Toename van aerosols in scheepswolken waargenomen

Toename van aerosols in scheepswolken waargenomen

Vrijdag 14 februari 2014

Het is al weer enige jaren geleden dat ik in de VOKabulaire gewag maakte van het fenomeen ‘scheepswolken’, naar aanleiding van een artikel van het KNMI in 2003 in het blad ‘Schip en Werf de Zee’ door Kees Floor. Ik  citeer als intro een deel van dat artikel.

‘Wolken, zoals wij in de meteo-les hebben geleerd, kunnen slechts  ontstaan wanneer er voldoende condensatiekernen aanwezig zijn. De meeste condensatiekernen (aerosols) zijn van natuurlijke oorsprong. Daarnaast wordt een deel veroorzaakt door menselijke activiteit, voornamelijk door verbranding van fossiele brandstoffen. De eigenschappen van condensatiekernen lopen uiteen. Vooral als zij oplossen in water, blijken ze een grote aantrekkingskracht voor waterdamp te bezitten en een sterke stimulans te vormen voor het ontstaan van wolken. Deeltjes met deze eigenschap noemt men daarom hygroscopisch.’  Einde citaat.

De rook van schepen bevat zwaveldioxide dat hygroscopische sulfaatdeeltjes vormt, waardoor in de rookpluim het aantal deeltjes dat voor druppelvorming beschikbaar is, veel groter is dan daarbuiten. Dit geldt des te sterker voor de lucht waarin de scheepswolken zich gewoonlijk vormen. Deze blijkt namelijk van zichzelf redelijk schoon te zijn en weinig werkzame condensatiekernen te bevatten. Reden waarom we scheepswolken alleen boven de oceanen zien. Boven de Middellandse Zee en de Oostzee, waar de lucht altijd van het land komt en daardoor niet zuiver genoeg, zeg maar vervuild is, worden ze nooit waargenomen. Het beschikbare vocht verdeelt zich in de rookpluim van schepen over veel meer condensatiekernen dan daarbuiten. Wolken met veel kleine druppels reflecteren opvallend meer zonlicht dan andere wolken met eveneens veel water, maar verdeeld over een kleiner aantal grotere druppels. Ze zijn daarom helderder.

Dit is te zien op bovenstaande foto van de Stille Oceaan.

Welke conclusies kan men nu trekken uit dit fenomeen met betrekking tot het klimaat? Kennelijk bevordert de uitstoot van zwaveldioxide(SO2), dat samen met koolstofdioxide (CO2) bij de verbranding vrijkomt, de wolkenvorming. Tevens verhoogt het de reflectiviteit van bewolking en daarmee de neerslag. Zonlicht dat door wolken wordt teruggekaatst bereikt het aardoppervlak niet en kan daarmee niet vastgehouden worden door het broeikaseffect.

Kortom, wolken verhinderende opwarming van de aarde ter plaatse. Dat bewolking dus een belangrijke rol speelt in wat men ‘Anthropogenic Global Warming’ noemt zal duidelijk zijn.

Het is opvallend dat het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) in het vierde Assessment Report van april 2007 aan dit fenomeen weinig aandacht schenkt en in zijn overzicht van elementen, die invloed uitoefenen op het klimaat, de zogenaamde ‘Radiative Forcing Elements’, vermeldt dat zijn LOSU (Level of Scientific Understanding) met betrekking tot aerosols ‘Low’ is. Het vijfde Assessment Report dat in 2012 had moeten verschijnen en meer kennis hieromtrent had kunnen verschaffen, is er nog steeds niet. Wat wel duidelijk is geworden is dat scheepswolken veel meer aerosols bevatten dan in 2003 werd aangenomen. Sinds 2005 hebben wetenschappers vastgesteld dat de eerdergenoemde scheepswolken behalve CO2 en SO2 ook nitrogen dioxide  (NO2) bevatten.

Met behulp van het door Nederland en Finland ontworpen ‘Ozone Monitoring Instrument’ (OMI), een spectrometer in de Aura-satelliet van NASA, zijn boven bepaalde scheepvaartroutes langgerekte velden NO2 vastgesteld. Deze kunnen tot de vorming van fijnstof en ozon leiden die het menselijke cardiovasculaire en ademhalingssysteem beschadigen.

De hierboven getoonde kaart is gebaseerd op OMI-waarnemingen tussen 2005 en 2012. De NO2-meting is het duidelijkst waarneembaar in een scheepvaartroute tussen Sri Lanka en Singapore, als een uitgesproken oranje gekleurde lijn tegen lichter gekleurde achtergrondniveaus van NO2. Ook andere scheepvaartroutes, door de Golf van Aden, de Rode Zee en de Middellandse Zee, tonen verhoogde NO2-hoeveelheden, evenals de routes van Singapore naar havens in China. Dit zijn overigens niet de enige drukke scheepvaartroutes in de wereld, maar wel de meest opvallende omdat de scheepvaart hier geconcentreerd is in lange smalle routes. Op de Atlantische en Stille Oceaan, ook drukke scheepvaartroutes, neemt het OMI geen NO2-vervuiling waar. De vorm van de aanwezige landmassa dwingt schepen in de Indische Oceaan in smalle vaarroutes, terwijl schepen in de Atlantische  Oceaan de neiging hebben zich over een breder gebied te verspreiden in verband met stormnavigatie. Daarbij is, zoals we gezien hebben, de lucht boven de oceanen relatief schoon, waardoor scheepswolken zich gemakkelijk vormen en waarneembaar zijn.

Sterke NO2-vervuiling (donkerrood op de kaart), veroorzaakt door activiteiten in havensteden en offshore booractiviteiten langs de Chinese kust, maken de scheepswolken deels onzichtbaar voor OMI-gebruik. Stedelijke vervuiling en industrialisatie zijn echter niet de enige oorzaak van NO2-concentraties, zoals de afbeelding laat zien. ‘Agricultural burning’ in Zuid-Afrika en steeds aanwezige westenwinden veroorzaken een hoger gelegen band van NO2 die zich uitstrekt van Zuid-Afrika tot Australië. In dit geval lijkt het verbranden van wouden op Sumatra voor de aanleg van palmoliebossen en de overlast die dat veroorzaakt in Singapore mede een oorzaak van NO2-vorming. Hoe groot de bijdrage van de scheepvaart is in de vorming van NO2 in het algemeen is voor wetenschappers een open vraag. Het OMI-instrument heeft wel vastgesteld dat de scheepvaartemissies met 62-109% zijn toegenomen tussen 2003 en 2008. Wetenschappelijk onderzoek doet vermoeden dat dit 15 tot 30% van de wereldwijde productie is. Wetenschappers gebruiken daarom waarnemingen van satellieten om de onzekerheid in dergelijke schattingen te verminderen. Met name de zorg over gevolgen voor de gezondheid samenhangend met de uitstoot van schepen, hebben het internationale beleidsdebat met betrekking tot voorschriften voor scheepsbrandstof met een laag zwavelgehalte, sterk vergroot.

De beleidsdiscussies concentreren zich op het vaststellen van zwavelinhoudniveaus voor scheepsbrandstof en het gebruik van brandstof met een laag zwavelgehalte in vastgestelde gebieden. Uitstootvermindering wordt toegepast binnen 200 zeemijlen van kustgebieden. Gegeven de gevolgen voor de gezondheid en andere aan vervuiling gerelateerde problemen van brandstoffen met een hoog zwavelgehalte is door de International Maritime Organization (IMO) in de afgelopen jaren een beleid gericht op vermindering van het zwavelgehalte voor scheepsbrandstoffen aangenomen onder: Annex VI van Marpol73/78 (het Internationaal Verdrag ter voorkoming van verontreiniging door schepen). In het bijzonder wordt hierbij het percentage zwavel teruggebracht tot 3,5% in 2012 en 0,5% in 2020. Dit houdt tevens in dat residuele brandstof, destillaatbrandstof wordt. De berekening met  betrekking tot de percentages gerelateerde vermindering van het aantal vroegtijdige sterfgevallen (onderzoek uitgevoerd in 2009) bedraagt in het geval van 0,5% 41.200 en zonder restrictie zou dit ongeveer 87.000 in 2012 zijn geweest.

Onrust

De implementatie van de genoemde zwavelpercentagevermindering heeft in rederskringen in Nederland echter de nodige onrust veroorzaakt.

De Koninklijke Vereniging van Nederlandse Reders (KVNR) is verontrust over de mogelijke negatieve gevolgen van de wetgeving en zegt: ‘De scheepvaart moet en kan groener maar wel op een zorgvuldige manier. Het toepassen van ontzwavelingstechnieken zoals scrubbers of het overstappen op LNG is voor veel reders geen optie, omdat deze alternatieven grote investeringen vragen, niet tijdig beschikbaar zijn in het licht van het door de IMO voorgestelde tijdschema, of technisch gezien nog niet voldoende werken.’

Last but not least ,laagzwavelige brandstof is 70 tot 100 procent duurder dan zware olie (HFO, Heavy Fuel Oil).

Een en ander houdt in dat de concurrentiepositie van de scheepvaart ten opzichte van het wegvervoer verslechtert, hetgeen kan leiden tot verschuiving van water- naar landtransport waarmee de milieuwinst van minder zwaveluitstoot geheel teniet kan wordt gedaan. De kans dat er uitzonderingen komen op 1 januari 2015 schat de KVNR laag in. Zij dringt er bij de overheid op aan die reders die toch willen investeren om aan de normen te voldoen te ondersteunen met een garantieregeling.

Een blik op de artikelen over dit onderwerp in maritiem-technische tijdschriften van recente datum, laat zien dat de ontwikkeling van scrubbers voor maritieme toepassing nog steeds in de kinderschoenen staat en naar de mening van de auteurs nog niet geschikt voor grootschalige toepassing op de maritieme markt. Met het oog op de timing van de verlaging van het zwavelgehalte, zeggen zij: ‘Wij kunnen gewoon niet voldoen aan de IMO-eis.’
Dick Schouten (jvi 1949)

Geraadpleegde literatuur:

Geophysical Research Letter: The globaleconomic cycle, etc.

Environmental Science & Technology vol. 43 No 13.2009

EPA: United States Environmental Protection Agency

Dutch OMI website