Leegstaande kantoorgebouwen, waar laag na laag aan boven elkaar gestapeld gewassen kunnen groeien. Of in een container bij jou in de wijk, verticale landbouw biedt veel mogelijkheden. Het verbouwen van gewassen kan waar je maar wil. Je hebt er namelijk geen akkers voor nodig. De teelt is duurzaam, efficiënt en volledig gecontroleerd. Je hebt geen pesticiden nodig, er is geen emissie van voedingsstoffen en het waterverbruik is slechts tussen de 2 en 4 liter per kilo groente. Er is nog wel een groot probleem: het energieverbruik. Daar wordt nog hard aan gewerkt.
Verticale landbouw is overal in Europa in opkomst. Het is bijzonder geschikt voor het verbouwen van gewassen in stedelijke gebieden waar ruimte schaars is. Het kan zelfs voedselzekerheid garanderen in landen die minder zijn ingesteld op conventionele landbouw. Maar hoewel de eerste gewassen in sommige landen al te koop zijn, duurt het zeker nog enkele jaren voordat producten van verticale landbouwbedrijven massaal in de schappen van de supermarkt liggen.
Binnenteelt waarbij de gewassen verticaal worden geteeld.
Hydrocultuur of hydroponie: Planten worden gekweekt in een voedingsoplossing – meestal water met meststoffen – en een groeimedium in plaats van grond.
Aeroponisch teeltsysteem: Planten groeien in de vrije ruimte, waarin vloeibare voeding op de wortels wordt verneveld.
Aquaponische teelt: dit is een combinatie van hydrocultuur en aquacultuur, zoals die door viskwekerijen wordt gebruikt.
Op een klein oppervlak kun je genoeg voedsel verbouwen voor duizenden mensen.
Planten worden gekweekt in een gecontroleerde omgeving die overal kan worden geïnstalleerd. In arctische landen zouden bijvoorbeeld aardbeien en tomaten kunnen worden gekweekt tijdens koude, donkere winters.
De planten zijn minder afhankelijk van onvoorspelbare weersomstandigheden, zoals droogte of overstromingen.
Voedsel dat in verticale boerderijen wordt geteeld, zou van hogere kwaliteit kunnen zijn en meer voedingsstoffen kunnen bevatten dan gewassen die op de traditionele manier worden geteeld.
PFAL (plant factory with artificial lighting) – boerderijen in grote gebouwen, waarbij lampen voor licht zorgen
Planten telen in grote containers
Kweeksystemen in een supermarkt of een restaurant
Kleine kweeksystemen voor binnen, geschikt voor thuis of op kantoor.
Er zijn in heel Europa al van deze boerderijen te vinden, zoals in Duitsland, Nederland, Frankrijk, België en het Verenigd Koninkrijk.
In theorie alles. Tegenwoordig richten de meeste bedrijven zich op bladgroenten, kruiden en microgroenten. Veel bedrijven kijken ook naar het kweken van aardbeien en tomaten. Het Britse LettUs Grow kweekt ook bomen voor herbebossing, maar ook fruitbomen. In de toekomst kunnen nog meer gewassen worden geteeld, misschien zelfs cacao.
Veranderend dieet en een grotere 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 op de ouderwetse manier doen, zoals wij dat de afgelopen 10.000 jaar hebben gedaan?
De vraag naar voedsel neemt elk jaar toe. Volgens de Verenigde Naties groeit de wereldbevolking tot 9,7 miljard mensen in 2050. Al deze mensen hebben voedsel nodig. Maar het telen van gewassen op de traditionele manier wordt een steeds groter probleem. Door de klimaatverandering veranderen groeiomstandigheden, waardoor je sommige gewassen niet meer daar kunt verbouwen waar dat vroeger wel kon. Extreme weersomstandigheden en zware stormen vernietigen elk jaar meer gewassen. En op sommige plaatsen is de bodem minder voedzaam dan vroeger.
Behalve dat we aan de toekomstige vraag naar vers voedsel moeten voldoen, is ook ons eetgedrag 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, de grootste hydrocultuurkwekerij van Europa.
Zomeroogst uit het poolgebied
Verticale boerderijen kun je vrijwel overal bouwen. Wat betekent dat je kiwi’s niet meer uit Nieuw-Zeeland hoeft te importeren, maar dat je ze in je eigen regio in zo’n boerderij kunt kweken. Dat scheelt een grote hoeveelheid aan uitgestoten CO2.
Maar er zijn meer redenen waarom deze methode zo gewild is. Bij verticale landbouw zijn geen pesticiden nodig. Kwekers kunnen precies die hoeveelheid aan gewassen telen die ze willen en dat binnen een door henzelf vastgesteld tijdsbestek en van een zelf gekozen specifieke kwaliteit. Weers- of seizoensomstandigheden hebben geen invloed meer op de productie. Er kan meer voedsel worden verbouwd op een kleiner grondoppervlak.
Hoe werkt het?
“Voor mij is de volledige controle het grote voordeel van verticale landbouw. 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 de Wageningen University & Research.
Van watertoevoer tot daglicht, temperatuur, en toegang tot mineralen en bacteriën. Verticale landbouw vindt plaats onder extreem gecontroleerde omstandigheden. Gewassen worden binnen gekweekt, met LED-lampen in plaats van zonlicht. LED-lampen zijn klein, duurzaam, kosteneffectief, en ze geven geen warmte af. Terwijl de zon aan het eind van de dag ondergaat, kunnen deze lampen zo lang schijnen 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 hebben minder nodig. Met verticale landbouw kan elk type plant de hoeveelheid daglicht krijgen die het nodig heeft om zo goed mogelijk te groeien.
Groei beïnvloeden met verschillende kleuren licht
De kleuren van deze lichten zijn bijzonder belangrijk om de groeiopbrengst te optimaliseren. Onderzoekers hebben zich vooral geconcentreerd op het effect van rood, blauw en groen licht op de groei van een plant. Rood licht is zeer efficiënt voor fotosynthese, maar planten hebben ook wat blauw licht nodig, dat vooral nuttig is voor de productie van chlorofyl. Enige tijd streefden onderzoekers ernaar het gebruik van groen licht te verminderen, omdat ze dachten dat het niet bijdroeg aan de fotosynthese.
Een studie uit 2016 van de Utah State University toont echter aan dat het groene licht de fotosynthese efficiënter naar lagere bladeren kan brengen dan rood of blauw licht dat kan. 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 bij conventionele landbouw. Dit kan praktisch zijn aangezien de meeste planten de laatste decennia minder voedzaam zijn geworden. Een andere combinatie kan worden gebruikt om de groeisnelheid te verhogen, zodat in één keer meer voedsel kan worden geproduceerd. Economisch gezien zou dat wenselijk kunnen zijn, aangezien verticale landbouw kostenintensief blijft.
Landbouw zonder akkers
Verticale landbouw komt tegenwoordig vooral voor in twee vormen: hydroponisch en aeroponisch. Volgens Leo Marcelis zijn beide technieken prima alternatieven. In de hydrocultuur groeien planten op planken met hun wortels in met voeding gevuld water in plaats van aarde. Het wordt beschouwd als het gemakkelijkste van de twee hoofdsystemen.
Nordic Harvest heeft een proefboerderij in de buurt van Kopenhagen waar het verschillende soorten salades, boerenkool en spinazie kweekt. De boerderij ligt te midden van andere industriecomplexen. 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 ongeveer 20.000 ton per jaar. 6000 ton wordt conventioneel geteeld en de rest wordt geïmporteerd.” De groenten zijn bladgroenten. Naarmate de verticale landbouw zich uitbreidt, zal het een groter percentage van de voedselproductie gaan uitmaken. Andere bedrijven die in verticale boerderijen gewassen verbouwen zijn Jones Food Company in Groot-Brittannië, Hydropousse in Frankrijk en Robbes Lilla Trädgård in Finland.
Gewassen die aeroponisch worden geteeld, hebben hun wortels in de lucht. India Langley, onderzoeker voedselsystemen en PR-leider bij de leverancier van indoor-landbouwtechnologie LettUs Grow, legt uit hoe het werkt. “Je hebt een serie spuitkoppen met hele kleine gaatjes waarmee je de voedingsoplossing verneveld. Die oplossing komt op de wortels van de vrij hangende gewassen.”
Aeroponics werd ontwikkeld in de jaren 1990, toen NASA manieren zocht om planten te kweken in de ruimte. Volgens het Amerikaanse National Center for Appropriate Technology is aeroponics “verreweg het meest efficiënte plantenteeltsysteem voor verticale boerderijen.”
In een aeroponisch systeem hebben de wortels gemakkelijk toegang tot zuurstof. De groeisnelheid van de plant is tot twee keer zo hoog als in een hydrocultuursysteem, waar de plant opgeloste zuurstof in het water zou opnemen. Het wordt nog steeds niet zo veel gebruikt als hydrocultuur, vanwege de complexiteit ervan. De sproeikoppen 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 weggehaald. De nevel wordt gegenereerd op een volledig vlak oppervlak, zodat er niets is dat kan verstoppen of breken. We denken dat we door deze eenvoudige oplossing aeroponics naar een veel grotere schaal kunnen brengen,” zegt Langley.
LettUs Grow produceert kweeksystemen die in een zeecontainer passen. Deze containers zijn mobiel en kunnen overal worden geplaatst waar maar plek is.
Vis en planten samen kweken
Hoewel hydro- en aeroponics twee belangrijke technieken zijn in de verticale landbouw, zijn zij niet de enige. Er worden ook andere technieken gebruikt. In Europa gebruiken verschillende bedrijven de aquaponische kweekmethode. Net als bij hydrocultuur worden aquaponic-planten met hun wortels in water gekweekt. Alleen hangen die wortels in een tank waar ook vissen zwemmen. Deze vissen produceren zeer voedzame afvalstoffen waar de planten vervolgens weer gebruik van kunnen maken.
De planten nemen de voedingsstoffen op en reinigen zo ook het water voor de vissen. Volgens Marcelis zal aquaponics in de toekomst slechts een klein deel van de markt voor verticale landbouw uitmaken. “Het mooie is dat je afval van de vissen gebruikt als voeding voor de planten. Maar wees voorzichtig en zorg ervoor dat je het plantensysteem optimaal houdt”, zegt hij over de techniek.
Nieuwe soorten groenten
Zowel Nordic Harvest als LettUs Grow begonnen eerst met het experimenteren met de teelt van bladgroenten voordat zij overgingen op kruiden en microgreens. Daarna volgen tomaten en aardbeien. Volgens Langley volgen meerdere verticale boerderijen dezelfde ontwikkelingsfasen. Om goede redenen. Het zijn delicate, veel gebruikte gewassen met een hoge waarde, die de productiekosten kunnen dekken. Ze groeien ook snel en zijn klein van formaat, wat betekent dat er veel planten tegelijk kunnen worden geteeld.
Naarmate de productie opschaalt, wordt het mogelijk een grotere verscheidenheid aan gewassen te telen. Marcelis denkt dat we over een paar jaar misschien nieuwe variëteiten te koop zullen zijn die speciaal zijn ontwikkeld voor verticale kweek. Maar het ontwikkelen van nieuwe gewasrecepten is geen sinecure. Het duurt 5-10 jaar om een nieuw type plant te kweken dat geschikt is voor deze wijze van verbouwen.
Een ideale plant is klein met een kort wortelstelsel, groeit snel, is gemakkelijk te oogsten en heeft een hoge opbrengst. Naast de groeikwaliteiten moet ook het ‘plantrecept’ nauwkeurig worden samengesteld. “De grootste uitdaging is het bijhouden van elke variabele die van invloed is op de plant. Je hebt de juiste voedingsstoffen nodig en moet ervoor zorgen dat de plant tijdens de groei continu toegang heeft tot de voeding”, aldus Riemann.
Relatief duur
Maar hoewel elk gewas in theorie verticaal kan worden geteeld, zal dit in de nabije toekomst niet gebeuren. Bulkgewassen zoals tarwe en maïs kunnen veel goedkoper met reguliere methoden worden verbouwd. “Ik denk dat verticale landbouw op dit moment vooral geschikt is voor verse producten. Technisch kunnen we elk gewas telen, dus ook tarwe. Maar vertical farming is ook relatief duur. Ik denk dat op dit moment het telen van dat soort bulkproducten met een relatief lage waarde niet realistisch is. Zelfs nu de tarweprijzen stijgen door de oorlog in Oekraïne,” zegt Marcelis.
Toch kan in plaatsen als Singapore en de landen als de Verenigde Arabische Emiraten, waar ongeveer 90 procent van al het voedsel wordt geïmporteerd, het telen van laagwaardige bulkproducten op deze manier wel degelijk lonend zijn. In Europa daarentegen is het verticaal telen van tarwe op lange termijn wellicht een optie, maar zeker niet in de komende vijf jaar.
Hoog energieverbruik
Hoewel de toekomst voor de verticale landbouw er rooskleurig uitziet, is er wel een groot probleem. Het vergt veel energie en is daarom zeer kostbaar. Het precieze 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 kilogram sla te produceren, maar in de zomer slechts 1,73 kWh. Het Finse iFarm berekende dat het kweken van hun sla gedurende 90 dagen 62,26 kWh per m2 kost. Voor aardbeien is dat 117,10 kWh per m2.
Het meerverbruik aan energie ten opzichte van reguliere methodes ligt tussen de 14 en 251 procent, afhankelijk van waar de kas en de verticale boerderij zich bevinden.
Wageningen University & Research en de Technische Universiteit Delft hebben een studie uitgevoerd waarin zij kassen en verticale boerderijen, in de studie plantenfabrieken genoemd, met elkaar hebben vergeleken. Het ging daarbij om kassen en verticale boerderijen die gevestigd zijn in respectievelijk Nederland, de Verenigde Arabische Emiraten en Zweden. Voor het laatste land werden zowel kassen met als zonder kunstlicht in de vergelijking opgenomen.
“De productie van één kilogram drooggewicht sla vereist een input van 247 kWhe in een plantenfabriek, vergeleken met 70, 111, 182 en 211 kWhe in kassen in respectievelijk Nederland, de Verenigde Arabische Emiraten en Zweden (met en zonder extra kunstverlichting),” aldus de wetenschappers in de studie.
In strenge klimaten neemt het verschil in energieverbruik tussen de twee kweekmethoden af. Het is mogelijk dat verticale boerderijen in sommige extreme klimaten juist de meest energie-efficiënte keuze is. Maar zelfs in het arctische noorden van Zweden en in de woestijnomstandigheden van de VAE zijn kassen wellicht nog steeds de meest rendabele manier van kweken.
Optimaliseren
Verticale landbouwbedrijven kunnen het probleem van het hoge elektriciteitsverbruik enigszins ondervangen door de productie te optimaliseren. Door optimaal afstemmen van de LED-verlichting en de kleur kun je zowel de groeitijd als de gewaskwaliteit beïnvloeden. De productiekosten van de boerderij kunnen ook worden verlaagd naarmate de boerderij verder wordt geautomatiseerd. Robots die 24/7 werken om op het juiste moment voeding toe te dienen, de groei-opbrengst in de gaten te houden en te oogsten wanneer de plant rijp is, kunnen een dure eerste 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 assortiment van gewassen die goedkoop genoeg zijn om te telen, wint verticale landbouw aan populariteit. Al duurt het echt nog even voordat je ook in jouw buurt bij de kweekcontainer je aardbeien haalt.
Steun ons!
Innovation Origins is een onafhankelijk nieuwsplatform, dat een onconventioneel verdienmodel heeft. Wij worden gesponsord door bedrijven die onze missie steunen: het verhaal van innovatie verspreiden. Lees hier meer.
Op Innovation Origins kan je altijd gratis artikelen lezen. Dat willen we ook zo houden. Heb je nou zo erg genoten van de artikelen dat je ons een bedankje wil geven? Gebruik dan de donatie-knop hieronder:
