Wetenschappers hebben ontdekt dat planten in volledige duisternis kunnen groeien via een methode waarbij elektrolyse de biologische fotosynthese vervangt.

PlusAchtergrond

‘Donker’ trucje zorgt voor efficiëntere voedselproductie (zelfs in de ruimte)

Wetenschappers hebben ontdekt dat planten in volledige duisternis kunnen groeien via een methode waarbij elektrolyse de biologische fotosynthese vervangt.Beeld Marcus Harland-Dunaway/UCR

Tomaten en sla kweken in een aardedonkere kelder in de stad, rijst telen in een ruimteschip of op Mars. Met een nieuwe techniek, die natuurlijke processen vernuftig omzeilt, kan het volgens Amerikaanse onderzoekers. Het is zelfs efficiënter dan conventionele landbouw. ‘Er is minder land nodig.’

Dennis Vaendel

De methode, vorige week gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Food, slaat de stap van fotosynthese in gewassen over. Dit is het proces waarbij planten zonlicht gebruiken om CO2 en water om te zetten in bouwstoffen die ze nodig hebben om te groeien. Heel efficiënt doen ze dit echter niet: vaak wordt slechts zo’n één procent van de beschikbare energie uit zonlicht omgezet in biomassa.

Vandaar dat vele wetenschappers wereldwijd zich het hoofd breken over de vraag hoe fotosynthese ‘opgevoerd’ kan worden. Een hogere efficiëntie levert namelijk een hogere opbrengst van gewassen op, waardoor er minder landbouwgrond nodig is voor dezelfde hoeveelheid voedsel. Waar sommige onderzoekers zich richten op het verbeteren van de planten via genetische modificatie (met vooralsnog slechts beperkte productiewinst), kiest de Amerikaanse onderzoeksgroep voor een alternatieve route, waarbij geen zonlicht nodig is.

Acetaatmethode

In plaats daarvan gebruikt men elektriciteit om CO2 en water – via een proces genaamd elektrolyse – om te zetten in acetaat, het voornaamste bestandsdeel van azijn. Net als het door fotosynthese geproduceerde suiker, kunnen organismen dit spul gebruiken als energiebron om te groeien. Uit experimenten blijkt dat dit efficiënter gebeurt dan in de ‘traditionele’ landbouw. Wanneer de elektriciteit afkomstig is van zonnepanelen, wordt een groter deel van de energie uit zonlicht omgezet in biomassa.

Zo bleek gist, normaal gevoed door suikers uit maïs, met de ‘acetaatmethode’ 18 keer efficiënter te groeien. Bovendien ontdekte het team dat een groot aantal gewassen, waaronder tomaten, sla, rijst en erwten, geschikt is om in een donkere ruimte via acetaat te groeien.

CO2 uit de lucht filteren

Een mooie en originele studie, meent Huub de Groot, hoogleraar biochemie aan de Universiteit Leiden en niet betrokken bij het onderzoek. “Het was al bekend dat organismen op acetaat kunnen groeien, en ook dat dit spul via elektrolyse geproduceerd kan worden. Toch is het een vernieuwend idee om die twee stappen op deze manier te combineren. Met deze resultaten kan men een heel nieuw veld ontginnen.”

Al meent De Groot wel dat het proces minder efficiënt is dan de onderzoekers laten voorkomen. “Planten filteren zelf CO2 uit de lucht, terwijl het hier in geconcentreerde vorm wordt aangevoerd. De stap ervoor, het uit de lucht halen en concentreren van CO2, kost energie. Dat lijken ze nu niet meegeteld te hebben. Overigens zijn er wel redelijk wat bronnen van geconcentreerde CO2 beschikbaar, bijvoorbeeld vanuit de industrie, die je hier mooi voor kunt gebruiken.”

De onderzoeksgroep ziet met het ‘bevrijden’ van de landbouw van de complete afhankelijkheid van zonlicht een hele rits nieuwe mogelijkheden. ‘Het gebruik van deze techniek zou een paradigmaverschuiving kunnen betekenen voor de manier waarop we mensen voeden,’ laat Robert Jinkerson, chemicus aan de Universiteit van Californië, weten in een persbericht. ‘Door de verhoogde efficiëntie is er minder land nodig, wat de impact van de landbouw op de natuur verkleint.’

Verse tomaten op Mars

Doordat de gewassen in een gecontroleerde omgeving groeien, zijn ze daarnaast minder kwetsbaar voor gevolgen van klimaatverandering, zoals droogte en overstromingen. Én voor de afname van geschikte landbouwgrond, want met de methode kan voedsel ook op minder gebruikelijke plekken, zoals in (donkere) gebouwen in steden, geteeld worden.

Wat overigens ook van pas kan komen voor toekomstige ruimtevaarders, merken de onderzoekers op. De beperkte benodigde ruimte en onafhankelijkheid van zonlicht maakt dat de techniek potentieel ook voor verse tomaten of sla in een ruimteschip of op Mars kan zorgen. ‘Waarbij de verhoogde efficiëntie helpt om meer bemanningsleden te voeden met minder input,’ aldus Jinkerson.

Bijkomend voordeel is dat met deze methode bekende gewassen zonder veel aanpassingen geproduceerd kunnen worden, merkt De Groot op. “Het kropje sla of de rijst op het bord blijft hetzelfde. Je grijpt niet direct in het DNA van het organisme in, en de gewassen groeien nog steeds op een natuurlijke manier. Het is heel anders dan bijvoorbeeld kweekvlees.”

Meer over