Wetenschap - 2 november 1995

Kwalijk milieu-effect van vliegtuig valt wellicht mee

Kwalijk milieu-effect van vliegtuig valt wellicht mee

De schadelijke invloed van vliegtuigen op de atmosferische chemie is misschien kleiner dan tot nu toe is aangenomen. LUW-medewerkers ging met een straalvliegtuig de stratosfeer in om die invloed te meten. De resultaten zijn verrassend. Prof. dr J. Lelieveld van de vakgroep Luchtkwaliteit: Duidelijk is dat voorlopig niet meer met de beschuldigende vinger naar vliegtuigen kan worden gewezen. We moeten meer weten over de processen die in de stratosfeer gaande zijn."


De Landbouwuniversiteit moet veel duidelijker maken wat haar rol is in het klimaatonderzoek

Vliegtuigen staan bekend als zeer milieuvervuilend. Belangrijkste oorzaak is de uitstoot van stikstofoxiden. Vliegen ze hoger dan vijftien kilometer - de bovenste laag van de stratosfeer - dan kan de uitstoot leiden tot afbraak van de ozonlaag. Recent Nobelprijswinnaar prof dr P. Crutzen van het Max-Planckinstituut in Mainz was een van de eersten die hier op wezen. Mede door deze ontdekking is het gebruik van de supersnelle Concordevliegtuigen, die juist in deze luchtlaag vliegen, de laatste decennia beperkt gebleven.

Het meeste vliegverkeer speelt zich af nabij de tropopauze, de onderste laag van de stratosfeer ter hoogte van tien tot vijftien kilometer. Maar ook hier wordt de uitstoot van stikstofoxiden schadelijk geacht. Stikstofoxiden leiden hier juist tot vorming van ozon, dat op deze hoogte een lastig broeikasgas is, en tien maal effectiever dan in lagere luchtlagen.

Niet alleen de emissies van stikstofoxiden worden gezien als milieuvervuilend, maar ook de uitstoot van kooldioxiden, het meest bekende broeikasgas. Per reizigerskilometer gebruikt een vliegtuig vijf maal zoveel energie als de trein en twee maal zoveel als de auto.

Daarnaast zijn condensstrepen van vliegtuigen niet geheel onschuldig. Chemici vermoeden dat ze bijdragen aan ijswolken die door hun verstrooiing van zonlicht en adsorptie van infrarode straling invloed hebben op de stralingshuishouding van de atmosfeer. En aan de grond zijn vliegtuigen natuurlijk kwelling voor de vele burgers die slaap tekort komen door de herrie van de motoren.

Maar het idee van de verderfelijke invloed van stikstofoxiden uit vliegtuigen is de laatste maanden enigszins aan het wankelen. Oorzaak zijn de recente resultaten van Stream (Stratosphere-Troposphere Experiment by Aircraft Measurement), een onderzoeksproject van de vakgroep Luchtkwaliteit, in samenwerking met het Koninklijk Nederland Meteorologisch Instituut (KNMI), de Max-Planckinstituten in Heidelberg en Mainz en de Universiteit van Stockholm.

Meetcampagnes

Stream is opgezet om het gedrag te bestuderen van broeikasgassen in de lagere stratosfeer en de troposfeer, de laag tussen de aarde en de stratosfeer. Juist in deze luchtlagen kunnen broeikasgassen zeer effectief zijn, en modellen doen op dit punt grove aannames. Met name de uitwisseling tussen die twee lagen heeft onze aandacht", zegt prof dr J. Lelieveld van de vakgroep Luchtkwaliteit en projectleider van Stream. Daar is nog vrij weinig over bekend. Tot nu toe is aangenomen dat er nauwelijks uitwisseling is tussen stratosfeer en troposfeer. De tropopauze zou dus een vrij maagdelijke laag zijn die alleen door vliegtuigen wordt vervuild. Wij willen weten of dat werkelijk het geval is."

In de zomer van 1994 zijn boven Nederland, Groot-Brittannie en Duitsland diverse meetcampagnes uitgevoerd met een Cessna-Citation straalvliegtuig, gehuurd van het Nederlands Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium en de Technische Universiteit Delft. Het straalvliegtuig werd compleet omgebouwd. In de nooddeuren kwamen stalen buisjes om lucht naar binnen te zuigen. De tien stoelen werden verwijderd voor de meetapparatuur en de computers die de aangezogen lucht analyseerden op concentraties stikstofoxiden, ozon, stof, lachgas (N2O) en koolwaterstoffen. Tussen de apparatuur paste nog net de crew die de apparatuur in de gaten hield.

We wachtten net zo lang tot er een front aan kwam en vlogen dan uit", vertelt technisch leider ir B. Scheeren van de vakgroep Luchtkwaliteit. De uitwisseling tussen de twee atmosferische lagen is dan optimaal. Het KNMI instrueerde ons hoe we trapsgewijs met het front mee naar boven konden vliegen tot aan de stratosfeer." Op deze manier is deze zomer gedurende tien dagen een meetcampagne gehouden.

Salpeterzuur

De resultaten zijn verrassend. De concentratie stikstofoxiden in de stratosfeer ligt een factor twee hoger dan gedacht.

Deze uitkomst heeft nogal wat politieke consequenties, verwacht Lelieveld. Als je met deze gegevens in een model de bijdrage van vliegtuigen aan de vorming van ozon doorrekent, blijkt die nog maar gering. We hebben berekend dat de ozonvorming door vliegtuigen op deze manier nog maar 0,4 procent is, in plaats van de tot nu toe aangenomen vier procent. Dat scheelt dus een factor tien."

De kans is klein dat deze vliegtuigbijdrage over een paar jaar door het explosief toenemend luchtverkeer alsnog stijgt naar vier procent. De concentratie stikstofoxiden zit op een verzadigingspunt. Alle stikstofoxiden die vliegtuigen uitstoten, leiden niet meer tot extra vorming van ozon. De stikstofoxiden van de vliegtuigen worden omgezet in salpeterzuur en na menging met lagere luchtlagen door neerslag uit de tropopauze verwijderd."

De grote vraag is hoe het komt dat de concentraties stikstofoxiden in de onderste laag van de stratosfeer zo onverwacht hoog zijn. Een belangrijke oorzaak is de uitwisseling van lucht tussen stratosfeer en troposfeer", verklaart Lelieveld. We hebben gemeten dat die uitwisseling vrij groot is. Stikstofoxiden afkomstig van industrie en auto's kunnen vanaf de aarde in een keer met een koudefront naar boven worden getransporteerd en in de stratosfeer terecht komen."

Een andere mogelijkheid is dat een deel van stikstofoxiden een natuurlijke oorsprong heeft. We zijn een nieuwe reactie op het spoor die kan leiden tot de produktie van stikstofoxiden", vertelt Lelieveld. Het is de reactie van zuurstofmoleculen met het van nature voorkomende lachgas. Hierbij kunnen zich ook aanzienlijke hoeveelheden stikstofoxiden vormen."

Een derde mogelijkheid zijn de vliegtuigen zelf. Ze kunnen zelf hebben bijgedragen aan die hoge concentraties stikstofoxiden."

In de eerste geval is vooral aanpak van aardse bronnen nodig om de ozonconcentratie en daarmee het versterkt broeikaseffect te verminderen. Pas als dat beneden het verzadigingsregime komt, doen de emissies van stikstofoxiden uit vliegtuigen er weer toe.

In het tweede geval kan niemand er wat aan doen, en was er blijkbaar altijd al sprake van een hoge concentratie stikstofoxiden nabij de tropopauze.

In het derde geval doen de stikstofemissies van vliegtuigen er wel degelijk toe. Ze hebben er zelf voor gezorgd dat het verzadigingsregime is bereikt; ze kunnen er dus ook voor zorgen dat de concentratie weer daalt.

Welke van de drie factoren oorzaak is van de verhoogde concentraties stikstofoxiden is tot nu toe moeilijk te zeggen. Duidelijk is in ieder geval wel dat voorlopig niet meer met de beschuldigende vinger naar de vliegtuigen kan worden gewezen", aldus Lelieveld. Eerst moeten de processen die ten grondslag liggen aan de hoge concentraties stikstofoxiden in de tropopauze worden opgehelderd."

De resultaten van het Streamproject zijn opgestuurd naar het gezaghebbende tijdschrift Nature. Als alles goed gaat, publiceert dat blad de resultaten begin volgend jaar.

Startklaar

Inmiddels staat de Stream-crew weer startklaar voor een volgende meetcampagne, een gebeurtenis waar zo'n half jaar voorbereiding aan vooraf is gegaan en die de onderzoekers drie weken lang dag en nacht zal bezighouden. Uit deze campagne zal moeten blijken of de metingen van vorig jaar duurzaam zijn. En of andere plekken nabij de tropopauze eenzelfde beeld laten zien als de meetcampagne van 1994. De onderzoekers trachten tevens een vinger te krijgen achter processen die debet zijn aan de hoge concentraties stikstofoxiden.

Maar aan de Landbouwuniversiteit zal dit onderzoek niet meer ten goede komen. Lelieveld verruilt op 1 januari zijn Wageningse hoogleraarsplaats voor een leerstoel aan de Universiteit Utrecht en neemt maar liefst tien jonge onderzoekers mee.

Niet alleen het onderzoek naar vliegtuigemissies en broeikasgassen verdwijnt, maar ook het North Atlantic Aerosol Characterisation Experiment, een groot onderzoek naar de effecten van stofdeeltjes op het broeikaseffect. Het is een aderlating voor het Centrum voor Milieu- en Klimaatstudies van de Landbouwuniversiteit.

Lelieveld: De Landbouwuniversiteit moet veel duidelijker maken wat haar rol is in het klimaatonderzoek. Het Centrum voor Klimaatonderzoek in Utrecht heeft een lijn neergezet richting atmosferisch chemie en krijgt ruime ondersteuning van verschillende ministeries. Het is verstandig als het Wageningse werk hieraan complementair wordt. En dat kan. Wageningen heeft veel expertise in huis op het gebied van biosfeer en bodemprocessen. Dat is een gebied waarin de Landbouwuniversiteit zich sterk kan maken."

Re:ageer