Brood op Mars krijgt stilaan vaste vorm
Kunnen we op Mars ooit tarwe telen en er vervolgens brood mee bakken? Zeven Belgische bedrijven en kennisinstellingen onderzoeken het al sinds begin 2020. Waar staat het ambitieuze SpaceBakery-project intussen? Wouter Temmerman
Op Mars een gewas telen, klinkt leuk maar is weinig vanzelfsprekend. De oppervlaktetemperatuur bedraagt er gemiddeld -60°C en de atmosfeer bestaat voor 95% uit CO2. Als de NASA, de ESA, Elon Musk of andere gegadigden zoals het SpaceBakery-consortium de rode planeet vanaf 2050 willen koloniseren, dan wordt een eigen voedselproductie in die barre omstandigheden een must. Waarom dan geen brood bakken op Mars?
Het idee kwam van Puratos, de Belgische bakkerijleverancier die in 2019 bij zijn honderdste verjaardag de ambitie uitsprak om als eerste brood te bakken op Mars. Uit die ambitie groeide het SpaceBakery-onderzoeksproject, een samenwerking van Puratos met Urban Crop Solutions, Magics Technologies, Universiteit Gent (Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen), SCK CEN, Universiteit Hasselt en Flanders’ FOOD. Ook Flanders Space is betrokken en het Agentschap Innoveren en Ondernemen (VLAIO) kende voor dit ambitieuze project een projectsubsidie van 4,5 miljoen euro toe.
Bij Puratos in Groot-Bijgaarden verrees een vierledig containercomplex, een PlantFactory van het Waregemse Urban Crop Solutions. In deze SpaceBakery werd een gesloten ecosysteem voor gewasteelt opgezet. Het onderzoek focuste op het vinden van een manier om tarwe onafhankelijk van aardse omstandigheden en het aardse klimaat te kunnen telen. “Om dat mogelijk te maken moeten we de vinger aan de pols houden en de groei van tarwe continu meten met innovatieve plantsensoren voor waterverbruik en groei”, zegt professor Kathy Steppe van Universiteit Gent. In het hermetisch afgesloten systeem testten de onderzoekers een geschikt groeisubstraat voor de gewassen, gekoppeld aan een systeem om grondstoffen of nutriënten te recupereren en te hergebruiken.
“Als alternatief voor bakkersgist gebruiken wij zuurdesem, een natuurlijke fermentatietechnologie, om de biologische beschikbaarheid van voedingsstoffen, de verteerbaarheid en de sensoriële perceptie van volkorenbroodtoepassingen te verbeteren”, stelt Bert Schamp, Research Manager bij Puratos als doel voorop. “Dit project zoekt naar gewassen die tarweproducten kunnen aanvullen om het voedingsgehalte en het eiwitprofiel in evenwicht te brengen en zo toepassingen te creëren die in overeenstemming zijn met onze dagelijkse behoeften aan eiwitten, koolhydraten, vetten, mineralen en vitaminen.” “Om van een tarwekorrel tot een duurzaam zuurdesembrood op Mars te komen, is er naast meten met sensoren ook nood aan nieuwe 3D-plantmodellen om de groei van tarwe te voorspellen en te optimaliseren”, zegt Kathy Steppe. En niet onbelangrijk: aan technologie die de bestuiving mee mogelijk maakt.
In de tweeëneenhalf jaar onderzoek bepaalden de betrokken wetenschappers zelf de voedingsbodem, de oogstperiode en het lichtregime voor de gewassen. Een beperkt gebruik van water, meststof en die voedingsbodem is een must, aangezien een ruimtemissie niet toelaat om grote hoeveelheden grondstof mee te nemen. In de containers werden de planten daarom rechtstreeks in een voedingsoplossing geteeld.
Tarweproductie maal vijf
Het onderzoeksproject liep tot september 2022 en kende zijn voorlopige slotakkoord tijdens het eerste tweedaagse SpaceBakery Symposium in juni 2022 in Antwerpen. De partners wilden er vooral inzicht geven in de nieuwe technologische ontwikkelingen. Het was met name uitkijken naar de opbrengstcijfers voor tarwe in verticale landbouw, een teeltmethode waarbij binnen een gebouw gewerkt wordt in gestapelde kweeklagen. Puratos wilde te weten komen met welke nieuwe grondstoffen het een robuuste zuurdesem kan ontwikkelen. De cijfers waren alvast veelbelovend, met een factor 5 toename in opbrengst van de tarwe uit de vertical farm in vergelijking met tarwe geteeld op het veld. “Op Mars zijn er lavakorrels”, vertelde Maarten Vandecruys, CTO en oprichter van Urban Crop Solutions, daarover onlangs in Trends. “We slaagden erin vergelijkbare korrels te gebruiken als substraat. De opbrengst van de tarwe was vijf keer groter dan in openveldteelt. Het leidde ertoe dat de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA contact met ons opnam.”
Klein probleem: de tarwe in een open veld is een zelfbestuiver, terwijl de onderzoekers in de vertical farm tarwe combineerden met de peulvrucht cowpea. Dat is een gedeeltelijke zelfbestuiver, die een betere opbrengst kent bij bestuiving door insecten dankzij de verdere verspreiding via pollen. Bij gebrek aan insecten op Mars, wordt kunstmatige intelligentie ter compensatie van groot belang. De AI-chip die Magics Technologies ontwikkelde, zorgt ervoor dat drones volledig autonoom kunnen bestuiven: ze herkennen het gewas, bepalen de vliegroute, maken contact met de bloem en vliegen weer weg. “The chip is in the oven”, vatte CEO Jens Verbeeck het samen, om te onderstrepen dat volgens hem krachtige AI-hardware en geavanceerde algoritmes veel arbeidsintensieve taken in de landbouw kunnen automatiseren. “Als de mens naar Mars wil, dan zullen intelligente robots onze beste metgezel zijn om de onbekende werelden te koloniseren.” De drones werken bovendien energiezuinig en ook op andere vlakken zette SpaceBakery in op efficiënte en duurzame productie door gebruik te maken van plantsensoren en nieuwe 3D-plantmodellen. Op Mars is grondstoffen recycleren immers de enige optie. De onderzoekers van UHasselt gingen na hoe de teelt zo circulair mogelijk kon verlopen. Afval dat overbleef na de tarweteelt, zoals stro en kaf, werd verbrand zonder zuurstof. Wat achterblijft, heet biochar en bevat nog veel grondstoffen. Bij het telen van nieuwe tarwe in bijvoorbeeld basaltgesteente, kwam de biochar uitstekend van pas.
Wat met de ruimtestraling?
Is met een combinatie van vertical farming, positieve geluiden over de opbrengst en een oplossing voor de bestuiving de kous af? Toch niet. Een belangrijke niet te vergeten factor is de ruimtestraling, die iedereen ondervindt buiten het beschermende magnetische veld rondom de aarde. Zowel plantzaden, bioprocessen als digitale technologie kunnen anders reageren door de ioniserende straling. SCK CEN ging aan de slag met verschillende dosissen straling om te weten te komen wat de impact is op de voedingswaarde van de planten in het proefproject. Die impact bleek opvallend goed: milde radiatie kan een stimulerend effect hebben op de groei. “Tarwe kan perfect groeien zonder bodem en met een flinke dosis ruimtestraling”, zegt radio-ecoloog Nele Horemans van SCK CEN. “We monitorden vooral vezels, omdat het belangrijke indicatoren zijn voor de voedzaamheid van een gewas, net als het vet-, suiker-, zetmeel- en eiwitgehalte.”
Op het symposium maakten de partners zich sterk dat de belangrijke micro-organismen en de productkwaliteit perfect voldeden aan de kwaliteitseisen. Bovendien kan de productie zonder pesticiden verhoogd worden en toonde lava zich, zoals gezegd, een perfect substraat. De conclusie dat ook de duurzame productie op aarde met deze inzichten wel kan varen, lag nooit veraf en eerder maakten de onderzoekers ons ook al attent op andere toepassingen. “De technologie die we ontwikkelen voor nanodrones zullen we kunnen gebruiken in andere autonome machines”, aldus Jens Verbeeck. “Dankzij het gebruik van de innovatieve plantsensoren hebben we sprekende planten die in real-time rapporteren over hun gezondheidstoestand, groei en waterverbruik”, voegt Kathy Steppe toe. “Deze machines en technologie zullen risicovol handwerk uitvoeren en menselijke arbeid vervangen bij bijvoorbeeld een nucleaire ontmanteling. Automatisering zal bovendien een belangrijke rol spelen in de productie van nieuwe duurzame energie.”
Vervolg
Ondanks de positieve noten na de eerste onderzoeksperiode werd het in de maanden na afloop van het symposium weer stil rond SpaceBakery. Elke partner bracht in het project specifieke innovaties aan: Puratos focuste op het creëren van de zuurdesem, Urban Crop Solutions voorzag de oplossing van indoor vertical farming, UHasselt leverde het groeisubstraat biochar, SCK CEN ontwikkelde een lava-uitloogsysteem en wortelmicrobioom, Magics bouwde nanodrones voor de bestuiving, en UGent toverde de tarweplant om tot een sprekende plant via unieke plantsensoren en ontwikkelde een 3D-plantmodel om te bepalen wat nu de meest optimale en duurzame manier is om tarwe in een gesloten Mars-biosfeersysteem te telen. Op dit moment evalueert elke partner zijn bijdrage, maar hun evaluatie delen, deden ze nog niet. “Dat klopt”, zegt Timothy Lefeber, die het project voor Flanders’ FOOD begeleidde. “De projectpartners zijn de bevindingen momenteel intern aan het verwerken en komen dit jaar met hun conclusies naar buiten. Op dat moment zal duidelijk worden welke toekomst SpaceBakery heeft en of zij een verlengstuk aan deze eerste onderzoeksfase wensen te koppelen.”
Dit artikel is verschenen in Top Industrie, die beschikbaar is in pdf.