Masterthesis over stikstofdepositie door vliegtuigen

    0
    94

    Dit is de ingekorte versie van een verhaal dat volledig na te lezen valt op https://www.bjmgerard.nl/masterthesis-over-stikstofdepositie-door-vliegtuigen/

    Wie, waar en waarover?
    De Delftse student Marijn van Loo heeft zijn masterthesis geschreven over stikstofdepositie door de luchtvaart.
    Zijn thesis is afgerond op 21 september 2021 (hoewel het voorwoord al in juli ondertekend is), maar er zat embargo op het verschijnen tot 21 juni 2022. Een merkwaardige vertraging.

    De ‘abstract’ van de studie is te vinden op abstract stikstofdepositiestudie luchtvaart M van Loo . Onder aan de abstract staat in kleine lettertjes dat hij daar te downloaden is.  

    Met ‘stikstofdepositie’ wordt bedoeld reactieve stikstof (oxides, ammoniak en onderlinge reactieproducten daarvan) die vanuit de atmosfeer op de grond neerdalen. Dat leidt soms tot overbemesting. Aangezien dat in deze dagen (en elders op deze site) al voldoende aan de orde komt, wordt er hier nu niet verder op in gegaan.

    Stikstof kan ‘dry’ en ‘wet’ gedeponeerd worden. ‘Dry’ is zonder dat er neerslag aan te pas komt, en ‘wet’ is als de stikstof in water zit.

    Behalve een onderscheid naar ‘dry’ en ‘wet’ maakt Van Loo ook onderscheid naar lokaal versus mondiaal en LTO versus non-LTO (LTO betekent Landing and Take Off’).

    Het GEOS-Chem model
    De kern van de thesis is het gebruik van het GEOS-Chem model voor berekening van het transport van chemische stoffen in de atmosfeer, en nu dus wordt toegepast op stikstofdepositie.
    Van Loo koos twee grid-resoluties, de aardbol in 4*5 graad en idem in 2*2,5 graad.
    De vertikale as werd verdeeld in stappen van 125m, reden waarom de officlële afkapgrens in Nederlandse stikstofberekeningen van 3000 voet (ruim 900m) werd afgerond op 1 km.

    GEOS-Chem is een ingewikkeld model. In de grove resolutie had de supercomputer Cartesius er 65 uur voor nodig om het probleem te kraken, en in de fijnere mode 360 uur .
    Dit is eerst uitgevoerd voor scenario 2, zijnde de achtergronddepositie plus de vliegtuigdepositie LTO plus de vliegtuigdepositie non-LTO.
    Vervolgens zijn er ook twee runs uitgevoerd voor scenario 1 (achtergrond zonder vliegtuigdepositie), twee runs voor scenario 3 (achtergrond met LTO-depositie) en één run voor scenario 4 (achtergrond met non-LTO – de tweede run bleek overbodig).

    Uiteindelijk levert het onderstaande tabel voor scenario 2.

    In deze tabel betekent Tg N yr-1 Tg (Tg = een miljard kg = 1 Mton) stikstof, omgerekend naar elementbasis, per jaar en dat over de hele wereld opgeteld.

    De resultaten
    Uiteindelijk levert het dagenlange computergeploeter een vliegtuigdepositietabel op en verdelingsplaatjes. Zie hieronder.

    De tabel geeft de depositie door vliegtuigen van LTO en non-LTO samen.

    Het bovenste plaatje geeft de totale depositie uit alle bronnen, omgerekend naar elementbasis N, in kg per km2  per jaar.
    Het onderste plaatje geeft idem de depositie door vliegtuigen van LTO en non-LTO samen, weer in kg per km2  per jaar (de m2 langs de vertikale as is een typefout).

    In Nederland is de Mol per hectare gebruikelijk.  1 kg N/km2 komt overeen met 0,71 Mol/hectare .

    Slotsom is dat de luchtvaart over het jaar 2005, gerekend over de gehele aarde, 0,80Tg stikstof deponeerde op een totaal over alle bronnen van 115Tg. Jaar- en aarde gemiddeld was de luchtvaart in 2005 dus goed voor 0,71% van de depositie. Dit voor ongeveer een kwart als ‘dry’ en ongeveer driekwart als ‘wet’ depositie.

    Metingen
    Er zijn metingen van wet deposition in Noord-Amerika, Europa en Azië, en metingen van dry  deposition in de VS (en een paar in Canada).
    Voor wet deposition klopt het redelijk. Voor dry deposition zeer matig.

    LTO- en non-LTO depositie
    Met scenario 3 en 4 heeft Van Loo een indicatie kunnen geven van hoe de vliegtuigdepositie verdeeld is tussen de LTO-fase en de non-LTOfase.

    Mondiaal opgeteld is de LTO-fase bij Van Loo goed voor 7,7% van de vliegtuigdepositie en de non-LTO-fase goed voor 92,3%. Dit kan echter van regio tot regio sterk verschillen.

    In de Sahara stijgen nu eenmaal weinig vliegtuigen op, terwijl er toch stikstof overheen waait. De verhouding zit daar onder de 7%.

    In een gebied met veel en drukke vliegvelden dalen en vooral stijgen veel vliegtuigen en kan de verhouding een eind boven de 7% liggen. In West-Europa zijn alle LTO-bewegingen samen goed voor ongeveer een kwart van de totale stikstofdepositie.
    Dat wil niet zeggen dat voor afzonderlijke vliegbewegingen dat ook zo is. Op Eindhoven Airport is de LTO-fase goed voor ongeveer het achtste deel van de totale reis.
    Maar de uitwasemingen van de diverse vliegvelden vallen over elkaar heen, waardoor de statistiek afwijkt van het individuele gedrag.

    Figuur 5.2 geeft een indicatie van een soort gemiddelde achtergrond, voor zover dat met deze pixelgrootte en bij deze subtiele kleurschakeringen te zien is. De diffuse N-depositie door het gezamenlijke Europese vliegverkeer boven Nederland zit ergens rond de 8 kg N km-2 y-1 zijn, dus ergens rond de 6 Mol per hectare per jaar.
    Lokale effecten op microniveau rond afzonderlijke vliegvelden zijn bij deze pixelgrootte niet te zien. Die claim wijst het rapport nadrukkelijk af.

    Enkele kanttekeningen

    • Het gebruikte statistische materiaal dateert uit 2005. Tussen 2005 en 2020 is de mondiale luchtvaart met een factor 2,2 gegroeid in reizigerskilometers (zie grafiek hieronder, auteur de ICAO) en is, minstens op papier, de stikstofdepositie uit andere bronnen door beleid verminderd. Met zekerheid vormt het luchtverkeer, over de aarde opgeteld, nu ruim het dubbele deel van de totale depositie dan de 0,71% uit 2005. Zeg, ergens rond de 1,5%.
    • De stikstofdepositie van een Nederlands vliegveld heeft niet zozeer een probleem met hoeveel de absolute waarde is, maar met dat het hoger is dan wat het mag zijn. En vooral als er geen Natuurvergunning is, telt elke gram
    • De landbouw zou baat hebben bij een reductie van de activiteiten op Schiphol, maar niet zoveel als men zich wellicht zou wensen
    • Remkes. Zie hieronder.

    Remkes
    Zie Stikstofadvies Remkes bemoeilijkt groei luchtvaart – geen onmiddellijke consequenties voor Eindhoven en Stikstofprobleem ook in Eindhoven?

    In zijn advies ‘Stikstof en Luchtvaart’ dd januari 2020 noemt Remkes, op gezag van TNO en RIVM, cijfers over de stikstofdepositie in Nederland door de luchtvaart.
    Hij stelt dat de stikstofdepositie door de luchtvaart van onder de 3000 voet (dat is 914m) 4,1 Mol per hectare per jaar is, en van boven de 3000 voet 8 tot 15 Mol per hectare per jaar. Samen 12 tot 19 Mol per hectare per jaar.
    De luchtvaart is bij Remkes goed voor 1% van de totale stikstofdepositie.

    Als men de door Van Loo grof geschatte 6 Mol per hectare per jaar vermenigvuldigt met de groei van het vliegverkeer sindsdien (factot 2,2), dan komt men op rond de 13 Mol per hectare per jaar en dat past heel aardig bij Remkes.
    Dat Van Loo, na toepassing van de groeifactor, op 1,5% komt (vliegtuigdepositie t.o.v. totale N-depositie) en Remkes op 1% kan ook vrij aardig kloppen, omdat Nederland per km2 in Europa veruit het meeste stikstof uitstoot uit andere bronnen, vooral de landbouw.

    Van Loo en Remkes komen dus heel aardig overeen.