De landbouw draagt wereldwijd voor een kwart bij aan de jaarlijkse uitstoot van broeikasgassen. Daarom moet het wereldwijde voedselsysteem zijn klimaatimpact sterk verminderen. Met verticale landbouw in stedelijke gebieden – het telen van gewassen onder volledig geconditioneerde omstandigheden – kan niet alleen voedsel dichter bij de consument worden geproduceerd, maar kan de warmte die door vertical farms wordt geproduceerd worden opgevangen en hergebruikt in stedelijke energienetwerken. Op deze wijze draagt het bij aan een circulaire gebouwde omgeving. Vertical farms kunnen op hun beurt profiteren van de koolstofdioxide die wordt geproduceerd door gebruikers van naburige gebouwen en van de opvang van regenwater van daken. Onderzoeker Andy Jenkins legt uit hoe we van dit type landbouw een oplossing voor de toekomst kunnen maken.
Als we kijken naar de volledige waardeketen van productie tot afval, draagt landbouw wereldwijd een kwart bij aan de jaarlijkse uitstoot van broeikasgassen. Het wereldwijde voedselsysteem moet daarom zijn klimaatimpact sterk verminderen als de wereld wil evolueren naar een koolstofdioxideuitstoot van nul in 2050. Verticale landbouw wordt gezien als een mogelijke oplossing, maar de praktijk staat nog in de kinderschoenen. Vertical farms hebben tot doel de klimaatimpact van de landbouw te verminderen door voedsel te produceren in gesloten gestapelde bakken met behulp van kunstmatige verlichting en ventilatiesystemen. Deze landbouwmethode is waterbesparend en voedzaam, gebruikt zeer weinig grondoppervlak, is zeer productief en doorgaans zijn herbiciden of pesticiden niet nodig.
“Verticale landbouw vereist veel energie, waardoor het zijn volledige potentieel niet kan bereiken”, zegt onderzoeker Andy Jenkins. “Momenteel is de ecologische voetafdruk vele malen groter dan die van glastuinbouw en vollegrondslandbouw vanwege de energiebehoefte van multispectra ledlampen, mechanische ventilatie en koelsystemen die worden gebruikt om zorgvuldig gecontroleerde en geoptimaliseerde groeiomstandigheden te creëren.” Samen met lichtspecialisten, veredelingsbedrijven, telers, tuinbouwtechnologiebedrijven, architecten en voedselleveranciers streeft Andy ernaar om deze vorm van verticale landbouw in de toekomst energiezuiniger te maken door het delen en hergebruiken van water, warmte en CO2.
Indrukwekkende gestapelde groeilagen
Toen Andy bij de TU Delft kwam werken, had hij al ervaring met voedselproductie in stedelijke omgevingen. Hij promoveerde aan de Queen's University of Belfast in architectuur en stadslandbouw, op het ontwerp, de constructie en de werking van een niet-grondgebonden voedselsysteem met meerdere verdiepingen in een ongebruikt pakhuis in Engeland, dat vis gebruikt om voedsel te verbouwen. Nu is zijn focus verschoven naar het onderzoeken van de rol die verticale landbouw kan spelen in gebouwen en steden. Andy beschrijft wat hij ervoer bij zijn bezoeken aan vertical farms: “Als je voor het eerst een vertical farm binnenstapt, is het moeilijk om niet gecharmeerd te raken van de blauwe, rode en witte ledverlichting, samen met de producten die er gezond en fris uitzien. De omgeving is er prettig, er staat een aangenaam briesje en je kunt het water horen kabbelen dat met de voedingsstoffen door het systeem stroomt. Als je omhoog kijkt, ogen de groeilagen indrukwekkend en het is verbazingwekkend om te zien hoeveel voedsel er op zo’n klein grondstuk kan worden verbouwd.”
Hij vervolgt: “De verticale landbouwindustrie bevindt zich nu in een positie waarin de technologie zich heeft bewezen en de financiële implicaties duidelijker zijn, waardoor investeringen lonend kunnen worden. Daardoor zien we nu een verschuiving van kleine proefboerderijen naar grote big-box-boerderijen die een half voetbalveld kunnen beslaan met circa 15 tot 20 groeilagen.” Naarmate deze boerderijen groeien, zowel in omvang als in aantal, is er ook een toenemende interesse om ze duurzamer te maken. “We moeten nog veel leren om dit te realiseren, maar ik geloof dat een symbiotische integratie van vertical farms in de gebouwde omgeving hieraan kan bijdragen met circulair gebruik van water, warmte en CO2.”
Gebruikmaken van symbiotische relaties
Andy's doel is om het energieverbruik van vertical farms per kilogram product terug te brengen naar dat van de glastuinbouw, of beter. "We onderzoeken hoe het energieverbruik van vertical farms kan worden verminderd door eerst klimaatbeheersingssystemen te optimaliseren en vervolgens hun integratie in gebouwen en steden te onderzoeken inclusief hergebruik van hulpbronnen zoals koolstofdioxide, warmte, regenwater, voedsel en voedingsstoffen. Dit kan door ze te koppelen aan elektriciteits-, warmte- en hulpbronnensystemen van andere gebouwen, evenals de integratie met stedelijke warmtenetten en lokale elektriciteitsnetten, waardoor ze onderdeel worden van een systeem van circulaire hulpbronnen in steden. Het is te hopen dat door gebruik te maken van symbiotische relaties tussen vertical farms en de gebouwde omgeving, de vermindering van hun energieverbruik versneld kan worden, en we niet steeds rekenen op de verbetering van technische apparatuur van de boerderij.”
De symbiotische integratie in de gebouwde omgeving zou de milieu-impact van vertical farms sterk kunnen verminderen.
Al pratend over zijn onderzoek noemt Andy de interessegebieden waar hij momenteel aan werkt. “Mijn huidige focus is op het ontwikkelen van een eenvoudig hulpmiddel om architecten en vertical farmers te helpen de energiebalans van vertical farms te laten begrijpen. Hierbij wordt uitgegaan van bouwprogramma's en de totale teeltoppervlakte, met een specifieke focus op warmteopvang en hergebruik. Met collega's van de TU Delft werk ik ook hard aan het completeren van een carbon footprint-analyse van verticale landbouw in vergelijking met glastuinbouw en vollegrondslandbouw. Deze bevindingen kunnen vervolgens worden gebruikt als basis om de CO2-besparingen van verschillende ontwerpstrategieën voor de vertical farm en de integratie ervan in gebouwen en steden te bepalen."
Synergie van hulpbronnen in plaats van directe energiebesparing
Andy denkt dat het energieverbruik van verticale landbouw kan worden teruggebracht tot dat van de glastuinbouw, maar benadrukt dat dit niet per se door de boerderij zelf kan worden bereikt. “Ik verwacht dat een groot deel van de energiebesparing zal worden bereikt door het uitwisselen van hulpbronnen, in plaats van directe energiebesparing op de boerderij. Een van de meest kansrijke acties is het opvangen en hergebruiken van warmte die wordt gegenereerd door een vertical farm. Ongeveer 50 procent van de energie die ledverlichting verbruikt, wordt omgezet in warmte en moet worden afgegeven om optimale groeiomstandigheden te behouden. Ik verwacht dan ook niet dat ons onderzoek zal leiden tot een enorme vermindering van de warmte die wordt geproduceerd door vertical farms, aangezien dit voornamelijk wordt bepaald door led-technologieën, hoewel er enkele kleine winsten te behalen zijn. In plaats daarvan zullen de voorgestelde ontwerpstrategieën gericht zijn op het opvangen van zoveel mogelijk van deze warmte om deze opnieuw te gebruiken in warmtenetten in de buurt om het energieverbruik van zowel de boerderijen als aangrenzende gebouwen te verminderen. Mogelijk kunnen vertical farms hun klimaateffecten alleen aanzienlijk verminderen als ze in of nabij steden liggen, vanwege de directe toegang tot andere hulpbronnen. Dit kunnen vertical farms zijn in woongebieden, maar ook op daken, in atriums of kelders in grotere gebouwen en grootschalige vertical farms in de periferie van steden.”
De toekomst van verticale landbouw
Bij het bespreken van de toekomst van verticale landbouw in stedelijke gebieden vat Andy zijn gedachten als volgt samen: “Vertical farms kunnen veel dichter bij de plek worden gebouwd waar de vraag het hoogst is, wat de voedselkilometers van sommige gewassen aanzienlijk kan verminderen. Hierdoor hoeven deze niet te worden ingevroren of verpakt omdat ze snel binnen korte afstand worden verkocht, wat niet alleen energie bespaart, maar ook kan leiden tot verbeteringen van de voedingswaarde. De komst van vertical farms in steden kan banen opleveren en burgers opnieuw verbinden met boeren en voedselproductie, en de warmte die door vertical farms wordt geproduceerd, kan worden opgevangen en hergebruikt in stedelijke energienetwerken, wat ze onderdeel maakt van de circulair gebouwde omgeving. Voor mij staat buiten kijf dat verticale landbouw niet meer weg te denken zal zijn.”
Sky High – Project C2 maakt deel uit van het NWO Sky High onderzoeksprogramma, dat als doel heeft de productiviteit, voorspelbaarheid en reproduceerbaarheid van verticale landbouw te verbeteren.
Andy Jenkins werkt samen met TU Delft-collega's Tess Blom en Andy van den Dobbelsteen.
