Voor nauwkeurige metingen van zuurstof is veel randapparatuur nodig. Ingrid Luijkx ontwierp dit apparaat zelf en gebruikte het onder meer voor metingen in de Finse bossen. Eigen foto Ingrid Luijkx meet heel nauwkeurig het zuurstofgehalte in de lucht. Dat signaal verklapt hoeveel van het uitgestoten CO2 achterblijft in de atmosfeer.
De hoeveelheid CO2 in de atmosfeer stijgt gestaag. Het afgelopen jaar was de stijging abnormaal hoog. Mogelijk doordat de bossen minder CO2 uit de lucht halen, denken wetenschappers. Universitair hoofddocent bij Meteorologie en Luchtkwaliteit Ingrid Luijkx probeert met haar onderzoek daar meer zekerheid over te krijgen. Zij gebruikt het zuurstofgehalte in de lucht om uitstoot en opname van CO2 beter in kaart te brengen.
De uitstoot van fossiele brandstoffen zorgt voor een voortdurende toename van de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer. Ongeveer de helft van die uitstoot blijft in de lucht achter. De andere helft wordt, ruwweg in gelijke mate, weer opgenomen door de oceanen en de bossen. ‘Maar dat kan best fluctueren, afhankelijk van de omstandigheden’, zegt Luijkx. ‘In een heel droog jaar neemt bos minder CO2 op. En als de oceanen opwarmen, nemen ze ook minder op. Als je wilt weten hoe het CO2-gehalte in de atmosfeer gaat veranderen door klimaatverandering, en daar voorspellingen over wilt doen, moet je de bijdragen van de onderliggende processen ontrafelen.’
Vingerafdruk
De extra informatie die daarvoor nodig is, wordt geleverd door zuurstof. Luijkx: ‘Met zuurstofmetingen kun je fossiele verbranding en opname door de biosfeer van elkaar onderscheiden.’ Zuurstof speelt die sleutelrol, doordat het bij zowel verbranding (CO2-vorming) als fotosynthese (CO2-vastlegging) betrokken is. Zuurstof levert daarmee volgens Luijkx een soort vingerafdruk van het CO2-gehalte in de atmosfeer.
Maar daarvoor moet je dus wel heel nauwkeurig kleine veranderingen in het zuurstofgehalte in de lucht kunnen meten. En dat is niet eenvoudig. Zuurstof komt namelijk uitbundig voor in de lucht. Liefst 21 procent van de lucht bestaat eruit. Meet in die enorme zuurstofzee maar eens een paar deeltjes extra. Toch is dat precies wat Luijkx doet, met een apparaat dat zijzelf, in Groningen tijdens haar promotieonderzoek vijftien jaar geleden, heeft ontwikkeld. Ze was de eerste in Nederland die dit soort metingen deed.
Lood
Luijkx studeerde natuurkunde in Groningen. ‘Ik combineerde technische natuurkunde met omgevingsfysica en richtte me op milieuvraagstukken. Zo ben ik in het atmosferische onderzoek terechtgekomen.’ Voor haar PhD onderzocht ze de uitwisseling van kooldioxide en zuurstof boven de Noordzee. De zuurstofmeter die ze daarvoor bouwde is in de kern eenvoudig, legt ze uit. ‘Het is een brandstofcel, waarin een stroompje wordt opgewekt als je er lucht door laat stromen. Het gaat om de reactie van zuurstof met lood. Eigenlijk hetzelfde proces dat in een batterij stroom levert. Hoe meer zuurstof er in de lucht zit, hoe sterker de stroom.’
Eigenlijk was corona een soort experiment in het echt
Zo’n zuurstofmeter kun je overigens gewoon kopen. Maar voor de nauwkeurigheid die nodig is om atmosferische signalen te meten, is veel randapparatuur nodig. Luijkx ontwikkelde het concept en zette het prototype in elkaar. De flight case, zoals het apparaat heet, heeft de afmetingen van een flinke diepvries. De naam verwijst naar de aluminium behuizing die lijkt op de vrachtkisten in vliegtuigen. Inmiddels zijn er twee nieuwere versies in gebruik. Eentje meet op de KNMI-meetmast bij Cabauw in Utrecht. De andere staat in Groningen.
Corona
Na haar promotie verkaste Luijkx als postdoc voor twee jaar naar Zwitserland, om zuurstof te meten op de gletsjer Jungfraujoch op 3500 meter hoogte in de buurt van Interlaken. Daarna kwam Wageningen in beeld. Hier kreeg ze de kans om zich te bekwamen in het modelleren van atmosferische processen. ‘Het is interessant om metingen te doen op één plek, maar dat zegt niet zoveel over het klimaatprobleem en het grotere plaatje van CO2 op wereldschaal.’ Met dat grotere plaatje is ze sindsdien bezig. En dat is niet onopgemerkt gebleven. Ze sleepte er een Veni- en een Vidi-beurs en Europese gelden mee binnen.
Dat de methode resultaat oplevert bleek in 2022. Samen met Britse collega’s toonde Luijkx aan dat tijdens corona in Engeland bijna een kwart minder CO2 werd uitgestoten. ‘Alleen aan het CO2-signaal kun je die afname niet aflezen. Dat signaal is namelijk heel erg afhankelijk van de hoeveelheid CO2 die door de biosfeer wordt opgenomen. De berekende afname op basis van het energiegebruik was 17 procent. Wij kwamen op basis van zuurstofmetingen uit op 23 procent. Dat zit dus aardig in de buurt. Eigenlijk was corona een soort experiment in het echt.’
Voor haar Veni-project stelde Luijkx haar appratuur op in de bossen van Hyytiälä in Finland. Metingen op verschillende hoogtes boven het bos moeten licht werpen op de nettobalans van de CO2-opname door bossen. ‘Die balans bestaat uit twee processen: fotosynthese (opname van CO2 door planten, red.) en respiratie (uitstoot door vegetatie en bodem, red.). Maar daarnaast spelen ook atmosferische processen die de concentraties beïnvloeden. Die processen moet je goed uit elkaar halen om metingen goed te kunnen interpreteren. Kim Faassen promoveert op 8 juli op de ontwikkeling van een fundamenteel framework daarvoor, gebaseerd op die metingen.’
Met geld uit het EU-project CORS en de Vidi worden sinds september op de zendmast Cabauw bij Utrecht zuurstofmetingen uitgevoerd. ‘En dit jaar hoop ik ook zo’n meetsysteem in De Zweth bij Rotterdam op te zetten. Zo bouwen we in Nederland een mooie tijdserie op.’
Dubbel doel
De zuurstofmetingen van Ingrid Luijkx worden sinds kort ook op bladniveau toegepast. Daartoe werkt ze samen met onderzoekers van Plant Sciences. De uitwisseling van kooldioxide en zuurstof onder diverse omstandigheden werpt licht op hoe fotosynthese en respiratie afhangen van bijvoorbeeld de temperatuur of de hoeveelheid licht. ‘Het is grappig hoe je met hetzelfde apparaat meet voor heel andere doelstellingen’, zegt Luijkx. ‘Wij willen iets over de atmosfeer leren, zij willen de fotosynthesemodellen verbeteren. Het is mooi dat je in Wageningen dit soort samenwerkingen zo makkelijk kunt starten.’
