Het boerderijmodel: landbouw als datagestuurd systeem in plaats van akker
Stel je geen akker voor, maar een magazijn zonder ramen, vol met stellingen die tot het plafond reiken. Op elke stelling liggen bakken met sla, kruiden of aardbeien, badend in roze-paars LED-licht. Er is geen aarde te bekennen: de wortels hangen in een dun laagje water of worden besproeid met een fijne nevel vol voedingsstoffen. Computers meten voortdurend temperatuur, vochtigheid en CO2, en sturen precies bij hoeveel licht en water elke plant krijgt. Dit is het boerderijmodel: landbouw die niet langer afhankelijk is van zon, seizoen of bodem, maar wordt aangestuurd als een fabriek of, misschien toepasselijker, als een hotel waar elke gast exact de kamertemperatuur en roomservice krijgt die hij nodig heeft.
De term 'boerderijmodel' slaat niet alleen op de fysieke opstelling, maar vooral op een andere manier van denken over voedselproductie. In plaats van een boer die het weer afwacht en met vallen en opstaan leert wat een gewas nodig heeft, wordt de teelt hier een technisch proces dat je kunt meten, herhalen en optimaliseren met data en algoritmes. Dezelfde krop sla die in een traditionele kas afhankelijk is van een wisselvallig Nederlands najaar, groeit in een verticale boerderij het hele jaar door onder identieke, door software geregelde omstandigheden. Dat maakt het aantrekkelijk voor beleidsmakers en bedrijven die op zoek zijn naar een landbouwsysteem dat minder kwetsbaar is voor klimaatverandering, grondschaarste en arbeidstekorten.
Wat is het precies?
De basis van het boerderijmodel is wat onderzoekers 'controlled environment agriculture' noemen, afgekort CEA: landbouw in een volledig gecontroleerde omgeving. Dat kan een kas zijn, maar de meest verregaande vorm is de verticale boerderij, waarbij planten in meerdere lagen boven elkaar groeien in een gesloten gebouw. Omdat daglicht niet doordringt tot de onderste lagen, wordt al het licht kunstmatig geleverd door LED-lampen die zijn afgestemd op precies het lichtspectrum dat een gewas nodig heeft om te groeien, zonder de golflengtes te verspillen die de plant toch niet gebruikt.
In plaats van grond gebruiken de meeste systemen hydroponics of aeroponics. Bij hydroponics laat je de wortels in een stroom water met daarin opgeloste voedingsstoffen hangen; bij aeroponics worden de wortels met tussenpozen besproeid met een fijne nevel van datzelfde voedingswater. Beide technieken maken het mogelijk om het water en de meststoffen die de plant niet opneemt, op te vangen en opnieuw te gebruiken. Dat scheelt doorgaans aanzienlijk in waterverbruik vergeleken met een akker, waar veel water wegzakt in de bodem of verdampt.
Sensoren meten continu zaken als temperatuur, luchtvochtigheid, CO2-concentratie en de voedingswaarde van het water. Software, vaak met zelflerende algoritmes, gebruikt die metingen om automatisch bij te sturen: iets meer licht hier, iets minder voeding daar. In de meest geautomatiseerde farms nemen robots ook het fysieke werk over, van het verplaatsen van kweekbakken tot het oogsten van bladgroenten. Omdat zo'n boerderij compact en gestapeld is, past ze op een fractie van het landoppervlak van een traditioneel veld, en kan ze bovendien dicht bij of zelfs in steden staan, waardoor het transport van boerderij naar bord sterk wordt verkort.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste belofte van het boerderijmodel is voedselzekerheid: voedsel produceren zonder afhankelijk te zijn van vruchtbare grond, een gunstig klimaat of een stabiel groeiseizoen. Voor landen met weinig landbouwgrond, zoals Singapore, of extreme klimaten, zoals de Golfstaten, is dat een directe strategische reden om in deze technologie te investeren.
Daarnaast hoopt men grondgebruik en waterverbruik drastisch te verlagen, minder pesticiden nodig te hebben omdat een gesloten omgeving plagen makkelijker buiten de deur houdt, en gewassen te kunnen telen op plekken waar dat vroeger onmogelijk was, zoals midden in een stad. Kortere afstanden tussen teelt en consument betekenen minder foodmiles en, in theorie, versere producten. Automatisering met robots moet bovendien een oplossing bieden voor het groeiende tekort aan landarbeiders in veel westerse landen. Het is goed om te benadrukken dat dit vooralsnog vooral doelstellingen en beloftes zijn: of ze op grote schaal en tegen redelijke kosten waargemaakt kunnen worden, is nog volop onderwerp van discussie, zoals verderop blijkt.
Voorbeelden uit de praktijk
AeroFarms, opgericht in de Verenigde Staten en gevestigd in Newark, New Jersey, geldt als een van de bekendste pioniers van aeroponische verticale landbouw en groeide uit tot een van de grootste spelers in de sector.
Plenty, eveneens Amerikaans, trok grote investeringen aan van onder meer SoftBank en, naar verluidt, ook van Jeff Bezos, en bouwde grootschalige geautomatiseerde farms voor bladgroenten.
Nordic Harvest, gevestigd bij Kopenhagen in Denemarken, opende rond 2020 een van de grootste verticale boerderijen van Europa en wordt vaak genoemd als voorbeeld van hoe groot deze faciliteiten kunnen worden.
Iron Ox, een Amerikaans bedrijf, ontwikkelde autonome robots die kweekbakken door de faciliteit verplaatsen en planten verzorgen, als voorbeeld van hoe ver de robotisering binnen zo'n boerderij kan gaan.
In Nederland zijn onder meer Growy, een Amsterdamse verticale-landbouwstartup, en PlantLab, bekend van gesloten 'plantenpaleizen' waarin licht en klimaat volledig worden geregeld, voorbeelden van hoe Nederlandse kennis van glastuinbouw wordt doorontwikkeld richting volledig geautomatiseerde teeltsystemen.
Hoe ver is de techniek?
De techniek zelf werkt: verticale boerderijen produceren al jaren betrouwbaar bladgroenten, kruiden en kleine vruchten zoals aardbeien op commerciële schaal. Voor bulkgewassen zoals graan, aardappelen of rijst is het model vooralsnog veel minder geschikt, omdat de opbrengst per vierkante meter en de energie-investering daar niet tegen elkaar opwegen.
Het grootste knelpunt is niet de biologie, maar de economie. Kunstlicht en klimaatbeheersing kosten veel elektriciteit, en energie is vaak de grootste kostenpost van een verticale boerderij. Zodra energieprijzen stijgen, zoals in Europa gebeurde na 2021, komt de winstgevendheid van veel bedrijven onder druk te staan. Dat is in de praktijk ook zichtbaar geworden: het Duitse Infarm, dat kleinschalige kweekmodules in supermarkten plaatste, kondigde in 2022 en 2023 grote reorganisaties en ontslagen aan en trok zich terug uit meerdere landen, gevolgd door een periode van financiële problemen. Ook AeroFarms vroeg medio 2023 in de Verenigde Staten surseance van betaling aan volgens het Amerikaanse Chapter 11, waarna het bedrijf gereorganiseerd doorging. Deze tegenslagen laten zien dat het boerderijmodel technologisch bewezen is, maar dat het bedrijfseconomisch nog geen uitgemaakte zaak is. Onderzoekers werken daarom hard aan energiezuinigere LED's, slimmere klimaatsturing met AI, en hybride vormen tussen traditionele kassen en volledig gesloten verticale boerderijen, om de energiebalans te verbeteren.
Wie werken eraan?
Naast de genoemde bedrijven AeroFarms, Plenty, Nordic Harvest, Iron Ox, Growy en PlantLab speelt Signify, het voormalige Philips Lighting met hoofdkantoor in Eindhoven, een sleutelrol als grote leverancier van LED-kweekverlichting voor zowel kassen als verticale boerderijen.
Op onderzoeksgebied geldt Wageningen University & Research, kortweg WUR, als een van de wereldwijd toonaangevende kennisinstellingen op het gebied van landbouw-, voedsel- en tuinbouwtechnologie, met specifieke onderzoekslijnen naar geconditioneerde teeltsystemen.
Op landenniveau loopt Nederland internationaal voorop dankzij zijn decennialange ervaring met hoogtechnologische glastuinbouw, die nu deels wordt doorvertaald naar verticale landbouw. Japan geldt als vroege pionier van zogenoemde 'plant factories', al in de jaren negentig en tweeduizend. Singapore investeert zwaar in de technologie vanwege een schrijnend tekort aan landbouwgrond en de wens om minder afhankelijk te zijn van voedselimport, en ook Golfstaten als de Verenigde Arabische Emiraten zien het als strategisch antwoord op een extreem klimaat en beperkte landbouwgrond.