Sla en microbladgroenten zijn in de toekomst efficiënt te telen in cellen zonder daglicht (vertical farm, plant factory). Tomaat zal lastig zijn. Aardbei en groenten zoals broccoli extreem lastig en bulkgewassen zoals rijst en tarwe blijven gewoon veldteelten. Bruce Bugbee, hoogleraar aan Utah State University onderbouwde zijn verhaal op het congres VertiFarm in Wageningen met zeer gedegen berekeningen.
Het eerste wereldwijde congres over vertical farming trok veel belangstelling en de stemming was optimistisch over de nieuwe mogelijkheden. Bugbee verkende de grenzen daarvan.
Hij is al dertig jaar bezig met de efficiënte omzetting van (zon)licht in productie, gefinancierd door NASA en USDA. “We hebben ons Energy Cascade Model oorspronkelijk opgesteld voor veldteelten, zoals tarwe, maar doorontwikkeld voor bedekte teelt in kassen en vertical farms”, vertelde hij.
Een hoge productie vereist een dicht gewas
De basisvraag daarbij is: wat kun je verbeteren om licht efficiënter om te zetten in oogstbaar product. “De efficiëntie van een systeem wordt bepaald door de output gedeeld door de input. In gewasproductie moet je theoretisch 1 gram drogestof per mol fotonen (lichtdeeltjes) kunnen bereiken”, vertelde hij.
Daarvoor moet wel alles optimaal verlopen. Vrijwel alle lichtdeeltjes moeten geabsorbeerd worden; daarvoor is een dicht gewas nodig. Verder moet het oogstbare deel van het gewas zo groot mogelijk zijn. De ademhaling van de plant moet omlaag. En het CO2-niveau moet constant erg hoog zijn, in proeven was dat 1.200 ppm.
“Vertical farms zitten nu op 0,4 g/mol. Een belangrijke factor is dat niet al het licht op de planten valt. Maar er zijn zeker verbetermogelijkheden als je de efficiëntie van alle deelprocessen omhoog weet te krijgen”, gaf hij aan. Als je het licht zo efficiënt mogelijk weet om te zetten in productie, hangt het van de kosten/batenanalyse of teelt in een vertical farm, kas of het open veld het meest voor de hand ligt.
Kosten/baten analyse
De economische analyse die Bugbee presenteerde, zorgde voor enige ontnuchtering. “We hebben de kosten van de fotonen (dat wil zeggen de kosten van het LED-licht) berekend als percentage van de opbrengstprijs van de producten. Daarbij hebben we gerekend met een marktconforme elektriciteitsprijs (in de USA). De stroomkosten zijn bij microbladgroenten 1% van de opbrengstprijs en bij sla 5%. Dit is de verklaring waarom deze gewassen het zo goed doen in vertical farms”, gaf hij aan. “Maar dit zijn de getallen als alles perfect gaat. Bij de huidige vertical farms zit je bij sla sneller op 30% kosten voor elektriciteit (als percentage van de marktprijs). Dat komt omdat het systeem niet optimaal is.”
Voor tomaat komt hij uit op theoretisch 18% in de optimale situatie. Voor aardbei en groenten als broccoli is dat 103%. “Hier geef je dus alleen al aan elektriciteit net zo veel uit als je voor je producten krijgt”, zei hij. Bij rijst en tarwe gaat het om 10.000%.
Stroom uit zonnepanelen
Je zou de benodigde elektriciteit op kunnen wekken met zonnepanelen en vervolgens de stroom omzetten in LED-licht. Bugbee vergeleek de efficiëntie daarvan. Bij een kas met 70% transmissie valt bijvoorbeeld 42 mol/m²/dag op het gewas. Als je het zonlicht opvangt met een zonnepaneel en omzet in LED-licht, resulteert er 18 mol/m²/dag. “Dat wil zeggen dat je meer dan twee keer het kasoppervlak aan zonnepanelen nodig hebt om hetzelfde lichtniveau te bereiken. Zelfs als je enorm efficiënte zonnepanelen gebruikt – zoals in de ruimtevaart – en de LED’s tot hun theoretische maximum weet te verbeteren, kom je maar tot een systeem waar je net zoveel oppervlakte zonnepanelen nodig hebt als kasoppervlak”, zei hij.
“Kort samengevat is het toekomstbeeld: sla en microbladgroenten zijn bij een geoptimaliseerd systeem goed te telen in een vertical farm. Tomaat wordt lastig. Aardbei, broccoli en andere groenten met een hoog drogestofgehalte zijn enorm lastig te telen zonder gratis zonlicht. En de zetmeelgewassen onmogelijk.”
Tekst en beeld: Tijs Kierkels
