Stadsbomen voor een goede luchtkwaliteit

Fred Tonneijck is senior consultant bij Triple E (Economy, Ecology en Experience) in Arnhem. Hij studeerde af aan de universiteit in Utrecht in biologie en scheikunde in 1976. Uitermate actueel is het thema luchtkwaliteit. Op zijn naam staan meer dan 100 publicaties over alles wat te maken heeft met luchtkwaliteitscriteria Hij adviseerde daarbij zowel nationale als internationale overheden.

1. INLEIDING

Ongeveer tweederde van de Nederlandse bevolking leeft in stedelijke en randstedelijke gebieden. De verwachting is dat dit tegen 2030 meer dan driekwart zal zijn. Deze toenemende verstedelijking leidt maar al te vaak tot een vermindering van het areaal aan stedelijk groen en daarmee tot een vermindering van de capaciteit om op leefniveau schadelijke stoffen uit de lucht te verwijderen. Het niveau van luchtverontreiniging is en blijft daarentegen een belangrijk milieuprobleem vooral als gekeken wordt naar de schadelijke effecten op de volksgezondheid. Het wegverkeer is primair verantwoordelijk voor de slechte kwaliteit van de lucht in de steden en veroorzaakt dat normen voor luchtkwaliteit worden overschreden, Nederland worstelt al jaren met deze normen. Stadsbesturen moeten vergaande maatregelen nemen om de voortschrijdende luchtverontreiniging in drukke stadsgebieden terug te dringen. De luchtkwaliteit is op veel plaatsen zo slecht dat bouwprojecten stranden, omdat deze extra vervuiling veroorzaken en er tevens geen plan is voor verbetering. De laatste jaren heeft de Raad van State een streep gezet door menig bouwproject. Bij ongewijzigd beleid blijft de slechte luchtkwaliteit een belangrijk obstakel voor de economische en ruimtelijke ontwikkeling van Nederland. Dit heeft er toe geleid dat er hernieuwde aandacht is voor onderzoek naar de mogelijkheden van luchtzuiverend groen.
Dat bomen goed zijn voor de stedelijke luchtkwaliteit staat inmiddels in menig gemeentelijk boombeleidsplan. Ook wordt al dikwijls gewezen op adequate compensatie bij de soms onvermijdelijke kap van bomen. Wat ontbreekt, is concrete informatie over de kwantitatieve bijdrage van bomen aan de stedelijke luchtkwaliteit alsmede over de manier waarop luchtzuiverend groen het beste kan worden ingezet voor een leefbare stad. In dit artikel wordt geprobeerd om de beschikbare informatie over relevante aspecten op een hanteerbare wijze te presenteren met een nadruk op fijn stof.

2. FIJN STOF IN DE STAD

De slechte luchtkwaliteit in de steden wordt vooral veroorzaakt door het drukke verkeer. De concentraties van fijn stof (PM10) en stikstofdioxide overschrijden op drukke locaties (knelpunten) de normen voor luchtkwaliteit. Fijn stof zijn deeltjes kleiner dan 10 micrometer die in de lucht zweven, met een gevarieerde chemische samenstelling. Dit stof is schadelijk voor onze gezondheid waarbij geldt dat de schadelijkheid toeneemt naarmate de diameter van de deeltjes kleiner is. De hoge concentraties van fijn stof op knelpunten langs wegen in en om de stad worden voor een belangrijk deel bepaald door het plaatselijke verkeer. Het betreft niet alleen de uitlaatgassen. Zo zijn remmen en slijtage van banden een belangrijke bron van fijn stof. Onder invloed van de turbulentie van het verkeer waaien eerder neergeslagen deeltjes op en deze opgewaaide deeltjes beïnvloeden substantieel de totale concentratie van fijn stof in de straat. Dit verschijnsel van opwaaien geldt niet voor gasvormige verontreinigingen zoals stikstofdioxide en ozon. Een schematisch overzicht van de herkomst van fijn stof voor verschillende schaalniveaus wordt weergegeven in Figuur 1. Een deel van de luchtverontreiniging in de stad is afkomstig van elders en komt met de wind aanwaaien. Dit wordt ook wel de achtergrondconcentratie genoemd en de bronnen liggen zowel binnen als buiten Nederland.

Figuur 1. Schematische opbouw van de luchtkwaliteit in de stad [1]

In de stad zelf zijn er ook verschillende bronnen die schadelijke stoffen uitstoten. De voornaamste bron van luchtverontreiniging in Nederlandse steden is het verkeer. Daarnaast dragen ook bedrijven, scheepvaart, dieseltreinen, bouw, landbouw en huishoudens en consumenten bij aan de stedelijke luchtvervuiling. De bronnen in de Stad leiden gezamenlijk tot een verhoging van de concentratie in stedelijk gebied (stedelijke achtergrond}. In straten kan er dan nog een bijdrage zijn vanuit het verkeer in de straat zelf. In het algemeen kan worden gesteld dat op een afstand van 150 tot 200 meter van een lokale bron zoals een drukke weg de verhoogde concentraties niet meer herleidbaar zijn tot die bron. Met andere woorden, bij dergelijke afstanden gaat de lokale bijdrage op in de stedelijke achtergrond. Gemiddeld over ons land is de buitenlandse bijdrage aan de concentraties van antropogeen fijn stof 65 procent of meer [2], De stedelijke plus lokale bijdrage aan de totale concentratie bedraagt voor fijn stof maximaal circa 35 procent. Normen voor fijn stof worden op grote schaal overschreden vaak al in de stedelijke achtergrond. Voor gemeenten geldt natuurlijk een bestuurlijke verantwoordelijkheid voor vermindering van de stedelijke en lokale bijdragen. Zeker als normen voor luchtkwaliteit worden overschreden. Vanwege de hoge achtergrond in Nederland zijn de marges voor beïnvloeding van te hoge concentraties op knelpunten klein en een scala aan maatregelen is nodig om de gewenste niveaus te realiseren. Bestrijding aan de bron is natuurlijk prioritair. Waar bronmaatregelen onvoldoende zijn of pas op termijn effect sorteren, komen andere maatregelen in het vizier zoals de gerichte aanplant van groen. Gelet op de herkomst van fijn stof hoeft daarbij niet alleen naar knelpunten gekeken te worden voor aanplant van luchtzuiverend groen. Ook op het niveau van de stad kunnen groene maatregelen worden overwogen om daarmee de stedelijke (en eventueel een deel van de landelijke) achtergrond te kunnen verlagen. De vraag of we ons uitsluitend moeten richten op te hoge concentraties in knelpuntstraten als het gaat om de luchtzuiverende werking van groen, is ook om een andere reden relevant. Vanuit het perspectief van de volksgezondheid kan de luchtkwaliteit nog steeds onvoldoende zijn, ook indien aan de normen voor luchtkwaliteit wordt voldaan. In gezondheidskundige studies is tot nu toe geen drempelwaarde voor de effecten van fijn stof waargenomen. Dit betekent dat er vooralsnog geen concentratie in de buitenlucht is aan te geven waar beneden geen nadelige gezondheidseffecten worden gevonden. Elke verlaging van de hoeveelheid fijn stof levert dus een bijdrage aan vermindering van de schade aan de volksgezondheid. Ook dit argument pleit voor een meer integrale aanpak van groene maatregelen ter verbetering van de stedelijke luchtkwaliteit.

3. BOMEN VERWIJDEREN FIJN STOF UIT DE LUCHT

Alle planten en vegetaties verwijderen fijn stof en gasvormige verontreiniging uit de lucht. Sommige plantensoorten en typen vegetaties doen dit beter dan andere. Het maakt niet uit waar de plant groeit. Bomen hebben veel blad en zijn een sta-in-de-weg voor de wind. Hierdoor zijn bomen het meest effectief om verontreiniging uit de lucht te filteren en luchtconcentraties te beïnvloeden. In algemene zin neemt de effectiviteit af van bomen, via heesters en kruidachtigen, naar gras. Het mag duidelijk zijn dat groenblijvende soorten gedurende het jaar meer verontreiniging verwijderen dan niet groenblijvende. De manier van verwijdering verschilt voor de verschillende componenten. Zo wordt stikstofdioxide via de huidmondjes door bladeren opgenomen en in het blad verwerkt. Fijn stof echter wordt niet door bladeren opgenomen maar wordt op het oppervlak ervan vastgelegd. Het waait als het ware op het blad. Niet alleen bladeren maar ook stammen, takken en twijgen nemen deel aan het wegvangen van fijn stof. Een onregelmatige opbouw zorgt voor meer turbulentie in de lucht en voor meer contactmomenten van deze lucht met de boom of vegetatie. Een warrige takstructuur werkt hierbij positief. Ook vegetatie-eigenschappen zoals de ruwheid van het oppervlak zijn essentieel. Een deel van het stof komt niet meer los, een ander deel van het stof kan middels regen en wind weer loskomen. Bij afspoeling komt fijn stof niet terug in de lucht maar in de bodem. De mate van afspoeling varieert hierbij per soort. Eenmaal op de grond kan het fijn stof met het water weggespoeld worden in het riool of zich hechten aan de bodem waar het voor langere tijd wordt opgeslagen. Sommige verbindingen die aan de stofdeeltjes vastzitten, kunnen in de bodem onschadelijk worden gemaakt.

Naaldbomen zijn het meest geschikt om fijn stof te verwijderen. Loofbomen met een wat complexere takstructuur en met ruwe en behaarde bladeren vangen ook goed fijn stof af, zij het minder dan naaldbomen. In tegenstelling hiermee zijn loofbomen met platte en brede bladeren het best geschikt om gasvormige verontreiniging op te nemen. Het verschil in functionaliteit tussen naalden loofbomen is voor gasvormige verontreiniging minder groot dan voor fijn stof. Dit opent de mogelijkheid om de aanplant van bomen in de stad vooral te richten op fijn stof. Het positieve effect op stikstofdioxide lift dan als het ware mee. Voor meer gedetailleerde informatie over de effectiviteit waarmee houtige gewassen verschillende vormen van luchtverontreiniging verwijderen, wordt naar elders verwezen [3,4],

In absolute zin geldt dat bomen meer verontreiniging uit de lucht verwijderen naarmate het aanbod (de concentratie) groter is. Aanplant van bomen dichtbij de bron van verontreiniging waar de concentraties het hoogst zijn, is dan ook effectiever

dan aanplant op grotere afstand. Dit pleit er vooral voor om goed na te denken over de mogelijkheden om het bestand aan laanbomen gericht uit te breiden vooral langs drukke straten en pleinen.

4. TOEPASSING VAN LUCHTZUIVEREND GROEN

Het maakt uit of groene maatregelen worden getroffen op het niveau van straat, wijk of stad. Hoge concentraties van fijn stof in een bepaalde straat zijn een optelsom van de landelijke achtergrond, een bijdrage van de gehele stad én een lokale bijdrage van die straat zelf. Voor elk schaalniveau varieert ook de effectiviteit van eventuele groene maatregelen om de concentraties te verlagen.
Bij toepassing van luchtzuiverend groen wordt over het algemeen een onderscheid gemaakt tussen regionale en lokale bescherming door groen (Tabel 1). Met regionale bescherming wordt bedoeld dat het doel vooral is om verontreiniging uit de lucht te filteren en daarmee een algemene verbetering van de luchtkwaliteit in de stad te bereiken. Lokale bescherming houdt in dat de lokale concentratie bij de bron zo veel mogelijk wordt verlaagd en/of dat gevoelige objecten zoals scholen en zorginstellingen specifiek worden beschermd.

Tabel 1. Typen toepassingen van luchtzuiverend groen.

Naast de luchtzuivering speelt bij lokale toepassing ook het effect van bomen op de plaatselijke windsnelheid en turbulentie een rol. Door demping van de windsnelheid kan de resulterende concentratie zeer lokaal voor en kort achter de groenstructuur toenemen. Dit wordt ook wel het 'groene tunnel' effect genoemd. Dit vaak ongewenste effect wordt voorkomen door gericht te letten op een goede luchtdoorlatendheid van de boomkruinen. Hiervoor wordt vaak de term optische porositeit gebruikt. Bij een porositeit van 50% en meer is de kans op het 'groene tunnel' effect afwezig. Dit kan worden bereikt door een selectie van de juiste boomsoorten met open kruinen of door gericht beheer.
Groene maatregelen op lokaal en regionaal niveau onderscheiden zich vooral door de wijze waarop planten in contact komen met vervuilde lucht Bij lokale maatregelen wordt ingezet op zuivering van de lucht die van opzij aanstroomt. Bij regionale toepassing verwijderen planten de verontreiniging uit de lucht wanneer deze om het groen heen waait.

De vraag op welke plek, op welke schaal en op welke manier we groene maatregelen moeten uitvoeren, is niet eenduidig te beantwoorden. Deze maatregelen zijn afhankelijk van de specifieke situatie en zeker op knelpunten zijn ontwerpen op maat noodzakelijk. Wel is uiterst belangrijk dat het beheer van de aanplant structureel is geregeld om ook voor de langere termijn de luchtzuiverende functie te waarborgen.

5. BOMEN EN LOKALE BESCHERMING BIJ KNELPUNTEN

Vanuit het luchtkwaliteitsbeleid in Nederland wordt vooral gekeken naar de effectiviteit van bomen om de concentraties op de knelpunten langs drukke straten en wegen te verlagen. Dit heeft alles te maken met het probleem van normoverschrijding waarbij normen voor luchtkwaliteit in concentraties zijn weergegeven. Op dit moment lopen twee grote onderzoeksprojecten langszij de A50 bij Vaassen en Valburg waar concentraties van verkeersgerelateerde verontreiniging op verschillende plaatsen achter bomenhagen worden gemeten [5]. Uit deze metingen moet over de precieze werking van groen meer bekend worden, Eerdere modelstudies wijzen erop dat een bomenrij maximaal 20% van de aangeboden hoeveelheid fijn stof uit de lucht kan filteren mits de porositeit van de kruinen voldoende groot is [6]. Notoire knelpunten in de stad zijn straten met druk verkeer die aan één of beide kanten zijn bebouwd. Goede verspreiding van luchtverontreiniging is hier vaak het probleem. Figuur 2 visualiseert de verschillende bronnen van fijn stof voor een straat met aan weerszijden bebouwing. Bovenop de landelijke achtergrond en de stedelijke bijdrage voegt het verkeer in de straat extra fijn stof toe dat voor een groot deel in de straatlucht aanwezig blijft. Zolang ds deeltjes van fijn stof niet verdwijnen door afvangst of anderszins, waaien neergeslagen deeltjes steeds weer op onder invloed van de turbulentie van het verkeer.

Afhankelijk van het type voertuig kunnen deeltjes tot een hoogte van wel 5 tot 7 meter worden opgewaaid. Deze opgewaaide deeltjes maken een belangrijk deel uit van de totale concentratie van fijn stof in de straat. Indien toepassing van luchtzuiverend groen in een knelpuntstraat wordt overwogen, moeten de ontwerpen altijd op de specifieke situatie van de straat worden toegesneden. Bestrijding van luchtverontreiniging dichtbij de weg werkt positief door op de luchtkwaliteit in de stad omdat planten meer opnemen naarmate er meer verontreiniging in de lucht zit. Kenmerkend voor groene toepassingen in straten is dat vervuilde lucht zijwaarts en in ideale situaties zelfs loodrecht op bomen en eventueel andere groenelementen aanstroomt. Zo veel mogelijk moet worden voorkomen dat groenelementen als windsingels gaan fungeren en leiden tot een extra verhoging van de concentraties als gevolg van het 'groene tunnel' effect. Voor fijn stof geldt nog als extra argument dat het door groen gefixeerde stof niet meer opwaait als gevolg van turbulentie van het verkeer. Hoe een structuur van luchtzuiverend groen in een knelpuntstraat er uit zou kunnen zien, wordt in Figuur 3 geschetst. Lucht met verontreiniging uit de omgeving van de straat (dit is de landelijke achtergrond plus de stedelijke bijdrage) wordt voorgezuiverd bij passage over dakgroen en de toppen van de boomkruinen voordat het bijdraagt aan de concentratie in de straat.

De uitlaatgassen van het verkeer in de straat zelf worden in eerste instantie opgevangen door enigszins luchtdoorlatende blokhagen van 0,6 tot 1 meter hoogte. Ook andere groenstructuren zijn hier mogelijk zoals klimplanten op metalen rasters. Vooral voor de vastlegging van opwaaiend fijn stof is deze structuur belangrijk. Vervolgens passeert de verkeersgerelateerde verontreiniging bomen die of lineair of in driehoeksverband zijn aangeplant, waarbij wordt gelet op de noodzakelijke porositeit. Boven de rijweg moet namelijk het 'groene tunnel' effect worden voorkomen. In de hoogte is het gewenst de verschillende bladlagen van bomen en hagen op elkaar te laten aansluiten.

6. DE 'SINK' FUNCTIE VAN BOMEN IN DE STAD

Vooral uit Amerikaans onderzoek is bekend dat bomen in de stad per jaar een paar honderd ton aan fijn stof opnemen [8]. Als gevolg hiervan becijferen ze dat stadsbeplanting miljoenen dollars waard is. Schattingen voor de West Midlands, een grootstedelijk gebied in Engeland, geven aan dat bij een verdubbeling van het aantal bomen 140 mensen per jaar minder overlijden, doordat meer bomen meer fijn stof opnemen [9], Deze zogenaamde 'sink' werking kan worden beschouwd als een meerwaarde van het stedelijk bomenbestand. Op basis van beschikbare gegevens van de gemeente Goirle, is recent een eerste versie van een model ontwikkeld om de 'sink' functie van bomen betreffende fijn stof voor Nederlandse gemeenten in kaartte kunnen brengen. De gemeente Goirle telt 9257 bomen. Van iedere boom zijn gegevens gedocumenteerd over onder andere exacte groeiplaats, stam dia meter, hoogte en soort. De gemiddelde concentratie van fijn stof is ook bekend, namelijk 27,5 microgram m-3. Baserend op wetenschappelijke literatuur is vervolgens een koppeling aangebracht tussen de blootstelling aan fijn stof en de boomeigenschappen, opdat voor iedere boom kan worden uitgerekend hoeveel fijn stof deze per jaar opneemt. De eerste resultaten zijn vermeld in Tabel 2.

In totaal verwijderen de bomen meer dan 1000 kilogram fijn stof per jaar. De gemiddelde hoeveelheid fijn stof die gedurende een jaar door één boom wordt verwijderd, is berekend op 115 gram. Gelet op de gemiddelde stamdiameter van circa 23 centimeter zijn de meeste bomen nog vrij jong. De verkregen resultaten zijn vergelijkbaar met die uit de wetenschappelijke literatuur. Zoals is te verwachten, is het resulterende effect op de concentratie zeer klein (0,1%) maar deze verlaging geldt wel de gehele gemeente.
Met behulp van deze gegevens kan worden berekend hoeveel fijn stof door bomen in een bepaald gebied wordt opgenomen.

Figuur 4 geeft een voorbeeld van de geografische verspreiding van de hoeveelheid fijn stof die door bomen op verschillende plaatsen in de gemeente uit de lucht wordt verwijderd.

Dit type informatie kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor situaties waarbij bomenmoeten wijken voor de herstructurering van wijken (adequate compensatie) en voor de ontwikkeling van nieuwbouwwijken. Ook geeft het richting aan het beheer van luchtzuiverend groen. Zo kan het boombeheer nagaan wat moet worden gedaan om in een bepaald gebied de 'sink' capaciteit van bomen te vergroten betreffende fijn stof.

7. POSITIEVE BIJDRAGE VAN BOMEN BETREFT NIET ALLEEN LUCHTZUIVERING

Naast effectieve verwijdering van verontreiniging kan groen ook indirect de luchtkwaliteit verbeteren (Tabel 3) door vermindering van de energiebehoefte van gebouwen met als gevolg minder emissie van de energiecentrales, en door demping van de temperatuur waardoor de vorming van ozon (zomersmog) wordt gereduceerd.

Verschillende boomsoorten emitteren veel vluchtige organische stoffen waardoor bij grootschalige aanplant de vorming van ozon juist kan worden bevorderd. Het cumulatieve effect van al deze factoren bepaalt het totale effect van stadsgroen op de luchtkwaliteit in onze steden.

8. TOT SLOT

Vanuit het luchtkwaliteitsbeleid wordt op dit moment vooral onderzoek uitgevoerd naar de effectiviteit van bomen om lokaal de concentraties op de knelpunten langs drukke straten en rijkswegen te verlagen. Voor de positieve bijdrage van bomen aan de algemene luchtkwaliteit in de stad is een benadering vanuit knelpunten alleen veel te beperkt. De ontwikkeling is al gaande om de luchtzuiverende functie van bomen meer te gaan benaderen vanuit de ruimtelijke planvorming en het gemeentelijk groenbeleid. Dit betekent dat instrumentarium moet worden ontwikkeld waarmee de verantwoordelijke instanties de positieve bijdrage van bomen aan de algemene luchtkwaliteit in de stad inzichtelijk kunnen maken en deze informatie kunnen gebruiken bij beleidsvoorbereiding en uitvoering. Voor ontwerp, aanplant en beheer van stadsbomen zijn projecten gaande om de aanwezige kennis uit het wetenschappelijke domein hanteerbaar te maken

9. LITERATUUR

[1] Gemeente Nijmegen, 2007. Publieksversie Rapport Luchtkwaliteit Nijmegen 2005, Gemeente Nijmegen, afdeling Milieu, 2007.
[2] Milieu- en Natuurplanbureau, 2005. Milieubalans 2005. Milieu- en Natuurplanbureau, Bilthoven, Nederland.
[3] Tonneijck, A.E.G., Kuypers, V.H.M., 2006. Stadsbomen voor een goede luchtkwaliteit. Bomennieuws (lente), 8-10.
[4] Hiemstra, J.A., Schoenmaker-van der Bijl, E., Tonneijck, A.E.G., 2008. Bomen: Een verademing voor de stad.
Uitgave van Plant Publicity Holland (PPH) en Vereniging van Hoveniers en Groenvoorzieners (VHG).
[5] Ziewww.ipluchtkwaliteit.nl
[6] Wesseling, J.P., Duyzer, J., Tonneijck, A.E.G., van Dijk, C.J., 2004. Effecten van groenelementen op N02 en PM10-concentraties in de buitenlucht, TNO-Rapport
R 2004/383, september 2004.
[7] Fred Tonneijck, Barry de Vries en Vincent Kuypers, 2008. Leidraad luchtzuiverend groen. Rapport gemeente Amsterdam, in druk.
[8] Nowak, D.J., 1995. Trees pollute? A "TREE" explains it all, Proceedings of the 7th National Urban Forest Conference, American Forests, Washington, DC, 1995, p. 28-30.
[9] Stewart, H., Hewitt, C.N., 2002. Lancaster University.
Zie www.es.lancs.ac.uk/people/cnh
http://www.tripleee.nl/publicaties/Stadsbomen_voor_een_goede_luchtkwaliteit.pdf