Om de groeiende wereldbevolking te voeden, moeten we de komende veertig jaar evenveel voedsel produceren als in de afgelopen achtduizend jaar. Wereldwijd zijn de ogen daarbij gericht op Nederland, dat een voortrekkersrol speelt bij de ontwikkeling van nieuwe land- en tuinbouwtechnieken. Van verticale landbouw tot digitale fenotypering: de agro-tech sector staat aan de vooravond van grote doorbraken. De belangrijkste ontwikkelingen op een rijtje.
Het is naast klimaatverandering een van dé grote uitdagingen van onze tijd: het produceren en distribueren van voldoende voedsel om de nog steeds groeiende wereldbevolking te voeden. Volgens gezaghebbende scenario’s zal die namelijk in 2050 de tien miljard mensen benaderen. Om die groei bij te houden zullen alle agrarische sectoren tezamen een aanzienlijke schaalsprong in de productie moeten bewerkstelligen. Tegelijkertijd moet een aantal hardnekkige, gerelateerde problemen worden opgelost zoals de enorme voedselverspilling in (vooral) de westerse wereld, inefficiënte voedseldistributie in derdewereldlanden, erosie van landbouwgrond en mestproblematiek.
De landbouwsector werkt op tal van fronten aan oplossingen voor deze uitdagingen. Technologie speelt daarin een leidende rol. Wie de internationale publicaties over deze relatief jonge tak van sport – in Nederland ‘agro-tech’ genoemd, maar internationaal beter bekend als AgTech – doorspit, komt vrijwel altijd de naam Wageningen University & Research tegen. Deze onderwijsinstelling is niet alleen een van de weinige met een speciale bacheloropleiding Agrotechnologie, maar biedt ook onderdak aan talloze start-ups die innovatieve en duurzame technologie ontwikkelen voor de productie van voedsel en andere agrarische producten (zoals algen voor brandstof). Zij profiteren ervan dat de Nederlandse overheid Agrofood en Tuinbouw & Uitgangsmaterialen tot zogeheten ‘topsectoren’ heeft benoemd en subsidie (‘seed money’) beschikbaar stelt om haalbaarheidsstudies uit te voeren en businesscases op te zetten. Hieronder een aantal belangrijke (Nederlandse) ontwikkelingen op een rij.
1. Precisielandbouw
In de landbouw van de toekomst zullen diverse typen sensoren, die strategisch rond de velden zijn geplaatst, het mogelijk maken om gewassen op afstand te monitoren en precies die behandeling te geven die nodig is. Bewatering en bemesting kan per gewas en per veld real-time worden geoptimaliseerd. Dat resulteert in een hogere voedselproductie en minder uitval. Daarnaast worden ook de zaai- en oogstmachines steeds ‘smarter’. Dat maakt nauwkeuriger aanplanten mogelijk (optimale opbrengst per vierkante meter) en een accurate voorspelling van de opbrengst- en oogsthoeveelheden. Wageningen University & Research is nauw betrokken bij de vorig jaar gelanceerde Nationale Proeftuin Precisielandbouw (NPPL).
2. Drones en gewasmonitoring
Drones worden nu al op grote schaal gebruikt voor gewasmonitoring in de VS, als tool om tijdig te kunnen inspelen op bijvoorbeeld droogte of insectenplagen. Dit zal in de toekomst de standaard worden. Nu al zijn er drones in ontwikkeling die op basis van een 3D-beeld de bodemkwaliteit in kaart kunnen brengen en na analyse het optimale beplantingspatroon kunnen berekenen. Drones worden ook steeds vaker gebruikt om gewasbeschermingsmiddelen exact gedoseerd op gewassen te spuiten, zodat ze niet in het grondwater doordringen. Recente studies hebben aangetoond dat drones deze taak tot wel vijf keer zo snel kunnen uitvoeren dan reguliere machines, met een besparing van tot wel 90% aan bestrijdingsmiddelen. Drones spelen een belangrijke rol bij het project Fruit 4.0, een samenwerking van de Nederlandse Fruittelers Organisatie (NFO) en Wageningen University & Research. Met behulp van Kinect-cameras worden bloesem en vruchtontwikkeling in de boomgaard gemonitord, wat gerichtere vruchtdunning (het deels wegplukken van onrijpe vruchten om de kwaliteit te verbeteren – red.) en betere oogstprognoses mogelijk maakt.
3. Robotica
Nog in de kinderschoenen, maar op diverse plekken in de wereld wordt geëxperimenteerd met robots die met behulp van laser- en camerabegeleiding zelfstandig onkruid kunnen identificeren en verwijderen. Dezelfde robots kunnen ook worden gebruikt om stekken te planten en te bewateren. Tot nu toe nog niet mogelijk, maar gezien de snelle technologische ontwikkelingen in grijp- en beeldherkenningstechnologie een kwestie van tijd: robots die (op basis van mate van rijpheid) zelfstandig groenten en fruit kunnen plukken. Wel al realiteit: Wageningen University & Research ontwikkelde binnen het EU-project PicknPack een volledig geautomatiseerde oplossing om trostomaten uit oogstkratten te grijpen en de tros in een verpakking te plaatsen. Ook is er in Wageningen inmiddels een robot ontwikkeld die het ideale snijpunt van rozen kan bepalen voor het geautomatiseerd steken van stekken, alsmede een robot die volautomatisch tomatenstekjes kan sorteren op basis van kwaliteit (i.e. een 3D-analyse van de structuur van de plant).
4. RFID-sensoren en tracking
RFID-sensoren worden in diverse sectoren (waaronder de sierbloemensector) al volop ingezet om containers van de kweker naar de veiling/eindklant te volgen. Een bredere toepassing van RFID-technologie in de agrarische sector zou een optimale kwaliteit van distributie mogelijk maken en helpen om voedselverspilling tegen te gaan. Dit staat of valt vooralsnog met de kostprijs: hoe meer parameters gemeten moeten worden (denk aan temperatuur, relatieve luchtvochtigheid, zuurstof en koolstofdioxide, ethyleen en pH) hoe duurder de technologie. In Wageningen University & Research wordt daarom gewerkt aan een betaalbare technologische oplossing voor deze problematiek: een RFID die via intelligente tracking de ketenomstandigheden van individuele items groente en fruit monitort en vervolgens de houdbaarheid voorspelt. Dit vereist een doorbraak op het gebied van multi-sensor technologie, energieverbruik, kosten en vorm.
5. Veredeling
Zo oud als de mensheid, maar met de komst van AI en Machine Learning snel doorgroeiend naar het ‘next level’ in biotechnologie. Big data-analyse van zaai-, groei- en oogstsdata maken het mogelijk om te voorspellen welke eigenschappen en genen het beste zijn voor de productie van specifieke gewassen, waardoor voor boeren over de hele wereld steeds het beste ras voor hun locatie en klimaat beschikbaar is. Veredeling is ook de sleutel tot een veel efficiëntere veeteelt, door te selecteren op rassen met een optimale voer/groeiratio. Ook hier spelen big data een steeds belangrijkere rol. In Wageningen University & Research lopen permanent tientallen veredelingsprojecten, die niet altijd gericht zijn op de ‘usual suspects’. Zo richt het project AF16202 -MIP zich op de veredeling van zeewier. Grootschalige zeewierteelt is namelijk nog niet rendabel in West-Europa. De innovaties uit dit project moeten daar verandering in brengen door de productiekosten omlaag te brengen en de economische opbrengst te vergroten. Het vierjarige programma heeft tot doel om van zeewier een nieuwe duurzame bron voor gezonde voedingsmiddelen, voedingsadditieven en diervoeding te maken met een duurzame zeewierteelt in de Nederlandse wateren.
6. Verticale (stads)landbouw
In het Crop Innovation Center, een gloednieuw onderzoekscentrum aan de rand van Wageningen, test start-up KeyGene de nieuwste vindingen op het gebied van landbouw op planten. En een van die technieken is verticale landbouw, het telen van gewassen bóven elkaar in plaats van naast elkaar. Daarbij wordt gebruikgemaakt van led-licht in specifieke lichtgolflengtes voor een optimale groei. Ook blijkt uit onderzoek dat planten onder bepaalde lichtgolflengtes antioxidanten aanmaken, wat het in theorie mogelijk maakt met bepaalde lichtrecepturen extra voedzame, dan wel meer resistente planten te kweken. Hoewel verticale landbouw vooralsnog prijstechnisch geen oplossing is, is het in grote stedelijke agglomeraties waarschijnlijk wel de toekomst. Zo opende het Amerikaanse AeroFarms in 2016 een 6.500 m² grote verticale boerderij in New York, waar het inmiddels jaarlijks bijna een miljoen kilo groente produceert voor de lokale markt. Sinds kort kent Amsterdam GROWx, een verticale boerderij die als eerste volledig op hernieuwbare energie draait.
7. Digitale fenotypering
Digitale fenotypering (plant phenotyping) staat voor het volautomatisch analyseren van de groei en de gezondheid van gewassen. Planten worden gekweekt in bewegende stellages die via de lopende band in een fotoruimte worden gebracht. Daar maakt een computer van elke plant een foto, analyseert deze real time en zet meetgegevens over de groei automatisch in het systeem. Deze metingen worden gedaan in meerdere ontwikkelingsfasen van de plant. Plant phenotyping is een nieuw onderzoeksgebied dat veel belangstelling heeft gewonnen zowel in de academische wereld als bij de industrie, met name bij veredelaars. In de academische wereld zijn diverse consortia op grote schaal een infrastructuur voor plant phenotyping aan het ontwikkelen. In vrijwel alle gevallen is Wageningen University & Research hierin kennispartner.
lees ook: Big data en kunstmatige intelligentie brengen diergenetica naar next level
