Je leest:

Lachgas: nieuw gevaar voor de ozonlaag

Lachgas: nieuw gevaar voor de ozonlaag

De maatregelen na het Montreal Protocol in 1987 zorgden voor het aan banden leggen van de ozonafbrekende gassen. De stijging van de chloorfluorkoolwaterstoffen (cfk’s) in de atmosfeer stopte of daalde zelfs licht. Het Protocol nam lachgas (N2O) niet mee; hierdoor bleef de concentratie stijgen. Inmiddels is lachgas het meest uitgestoten ozonafbrekend gas. Daarnaast is lachgas inmiddels ook het derde broeikasgas geworden na koolstofdioxide en methaan. Er is nu dus een dubbel argument om ook de uitstoot van lachgas aan te pakken.

De ozonlaag was in de jaren tachtig en negentig groot nieuws. Het ozonlaag werd snel dunner en in 1985 werd zelfs een gat in de ozonlaag ontdekt op de Zuidpool. Nu de productie van cfk’s aan banden is gelegd, duikt er een nieuw gevaar op. Lachgas (N2O). Op dit moment is lachgas het meest uitgestoten ozonafbrekend gas en het is nu al bijna het meest voorkomende ozonafbrekend gas in de atmosfeer op cfk’s na. In het vervolg van de 21e eeuw zal lachgas dat het meest voorkomende ozonafbrekend gas zijn volgens wetenschapper Ravishankara en collega’s van het NOAA. Het monitoren van de dikte van de ozonlaag en ozonafbrekende gassen is belangrijk omdat de ozonlaag gevaarlijke UV straling tegenhoudt. Teveel van deze straling veroorzaakt verbranding, huidveroudering en huidkanker.

Medium
Duidelijk is te zien dat de gevaarlijke UV-B straling nauwelijks door de ozonlaag heen komt. Dat is echter veel minder het geval voor UV-A straling die ook verbranding en huidveroudering kan veroorzaken.

Ozon

Ozon vormt zich in de stratosfeer uit zuurstofmoleculen onder invloed van zonlicht. Op een hoogte van 15-30 bevindt zich veel ozon (oftewel de ozonlaag). In de onderste luchtlaag van de atmosfeer (genaamd troposfeer) is ozon een broeikasgas, vooral op hoogtes van 5-12 km. Middels reacties met onder andere koolstofmonoxide (CO) en methaan (CH4) vormt zich hier ozon. Soms komt het giftige ozon dichtbij het aardoppervlak voor als een onderdeel van smog. Ozon wordt echter niet alleen gevormd, maar ook afgebroken.

Medium
Het grootste gat in de ozonlaag op de Zuidpool (september 2006).
NASA

Cfk’s

In 1987 tekenden veel landen het internationale Montreal Protocol om de uitstoot van ozon(laag)afbrekende gassen tegen te gaan. Vooral chloorfluorkoolwaterstoffen (cfk’s) waren destijds de grote boosdoeners. Niet omdat er nu zo enorm veel cfk’s in de atmosfeer waren (maximaal 270 deeltjes per biljoen voor CFK-11 en 535 deeltjes per biljoen voor CFK-12), maar wel omdat de chloordeeltjes hiervan zeer sterke katalysatoren zijn van de reactie van ozon (O3) naar zuurstof (O2). De productie van deze antropogene gassen is door het protocol aan banden gelegd en daarom stijgt de concentratie niet meer. De afbraaktijd van deze gassen in de atmosfeer is echter langzaam met 50-100 jaar. Van cfk’s zijn we dus nog niet af voorlopig. Toch is de verwachting is de dat het ozongat op de Zuidpool zich zal herstellen in de tweede helft van de 21e eeuw.

Large
De belangrijkste cfk’s (CKF-11 en CFK-12) nemen niet meer toe of zelfs licht af (deeltjes per biljoen). Een derde cfk, CFK-113, daalt inmiddels ook licht (nu iets minder dan 80 deeltjes per biljoen).

Lachgas als ozonafbreker

Net zoals cfk’s is ook lachgas (N2O) een katalysator in de reactie van ozon naar zuurstof. In tegenstelling tot de cfk’s vormt lachgas zowel antropogeen als natuurlijk. Antropogene bronnen van lachgas zijn de landbouw (inclusief mest en ploegen), de chemische industrie, de verbranding van fossiele brandstoffen en afvalverbranding. De eerstgenoemde is veruit de belangrijkste. Eric Davidson toonde in een onlangs gepubliceerd onderzoek aan dat de omzetting van stikstof in mest en kunstmest naar N2O de stijging van de N2O concentratie van 1860-2005 verklaart. Naast de menselijke uitstoot komt er ook lachgas vrij door afbraak van stikstof in bodems door bacteriën. Ook uit de oceanen komt natuurlijk lachgas vrij. De natuurlijke uitstoot is op dit moment nog groter dan de antropogene uitstoot.

De concentratie van N2O steeg tussen 1980 en 2005 van 300 naar 317 deeltjes per miljard. Dat is ongeveer duizendmaal zoveel als de cfk’s. Ook de uitstoot is enorm vergeleken met de hoogtijdagen van cfk’s: de antropogene uitstoot van lachgas is nu ongeveer 10 miljoen ton per jaar, terwijl de uitstoot van cfk’s ietsje meer dan 1 miljoen ton was eind jaren tachtig. De uitstoot van lachgas is qua gewicht vergelijkbaar met enkele duizenden Boeing 747’s. Aan de andere kant is N2O een veel zwakker ozonafbrekend gas: slechts 0,017 maal zo sterk als cfk’s, wat overeenkomt met ongeveer een zestigste. Dat komt omdat slechts een deel van dit gas naar andere stikstofoxiden (NOx) wordt omgezet; deze stikstofoxiden beginnen juist de katalyse met ozon. Het chloormolecuul in de cfk’s wordt 100% gebruikt voor de katalyse van ozon naar zuurstof.

Large
Een molecuulmodel van lachgas: twee stikstofmoleculen links en een zuurstofmolecuul rechts.

Chloor heeft nog een belangrijk effect. Hoe meer chloor, hoe minder effectief lachgas is als ozonafbrekend gas. Nu het aantal cfk’s langzaamaan minder wordt in de atmosfeer, neemt de effectiviteit van lachgas als ozonafbreker dus toe. Op het moment dat de concentratie chloor (Cl) weer terug is naar pre-industriële waarden, zal lachgas 50% effectiever zijn als ozonafbreker. Een extra gevaar dus voor de toekomst.

Aan de andere kant remmen grote hoeveelheden sulfaat (SO4) in aerosolen (microscopisch kleine vaste of vloeibare deeltjes in de atmosfeer) de ozonafbrekende werking van lachgas af. Omzetting van stikstofoxiden naar HNO3 vindt in dat geval plaats. Veel stratosferische sulfaataerosolen komen van vulkaanuitbarstingen. De sulfaataerosolen hiervan blijven echter slechts een paar jaar in de atmosfeer. Daarnaast zijn zware vulkaanuitbarstingen relatief zeldzaam. Kortom, het ‘tegenwerkende’ effect van sulfaataerosolen is minimaal.

Het is waarschijnlijk dat het aantal N2O-deeltjes zal blijven stijgen. Op dit moment is lachgas het meest uitgestoten ozonafbrekend gas en dat zal in de toekomst niet veranderen volgens wetenschappers van het NOAA. Bovendien gaat de afbraak van N2O langzaam: tot anderhalve eeuw heeft N2O nodig om af te breken vanaf de vorming. Hierdoor zal het gas lang in de atmosfeer aanwezig zijn en dus lange tijd een gevaar zijn voor de ozonlaag. Zelfs als de antropogene productie nu wordt stopgezet. Als de stijging van de concentratie van lachgas niet stopt, kan het tot 30% meer ozon afbreken dan alle cfk’s tijdens hun hoogtepunt in 1987.

Large
Een vergelijking van de ozonafbrekende gassen die onder het Montreal Protocol vallen (blauwe lijn) en die van lachgas (rood) op basis van gewicht.
NOAA Earth System Research Laboratory

Ook broeikasgas

Lachgas is niet alleen gevaarlijk als ozonafbreker, maar ook als broeikasgas in de lage atmosfeer. Het gas is zelfs 300 maal sterker als koolstofdioxide. De concentratie CO2 in de atmosfeer is echter veel groter (ongeveer 385 deeltjes per miljoen versus ongeveer 320 deeltjes per miljard). Toch is het totale effect van N2O aanzienlijk met ongeveer 7%. In het vierde IPCC rapport staat dat N2O een verandering in de stralingsbalans teweeg brengt van 0,16 Watt per vierkante meter, ongeveer een tiende van CO2. Methaan zit hier tussenin met 0,48 W/m2, terwijl de waarde van CFK-12 ongeveer gelijk is aan lachgas.

Large
Zowel de concentratie van lachgas als koolstofdioxide steeg in de afgelopen decennia. Lachgas is aangegeven in deeltjes per miljard, terwijl koolstofdioxide in deeltjes per miljoen is vermeld.
Creative Commons

Cruciaal detail is dat dit gas verrassend genoeg niet is meegenomen in het Montreal Protocol. En dus is er geen regulering voor dit broeikas- en ozonafbrekend gas, alhoewel het wel is meegenomen in het Kyoto Protocol, dat de uitstoot van CO2 zou moeten helpen beperken. Ravishankara en collega’s pleiten er dan ook terecht voor om de uitstoot van dit gas aan banden te leggen. Maar of dit ook gaat lukken is een tweede. Sinds Kyoto stijgt de concentratie koolstofdioxide gewoon door en datzelfde geldt voor lachgas.

Er bestaat nu dus een dubbel argument om ook lachgas aan te pakken. Een groot deel van de uitstoot van lachgas (en methaan) komt van de agrarische sector. Ook de Europese Commissie is ervan overtuigd dat hier winst valt te halen volgens een rapport van begin 2009. Het zal in december in Kopenhagen tijdens de klimaatconferentie dan ook spannend worden of er inderdaad meer aandacht besteed gaat worden aan lachgas. Het is namelijk de vraag of de ozonlaag zich inderdaad zo snel zal herstellen als wordt gedacht met de almaar rijzende N2O concentratie. Lachgas is het nieuwe gevaar voor de ozonlaag.

Large
De atmosfeer gezien vanuit de ruimte. Atmosferische gassen veroorzaken blauwe gloed omdat ze de golflengte van blauw licht het invallende licht meer verstrooien dan andere golflengtes van andere kleuren.
NASA

Referenties:

Ravishankara et al., 2009. Nitrous Oxide (N2O): The Dominant Ozone-Depleting Substance Emitted in the 21st Century . Sciencexpress, 27 augustus 2009.

Eric A. Davidson, 2009. The contribution of manure and fertilizer nitrogen to atmospheric nitrous oxide since 1860. Nature Geoscience 2: 659-662.

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 10 september 2009

Discussieer mee

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE