‘Het complexe vraagstuk van voedselproductie is in essentie hetzelfde op Mars als op Aarde’

Voor de Universiteit Van Vlaanderen staat professor Siegfried Vlaeminck stil bij processen die onze voedselproductie duurzamer kunnen maken. Hij richt daarvoor de blik op de planeet Mars.

Het complexe vraagstuk van voedselproductie op Mars en Aarde is in essentie hetzelfde. Het antwoord ligt bij een combinatie van gedragswijziging en innovatieve (bio)technologie. Voor Mars is dit de evidentie zelve. Op Aarde groeit het urgentiegevoel om een ’terrestrische eiwittransitie’ aan te vatten: onze dagelijkse voedingskeuzes hebben impact, en gedragswetenschappers kunnen dit verder beïnvloeden. Bio-ingenieurs voegen daar technologisch optimisme aan toe, met heel wat opportuniteiten voor het bedrijfsleven. Met slimme steun van het beleid staan de Belgen in pole position om deze transitie in voedselcleantech nu in de praktijk te brengen.

Belgen en voedsel op Mars

Overleven op Mars is een kwestie van voedzaam te eten, gezonde lucht in te ademen en veilig water te drinken. Voorzien in deze drie basisbehoeftes is weliswaar geen sinecure in de ruimte, en vergt een geïntegreerde hoog(bio)technologische oplossing. Wereldwijd zijn heel wat ruimtevaartagentschappen, zoals de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA), samen met onderzoekers en bedrijven hiervoor technologie aan het ontwikkelen. Het enthousiasme is groot, en we mogen als Belgen trots zijn op onze pioniers- en leidersrol in dit domein.

Dertig jaar geleden pionierden de peetvaders, en bedachten prof. Max Mergeay (SCK-CEN) en prof. Willy Verstraete (UGent) samen met twee Fransen een slim concept. Een quasi perfecte recyclagemachine werd voorgesteld, met een centrale rol voor bacteriën en planten als katalysatoren en/of producten. Dit werd ‘MELiSSA’ gedoopt (micro-ecological life support system alternative), een technologische aaneenschakeling van biologische omzettingen, gebruikt zo de nuttige stoffen in afvalstromen om voedsel en zuurstof te produceren.

MELiSSA is door de integratie van alle biologische stappen eigenlijk al complex en ambitieus. Toepassing ervan in de ruimte voegt nog een set uitdagingen toe. Zo moet het systeem compact, efficiënt, autonoom, voorspelbaar, veilig en betrouwbaar zijn in een omgeving met verhoogde kosmische straling en verlaagde zwaartekracht. In Europa en Canada verenigden onderzoekers en bedrijven zich om dit multidisciplinaire vraagstuk stap per stap te realiseren. Belgische bio-ingenieurs en wetenschappers speelden en spelen hier een voorname rol in, o.a. vanuit SCK-CEN, UGent, VITO, QinetiQ Space, UMons, KULeuven en UAntwerpen.

Een gedeeld voedselproductievraagstuk

En wat ondertussen op Aarde? Het behoeft weinig betoog dat ons consumptiepatroon en onze levensstijl niet duurzaam zijn. De bosbrossers herinneren er ons wekelijks aan. De planetaire veiligheidsgrenzen voor grote milieuvraagstukken worden overschreden, zoals het behoud van klimaat en biodiversiteit. Productie van voedsel en eiwitten dragen hier in grote mate toe bij.

In feite is MELiSSA een avant-gardistisch toonbeeld voor de circulaire en biogebaseerde economie waar we in Vlaanderen, Europa en de rest van de wereld nood aan hebben. In essentie ligt hetzelfde vraagstuk voor als op Mars: ‘Hoe kunnen we zoveel mogelijk voedingswaarde creëren met een minimum aan oppervlakte, toegeleverde grondstoffen en schadelijke neveneffecten?’ De oplossingsstrategie van MELiSSA heeft drie logische uitgangspunten: efficiëntie, autonomie en intensificatie.

Efficiëntie, in consumptie en verbruik

Beter voorkomen dan genezen, als middelen beperkt zijn staat gebruiksefficiëntie voorop. Zo zal een astronaut er niet aan denken een derde van het eetbare voedsel weg te gooien, wat helaas nu in Europa gebeurt. Daarnaast kan efficiëntie per definitie niet behaald worden met een systeem zwaar gebaseerd is op dierlijke productie. MELiSSA is dan ook veganistisch, enkel gebaseerd op planten en bacteriën.

Alternatieve ruimteconcepten beschouwen ook gisten en insecten als efficiënte omzetters van afval tot voedsel. Hoopgevend nieuws: de vleesconsumptie in België daalt al meer dan 10 jaar op rij. In het bijzonder jongere mensen en stadsbewoners maken sneller de switch naar een duurzamer flexitarisch, vegetarisch of veganistisch eetpatroon.

Het drastisch verlagen van voedselafval en vleesconsumptie zou alvast ruwweg toelaten onze landbouwoppervlakte, en gerelateerde grondstoffen en uitstoot te halveren. Een belangrijke rol ligt hier bij elk van ons, en de (on)bewuste keuzes die we elke dag maken. Politici, sociologen, psychologen en ethici kunnen uiteraard een verdere bewustwording, gedragswijziging en acceptatie sterk faciliteren en katalyseren. Een studie voor de Vlaamse Overheid identificeerde ook voor het bedrijfsleven heel wat opportuniteiten binnen deze zogenaamde ‘eiwittransitie‘. Daar bleek dat we op wetenschappelijk vlak alvast internationale koplopers zijn, een ideaal startpunt om innovatie door te voeren binnen onze landbouw-, voeder- en voedingsbedrijven. Hierbij komen bijvoorbeeld peulvruchten en zaden in het vizier, maar ook insecten en microben als nuttige alternatieve eiwitbronnen. Niet toevallig gelijkaardig aan de antwoorden voor Mars…

Autonomie, door hergebruik secundaire grondstoffen

Minimale afhankelijkheid van externe toelevering is het tweede uitgangspunt. In de ruimte is een lineair model bijzonder ingewikkeld en duur. In een geglobaliseerde economie spelen deze argumenten minder, maar put een lineaire aanpak primaire grondstoffen uit en laat secundaire hulpbronnen in neven- en afvalstromen onderbenut. Dit geldt voor meststoffen en voederingrediënten, maar ook voor de fossiele energiebronnen die hiervoor verbruikt worden en de corresponderende broeikasgasuitstoot.

Bovendien maakt het voedselproductie in Europa in grote mate afhankelijk van geopolitiek en globale prijsfluctuaties en vraag/aanbod. Zo is Vlaanderen bijvoorbeeld netto-importeur van voeder en netto-exporteur van vlees, met als resultaat een berg onbenutte nutriënten in mest. Het is al vele eeuwen gekend dat afvalstromen heel nuttige stoffen bevatten. De laatste eeuw begrijpen we ook beter hoe risicohoudende stoffen zoals ziekteverwekkers hieruit kunnen worden verwijderd. Heel wat kansen dus om de overstap naar een circulaire en biogebaseerde economie te gaan maken met slimme recyclagesystemen. Ook hier stoomt Vlaanderen zich klaar, bijvoorbeeld via de innovatie-initiatieven Blue_App, voor duurzame chemie, en CAPTURE, voor het terugwinnen van secundaire grondstoffen.

Intensificatie, optimale benutting van oppervlakte

Het derde principe van MELiSSA, richt zich op de ontwikkeling van compacte productieprocessen. Logisch in ruimtetoepasingen, gezien dit leidt tot een minimum aan apparatuur die via cargo moet aangeleverd worden, en ter plaatse moet gecontroleerd worden bij de juiste druk en atmosferische samenstelling. Hierbij staat technologie opnieuw centraal. Op aarde vergeten we snel de ecologische waarde van ruimte, en zo neemt landbouw wereldwijd bijvoorbeeld meer ruimte in dan bossig gebied. In Vlaanderen is de ruimte voor natuur sterk beperkt, en ongeveer 50% van de oppervlakte in gebruik voor landbouw, en 10% voor bos.

Inspiratie van MELiSSA is bijzonder welkom, waarbij we denken aan hydroponie voor gewassen en bioreactoren voor micro-organismen. Niet de goedkoopste systemen, maar wel bijzonder plaatsefficiënt. Hydroponische groeisystemen zijn grondloos: serres of groeikamers waar de planten wortelen in substraten of een kweekvloeistof. Hier kan al dan niet elektrisch belicht worden, waardoor zogenaamde verticale boerderijen overal kunnen ingezet worden. Microben groeien heel snel, en hun kweekvaten of bioreactoren vergen daardoor weinig plaats

Om te voorzien in een gemiddeld Vlaams voedingspatroon is via de conventionele praktijk ongeveer 1300 m² nodig per persoon. Voor MELiSSA lopen de schattingen uiteen van ongeveer 100 tot 400 m², in functie van de gewenste variatie. Als dit haalbaar blijkt, sparen we minstens 70% uit in ruimtegebruik voor voedselproductie.

Een veganistich gevoede maatschappij met enkel hoogtechnologische boerderijen is uiteraard een utopie. Maar een gezonde en duurzame mix van plantaardige, microbiële en dierlijke producten lijkt me toch haalbaar, zowel technologisch, economisch als sociaal. Zoals bij het energievraagstuk zijn financiële incentives vanuit het beleid bijzonder nuttig om dit te katalyseren.

Topregio voor voedselcleantech?

UAntwerpen erkende in 2016 de wetenschappelijke verdiensten van MELiSSA en de terrestrische relevantie ervan, en kende een eredoctoraat toe aan dr. Christophe Lasseur, ESA’s programmacoördinator voor circulaire levensvoorziening. Zowel psychologisch als technologisch zijn we quasi klaar om de kentering in te zetten, en ons internationaal te profileren als voortrekker op vlak van voeding en duurzaamheid. België als topspeler in voedselcleantech voor ruimtevaart én terrestrische eiwittransitie. Niet eenvoudig, wel nodig en nuttig.

Prof. dr. ir. Siegfried Vlaeminck is bio-ingenieur en microbiële technoloog, docent Universiteit Antwerpen, gastprofessor Universiteit Gent.