Verticale landbouw wordt steeds vaker beschouwd als een van de oplossingen voor de problemen waarmee de wereldwijde voedselproductiesystemen worden geconfronteerd. Deze landbouwmethode vermindert de fysieke voetafdruk van voedselproductie drastisch, maar gezien de hoge energiekosten is het van cruciaal belang voor de financiële duurzaamheid van verticale landbouw dat deze zo efficiënt mogelijk werkt. Om deze reden spelen sensoren bij verticale landbouw een cruciale rol.

Ongeveer de helft van het bewoonbare land van onze planeet bestaat uit landbouwgrond zoals weide en akkerland. Een enorm oppervlak. In de afgelopen decennia hebben ontwikkelingen in de landbouw ervoor gezorgd dat tegen lage kosten enorme voedselvolumes kunnen worden geproduceerd. Landbouwontwikkeling is een van de krachtigste instrumenten om extreme armoede te beëindigen, gedeelde welvaart te bevorderen en naar verwachting 9,7 miljard mensen te voeden tegen 2050. Traditionele landbouw veroorzaakt echter veel schade aan het milieu, klimaat en de biodiversiteit. Buitenteelt moet daarnaast de seizoenen volgen, wat betekent dat de meeste gewassen slechts eenmaal per jaar beschikbaar zijn tijdens de oogsttijd. Met de wereldwijde voedselvraag die 24/7 aanvoer vereist, is er een grote vraag naar opslag en transcontinentaal transport, wat de koolstofvoetafdruk van gewassen ook nog eens enorm verhoogt.

Ideale groeiomstandigheden

Verticale landbouw lost veel van deze hierboven geschetste uitdagingen op door de landbouwproductie naar binnen te brengen. Gewassen kunnen bijvoorbeeld onder ideale groeiomstandigheden worden gekweekt, ongeacht het seizoen, terwijl ze worden beschermd tegen schommelingen in het weer. Water kan worden gerecycled en pesticiden zijn bijna volledig overbodig. Zonder bodem- of pesticidenvervuiling wordt de waterefficiëntie verder verbeterd door het ontbreken van een vereiste om te wassen.

Het Britse bedrijf Jones Food Company (JFC), opgericht in 2016, houdt zich bezig met verticale landbouw. JFC maakt daarbij gebruik van sensortechnologie van Vaisala. De eerste commerciële verticale boerderij van het bedrijf (JFC1) begon in 2018 met de productie, met 5.000 m2 aan groeiruimte en de capaciteit om 150 ton verse producten per jaar te produceren. JFC2 -de tweede verticale boerderij van het bedrijf- is nog veel groter met een groeigebied van 15.000 m2 en een groeicapaciteit van 1000 ton per jaar.

Monitoring- en controlesysteem

Het innovatie- en onderzoekscentrum van JFC staat in Bristol en heeft de capaciteit om gelijktijdig tien verschillende gewassen onder verschillende omstandigheden te testen. "Dit is fundamenteel belangrijk voor het succes van het bedrijf", legt Justin Au van JFC uit. "Als een klant ons benadert op zoek naar een specifiek gewas, zijn we in staat om snel proeven uit te voeren om de optimale groeiomstandigheden voor dat gewas te bepalen, en op elk stadium van zijn ontwikkeling. Het monitoring- en controlesysteem stelt ons in staat om zowel de intensiteit en spectra van licht van de LED's te veranderen, alsook de voedingsstoffen in het irrigatiewater, temperatuur, vochtigheid en koolstofdioxide niveaus in de teeltkamers."

Hij vervolgt: "Zodra de optimale omstandigheden zijn vastgesteld voor een specifieke gewas, zijn we ervan overtuigd dat we het op grote schaal kunnen telen en aan de eisen van de klant kunnen voldoen. Ons doel is om efficiëntie te stimuleren zodat we kunnen concurreren met traditioneel geteelde producten, maar met dus de aanzienlijke duurzaamheidsvoordelen die verticale landbouw ons biedt.”

Momenteel kweekt JFC kruiden zoals basilicum, dille, peterselie, koriander, munt en bieslook. Maar, ook sla, rucola, paksoi, spinazie, snijbiet, boerenkool, waterkers en aardbeien. Ongetwijfeld zal het assortiment gewassen dat we commercieel kunnen kweken met verticale landbouw blijven groeien."

Waterrecycling

Water wordt constant gerecycled in alle JFC-faciliteiten, waarbij continue metingen van pH en geleidbaarheid helpen om de regulering van plantenvoedingsstoffen met opgeloste meststoffen te waarborgen. Sensoren van Vaisala meten temperatuur, luchtvochtigheid en kooldioxide; allemaal hebben ze een grote impact op de groei van planten. "We kozen voor de Vaisala-sensoren omdat we behoefte hebben aan nauwkeurigheid en betrouwbaarheid op de lange termijn ", legt Justin Au uit.

De controlesystemen van het JFC’s innovatiecentrum werden geprogrammeerd en geïnstalleerd door Hoofd Engineerring bij JFC Luke Grundmann. Hij was vooral onder de indruk van de snelle en proactieve ondersteuning die werd geboden door engineers van Vaisala om hun modbus RTU-sensoren aan te sluiten en te configureren met behulp van een generieke USB naar RS485 converter en freeware software. "De speciale programmeerkabel was er nog niet, maar zelfs toen wist Vaisala ons bekwaam door het proces te loodsen," vertelt hij.

MODBUS-communicatiemogelijkheden

Grundmann maakt voor JFC standaard gebruik van Vaisala-sensoren, na eerdere goede ervaringen met deze sensoren in een graandroger-besturingssysteem. "Het was ook belangrijk dat de sensoren over MODBUS-communicatiemogelijkheden beschikten, wat tijd en geld bespaarde tijdens de installatie. Met de sensoren van Vaisala kunnen we toekomstige veranderingen snel en eenvoudig implementeren."

Temperatuur en luchtvochtigheid in de JFC-faciliteiten worden gecontroleerd door een apart HVAC-systeem. "De HVAC van JFC1 werd geleverd met zijn eigen sensoren, dus hebben we ze vervangen door die van Vaisala. Bij JFC2 zullen we de Vaisala-sensoren gebruiken om de metingen die door het HVAC-systeem worden gemaakt te controleren en te valideren, en in te grijpen indien nodig."

Hernieuwbare energie

De eerste oogst voor JFC2 staat gepland in de zomer van 2023. Het dak van de nieuwe faciliteit is volledig bedekt met zonnepanelen en 100 procent van de gebruikte energie komt van hernieuwbare bronnen. Regenwater wordt opgevangen en gefilterd, bijna 95 procent van het water wordt gerecycled.

Betrouwbaarheid sensoren cruciaal

Om de efficiëntie van de groeiomstandigheden in JFC2 te maximaliseren, wordt de hele faciliteit bewaakt door een netwerk van Vaisala-sensoren, waaronder: 46 RH/Temp-sensoren; 12 CO2-sensoren; 10 Temp/RH/CO2-sensoren; twee atmosferische druksensoren en een Vaisala WXT 530 serie multiparameter weerkundestation. De nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van deze sensoren zijn cruciaal voor de efficiëntie van de voortdurende vraaggestuurde beheersing van de groeiomstandigheden van de plant. Nauwkeurige metingen helpen de gewasproductie te maximaliseren, afval te vermijden en kosten te minimaliseren.