Waarom Vertical Farming

Dit hoofdstuk gaat in op de vraag 'Waarom Vertical Farming?'. Waarom wel? Of waarom niet? Het gaat hierbij niet op businessmodellen en de technologische elementen en teeltmodellen: Daar gaan andere hoofdstukken van deze wiki op in.

Open

Bron: Still YouTube AeroFarms

In de paragraaf 'Waarom wel Vertical Farming' worden de tien voordelen van Vertical Farming behandeld. In de paragraaf 'Waarom geen Vertical Farming' komen zes nadelen van Vertical Farming aan bod.

Sommige voor- en nadelen staan voor veel meer onderdelen, maar daar gaat deze wiki niet op in. Aantallen en lengte zeggen niets over het belang van een factor. Het veld van Vertical Farming blijft in ontwikkeling. De verschillende factoren dragen hooguit bij in jouw zoektocht naar inzicht. Gebrek aan historische ervaring en geheimhouding bij bedrijven maakt een goede analyse lastig. Voor Nederlandse ondernemers zal de berekening nog niet zomaar ten gunste van Vertical Farming uitvallen. Een eindoordeel is aan jezelf, na lezing en weging van alle teksten in dit dossier.

Aan het einde zijn enkele bronnen opgenomen.

Waarom wel Vertical Farming: Wat zijn de voordelen ervan?

1. Als eerste en grootste voordeel van Vertical Farming ziet men de grote productiviteit per oppervlakte grond. Gebaseerd op feitelijke productiviteitsdata per vierkante meter grond, berekent Kozai, et al (2015) dat een Vertical Farm in Japan, met gemiddeld 3000 kroppen sla per vierkante meter per jaar, honderd keer zo productief is dan volle grondteelt, en vijftien keer zo productief als een groentekas. De belangrijkste verkondiger in Amerika van Vertical Farming, Dickson Despommier, berekende dat in New York City een gespecialiseerd flatblok van 30 verdiepingen jaarlijks ruim 450 maal zo productief kan zijn dan zo’n stadsblok aan vollegrondsteelt. De verklaring is het enorme aantal verdiepingen, het aantal productielagen per verdieping (stacks), en de extra productierondes in een gesloten gebouw (Despommier, D., 2009). Zo’n enorme Vertical Farm zou zo’n 50.000 mensen dagelijks 2000 calorieën aan groenten, fruit, eieren en vlees kunnen voeden.
   In theorie zouden grofweg 200 van dergelijke Vertical Farms New York City kunnen voeden. Volgens Despommier zou Vertical Farming daarmee de wereldwijde oplossing voor de urbane voedselproblematiek zijn. De benodigde (technologische) doorbraken en innovaties worden niet gespecificeerd. De bestaande Vertical Farm van Aerofarm in Newark (USA) is, naar eigen zeggen, 70 keer productiever dan vollegrondsteelt (The Guardian, 2016). Een simulatie voor Canada gaat uit van grofweg vier keer zo productieve Vertical Farm als een groentekas (Eaves & Eaves, 2018). In het berekenen van de ratio’s is het dus belangrijk te weten welke oppervlakten en rotatiesnelheden, worden gebruikt, en welk klimaat en productiesysteem als vergelijking wordt genomen.

2. Een tweede voordeel van Vertical Farming is de efficiëntie van grondstoffengebruik. Vaak wordt gesproken van productie zonder bestrijdingsmiddelen, omdat de schone productie veel minder insecten en ziektekiemen toelaten. Voor vermeerderaars is het ziektevrij vermeerderen een groot goed. Ook bij eventuele ziektedruk kan na ruiming snel een nieuwe productieronde worden gestart.
   Gebruik van water en meststoffen gaat redelijk conform hightech kassystemen (Pinstrup-Andersen, 2018), maar ze worden natuurlijk veel nuttiger ingezet dan bij vollegrondsteelten. Ten aanzien van het 8-laags, rail-gedreven systeem van Valcent claimt men dat vollegrondsteelt 20 keer zoveel water en 7 keer zoveel energie behoeft. Ook in Nederland claimt men tot 90 procent waterbesparing (Den Besten, 2015). Vollegrondsteelt in California zou tot 240 maal zoveel water nodig hebben voor eenzelfde productie aan sla uit Vertical Farm Skyfarm  (Treehugger, 2011).  De CO2-efficiëntie van een volledig gesloten systeem is vanwege de precisielandbouw hoger dan alle andere systemen. Uit simulaties komt dat de energie-efficiëntie per eenheid geproduceerde droge stof sla hoger is in Vertical Farms dan in groentenkassen in heel verschillende klimaatzones. (Graamans et al, 2018). De hoge water-efficiëntie, en hoge productiedichtheid van gesloten teeltsystemen bieden perspectieven voor locaties waar ruimte, zon en/of water schaars zijn (Graamans et al, 2017).

3. Een derde voordeel van Vertical Farming is planbare productie jaarrond. Een kas neemt al veel seizoensgebondenheid van vollegrondsteelt weg. De Controlled Environment Agriculture van Vertical Farming neemt variatie over de seizoenen en de dag helemaal weg, ten gunste van homogeniteit en snelheid van productie. Dit verhoogt de productiviteit in vele delen van de wereld, ook in Noordwest-Europa. De introductie van LED-licht heeft een sprong in de haalbaarheid van Vertical Farming opgeleverd, aangezien lichtintensiteit en het lichtspectrum over het jaar, dagdelen en groeifasen (bv verrood voor bloei-inductie) volledig planbaar zijn. Dat productiesturing naar oogstdagen goed mogelijk is maakt Vertical Farming in Japan nu al aantrekkelijk, omdat leveranciers soms forse boetes krijgen wanneer leveringsgaranties worden gemist. In principe kan Vertical Farming onzekerheden van water, wind, zonlicht en temperatuur uitsluiten.

4. Ten vierde, voordelen voor consumenten zijn de kortere afstand en benodigde tijd tot de afnemer, en het schone, gezonde eindproduct dat verser is. Deze gezonde, schone productie wordt kwaliteitsverhogend gevonden, waarvoor consumenten in Japan, en (volgens een enquête) in Nederland, een aankooppremie willen betalen (Van Horen, 2018). De Nederlander vindt het productiesysteem vooralsnog onbelangrijk, maar in Japan vindt de consument een cleane teelt echt waardevol.

5. Een vijfde voordeel van Vertical farming betreft de vermeend lagere impact op het milieu. Het veroorzaakt, voor eenzelfde productie, minder onttrekking van stikstof en fosfaten aan de natuur, en veroorzaakt geen vervuiling van grond, lucht en waterstromen. De druk van bestaande landbouw op haar omgeving, door uitspoelen voedings- en bestrijdingsmiddelen, verzuring, emissies bij omploegen, en ziekten door monoculturen. Door de enorme vergroting van productie per oppervlak, in urbane gebieden, wordt de druk lager op kwetsbare landbouwgebieden en biodiversiteit in rurale gebieden.

6. Een zesde gerelateerd voordeel betreft lagere voedseldruk door urbane productie. Het verhoogt de weerbaarheid van steden tegenover langetermijn ontwikkelingen in het klimaat. Dat en het lokaal actief zijn met voedselproductie maakt sociale structuren sterker. Ook zou Vertical Farming de extra vraag door de verwachte bevolkingsgroei tot 9,5 miljard personen rond 2050 beter kunnen opvangen. Die groei zou vooral in urbane gebieden plaats vinden.

7. Als zevende voordeel heeft Vertical Farming dat het in alle klimaatzones en bijzondere locaties zou kunnen worden ingepast. Inderdaad zien we Vertical Farms in Japan, en in South Pole Food Growth Chamber. Vragen naar Vertical Farms komen vanuit het Midden-Oosten, een lastig gebied voor reguliere landbouw, en noordelijke gebieden in Canada en Scandinavië, waar de winter te weinig natuurlijk groeilicht geeft. Je kunt echter ook denken aan zilte gebieden, bergdorpen, orkaangebieden, woestijnen, cruiseschepen, ruimteschepen, onderzeeërs, en gebieden met vervuilde gronden, zoals rondom (ontplofte) kerncentrales.

8. Een achtste voordeel van Vertical Farming zouden lagere prijzen zijn. Verwachte redenen voor lagere prijzen zijn een betere inzet van arbeid, grootschalige automatisering, minder inzet van landbouwmachines, en lagere transport- en ketenkosten. Veel bewijs voor lagere kosten zijn er vooralsnog niet, maar dat kan met de leercurve te maken hebben: Vertical Farming wordt namelijk in velerlei vormen uitgeprobeerd; de zogenaamde systeeminnovatie is nog niet uitontwikkeld. In Japan verwacht men halvering van electriciteitskosten, verhoging van arbeidsproductiviteit, en verdere optimalisering van warmte en lichtrecepten (Kozai et al, 2015).

9. Een negende voordeel heeft te maken met de crisis in vastgoedsector. Vanaf 2008, met ingang van de economische crisis zoeken projectontwikkelaars vulling voor incourante kantoren en lege hallen. Ook is opvallend dat architecten met vele ontwerpen van Vertical Farms komen: Ze zijn op zoek naar een nieuwe, meer duurzame invulling van hun werk. Het betreft zowel herbestemming van oude gebouwen, zoals bij de New Farm Den Haag, tot grootse ontwerpen van bijvoorbeeld het Zweedse Plantagon, daar Agritecture genoemd. Die relatie met architecten en projectontwikkelaars is nieuw in de land- en tuinbouw. Interessant is dat in Azië computerbedrijven lichttechnologie uitbouwen en uittesten voor Vertical Farming, welke weer in leegstaande gebouwen van computerbedrijven kunnen worden gerealiseerd. Zeker een handvol Vertical Farming-congressen voor investeerders hebben tot doel gehad de potentie voor investeringen in Vertical Farming vast te stellen. Deze partijen hebben allemaal belang bij realisatie van omvangrijke (demonstratie-)projecten in de gebouwde omgeving.

10. Het tiende, niet onbelangrijke voordeel van Vertical Farming zou personeel betreffen. Vertical Farming brengt werkgelegenheid in steden, het zal mensen dichter bij de natuur laten werken, het kan werk in de voedingssector aantrekkelijker maken, en het zou de vergrijzing onder (Japanse) boeren compenseren. Aearofarms zou al over 100 werknemers hebben. In Japan is het verdwijnen van boeren, agrarisch land, en dus voedselproductie al een groot probleem.

Niet onbelangrijk maar een open vraag betreft Vertical Farming voor inhoudsstoffen. Enerzijds kunnen we denken aan mogelijkheden richting biopharmaceutica, verhoging van inhoudsstoffen, en aan tropische producten zoals vanille. Anderzijds is de productie van wiet een voorbeeld van controled environment agriculture, dat in Noord-Amerika breed toegepast mag worden en Vertical Farming sneller winstgevend kan maken. Dergelijke marktniches vallen onder specifieke businessmodellen, welke we niet hier gaan behandelen.

Birkby, J. (2016). Vertical Farming. Aerofarms (Newark, USA)

Waarom geen Vertical Farming?

Naast voordelen kleven er ook duidelijk nadelen aan Vertical Farming.

1. Het eerste en wellicht belangrijkste nadeel van Vertical Farming betreft de hoge investeringen. In urbane gebieden zijn grondkosten mogelijk hoger dan in rurale gebieden, maar een Vertical Farm heeft minder oppervlakte nodig dan vollegrondsteelt. Vooral de investering binnen het gebouw, denk aan de LED-verlichting, luchtconditionering (temperatuur, circulatie, vochtigheid), en teeltsystemen maken Vertical Farming duur. De Aerofarm locatie in Newark zou zo’n 30mln dollar hebben gekost. In Vancouver mislukte daardoor de financiering van een geplande Vertical Farm (Dvorsky, 2015). Gebrek aan ervaring, een track record, maakt dat externe financiers, terughoudend zijn.

2. Een tweede nadeel van Vertical farming is de hoge energiebehoefte voor belichting, koeling, luchtbehandeling, dat mensen niet bepaald vinden passen bij duurzame voedselproductie. Graamans et al (2017), concludeert dat glastuinbouw zonder belichting een stevige krop sla kan produceren voor gemiddeld 1.55 kWh energie. Met belichting kost de krop 8.08 kWh energie. Een Vertical Farm zou nog steeds 7.57 kWh aan energie behoeven voor dezelfde krop sla. De mogelijkheid van afdoende dekking van de energiebehoefte door zonnecellen wordt betwist (The Economist, 2010). Ook berekeningen voor de carbon footprint van Vertical Farming versus het beste alternatief lijken negatief uit te pakken voor Vertical Farming, met name in de zomer (Al-Chalabi, 2015).

3. Een derde nadeel van Vertical Farming is het vooralsnog beperkte assortiment dat wordt gekweekt, voornamelijk kruiden en groene bladgewassen. Sla heeft veruit het grootste aandeel in het assortiment. Daarnaast worden vele kruiden geproduceerd, zoals basilicum, maar we zien ook rucola, spinazie, cressen, en miniwortels, en plantgoed. Echter, er is geen verwachting dat Vertical Farming grootschalige productie van hoofdvoedingsmiddelen, staple foods, zoals rijst, aardappelen, mais en granen, zal realiseren. Over dierlijke productie wordt nauwelijks of niet gesproken, zeker niet na de negatieve discussie over de zogenaamde varkensflat. Tenslotte, huidige rassen van trosproducten, zoals tomaten en komkommers, hebben erg veel ruimte nodig in een Vertical Farm.
   
   

   Open

   

   Foto:  Indoor South Pole Growth Unit
   
   

4. Een vierde nadeel, of meer een bedreiging, voor Vertical Farming is twijfel over brede acceptatie door consumenten. In Nederland kan de ervaring met hightech kassenteelt echter een positieve invloed hebben. Een schaarse studie naar het onderwerp concludeert dat de consument het verschil niet proeft tussen sla uit een kas, van het open veld of uit een Vertical Farm. Wel twijfel die consument over onnatuurlijke productiemethoden (Coyle & Ellison, 2017). Sommigen stellen dat organisch certificeren naast een verbod op bestrijdingsmiddelen, ook een organisch grond-ecosysteem zal vereisen.

5. Een vijfde nadeel van Vertical Farming betreft de regelgeving. Wereldwijd kent de regelgeving voor ruimtelijke ordening zelden regels over voedselproductie in urbane omgevingen. Een studie voor de Association for Vertical Farming laat zien dat overheden geen kennis van Vertical Farming hebben en reactief beleid op voeren. In New York City is, in 2016, aquaponics nog steeds verboden (Brin, 2016). Plantagon (Zweden) heeft vele initiatieven zien sneuvelen door gebrek aan passende regelgeving. Ook het ontbreken van passende regelgeving voor arbeid kan problemen gaan veroorzaken. Gebrekkige regelgeving zorgt doorgaans voor vertraging van groei van betreffende voedsel-activiteiten.
   
   

   FarmedHere drankje
   
   

6. Het zesde en laatste nadeel is de lage verwachte en feitelijke winstgevendheid van Vertical Farms. Sommige simulaties voorspellen zo’n 8 procent rendement op investeringen bij een Vertical Farm met 10 verdiepingen, maar investeerders zullen al snel minimaal 10 a12 eisen. Een grote hightech simulatieworkshop met hightech 2 verdiepingen sla, 2 verdiepingen tomaten, en een verwerkingslaag, leverde op dat de producten zo’n vier a vijf keer de huidige marktprijzen zouden moeten gaan opleveren (DLR, 215). In Canada komt een simulatie van een Vertical Farm versus een groentenkas, voor een vergelijkbare hoeveelheid slaproductie, op een vrijwel gelijke winstgevendheid uit (Eaves & Eaves, 2018). Productie in geprepareerde zeecontainers lijkt kansrijk, gelet op de groei van FreightFarms en TerraFarms.

Echter, waar vergezichten gaan over Vertical Farms van 10 tot 30 verdiepingen, haalt slechts een enkel initiatief de 4 verdiepingen (Despommier, 2013; Shamshiri et al, 2018). Gegevens uit zowel Amerika als uit Japan laten zien dat slechts een kwart van de indoor Vertical Farms winstgevend is. In Japan lijken energie (28 procent), arbeid (26 procent) en afschrijvingen (23 procent veruit de grootste kostenposten te zijn (zie figuur 1). Een groot aantal Vertical Farms zijn failliet gegaan, zoals FarmedHere (Illinois, USA) en Mirai (Japan). De te hoge kostprijs en gebrek aan vakkennis spelen vaak een rol. Andere Vertical Farms lijken rendabel te zijn zoals Urban Produce (California, USA), Spread (Japan) en Plantagon (Sweden), alhoewel goede info ontbreekt (Pinstrup-Andersen). Zolang externe kosten van degradatie van de natuurlijke omgeving niet worden opgenomen in productkosten van voeding zal Vertical Farming concurrentienadeel ondervinden.


Figuur 1. Productiekosten Japan per component (Kozai, 2015)

Bronnen

• Al-Chalabi, M. (2015) Vertical farming: Skyscraper sustainability? Sustainable Cities and Society. Vol.18, pp.74–77

• AVF (2016) The State of Vertical Farming, Conference proceedings.

• Brin, H. (2016). Disadvantages of vertical farming, in: AVF (2016), pp.85-92.

• Coyle, B.D., & B. Ellison (2017) Will consumers find vertically farmed produce out of reach? Choices Magazine Quarterly 1.

• Despommier, D. (2013) Farming up the city: the rise of urban vertical farms, Trends in Biotechnology, Forum: Science & Society. Vol.31, nr.7

• Despommier, D. (2009) The rise of vertical farms. Scientific American Vol. 301, Nr. 5, pp. 80-87.

• Den Besten, J. (2015) Heeft telen zonder daglicht de toekomst? Powerpoint HAS Den Bosch.

• DLR (2015), Vertical Farming 2.0. Designing an economically feasible vertical farm – a combined European endeavor for sustainable urban agriculture. Final Report Concurent engineering-workshop, 18-21 november 2015. 81pp.

• Eaves, J. and S. Eaves (2018), Comparing the Profitability of a Greenhouse to a Vertical Farm in Quebec. Policy paper. Canadian Journal of Agricultural Economics. Vol.66, pp.43-54.

• Graamans, L., et al (2017), Plant factories; crop transpiration and energy balance, Agricultural Systems. Vol. 153, pp.138–147.

• Graamans, L., et al (2018), Plant factories versus greenhouses: Comparison of resource use efficiency, Agricultural Systems. Vol.160, pp.31–43.

• Horen, L. van (2018), Vertical farming in the Netherlands. Is the only way up? Rabobank Powerpoint – Venlo, 27 Juni 2018.

• Kozai, T. (2015) Plant Production Management System for PFAL (plant factory with artificial lighting). Beijing, China; Powerpoint for Association for Vertical Farming conference, 9-10 May 2015.

• Specht, K., et al (2014) Urban agriculture of the future: an overview of sustainability aspects of food production in and on buildings. Agriculture and Human Values. Vol. 31, pp.33–51.

• Pinstrup-Andersen, P. (2018) Is it time to take vertical indoor farming seriously? Global Food Security 17, pp. 233–235.

• Shamshiri, R.R. et al (2018) Advances in greenhouse automation and controlled environment agriculture: a triansition to plant factories and urban argriculture, International Journal of Agriculture and Biological Engineering. Vol.11, nr.1, pp.1-22.

• The Economist (2010) Vertical Farming: does it really stack up?  9 December 2010.

• The Guardian (2016) World's largest vertical farm grows without soil, sunlight or water in Newark. 14 August 2016.

• Treehugger (2011) Gordon Graff Demonstrates That Vertical Farms Can Actually Work.

Vertical Farming