In de zoektocht naar optimalisatie van de indoorteelt ligt veel innovatie momenteel bij kunstmatige belichting: efficiëntere LED's, slimmere sensoren en specifieker afgestelde lichtspectra. Maar wat als de echte doorbraak niet ligt in beter licht, maar in helemaal géén licht?
Dat is precies het uitgangspunt van Fruit of Knowledge, een onderzoeksproject van Wageningen University en Universiteit Utrecht. Het project onderzoekt hoe tomaten geteeld kunnen worden zonder fotosynthese. Promovendus Lucas van der Zee probeert tomaten direct uit bloemen te laten groeien, in een gecontroleerde omgeving waar ze externe suikers krijgen toegediend. Het resultaat: vruchtvorming zonder wortels, zonder aarde, zonder vegetatieve groei en zonder licht. 
© Niels Peeters
Een tomaat geteeld zonder fotosynthese, in vitro, met externe suiker en zonder licht.
Foto: Niels Peeters
Voorbij de logica van planten
Fotosynthese wordt al eeuwen gezien als het fundament van landbouw, ook in gesloten systemen zoals kassen en indoor farms. Maar Van der Zee stelt de vraag: is die afhankelijkheid nog logisch, zeker nu kunstlicht vaak meer dan de helft van het energieverbruik uitmaakt? "We vertrouwen op fotosynthese voor vrijwel alle biomassa op aarde," zegt hij. "Maar wat als dat niet meer mogelijk is? Denk aan droogte, overstromingen en stormen als gevolg van klimaatverandering."
Vanuit energieoogpunt is kunstmatige fotosynthese vaak onlogisch, vervolgt hij. "Zonlicht wordt omgezet in elektriciteit, die vervolgens weer omgezet moet worden in licht. Dat licht gebruikt de plant om suikers te maken. Bij elke stap gaat er energie verloren."
Vooral bij fruitgewassen zoals tomaten, met hun lange groeicyclus en hoge energiebehoefte, is die inefficiëntie duidelijk zichtbaar. Van der Zee's methode probeert het hele fotosynthetische proces over te slaan door suikers rechtstreeks aan het fruit te geven. "Als we het fruit direct kunnen voeden, opent dat nieuwe mogelijkheden voor vertical farming," zegt hij. "Al werkt dat alleen als de suikers op een duurzame manier geproduceerd kunnen worden."
De plant heroverwogen
Naast energie-efficiëntie stelt het project fundamentele vragen over de rol van de plant. In het lab onder het Radix-gebouw in Wageningen werken Van der Zee en collega Niels Peeters aan methodes om bloemen te laten ontstaan uit meristeemcellen—de stamcellen van planten—zonder dat er eerst een volledige plant hoeft te groeien. "We omzeilen de wortels en vegetatieve fase," legt Van der Zee uit. "Het meristeem vormt direct een bloem of bloemtros. Die voorzien we van suikers en voedingsstoffen."
Na bestuiving of chemische stimulatie beginnen de bloemen uit te groeien tot vruchten. In een steriele omgeving, geplaatst in een suiker- en nutriëntenmedium, ontwikkelen de vruchten zich zonder licht of fotosynthese. Het proces bootst de natuurlijke vruchtontwikkeling van binnenuit na. "Zodra de ontwikkeling begint, groeit het fruit volledig zelfstandig. Alsof je de natuur om de tuin leidt door stappen over te slaan."
© Lucas van der Zee
Lucas van der Zee
De energievergelijking
Op dit moment gebruikt Van der Zee gewone tafelsuiker uit suikerbieten. Maar in de toekomst zouden circulaire of elektrisch opgewekte suikers ingezet kunnen worden. Hij verwijst naar onderzoek van het Jinkerson Lab, waaruit blijkt dat elektrochemische omzetting van CO₂ in acetaat—een koolstofbron die sommige planten kunnen benutten—al efficiënter is dan natuurlijke fotosynthese. "Als je suikers rechtstreeks uit elektriciteit maakt, wordt het hele systeem veel efficiënter dan LED-belichte fotosynthese," zegt Van der Zee. "Bovendien hoef je dan geen complete plantsystemen meer te bouwen om alleen dat ene deel te oogsten."
In gesloten teeltomgevingen, waar belichting tot 60% van de energiekosten uitmaakt, kan dit een doorbraak zijn. Minder energie, minder infrastructuur, minder kosten. "Behalve suiker heb je enkel voedingsstoffen en wat basismechanica nodig—pompen, ventilatoren, wat lichte verwarming. Niets in de buurt van de input die een hele plant vraagt."
Een systeem in ontwikkeling
Het project bevindt zich nog in een vroeg stadium. De eerste tomaten zijn klein, ongeveer ter grootte van een blauwe bes, maar smaken wel als tomaten. Van der Zee experimenteert met methodes om grotere vruchten te telen, bijvoorbeeld door een deel van de stengel mee te laten groeien. "We zagen al dat vruchten groter worden als een stukje stengel blijft zitten. Zonder dat blijven ze klein. We onderzoeken nog waarom dat zo is."
De implicaties zijn hoe dan ook groot. Als fruit zonder licht, bodem of complete plant geteeld kan worden, verandert dat het energieprofiel van indoor farming volledig. Zeker nu de buitenteelt steeds kwetsbaarder wordt door klimaatverandering, groeit de behoefte aan systemen die met minimale middelen maximale veerkracht bieden. 
© Lucas van der Zee Een van de tomaten geteeld in een suiker-voedingsmedium, zonder fotosynthese. De vruchten zijn nog klein, maar onderzoek naar verbetering is in volle gang.
Voorbij de kas
Het team van Fruit of Knowledge presenteert deze methode niet als vervanging van traditionele landbouw, maar als aanvulling—vooral op plekken waar fruitteelt lastig, seizoensgebonden of duur is. "Net als bij vertical farming is dit systeem onafhankelijk van klimaat en seizoenen," zegt Van der Zee. "Het is vooral interessant voor gewassen die nu lastig in indoor farms te telen zijn, of voor kwetsbaar fruit met een korte houdbaarheid."
En hoewel het idee van tomaten uit suikerwater futuristisch klinkt, ziet Van der Zee het vooral als een logische volgende stap. "We proberen de natuur niet na te bootsen," zegt hij. "We vragen ons af: wat is het absolute minimum dat nodig is om kwalitatief goed voedsel te produceren? Wat gebeurt er als we dat als uitgangspunt nemen?"
Voor meer informatie:
Wageningen University & Research
Lucas van der Zee
[email protected]
Utrecht University
Niels Peeters
[email protected]
