Broeikasgasemissies uit oppervlaktewateren: impact en mogelijke reductiemaatregelen

Emissies uit het oppervlaktewater zijn (onder andere) gerelateerd aan de waterkwaliteit, met name aan de fosforbelasting. Waterkwaliteitsmaatregelen die de fosforbelasting reduceren, kunnen de emissies uit het watersysteem met 27 tot 35% omlaag brengen.

Download hier de pdf van dit artikel. 

Geschreven door Emma van Deelen, Leo Verboom, Bob Brederveld (Witteveen+Bos), Ronald Gylstra (Waterschap Rivierenland), Hilde Ketelaar (provincie Gelderland, Waterschap Rivierenland)

Nederland streeft naar een aanzienlijke vermindering van de broeikasgasuitstoot, zoals vastgelegd in het Klimaatakkoord en de Europese klimaatwet. Naast de reductie van fossiele brandstoffen en broeikasgassen uit RWZI’s, kijken de waterschappen ook hoe de uitstoot van deze gassen bij het land- en waterbeheer beperkt kan worden. Ook oppervlaktewateren kunnen een bron van broeikasgassen zijn. Het is bekend dat voedselrijke (productieve) watersystemen meer broeikasgassen uitstoten dan voedselarme (minder productieve) watersystemen [2].

Dit biedt kansen voor waterschappen om zowel op het gebied van klimaat als op het gebied van waterkwaliteit een positieve impact te maken. Zo heeft Waterschap Rivierenland (WSRL) als doel om de waterkwaliteit te verbeteren, en wil het graag weten of het mogelijk is om tegelijkertijd de broeikasgasemissies vanuit oppervlaktewateren te verminderen. In opdracht van WSRL heeft Witteveen+Bos de broeikasgasemissies uit oppervlaktewater in het beheergebied en de potentiële reductie hiervan door waterkwaliteitsmaatregelen doorgerekend met een modelstudie. In dit artikel worden de methode, resultaten van deze modelstudie en de context daarvan toegelicht.

Broeikasgasemissies en waterkwaliteit
Oppervlaktewateren stoten de broeikasgassen koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄), en lachgas (N₂O) uit. Hoewel CH₄ en N₂O in kleinere hoeveelheden worden geproduceerd, hebben ze een veel sterker opwarmingspotentieel dan CO₂. Om de relatieve bijdrage van verschillende broeikasgassen aan de opwarming van de aarde te vergelijken met die van CO₂ (CO₂-equivalenten), wordt het Global Warming Potential (GWP) gebruikt. CO₂ heeft een GWP van 1, CH₄ een GWP van 28 (conservatief geschat en N₂O van 265 [3].

De vorming van broeikasgassen in oppervlaktewateren is afhankelijk van verschillende processen, zoals de primaire productie van algen en waterplanten, de afbraak van organisch materiaal in de bodem, en de zuurstofcondities in het water. Heldere, zuurstofrijke wateren stoten doorgaans minder uit, waarvan CO₂ het grootste aandeel heeft. Troebele, zuurstofarme wateren hebben juist een hogere emissies, vooral door de productie van CH₄ via anaerobe afbraak. Dit komt (onder andere) doordat algen sneller gemineraliseerd worden dan plantenresten, die veelal grof zijn en een complexe structuur hebben. Door deze snelle mineralisatieprocessen raken de waterkolom en de waterbodem sneller uitgeput van zuurstof en wordt het organische stof omgezet in methaan in plaats van CO₂ (zie afbeelding 1 ter illustratie). De Deltafact [2] biedt meer achtergrondinformatie over broeikasgasemissies uit oppervlaktewateren.

Afbeelding 1. Schematische weergave van emissies van broeikasgassen voor een helder en plantrijk water (links) en een troebel en algenrijk water (rechts). NB In deze studie wordt N2O niet meegenomen in de berekeningen [4]

Methode
Om de broeikasgasemissie uit oppervlaktewater in het beheergebied van WSRL te berekenen, zijn met meerdere modellen twee scenario\'s doorgerekend. De stappen worden hieronder verder toegelicht.

Gebiedsindeling en water- en stoffenbalansen
Om de broeikasgasemissies uit de oppervlaktewateren te berekenen zijn een paar systeemkenmerken nodig. Daarom is eerst gebiedsinformatie verzameld en opgewerkt om water- en stoffenbalansen op te stellen met een metamodel-waterbalans. Het beheegebied van WSRL is verdeeld in negentien hydrologische balansgebieden met elk drie verschillende typen wateren. Per balansgebied kan onderscheid gemaakt worden in hoofdwatersysteem (A-water) en haarvatensystemen (B- en C-water). Per balansgebied is rekening gehouden met dominante bodemtypes, landgebruik, waterdiepte, peilbeheer, kwel en ingaande fosforbronnen. Zo zijn er 19 x 3 = 57 deelgebied-watertypecombinaties in beeld gebracht. In deze studie is enkel gekeken naar lijnvormige wateren. Aangezien er op gebiedsniveau gerekend wordt, kan niet ingezoomd worden op individuele watergangen. Geïsoleerde plassen, poelen, meren, wielen en vennen zijn buiten beschouwing gelaten.

DELWAQ-GHG
Om vervolgens de emissies van oppervlaktewateren te berekenen, is gebruik gemaakt van het model DelWAQ-GreenHouse Gas (DelWAQ-GHG). Dit model is in de afgelopen jaren in samenwerking met Deltares ontwikkeld in het onderzoeksprogramma BlueCAN [4].

Dit model berekent de emissies van CO₂ en methaan op basis van waterdiepte, debiet, fosforbelasting, sedimenttype en strijklengte (windbaan over het wateroppervlak). Doorgaans is fosforbelasting in de praktijk een van de belangrijkste factoren voor trofiegraad (en daarmee interne productie) en zuurstofhuishouding en in BlueCAN is dit dan ook de belangrijkste stuurfactor voor reductie van broeikasgasemissies. Daarnaast is het meestal veel moeilijker om op een van de andere factoren (waterdiepte, sedimenttype, debiet en strijklengte) te sturen.

Binnen dit onderzoek is DELWAQ-GHG voor het eerst toegepast om een compleet beheergebied door te rekenen én zijn er scenario’s doorgerekend. Op dit moment worden emissies van stikstof nog niet meegenomen, dus worden enkel CO₂ en methaan beschouwd.

Huidige situatie en scenario’s
De huidige P-belasting volgt uit de water- en stofbalansen. Met het metamodel PCDitch zijn de kritische grenzen bepaald waarbij het systeem omslaat van een heldere naar een troebele toestand. In vrijwel alle gebieden blijkt de huidige gemiddelde fosforbelasting (P-belasting) in de hoofdwatergangen (A-wateren) boven de kritische grens te liggen. Dit betekent dat deze wateren in het model in een troebele, relatief algenrijke toestand verkeren. In de kleinere watergangen (B- en C-wateren) ligt de P-belasting meestal onder de kritische grens en is er de modelmatige toestand dus helder.

Deze verschillende systeemtoestanden worden niet zozeer veroorzaakt door een verschil in nutriëntenbelasting, maar vooral door de (gemiddelde) diepte van de waterlichamen. Doordat hoofdwateren doorgaans dieper zijn dan slootsystemen, kan licht minder snel doordringen tot te bodem, groeien er minder waterplanten en ontstaat daar dus eerder een troebele toestand.

Om het effect van verbeterde waterkwaliteit op de broeikasgasemissies inzichtelijk te maken zijn vervolgens twee scenario’s doorgerekend waarin de P-belasting daalt:

• alle wateren in troebele toestand worden helder, in alle wateren die al in heldere toestand zijn daalt de P-belasting met 10%.
• alle wateren in troebele toestand worden helder, in alle wateren met een reeds heldere toestand daalt de P-belasting met 20%.

Broeikasgasemissies uit oppervlaktewateren
In afbeelding 2 zijn de emissies in de huidige situatie en scenario’s voor alle gebieden weergegeven. Scenario’s waarin de P-belasting wordt teruggebracht tot de kritische grens of daaronder (helder of 10 en 20% reductie) laten zien dat dit leidt tot een aanzienlijke verbetering van de waterkwaliteit én een sterke reductie van broeikasgasemissies, vooral van methaan. Bij A-wateren leidt verlaging van de P-belasting tot onder de kritische grens tot de grootste verbetering (heldere toestand); bij B- en C-wateren zorgt extra verlaging van P-belasting (10-20%) voor verdere, maar minder grote, emissiereductie.

Afbeelding 2. Berekende absolute broeikasgasemissies (ton CO₂ eq./jr) per deelgebied en scenario, weergegeven voor de huidige situatie (referentie) en twee scenario’s met (modelmatig) een heldere ecosysteemtoestand, of als de toestand in de huidige situatie al (modelmatig) helder moet zijn, met een reductie van de fosforbelasting van 10% en 20 %. Boven: opgesplitst naar totale emissie (som CO₂-  en CH₄) per watertype. Onder: opgesplitst per emissietype (CO₂ diffuus, CH₄ diffuus en CH₄ ebullitief (belvormig)). De CO₂-emissies zijn netto-emissies waarbij al rekening is gehouden met opname door waterplanten in het groeiseizoen

Deelgebieden met de hoogste absolute emissies zijn de veenweidegebieden in het westen van het beheergebied van WSRL (zoals Overwaard en Nederwaard) en het grote gebied Betuwe-Linge. Dit komt vooral door het grote aantal sloten in deze gebieden. In veengebieden is de bijdrage van methaan aan de totale emissie relatief groot (tot de helft), terwijl in andere gebieden vooral CO₂ domineert (afbeelding 2, onder). A-wateren (hoofdwatergangen) hebben per hectare de hoogste uitstoot, vooral als ze troebel en voedselrijk zijn. B- en C-wateren leveren door hun grote totale oppervlakte een belangrijke bijdrage aan de totale emissie.

De scenarioberekeningen tonen aan dat vooral in A-wateren een grote emissiereductie mogelijk is. Het grote oppervlak aan open water in veenweidegebieden zorgt ook daar voor een aanzienlijke totale reductie. De grootste reductie wordt bereikt met waterkwaliteitsmaatregelen in hoofdwateren en gebieden met hoge P-belasting. Hier vindt in het scenario immers ook de grootste aangenomen verandering in waterkwaliteit plaats.

Context
De totale huidige emissie uit oppervlaktewateren van Waterschap Rivierenland is berekend op 35,3 kiloton CO₂-eq. per jaar. Waterkwaliteitsmaatregelen waardoor de fosforbelasting daalt, kunnen in de twee scenario’s een flinke emissiereductie opleveren. Bij het eerste scenario met 10% minder P-belasting is de reductie van broeikasgasemissie 27% en bij het tweede scenario met 20% vermindering is de reductie 31%. De grootste potentie voor afname in emissies is berekend voor hoofdwatergangen (A-wateren), waar de fosforreductie het grootst is. Er zal nog wel moeten worden verkend welke maatregelen hiervoor nodig zijn, of die haalbaar zijn en tot welke mate van verbetering van de waterkwaliteit dat kan leiden.

In het tweede scenario betekent deze fosforreductie een afname van ongeveer 11% van de totale broeikasgasemissie van het waterschap (afbeelding 3). Het verbeteren van de waterkwaliteit kan dus wezenlijk bijdragen aan het behalen van de klimaatdoelstellingen van het waterschap.

Afbeelding 3. Verdeling CO₂-emissie (kton CO₂-eq./jaar) WSRL, met de mogelijke reductie door het uitvoeren van waterkwaliteitsmaatregelen, volgens scenario 2 (20% reductie P-belasting), gearceerd. Aangepast van Klimaatmonitor Waterschappen verslagjaar 2022 [5]

Conclusie
Oppervlaktewateren in het beheergebied van Waterschap Rivierenland dragen aanzienlijk (31%) bij aan de totale broeikasgasemissie van het waterschap. Het verbeteren van de waterkwaliteit biedt een kans, naast andere maatregelen, om de CO₂-voetafdruk van het waterschap verder te verlagen. Denk bijvoorbeeld aan schoner rwzi-effluent, verminderen van uit- en afspoeling van landbouwpercelen, opsporen van foutaansluitingen of slim peilbeheer, waardoor minder inlaat nodig is. Welke maatregelen nodig zijn, verschilt uiteraard per watertype en systeem. Een meer gedetailleerde systeemanalyse wordt dan ook aanbevolen om tot lokaal effectieve oplossingen te komen.

Discussie
In deze studie is met modelberekeningen een eerste, grove inschatting gemaakt van de broeikasgasemissies uit oppervlaktewateren in het beheergebied van Waterschap Rivierenland, waarbinnen negentien deelgebieden en drie watertypes te onderscheiden zijn. Hierbij zijn enkele keuzes gemaakt en aannames gedaan, waardoor de werkelijke uitstoot waarschijnlijk wordt onderschat. Zo zijn grote open wateren buiten beschouwing gelaten, terwijl deze door hun omvang en gevoeligheid voor overbelasting een belangrijke bron kunnen vormen. Door een conservatieve inschatting van het opwarmingspotentieel (GWP) van methaan en het niet meenemen van lachgas in de berekening, zijn daarnaast de werkelijke broeikasgasemissie vermoedelijk hoger dan berekend.

Bij het verkennen van scenario’s voor verbeterde waterkwaliteit is enkel gekeken naar het effect van reductie van de externe fosforbelasting, terwijl bijvoorbeeld verondiepen ook kan bijdragen aan een (ecologisch) robuuster watersysteem. Het verkennen van deze en andere opties wordt nu nog belemmerd door modelbegrenzingen, zoals maximale P-belastingen en minimale waterdieptes. Voor berekeningen met het model is daarnaast goede systeeminformatie van groot belang. Hoe meer onzekerheid in de invoer, des te groter de onzekerheden in de berekende emissies.

Samenvatting
Met een modelstudie is berekend dat de oppervlaktewateren in het beheergebied van Waterschap Rivierenland jaarlijks circa 35,3 kiloton CO₂-equivalent aan broeikasgas (CO₂ en CH₄) uitstoten. Dit is 31% van de totale emissie van het waterschap. De emissies uit het oppervlaktewater zijn (onder andere) gerelateerd aan de waterkwaliteit, met name aan de fosforbelasting: hoe hoger de belasting, hoe groter de uitstoot, vooral van methaan. Waterkwaliteitsmaatregelen die de fosforbelasting reduceren, kunnen de emissies uit het watersysteem met 27 tot 35% omlaag brengen [1]. Verbetering van de waterkwaliteit is daarmee effectief voor zowel ecologie als klimaatdoelen.

REFERENTIES

1. Witteveen+Bos. (2025). Broeikasgasemissies uit oppervlaktewateren: Modelstudie (Referentie 134812/25-001.053). Waterschap Rivierenland.
2. Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (2025). Deltafact Broeikasgasemissies uit zoetwater (versie 2025) https://www.stowa.nl/deltafacts/klimaat-waterbeheer/emissies/broeikasgasemissies-uit-zoetwater
3. Myhre, G., et al. (2013). ‘Anthropogenic and Natural Radiative Forcing’. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis.
4. Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (2023). BlueCAN, Helder water voor het klimaat. Resultaten van drie jaar onderzoek.
5. Arcadis (2023). Klimaatmonitor Waterschappen. Verslagjaar 2022. 30155171.
6. BlueCAN (2026). BlueCAN Quickscan-tool. https://bluecan.azurewebsites.net/