In 2021 zijn twee rekenmodellen ontwikkeld waarmee de mogelijke effecten van
warmtetransportleidingen op gewasgroei kunnen worden gekwantificeerd (Van Esch en Wesseling
2021a en bijlage B). De modellen zijn gevalideerd met metingen rond de leiding over Noord in
Vlaardingen (Van Esch en Wesseling 2021b). De periode waarin deze metingen zijn uitgevoerd was
echter slechts twee maanden, het vegetatietype was gras.
Om de modellen geschikt te maken voor een breder toepassingsgebied moet de wetenschappelijke
basis van de modellen worden vergroot en de kwaliteit worden geborgd. In dit voorstel worden een
aantal stappen beschreven waarmee dat doel kan worden bereikt.
Voor de voorspelling van de reactie van het bodemleven op de bodemtemperatuur- en
vochtgehalteveranderingen bestaat nog geen model. In dit samenwerkingsproject worden de processen
in de ondergrond die het bodemleven en de gewasgroei beïnvloeden onderzocht. De effecten worden
gemeten in twee praktijksituaties over meerdere seizoenen.
Het doel van het project wordt vanuit de gebruikers, de wetenschap en bv Nederland geformuleerd.
Het doel vanuit de gebruikers is het kwantificeren van de invloed van de warmte- en
waterstofleidingen op de bodem en het gewas. Dit als onderbouwing van vergunningaanvragen
(MER) die door provincies worden beoordeeld. EZK stelt regelgeving voor de maximale
leidingtemperatuur en waarin voorwaarden worden gesteld om daarvan af te mogen wijken. De
voortgang van het project wordt met EZK gedeeld.
Het doel vanuit de wetenschap is meer inzicht te krijgen in de veranderingen van diverse fysische
processen, gewasprocessen en de ontwikkeling van het bodemleven door antropogene
warmtebronnen in de bodem.
Het doel voor de BV Nederland is meer inzicht te krijgen in de gewasontwikkeling bij een stijging
van de bodemtemperatuur die ook optreedt als gevolg van klimaatveranderingen. De resultaten
worden gedeeld met klimaatonderzoekers van de WUR en gecommuniceerd met de agrarische
sector.

Het project draagt bij aan KIA-LWV Missie 3 ‘Gebiedsinrichting en water’, innovatieprogramma 3B ‘Toekomstbestendige inrichting bebouwd gebied’, waarvan het einddoel voor 2050 is geformuleerd als: groen-grijs-blauwe maatregelen in private en publieke ruimte dragen bij aan biodiversiteit, vasthouden van (hemel)water en verminderen van hittestress, grondwater is beheerst op een optimaal niveau, zettingen en bodemdaling zijn minimaal en ondergrondse kritieke netwerken zijn robuust en duurzaam.
Voor deelprogramma 2 van dit innovatieprogramma ’ondergrondse leidingnetwerken’ is tot doel gesteld dat: ondergrondse leidingnetwerken voor drinkwater, hemelwater en afvalwater duurzaam en robuust zijn ingericht, rekening houdend met andere ondergrondse netwerken, klimaatverandering, de energietransitie en de woningbouwopgave.
Dit samenwerkingsproject richt zich op ondergrondse leidingen waarmee duurzame energiedragers kunnen worden getransporteerd. De leidingen worden aangelegd om de energietransitie mogelijk te maken. Het project levert de onderbouwing van de invloed van de leidingen op de bodem en het gewas voor vergunningaanvragen (MER). Daarnaast levert het project meer kennis over de ontwikkeling van gewassen bij een temperatuurtoename in de bodem door klimaatveranderingen. Dit sluit aan bij de doelstelling van deelprogramma 2.

Werkpakket 1: Bodemtemperatuurmodel
In dit werkpakket wordt het DgFlow model uitgebreid met een beschrijving van de verdamping vanuit de wortelzone. De mate van verdamping wordt gereduceerd als het zuurstofgehalte in de wortelzone kleiner is dan een ondergrenswaarde of als de zuigspanning groter is dan een bovengrenswaarde. Voor het bepalen van de effectieve verdamping wordt het model van Feddes geïmplementeerd. In een literatuuronderzoek wordt processen als vernatten en verdrogen van grond in de wortelzone nader onderzocht.
Voor een aantal gewassen (gras, suikerbiet, aardappel en graan) worden de volgende gemiddelde parameters uit het literatuuronderzoek vastgesteld: gewashoogte (cm), gewasweerstand (s/m), reflectie coëfficiënt (-) afmeting wortelzone (cm) en zuigspanningshoogte (m) behorend bij het Feddes model. De parameters worden opgenomen in de modelkoppeling met het gewasgroeimodel waardoor geborgd wordt dat beide modellen met dezelfde uitgangspunten werken. Onderzocht wordt hoe deze parameters per groeistadium door WoFost aangeleverd kunnen worden. De zuigspanningen en bodemtemperaturen die met het grondwatermodel zijn uitgerekend gebruikt als invoer voor de (gekoppelde) gewasberekeningen.

Werkpakket 2: Gewasgroeimodel
Het literatuuronderzoek van dit werkpakket richt zich op de processen die spelen bij een verandering van de bodem- en luchttemperatuur op de plantontwikkeling. Het resultaat is een overzicht van de meest bepalende processen en het temperatuurregime waarin deze spelen. Daarnaast wordt gekeken naar interactie met de vochtsituatie en de beschikbaarheid van voedingsstoffen. Het onderzoek heeft in eerste instantie betrekking op landbouwgewassen.
De functies die in het aangepaste WoFost model (Wesseling 2021b) zijn toegevoegd, en de invloed van de bodemtemperatuur op de gewasgroei beschrijven, worden getoetst aan de resultaten van het literatuuronderzoek. De functies worden vervolgens in het oorspronkelijke WoFost model opgenomen. Deze versie van WoFost wordt geschikt gemaakt voor een koppeling met het bodemtemperatuurmodel.

Werkpakket 3: Model validatie
Validatie van de gekoppelde modellen vindt plaats op basis van temperatuur- en vochtgehaltemetingen en metingen van de gewasontwikkeling rond een bestaande warmteleiding en een bestaande waterstofleiding gedurende een periode van twee jaar. Gezocht wordt naar twee meetlocaties met verschillende gewassen waarbij de leiding al een aantal jaren in bedrijf is. In dat geval is de bodemtemperatuur in een dynamisch evenwicht en zijn grondverstoringen door de aanleg gereduceerd.

De gewasontwikkeling wordt vastgesteld met zes visuele beoordelingen van beide meetlocaties. Met drone metingen, die eveneens drie maal per jaar worden uitgevoerd, wordt een groter gebied onderzocht en wordt de afhankelijkheid van verschillende gewastypen bepaald. Met de drone metingen worden eveneens oppervlakkige bodemtemperaturen vastgesteld. In bijlage C worden de metingen gedetailleerder beschreven.

Werkpakket 4: Bodemleven onderzoek
Om de kennislacune ten aanzien van het bodemleven te dichten, wordt de biodiversiteit van de bodem op beide locaties onderzocht. Dit gebeurt direct boven de leidingen en op verschillende afstanden van de leidingen, met als doel een temperatuurgradiënt van 0 – 5°C boven de omgevingstemperatuur van de bodem te bestrijken. De focus van dit onderzoek ligt op de bovengrond in het gebied van de plantenwortels, het biologisch meest actieve deel van de bodem. Met behulp van gevestigde en geavanceerde methoden, zoals PLFA- en DNA-analyses, wordt de hoeveelheid en diversiteit van bodemmicro-organismen en micro-arthropoden op de geselecteerde locaties vastgesteld (Bloem et al., 2006b; Kooijman et al., 2020; Garland et al., 2021; Bloem et al., 2022a,b; Deru et al., 2022; Bossolani et al. 2023). Het bemonsteren is bij voorkeur gepland tijdens het koude seizoen, om de vermoedelijk grootste invloed op de bodemorganismen vast te leggen en variaties door verschillende bodembeheerpraktijken te minimaliseren. De metingen worden uitgevoerd op twee verschillende locaties, met verschillende bodem- en gewastypen, om te bepalen of de invloed van de leidingen op het bodemleven afhankelijk is van de specifieke context. De bemonstering wordt op twee tijdstippen herhaald om rekening te houden met variatie in omgevingsinvloeden.
Met de geplande aanpak wordt voor het eerst ervaring opgedaan met het meten van de effecten van warmteleidingen en waterstofnetwerken op het bodemleven, specifiek met betrekking tot de sterkte en reikwijdte van deze effecten. Daarnaast biedt het gelijktijdig beoordelen van de ontwikkeling van planten en het bodemleven de kans om hun onderlinge invloeden langs de temperatuurgradiënten beter te begrijpen.

Werkpakket 5: Klimaatscenario’s
Het bodemtemperatuurmodel en het gewasgroeimodel worden gebruikt om de gewasopbrengsten te berekenen voor een aantal klimaatscenario’s. Eerst worden de klimaateffecten op de bodemprofielen van de twee meetlocaties doorgerekend. Daarna worden de klimaateffecten berekend voor een set representatieve bodemprofielen met verschillende grondwaterstanden en vegetatietypen.

Met de reeds ontwikkelde modellen DgFlow (bodemtemperatuurmodel) en een aangepaste versie van het programma WoFost (gewasgroei model) is de invloed van de warmtetransportleiding WarmtelinQ op de gewasopbrengsten bepaald (Van Esch en Wesseling 2021b, 2023a, 2023b) en (Van Esch en De Wilde 2021c, 2021d). Met deze leiding wordt restwarmte uit het Rotterdams havengebied naar delen van de provincie Zuid Holland getransporteerd.
De rekenmodellen zijn daarna gebruikt voor het kwantificeren van de gewasopbrengsten bij het transport van waterstofgas door een nieuw aan te leggen leiding HyNetwork (Van Esch en Wesseling 2023c) en de opslag van waterstofgas in zoutcavernes HyStock (Van Esch en Wesseling 2024).
In dit samenwerkingsproject worden de modellen uitgebreid en wordt de modelkoppeling verbeterd. De modellen worden gevalideerd met twee veldproeven. Door de samenwerking tussen Deltares en het WENR instituut wordt de wetenschappelijke basis van de modellen vergroot.
De invloed van een temperatuurtoename op het bodemleven wordt onderzocht met nog niet eerder uitgevoerde veld- en laboratoriummetingen (DNA). Het onderzoek levert kennis van de relatie tussen bodemtemperatuur en groei en ontwikkeling van het bodemleven die tot op heden niet aanwezig is.
Het onderzoek is maatschappelijke relevant omdat de bodemtemperatuur de komende jaren door klimaatverandering gaat stijgen (Boogaard et al., 1998) en (Bakema et al., 2022). Welke gevolgen dit heeft voor gewasopbrengsten en bodemleven is onduidelijk omdat meetdata en modellen hier nog niet op toegerust zijn. Onderzoek naar bodemtemperaturen en gewasopbrengsten rond warmteleidingen levert deze gegevens en ondersteunt de modelontwikkeling waarmee klimaatadaptatie strategieën kunnen worden opgesteld.

Product
Waaruit bestaat de valorisatie?
Wanneer succesvol?
Wie is/zijn verantwoordelijk

Onderzoeksrapport 1
Wetenschappelijke modelbeschrijving, proefbeschrijvingen, model validatie
Beschikbaar op website
Deltares / WENR

Wetenschappelijke publicatie 1
Samenvatting onderzoeksrapport 1
Gepubliceerd
Deltares / WENR

Onderzoeksrapport 2
Resultaten bodemleven onderzoek
Beschikbaar op website
WENR / Deltares

Wetenschappelijke publicatie 2
Samenvatting onderzoeksrapport 2
Gepubliceerd
WENR / Deltares

De resultaten worden gedeeld met het ministerie van Economische Zaken en Klimaat (EZK) die verantwoordelijk is voor het opstellen van regelgeving rond het transport van waterstofgas door leidingen. De effecten van de opwarming van de grond door de warmtetransportleidingen worden doorvertaald naar klimaatscenario’s. De resultaten worden in een workshop gepresenteerd aan diverse landbouworganisaties. Voor de eindpresentatie worden naast vertegenwoordigers van WarmtelinQ, Hynetworks en Gasunie ook andere belanghebbende organisaties als EZK, Energie Nederland, gemeenten en provincies uitgenodigd. De resultaten van het onderzoek worden verder gedeeld met via een internet pagina.

Product
Bij wie ligt IP?
Hoe is toegankelijkheid geregeld?

Bodemtemperatuurmodel
Deltares
Rekencode met GNU general public licence via website beschikbaar

Gewasgroeimodel
WENR
Rekencode met GNU general public licence via website beschikbaar

Modelbeschrijving
Publiek
Website

Onderzoeksrapport
Publiek
Website

Het consortium zal z.s.m. een samenwerkingsovereenkomst sluiten. Het project wordt niet aan RvO voorgelegd / of wordt gestart zonder een dergelijke overeenkomst.
De samenwerkingsovereenkomst volgt na honorering door de TKO DT beoordelingscommissie