Naar de content

Voedsel kweken in het donker

Verse veldsla.
Verse veldsla.
Pixabay, ejaugsburg via CC0

Ons dagelijks maaltje vraagt veel van de natuurlijke hulpbronnen en hongert de aarde langzaam uit. Onlangs groeiden wetenschappers plantenweefsel en algen zonder licht. Kunnen we zo – in hoge, donkere gebouwen – onze voedselketen duurzaam draaiende houden en 10 miljard monden voeden in 2050?

28 juli 2022

Van alle grond op aarde is momenteel bijna vijftien procent in gebruik voor akkerbouw. Naar verwachting moeten we in 2050 tien miljard monden voeden – twee miljard meer dan nu. Moeten we daarvoor nog meer bossen kappen? Meer voedsel kweken per vierkante meter is wellicht een duurzamer idee. Betere rassen, afgemeten bemesting en bestrijding van plantenziekten helpen daarbij, maar er is een alternatief: de hoogte in. Door gewassen compact in hoge gebouwen te groeien, neemt de teelt tien tot twintig keer minder grond in beslag. En daarbij hoeven misschien niet eens lampen te worden opgehangen, zo blijkt uit Amerikaans onderzoek.

Zonne-energie loskoppelen

Maar planten hebben toch licht nodig om te groeien? Ze hebben inderdaad licht nodig voor fotosynthese, het proces waarbij ze CO2 en water omzetten in suikers voor hun groei. Kunstmatig licht is een mogelijkheid, maar lampen verbruiken enorme hoeveelheden elektriciteit. Amerikaanse wetenschappers hebben onlangs een trucje gevonden waardoor planten helemaal geen licht meer nodig hebben.

De onderzoekers overbrugden de eerste van de twee stappen van fotosynthese. Dat is de enige stap waarbij zonlicht nodig is: de plant zet dan zonne-energie om in chemische energie. In de tweede stap zet de plant die chemische energie om in suikers, daar is geen lichtenergie voor nodig. Bij het nieuwe trucje voeden biologen de chemische energie in de vorm van vloeistof direct aan de gewassen en nemen zo de noodzaak voor zonlicht weg.

Het voedingsstofje dat de wetenschappers de gewassen geven, acetaat, moet wel eerst gemaakt worden in het lab, uit onder andere CO2 en water. Dat gebeurt met elektriciteit, opgewekt via zonnepanelen. De acetaat zetten planten dan weer om in suikers om te groeien. Op die manier groeiden de onderzoekers algen en klompjes weefsel van sla. De volgende stap is om een volledige krop sla of een ander gewas te groeien.

Het lijkt op het eerste gezicht behoorlijk omslachtig, de elektriciteit gebruiken voor het nabootsen van de eerste stap van fotosynthese, in plaats van het te gebruiken voor kunstlicht. Maar zonnepanelen zetten zonlicht veel efficiënter om in energie dan planten. Planten gebruiken slechts één procent van alle zonne-energie die ze oppikken voor hun groei. Met de nieuwe methode is dat tot vier keer meer. Al moeten die zonnepanelen wel eerst nog geproduceerd worden natuurlijk.

De energiebesparing door de omleiding van fotosynthese heeft een chemische reden. “Normaal gesproken plakken planten zes losse koolstofatomen, afkomstig van CO2, aan elkaar tot een groter suikermolecuul”, vertelt Sylvestre Bonnet, hoogleraar fotochemie aan de Universiteit Leiden. “De nieuwe methode maakt het makkelijker voor planten: de wetenschappers voeren de plant bouwstenen die uit twee koolstofatomen bestaan. Planten hoeven dan nog maar drie bouwstenen aan elkaar te plakken en dat scheelt energie.”

In het donker gegroeide aardbeien zullen geen aanlokkelijke, rode kleur hebben doordat de plant bepaalde pigmenten dan niet maakt.

Jared Caraway via Pixabay, CC0

Kleurloos

Toch doet zonlicht meer dan alleen zorgen voor groei. Het stimuleert de aanmaak van groen pigment in de bladgroenkorrels, waar fotosynthese plaatsvindt. Zet je een kamerplant in een te donker hoekje, dan kleuren de bladeren geel. Hetzelfde gebeurt bij gewassen in het donker. “Ook de aanmaak van andere pigmenten die in planten voor rode, blauwe of paarse kleuren zorgen, wordt sterk gestimuleerd door licht”, vertelt de Wageningse levensmiddelenchemicus Wouter de Bruijn. Zonder licht krijgen we dus geen mooie rode aardbeien of paarse aubergines, maar minder aantrekkelijke geel-witte varianten. Ook is het nog niet bekend of de smaak, textuur en kwaliteit van voedsel gegroeid in het donker, gelijk is aan die van de gewassen zoals we ze nu kennen.

Leo Marcelis, hoogleraar tuinbouw en productfysiologie aan de Universiteit van Wageningen, heeft daar misschien een oplossing voor. Hij denkt dat de nieuwe technologie wellicht gebruikt kan worden als hulpmiddel bij bestaande binnenboerderijen. Bij zulke boerderijen – of verticale landbouw – groeien telers gewassen met ledverlichting en reguleren ze eenvoudig groeifactoren, zodat er minder water, meststoffen en pesticiden nodig zijn. Het grote nadeel van de klassieke verticale landbouw is het feit dat de ledlampen enorme hoeveelheden elektriciteit opslurpen. “Met de nieuwe technologie zouden we gewassen misschien bij lagere lichtintensiteit kunnen groeien, zodat er veel minder ledlampen nodig zijn”, zegt Marcelis. Dat scheelt aanschafkosten en elektriciteit, terwijl kleur, textuur en kwaliteit waarschijnlijk wel behouden blijven.

Routes blijven verkennen

Toch moeten we niet alle pijlen op één methode richten, stellen de Nederlandse deskundigen. “We kunnen akkerbouw via meerdere routes verbeteren en het is altijd gunstig om die tegelijkertijd te verkennen”, zegt Marcelis. Zijn collega Lucas van der Zee vult aan: “Het onderzoek van de Amerikaanse wetenschappers is nog nieuw. Het is een interessante kwestie, want wetenschappers proberen al tientallen jaren fotosynthese te verbeteren. Misschien is planten groeien in het donker de toekomst, maar nu is er eerst aanvullend onderzoek nodig.”

Zonlicht vormt momenteel nog de basis van onze hele voedselpiramide. Met deze nieuwe techniek kunnen we deze basis in de toekomst wellicht omzeilen en zo meer voedsel produceren op minder grond. Wie weet loopt onze globale consumptie dan wél in pas met waar de aarde in kan voorzien.

Bronnen
ReactiesReageer