Vertical farming verspreidt zich over Europa en er wordt onderzoek gedaan naar allerlei nieuwe gewassoorten. Maar er zijn nog uitdagingen die overwonnen moeten worden.
Lege kantoorpanden, waar gewassen gestapeld op elkaar kunnen groeien, laag na laag. Of in een container bij u in de buurt, vertical farming biedt vele mogelijkheden. Je kunt gewassen verbouwen waar je maar wilt. Je hebt er geen velden voor nodig. De teelt is duurzaam, efficiënt en volledig gecontroleerd. Je hebt geen bestrijdingsmiddelen nodig, er is geen uitstoot van nutriënten en het waterverbruik ligt slechts tussen de 2 en 4 liter per kilo groente. Er is nog een groot probleem: energieverbruik. Daar werken we nog steeds hard aan.
Vertical farming is in heel Europa in opkomst. Het is met name geschikt voor het telen van gewassen in stedelijke gebieden waar ruimte schaars is. Het kan zelfs voedselzekerheid garanderen in landen die minder aangepast zijn aan conventionele landbouw. Maar hoewel de eerste oogsten in sommige landen al te koop zijn, zal het zeker nog jaren duren voordat producten van vertical farms massaal in de schappen van de supermarkten liggen.
Veranderend dieet en verhoogde vraag
Samen met kweekvlees wordt verticale landbouw vaak gepresenteerd als de belangrijkste oplossing om toekomstige voedselcrises te bestrijden. Maar waarom hebben we eigenlijk verticale boerderijen nodig? Waarom blijven we het niet gewoon op de ouderwetse manier doen, zoals we de afgelopen 10,000 jaar hebben gedaan?
De vraag naar voedsel neemt elk jaar toe. Volgens de Verenigde Naties zal de wereldbevolking groeien tot 9.7 miljard mensen in 2050. Al deze mensen hebben voedsel nodig. Maar het op traditionele wijze telen van gewassen wordt een steeds groter probleem. Door klimaatverandering veranderen de teeltomstandigheden waardoor je sommige gewassen niet meer kunt telen waar je dat vroeger wel kon. Extreme weersomstandigheden en zware stormen vernietigen elk jaar meer gewassen. En op sommige plekken is de bodem minder voedzaam dan vroeger.
Behalve dat we moeten voldoen aan de toekomstige vraag naar vers voedsel, zijn onze eetgewoonten ook heel anders dan een eeuw geleden. “We eten niet meer seizoensgebonden. In de winter eten we salades en bessen die we importeren", zegt CEO Anders Riemann van Nordic Harvest, Europa's grootste hydrocultuurkwekerij.
Telers in een vertical farm dragen beschermende kleding om te voorkomen dat ongewenste bacteriën het bedrijf binnendringen. Zo kunnen ze het gebruik van bestrijdingsmiddelen vermijden.
Zomeroogst uit het Noordpoolgebied
Verticale boerderijen kunnen bijna overal worden gebouwd. Dat betekent dat je geen kiwi's meer uit Nieuw-Zeeland hoeft te importeren, maar dat je ze op zo'n boerderij in je eigen regio kunt telen. Hierdoor wordt een grote hoeveelheid CO2 uitgestoten.
Hoe werkt het?
“Volledige controle is voor mij het grote voordeel van vertical farming. We kunnen het proces echt optimaliseren en weten precies hoeveel we willen telen en van welke kwaliteit”, zegt Leo Marcelis, hoogleraar Tuinbouw en Productfysiologie aan Wageningen University & Research.
Van watervoorziening tot daglicht, temperatuur en toegang tot mineralen en bacteriën. Vertical farming vindt plaats onder uiterst gecontroleerde omstandigheden. Gewassen worden binnenshuis geteeld, met LED-verlichting in plaats van zonlicht. LED-lampen zijn klein, duurzaam, kostenbesparend en geven geen warmte af. Als de zon aan het eind van de dag ondergaat, kunnen deze lampen zo lang branden als nodig is.
De boer kan het dag- en nachtritme van de plant manipuleren om de groeiopbrengst te optimaliseren. Overdag vormen planten zetmeel in de bladeren, dat wordt afgebroken tot suiker en 's nachts naar de rest van de plant wordt getransporteerd. Sommige planten hebben meer dan 12 uur licht per dag nodig om te groeien, andere minder. Verticale landbouw zorgt ervoor dat elk type plant de hoeveelheid daglicht krijgt die het nodig heeft om optimaal te groeien.
Groei met verschillende kleuren licht
De kleuren van deze lampen zijn bijzonder belangrijk om de groeiopbrengst te optimaliseren. Onderzoekers hebben zich vooral gericht op het effect van rood, blauw en groen licht op de plantengroei. Rood licht is zeer efficiënt voor fotosynthese, maar planten hebben ook wat blauw licht nodig, wat vooral handig is voor de chlorofylproductie. Onderzoekers probeerden enige tijd het gebruik van groen licht te verminderen, in de overtuiging dat het niet bijdroeg aan fotosynthese.
Een studie uit 2016 van de Utah State University laat echter zien dat groen licht de fotosynthese naar lagere bladeren efficiënter kan sturen dan rood of blauw licht. De boer kan verschillende kleurencombinaties gebruiken om verschillende eigenschappen te benadrukken. Met de juiste combinatie kan de boer planten kweken die veel voedzamer zijn dan conventionele landbouw. Dit kan handig zijn aangezien de meeste planten de afgelopen decennia minder voedzaam zijn geworden. Een andere combinatie kan worden gebruikt om de groeisnelheid te verhogen, zodat er meer voedsel tegelijk kan worden geproduceerd. Vanuit economisch oogpunt zou dat wenselijk kunnen zijn, aangezien vertical farming kostenintensief blijft.
Maar er zijn meer redenen waarom deze methode zo populair is. Verticale landbouw vereist geen pesticiden. Telers kunnen precies de hoeveelheid gewassen telen die ze willen, binnen een bepaald tijdsbestek en van een door henzelf gekozen kwaliteit. Weer- of seizoensomstandigheden hebben geen invloed meer op de productie. Op een kleinere oppervlakte kan meer voedsel worden verbouwd.
Landbouw zonder akkers
Verticale landbouw komt tegenwoordig voornamelijk voor in twee vormen: hydrocultuur en aeroponic. Beide technieken zijn volgens Leo Marcelis uitstekende alternatieven. Bij hydrocultuur groeien planten op planken met hun wortels in met voedingsstoffen gevuld water in plaats van in aarde. Het wordt beschouwd als de gemakkelijkste van de twee belangrijkste systemen.
Nordic Harvest heeft een proefboerderij in de buurt van Kopenhagen waar verschillende soorten salades, boerenkool en spinazie worden verbouwd. De boerderij wordt omringd door andere industriële complexen. Het is een gebouw ter grootte van een voetbalveld. In 2023 wil het bedrijf uitbreiden met een boerderij in Oslo, gevolgd door boerderijen in Scandinavië en Finland.
Volgens Riemann is de huidige productiecapaciteit van Nordic Harvest al merkbaar: "We produceren jaarlijks ongeveer 1000 ton groenten. De Deense markt bestaat uit zo'n 20,000 ton per jaar. 6,000 ton wordt conventioneel geteeld en de rest wordt geïmporteerd." De groenten zijn bladgroenten. Naarmate verticale landbouw zich uitbreidt, zal het een groter percentage van de voedselproductie uitmaken. Andere bedrijven die gewassen verbouwen in verticale boerderijen zijn Jones Food Company in Groot-Brittannië, Hydropousse in Frankrijk en Robbes Lilla Trädgård in Finland.
Aeroponisch geteelde gewassen hebben hun wortels in de lucht. India Langley, onderzoeker op het gebied van voedselsystemen en PR-leider bij LettUs Grow, leverancier van technologie voor binnenlandbouw, legt uit hoe het werkt. “Je hebt een serie nozzles met hele kleine gaatjes waarmee je de voedingsoplossing vernevelt. Die oplossing wordt aangebracht op de wortels van de vrijhangende gewassen.”
Aeroponics is ontwikkeld in de jaren negentig toen NASA op zoek was naar manieren om planten in de ruimte te laten groeien. Volgens het Amerikaanse National Center for Appropriate Technology is aeroponics "verreweg het meest efficiënte plantenveredelingssysteem voor verticale boerderijen".
In een aeroponic systeem hebben de wortels gemakkelijk toegang tot zuurstof. De groeisnelheid van de plant is tot tweemaal die van een hydrocultuursysteem, waarbij de plant opgeloste zuurstof in het water zou opnemen. Vanwege de complexiteit wordt het nog steeds niet zo vaak gebruikt als hydrocultuur. De spuitmonden die bij de productie worden gebruikt, kunnen gemakkelijk verstopt raken of breken. Maar LettUs Grow heeft een oplossing voor het probleem gevonden.
“We hebben de sproeiers volledig verwijderd. De mist wordt gegenereerd op een volledig vlak oppervlak, dus er is niets dat kan verstoppen of breken. We denken dat we met deze eenvoudige oplossing aeroponics naar een veel grotere schaal kunnen brengen", zegt Langley.
LettUs Grow produceert teeltsystemen die in een zeecontainer passen. Deze containers zijn verrijdbaar en kunnen overal geplaatst worden waar plaats is.
Samen vissen en planten kweken
Hoewel hydrocultuur en aeroponics twee belangrijke technieken zijn in verticale landbouw, zijn ze niet de enige. Er worden ook andere technieken gebruikt. In Europa maken verschillende bedrijven gebruik van de kweekmethode aquaponic. Net als bij hydrocultuur worden aquaponic planten gekweekt met hun wortels in het water. Alleen die wortels hangen in een bak waar ook vissen in zwemmen. Deze vissen produceren zeer voedzame afvalstoffen die de planten weer kunnen gebruiken.
De planten nemen de voedingsstoffen op en reinigen zo ook het water voor de vissen. Volgens Marcelis zal aquaponics in de toekomst nog maar een klein deel uitmaken van de verticale landbouwmarkt. “Het mooie is dat je afval van de vissen gebruikt als voeding voor de planten. Maar wees voorzichtig en zorg ervoor dat je het plantsysteem optimaal houdt”, zegt hij over de techniek.
Nieuwe soorten groenten
Zowel Nordic Harvest als LettUs Grow begonnen eerst te experimenteren met het kweken van bladgroenten voordat ze overstapten op kruiden en microgroenten. Daarna volgen tomaten en aardbeien. Volgens Langley volgen meerdere verticale boerderijen dezelfde ontwikkelingsfasen. Om goede redenen. Het zijn delicate, hoogwaardige gewassen die veel worden gebruikt en de productiekosten kunnen dekken. Ze groeien ook snel en zijn klein van formaat, wat betekent dat er veel planten tegelijk kunnen worden gekweekt.
Naarmate de productie opschaalt, wordt het mogelijk om een grotere verscheidenheid aan gewassen te telen. Marcelis denkt dat we over een paar jaar misschien wel nieuwe rassen kunnen kopen die speciaal zijn ontwikkeld voor de verticale teelt. Maar het ontwikkelen van nieuwe gewasrecepten is geen sinecure. Het duurt 5-10 jaar om een nieuwe plantsoort te laten groeien die geschikt is voor deze teeltwijze.
Een ideale plant is klein met een kort wortelgestel, groeit snel, is makkelijk te oogsten en heeft een hoge opbrengst. Naast de groeikwaliteiten moet ook het 'plantenrecept' zorgvuldig worden samengesteld. “De grootste uitdaging is het bijhouden van elke variabele die invloed heeft op de plant. Je hebt de juiste voedingsstoffen nodig en je moet ervoor zorgen dat de plant tijdens de groei continu toegang heeft tot de voedingsstoffen”, zegt Riemann.
Relatief duur
Maar hoewel in theorie elk gewas verticaal kan worden geteeld, zal dit in de nabije toekomst niet gebeuren. Bulkgewassen zoals tarwe en maïs kunnen met reguliere methoden veel goedkoper worden verbouwd. “Ik denk dat vertical farming momenteel vooral geschikt is voor verse producten. Technisch gezien kunnen we elk gewas verbouwen, inclusief tarwe. Maar vertical farming is ook relatief duur. Ik denk dat het telen van dat soort bulkproducten met een relatief lage waarde op dit moment niet realistisch is. Ook nu stijgen de tarweprijzen door de oorlog in Oekraïne”, zegt Marcelis.
Toch kan het in plaatsen als Singapore en landen als de Verenigde Arabische Emiraten, waar ongeveer 90 procent van al het voedsel wordt geïmporteerd, lonend zijn om op deze manier laagwaardige bulkproducten te verbouwen. In Europa daarentegen is verticale tarweteelt op de lange termijn misschien een optie, maar zeker niet in de komende vijf jaar.
Hoog energieverbruik
Hoewel de toekomst er rooskleurig uitziet voor vertical farming, is er één groot probleem. Het kost veel energie en is daarom erg duur. Het exacte energieverbruik varieert van boerderij tot boerderij, van systeem tot systeem en is afhankelijk van locatie, seizoen en gewas. Zo verbruikt een bedrijf in Griekenland in de winter 2.87 kWh energie om één kilo sla te produceren, maar in de zomer slechts 1.73 kWh. Het Finse iFarm berekende dat 90 dagen sla telen 62.26 kWh per m2 kost. Voor aardbeien is dat 117.10 kWh per m2.
Het extra energieverbruik ten opzichte van reguliere methodes ligt tussen de 14 en 251 procent, afhankelijk van waar de kas en de vertical farm staan.
Wageningen University & Research en de Technische Universiteit Delft hebben een studie uitgevoerd waarin ze kassen en vertical farms, in het onderzoek aangeduid als plantenfabrieken, met elkaar vergeleken. Het betrof kassen en vertical farms in respectievelijk Nederland, de Verenigde Arabische Emiraten en Zweden. Voor laatstgenoemd land zijn zowel kassen met als zonder kunstlicht in de vergelijking meegenomen.
“Voor de productie van één kilo drooggewichtsla is in een plantenfabriek een input nodig van 247 kWhe tegenover 70, 111, 182 en 211 kWhe in kassen in respectievelijk Nederland, de Verenigde Arabische Emiraten en Zweden (met en zonder extra kunstmest). verlichting)”, zeggen de wetenschappers in het onderzoek.
In barre klimaten wordt het verschil in energieverbruik tussen de twee teeltmethoden kleiner. Verticale boerderijen zijn misschien wel de meest energie-efficiënte keuze in sommige extreme klimaten. Maar zelfs in het arctische noorden van Zweden en in de woestijnomstandigheden van de VAE kunnen kassen nog steeds de meest kosteneffectieve manier van telen zijn.
Optimaliseer
Verticale boerderijen kunnen het probleem van een hoog elektriciteitsverbruik tot op zekere hoogte oplossen door de productie te optimaliseren. Door de ledverlichting en de kleur optimaal af te stemmen, kunt u zowel de teeltduur als de gewaskwaliteit beïnvloeden. De productiekosten van de boerderij kunnen ook worden verlaagd naarmate de boerderij meer geautomatiseerd wordt. Robots die 24/7 aan het werk zijn om voedingsstoffen op het juiste moment toe te dienen, de groeiopbrengst te bewaken en te oogsten wanneer de plant volwassen is, kunnen een dure initiële investering zijn.
Maar na verloop van tijd maken de robots de kosten goed door hun continue werk. Ondanks de grote vraag naar energie en het momenteel beperkte aanbod van gewassen die goedkoop genoeg zijn om te telen, wint vertical farming aan populariteit. Al duurt het nog wel even voordat je ook je aardbeien uit de kweekbak bij jou in de buurt haalt.
Een bron: https://innovationorigins.com