Vertical farming: van theoretisch onderzoek naar concrete toepassing?
Vertical farming wint de laatste jaren aan populariteit. Onderzoekers Emmy Dhooghe en Kathy Steppe, beiden verbonden aan de vakgroep Plant en Gewas van de faculteit Bio-ingenieurswetenschappen aan de Universiteit Gent en leden van de leerstoel Agrotopia, zien hierin veel potentieel. Terwijl het onderzoek zich oorspronkelijk richtte op theoretische modellen en experimenten op kleinere schaal, biedt Agrotopia een unieke kans om deze bevindingen op praktijkschaal te testen. Dit maakt het mogelijk om innovaties zoals efficiënter gebruik van energie en water, optimalisatie van plantgroei, en het sturen op nutritionele inhoudsstoffen, sneller in te voeren in de moderne glastuinbouw.
In een boeiend gesprek delen Emmy en Kathy hun visie op hoe vertical farming verder kan evolueren en welke rol onderzoek, technologie en AI hierbij kunnen spelen.
Emmy Dhooghe is sinds 2022 aangesteld als professor aan de vakgroep Plant en Gewas aan de faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, Universiteit Gent. Haar onderzoek focust zich op hoogtechnologische tuinbouw waarvan vertical farming een belangrijk onderdeel is. Prof. Kathy Steppe werkt in dezelfde vakgroep en heeft jarenlange expertise opgebouwd in het begrijpen van hoe planten reageren op veranderingen in hun omgeving door metingen met plantsensoren en mechanistisch modelleren. Beiden zijn lid van de leerstoel Agrotopia.
De leerstoel Agrotopia, opgericht met steun van REO Veiling en Inagro, heeft als missie om de ontwikkeling van innovatieve concepten in glastuinbouwtechnologie en verticale stadstuinbouw te stimuleren en te realiseren. Onderzoek aan de universiteit is per definitie vooruitstrevend en theoretisch. Wat op laboschaal beloftevol is, kan dankzij de leerstoel in Agrotopia uitgetest worden op praktijkschaal. Dat is een belangrijke hefboom voor de introductie van nieuwe technologieën in de hedendaagse glastuinbouw. Agrotopia vormt een unieke proeflocatie voor innovatietrajecten van idee tot co-creatieve validatie. Ze biedt de nodige ruimte voor onderzoek, demonstratie en communicatie binnen de leerstoel.
Welke voordelen en opportuniteiten biedt vertical farming voor onderzoek, en hoe kan dit onderzoek bijdragen aan de glastuinbouwsector? Wat zijn de volgende stappen om vertical farming beter te integreren in de moderne glastuinbouw?
Emmy Dhooghe: "Vertical farming moet gezien worden als een aanvulling op het huidige land- en tuinbouwlandschap, niet als een vervanger voor de huidige productiesystemen. Bovendien zien we dat serreteelt en vertical farming steeds dichter naar elkaar toe groeien. Onderzoek in gesloten teeltomgevingen heeft ons veel geleerd over hoe planten reageren, wat later vertaald kan worden in nieuwe teeltstrategieën, zoals bv. 'het nieuwe telen'. In een vertical farm kunnen we de groei en productie van planten specifiek sturen, bijvoorbeeld door te focussen op inhoudsstoffen zoals polyfenolen en antioxidanten, in plaats van enkel op biomassa. Om dit economisch te gaan implementeren moet er ook gekeken worden naar gewassen die een meerwaarde bieden in plaats van bestaande glastuinbouwgewassen één op één over te nemen."
Kathy Steppe: "De toekomst van telen onder bescherming ligt volgens ons in een hybride systeem waarin vertical farms en kassen elkaar aanvullen. Denk bijvoorbeeld aan het gebruik van led-belichting, dat al sinds de jaren ‘80 in gecontroleerde omgevingen wordt onderzocht en tegenwoordig op brede schaal wordt toegepast in de glastuinbouw. In de toekomst willen we ook teeltstrategieën ontwikkelen die hulpbronnen zoals warmte, elektriciteit en water nog efficiënter inzetten, door stress of signalen bij planten vroegtijdig te detecteren en te gebruiken. Vertical farming biedt daarvoor een ideale setting, omdat we vanuit de plant zelf kunnen vertrekken om de optimale of de gewenste groeicondities te vinden."
"Vertical farming moet gezien worden als een aanvulling op het huidige land- en tuinbouwlandschap, niet als een vervanger voor de huidige productiesystemen."
Emmy Dhooghe
We zien de laatste tijd veel faillissementen van vertical farming bedrijven, en ook veel vragen rond duurzaamheid (elektriciteitskosten, CO2-voetafdruk). Wat zijn de grote uitdagingen van vertical farming waarop ingezet moet worden?
Kathy Steppe: “We moeten ons ervan bewust zijn dat de glastuinbouw een voetafdruk heeft en dat het economisch aspect altijd moet worden meegenomen. Daarom richt het onderzoek zich op nieuwe methoden om de teelt efficiënter te maken. We verkennen hybride productiesystemen waarin we op meerdere lagen telen, terwijl we nog steeds optimaal gebruik proberen te maken van (gratis) natuurlijk zonlicht, zoals in de nieuwe verticalfarmingtoren van Agrotopia. We maken hierbij gebruik van geavanceerde 3D modellen en real-time sensormetingen, waarmee we, via simulaties in een virtuele omgeving, de groei en kwaliteit van planten kunnen voorspellen. Deze inzichten zullen dan later in de praktijk verder verfijnd worden en leiden tot nieuwe sturingen om nog efficiënter te telen. Door samen te werken binnen de Agrotopia leerstoel kunnen we onze bevindingen sneller in de praktijk testen en zo een snellere transitie in de glastuinbouw realiseren.”
Emmy Dhooghe: “We moeten ons richten op gewassen met korte teeltcycli die een economische meerwaarde bieden, zoals nicheproducten die een aanvulling kunnen zijn op de bestaande glastuinbouw. Daarbij hoeven we ons niet te beperken tot gewassen voor de voedingsindustrie; er zijn ook planten die belangrijk zijn voor medisch onderzoek, zoals vinblastine uit roze maagdenpalm (Catharanthus roseus) in anti-kankeronderzoek. Er liggen nog veel kansen in de veredeling van nieuwe rassen die geoptimaliseerd moeten worden voor groei in vertical farms, waar alles nauwkeurig kan worden gecontroleerd. Traditioneel werd er veredeld op wisselende omgevingen, maar in een vertical farm is dat veel minder noodzakelijk.”
Kathy Steppe: “We zijn ervan overtuigd dat verdere besparingen mogelijk zijn door de efficiëntie te verhogen en de plant centraal te stellen. Dit willen we realiseren door meer aandacht te besteden aan de behoeften van de plant zelf in plaats van enkel het klimaat te reguleren. Zo kunnen we water, warmte, licht en CO2 nauwkeurig afstemmen op wat de plant nodig heeft door te meten en te modelleren, zoals we beogen in onze innovatieve projecten Cross-talk (FWO-SBO) en DigiKas (VLAIO LA-traject). Vertical farms, als volledig gecontroleerde teeltomgevingen, bieden daarnaast de mogelijkheid om te worden geïntegreerd met andere sectoren of gebouwen. Naast belichting is klimaatbeheersing een belangrijke kostenpost. Door bijvoorbeeld de afgevoerde warmte te gebruiken voor het verwarmen van gebouwen, kunnen we dubbele voordelen behalen.”
Emmy Dhooghe: “We moeten vertical farming dus zien als een onderdeel binnen een groter systeem. Dit is een transitie die ook al binnen het onderzoek is ingezet. In het FWO-SBO project Cross-talk wordt wetenschappelijke kennis gebundeld in een 3D model waarin plant en groeiomgeving continu met elkaar interageren. We leren hoe en hoeveel de plant kan groeien als directe respons op zijn microklimaat. Zo blijft het belangrijk dat we alle interacties met de omgeving blijven bestuderen en meenemen.”
Kathy Steppe: “Een goede teler blijft ook cruciaal, dus die mogen we niet uit het oog verliezen. Integendeel, ons doel moet ook zijn om die te voorzien van de tools om nieuwe digitale technieken toe te passen. We moeten eerst de stap zetten naar beslissingsondersteuning voor we automatisch zullen kunnen telen.”
Emmy Dhooghe: “We blijven ook geloven dat in het onderzoek de expertise over telen die aanwezig is binnen de Agrotopia leerstoel cruciaal zal blijven om mee het fundamenteel onderzoek te versnellen. Dit is ook de kerngedachte achter de leerstoel Agrotopia, de combinatie van basisonderzoek met praktijkkennis.”
Machine learning en artificiciële intelligentie (AI) brengen grote veranderingen teweeg in onderzoek en het dagelijkse leven. Welke impact denk je dat deze technologieën zullen hebben op de glastuinbouw?
Kathy Steppe: “AI voor beeldherkenning biedt zeker mogelijkheden, maar het voorspellen van oogsten uitsluitend met AI is echter uitdagender, omdat deze modellen voortdurend opnieuw getraind moeten worden en moeite hebben met complexe biologische variabiliteit. Een hybride aanpak is daarom noodzakelijk en veelbelovend om de toekomstige uitdagingen aan te pakken. Door mechanistische plantmodellen met AI te combineren, kunnen we robuustere tools ontwikkelen. Dit onderzoeken we ook binnen de VLAIO LA-trajecten KlimOp-AI en DigiKas, waarin we streven naar de integratie van AI-technieken met mechanistische inzichten in hoe planten reageren op hun omgeving. Deze ontwikkelingen zullen niet alleen technologische vooruitgang stimuleren, maar ook bijdragen aan duurzamere tuinbouwpraktijken.”