodic Table of Videos

Toepassingen
De toepassing van stikstofverbindingen is bijzonder groot. Ammoniumverbindingen en nitraten zijn belangrijke kunstmeststoffen. Ammoniumnitraat zelf is naast een kunstmeststof in combinatie met een koolwaterstof zoals dieselolie of kerosine als koolstofbron een veelgebruikt, goedkoop explosief. Nitraten zijn ook een onderdeel van buskruit en nitroglycerine, het product van de reactie tussen glycerine en nitreerzuur (salpeterzuur plus zwavelzuur) is een bekend explosief. Cyanides worden gebruikt in de mijnbouw voor het uitlogen van goud. Ammonia is bekend als schoonmaakmiddel. Ammoniak is de basis voor de productie van salpeterzuur. Aniline, een organische verbinding met een -NH2 groep, is de basis voor de chemie van veel kleurstoffen. Stikstofoxide NO speelt een grote rol als neurotransmitter, dat wil zeggen in het doorgeven van signalen van de ene zenuwcel naar de andere. Bovendien wordt vloeibare stikstof ook gebruikt in de computerwereld om zeer extreme overklok-resultaten te behalen.

Ook in de vorm distikstof of N2 is stikstof erg interessant voor de industrie.

‘Zwarte magie’ verdubbelt oogst in Afrika

2 reacties / Wetenschap / Door / 14 maart 2012

Wageningse onderzoekers toonden aan dat met een inoculatie met Rhizobium-bacteriën de opbrengst van peulvruchten, één van de belangrijkste groep voedingsgewassen, verdubbelt. Hiermee wordt een humanitaire ramp in onder meer Afrika voorkomen.

Pinda's zijn peulvruchten en halen hun eigen stikstof uit de lucht. Door te enten met Rhizobium verdubbelt de oogst of meer.
Pinda's zijn peulvruchten en halen hun eigen stikstof uit de lucht. Door te enten met Rhizobium verdubbelt de oogst of meer. Bron: Wikimedia Commons

Stikstof, van levensbelang
Er zijn zes belangrijke elementen die in grote hoeveelheden in levende organismen voorkomen. Dit zijn zuurstof, waterstof, koolstof, stikstof, fosfor en zwavel. Stikstof is onmisbaar voor onder meer eiwitten. Zonder stikstof is daarom geen plantengroei mogelijk.
Bijna tachtig procent van onze atmosfeer bestaat uit stikstof, maar deze is in die vorm niet door planten opneembaar. Stikstofgas (N2) bestaan namelijk uit twee stikstofatomen die met een zeer sterke drievoudige chemische verbinding verbonden zijn. Alleen bepaalde bacteriën, zoals Rhizobium soorten, zijn in staat deze verbinding te breken en de stikstof om te zetten in voor planten opneembare ammonium (NH4+). Het enige alternatief is kunstmest. In een energievretend proeces worden dan luchtstikstof en waterstof samengevoegd tot ammoniak, wat in water opgelost ammonium wordt. Er is maar één plantengeslacht dat zelf stikstof uit de lucht kan  halen: de vlinderbloemigen, waartoe alle peulvruchten behoren. Deze vormen wortelknolletjes, waarin Rhizobium-bacteriën stikstof omzetten in ammonium. In ruil levert de plant suikers.

‘Zwarte magie’
Het N2Africa project, onder meer gesteund door de liefdadigheidsinstellingen van Bill Gates en Warren Buffett, probeert de meest geschikte Rhizobium soort te matchen met de juiste peulvrucht. Hoogleraar Plantaardige Productiesystemen Ken Giller ontwikkelde een inoculant, bestaande uit met Rhizobium geënte fijngemalen turf, waarmee zaden van peulvruchten worden behandeld. Dit met opmerkelijke resultaten. Vooral wanneer dit wordt gecombineerd met extra fosfaatmest, verdubbelt tot verdrievoudigt de oogst. Reden voor de boeren om het juju, zwarte magie, te noemen. De werkelijke reden is prozaïscher. De turfmolm beschermt de Rhizobium-bacteriën tegen droogte, zodat ze zodra de zaden uitlopen in de wortels de wortelknobbeltjes kunnen koloniseren en hiermee hun nuttige werk kunnen doen. In marginale gebieden in Afrika betekent dit uiteraard het verschil tussen leven en dood. Niet alleen de peulvruchtenoogst wordt groter, ook die van het volggewas. Immers: de wortels van de peulvruchten verteren, waardoor veel stikstof vrijkomt.

Betere voedingstoestand
In het overbevolkte, woestijnachtige Noord-Nigeria, waar onder invloed van de islam vrouwen weinig te vertellen hebben en veel kinderen krijgen, zijn 23% van de kinderen en 15% van de vrouwen ondervoed. Door de introductie van nieuwe, olierijke pindarassen kunnen de vrouwen meer olie winnen en verkopen. De perskoek, een soort vetarme pindakaas, wordt als snack gefrituurd en levert zo eiwitrijke voeding vol mineralen. Dit stelt de onvermijdelijke bevolkingscatastrofe in het gebied in ieder geval nog even uit. In Rwanda, een klein dichtbevolkt land, moeten vaak meer dan tien personen van een stukje land van tweeduizend vierkante meter leven. Alleen met extreem intensieve teelt lukt dat.

Inheemse sojarassen die in de overige landen waar het project loopt worden veredeld, vervangen steeds meer de soja-import van Monsanto-soja uit de VS en Brazilië, waardoor voor de lokale veeteelt geen import meer nodig is. Kortom: het project boekt veel successen. Toch zijn er nog dringende kwesties, zoals het weer in orde brengen van door erosie verwoest land en voorkomen dat de bodem achteruit gaat.

Bron:
Wageningen World (1/2012)

Oude bemoste bomen zijn de grootste stikstofbronnen van het bos. Bron: bterrycompton, Flickr

‘Mosbacteriën bemesten bomen’

4 reacties / Wetenschap / Door / 8 juni 2011

Wacht nog even met het kappen van die bemoste oude bomen. Mosbacteriën blijken namelijk twee keer zoveel stikstof vast te kunnen leggen als de bacteriën in de bodem. Zouden we deze bacteriën kunnen gebruiken voor biologische landbouw?

Mos als kunstmest

Oude bemoste bomen zijn de grootste stikstofbronnen van het bos. Bron: bterrycompton, Flickr
Oude bemoste bomen zijn de grootste stikstofbronnen van het bos. Bron: bterrycompton, Flickr

Een nieuwe studie door Dr. Zoë Lindo, een post-doc fellow van de faculteit Biologie van de McGill Universiteit en Jonathan Whiteley, a doctoraalstudent van dezelfde faculteit hebben aangetoond dat grote, oude bomen wel eens erg belangrijk kunnen zijn voor de gezondheid van bossen. Dit onderzoek toont aan dat er een essentieel verschil is tussen productiebossen met alleen jonge, snelgroeiende bomen en oudere bossen, waar veel eeuwenoude bomen voorkomen. Lindo’s onderzoek laat zien dat de interactie tussen oude bomen, mossen en cyanobacteriën de kringloop van nutriënten zo ondersteunen dat het bos van veel stikstof wordt voorzien.

Stikstofbinding kost veel energie
Onze lucht bestaat voor bijna viervijfde uit stikstofgas: moleculen die uit twee stikstofatomen. Het kost helaas extreem veel energie om de twee stikstofatomen uit elkaar te trekken omdat er een driedubbele atoombinding tussen zit. Planten lukt dat niet. Alleen bepaalde bacteriën krijgen dat voor elkaar, bijvoorbeeld de rhizobium-bacteriën in de wortels van vlinderbloemigen zoals erwten en bonen.  In een kunstmestfabriek wordt het energievretende Haber-Bosch proces gebruikt waarbij stikstof en waterstof met elkaar worden verhit. De ecologische relatie is ingewikkeld: de bomen bieden onderdak aan mos, dat weer onderdak biedt aan de cyanobacteriën die de stikstof vastleggen. Een belangrijk deel van ons energiegebruik komt voor rekening van stikstofbinding.

Stikstof uit cyanobacteriën in mossen
De groei en ontwikkeling van veel wouden wordt beperkt door een gebrek aan stikstof. Al eerder is gevonden dat cyanobacteriën in mossen op de bodem stikstof aan arctische wouden leveren, maar tot nu toe zijn cyanobacteriën niet bestudeerd in de kustbossen aan de Amerikaanse westkust of op de bovenkant van bomen. Lindo verzamelde met haar doctoraalstudent mos in bomen van vijftien tot dertig meter hoog en toonde aan dat cyanobacteriën op dertig meter hoogte  veel meer voorkomen en ook twee keer zoveel stikstof vastlegden als hun soortgenoten op de bodem.

Mos is cruciaal. De hoeveelheid stikstof van het bladerdek hangt af van de hoeveelheid mos die op bomen groeit. “Je hebt bomen nodig die groot en oud genoeg zijn, zodat hun schors dik genoeg is en ze gekoloniseerd worden door mos. Pas dan vestigen zich de stikstofbindende cyanobacteriën,” aldus Lindo. “Bomen beginnen pas met het vergaren van mos als ze ouder zijn dan een eeuw. Dus is vooral de dichtheid van oude bomen die begroeid zijn in mos belangrijk. We onderzochten bomen die naar schatting vijfhonderd tot achthonderd jaar oud waren.”

Cyanobacteriën als kunstmest
Mogelijk zijn deze bacteriën ook in te zetten in de landbouw, bijvoorbeeld door ze te laten groeien op landbouwgewassen of de bodem daartussen. Ze zouden hiervoor gesproeid kunnen worden.Dit zou veel kunstmest besparen en hiermee energie. Ook zou deze natuurlijke bemestingsmethode veel fossiele brandstofverbruik schelen. Op dit moment wordt veel aardgas gebruikt voor de productie van nitraatmeststoffen en ammoniummeststoffen. Zo gaat bijna de hele aardgasproductie van Bangladesh hieraan op.

Bronnen
1. Bacteria on Old-Growth Trees May Help Forests Grow, Science Daily
2. Z. Lindo en J.A. Whiteley, Old trees contribute bio-available nitrogen through canopy bryophytes, Plant and Soil, 2011

Titan lijkt opmerkelijk veel op de aarde. Zij het dat de rotsen uit ijs bestaan en dat gastvrij ogende meer uit ethaan...

Kometen leverden atmosfeer aarde en Titan

2 reacties / Wereld, Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 24 februari 2011

De aarde en Titan delen een aantal opmerkelijke overeenkomsten. De grootste maan van Saturnus beschikt als enige maan in het zonnestelsel over een atmosfeer en ook de oppervlakte van Titan doet opmerkelijk aardachtig aan. Zij het dat methaan de rol van water aanneemt. Beide zijn ook rijk aan stikstof. De reden is dat beide hemellichamen komeetinslagen te verduren hebben gehad, stellen de Spaanse planetair geologen Josep Trigo-Rodriguez en Javier Martín-Torres.

Stikstofatmosfeer
De aarde is opmerkelijk rijk aan stikstof. Opmerkelijk, want op de meeste andere terrestriële planeten (met uitzondering van Venus) is stikstof schaars.

Titan lijkt opmerkelijk veel op de aarde. Zij het dat de rotsen uit ijs bestaan en dat gastvrij ogende meer uit ethaan...
Titan lijkt opmerkelijk veel op de aarde. Zij het dat de rotsen uit ijs bestaan en dat gastvrij ogende meer uit ethaan...

Zo komt er op Mars maar een spoortje stikstof voor. Ook op Titan bestaat de atmosfeer hoofdzakelijk uit stikstof. En wat interessanter is: de samenstelling van de stikstof (stikstof bestaat uit diverse isotopen: atomen waarvan het aantal neutronen in de kern verschilt, maar die chemisch gelijk zijn) lijkt als twee druppels water op die van de aardse stikstof.

De aanwezigheid van stikstof is lastig te begrijpen. Immers: vlak bij de zon werden lichte elementen als waterstof en stikstof weggeblazen. De reden dat Venus haar oceanen kwijtraakte en nu een ziedende hel van kooldioxidedamp is.

Kometen brachten stikstof
We weten dat zowel de zon als Jupiter heel andere stikstof-isotoopverhoudingen hebben als de aarde, dus moet de stikstof van zowel de aarde als Titan uit dezelfde, onbekende bron afkomstig zijn. Die bron wordt gevormd door kometen, stellen de twee planetologen, want Titan is gevormd door het samensmelten van brokken ijs in een baan om Saturnus. Kometen zijn eveneens ijsbrokken, afkomstig uit de verre uithoeken van het zonnestelsel. Pas voorbij de asteroïdengordel is waterijs stabiel.

Vier miljard jaar geleden werd door het Late Heavy Bombardment het binnenste deel van het zonnestelsel geteisterd door deze brokken ruimtepuin, waaronder bevroren gassen als ammoniak en koolstofverbindingen. Deze brokken sloegen massaal in op de gasreuzen en aardachtige planeten. Enkele stikstofrijke ijsbrokken moeten op die manier de aarde en Venus een stikstofrijke atmosfeer hebben bezorgd. Probleem met deze theorie is dat gesteenteresten van 4,2 miljard jaar oud reeds duidelijke sporen van leven (isotoopverhoudingen koolstof) bevatten.

Waar de aardse stikstofatmosfeer tot op de dag van vandaag nog bestaat (met kooldioxide vervangen door zuurstof), is die op Venus aangevuld met zeer veel kooldioxide, afkomstig van vulkaanuitbarstingen.

Bronnen
Arxiv.org