Naar een Circulaire Glastuinbouw

De glastuinbouw maakt gebruik van meststoffen; zes macro-elementen (N, P, K, Mg, Ca en S) en zes micro-elementen (Fe, Mn, Zn, B, Cu, Mo). Recirculeren van meststoffen behoort op veel Nederlandse glastuinbouwbedrijven al tot de norm en dit resulteert in een zeer efficiënt gebruik in de kas. Vrijwel alle meststoffen die een glastuinbouwbedrijf ingaan, komen er namelijk uit als eindproduct (bijvoorbeeld een tomaat) of als restbiomassa (plantmateriaal zoals stengels, blad, wortels); een omzettings-rendement van (vrijwel) 100%. De gehele keten is echter nog niet circulair omdat de grondstoffen voor de meeste (kunst)meststoffen afkomstig zijn uit mijnen die op den duur uitgeput zullen raken.

Voor meststoffen die stikstof bevatten ligt het verhaal iets anders. Stikstof wordt namelijk op basis van het Haber-Bosch proces uit de lucht gehaald en omgezet naar ammoniak. Voor dit proces wordt wel weer aardgas als grondstof en als bron van energie gebruikt; ongeveer 1000 m3 per ton ammoniak in Nederlandse fabrieken. De afgelopen jaren is er aanzienlijk geïnvesteerd om energiegebruik en CO₂-uitstoot van Nederlandse ammoniakfabrieken te verminderen door processen verder te optimaliseren.

Meststoffen verlaten een glastuinbouwbedrijf als onderdeel van het product, zoals een tomaat, of als ‘groenafval’ zoals stengels en blad (biomassa). Nadat een tomaat is geconsumeerd eindigen veel van de waardevolle meststoffen in de natuur, waar ze de nodige schade veroorzaken aan ecosystemen in de vorm van eutrofiëring. Als de meststoffen worden uitgestoten naar rivieren en uiteindelijk de zee of oceaan, zijn deze zeer moeilijk terug te halen. Stel je voor dat je een schepje suiker in een zwembad laat vallen en het vervolgens terug moet zien te halen.

De uitdaging waar de sector voor staat is om de glastuinbouw tot schakel in een gesloten nutriëntenkringloop te maken. Het sluiten van kringlopen moet gebeuren op eigen bedrijf, regionaal en sectorbreed. Met de doelstelling om volledig emissieloos te telen in 2027 zullen er nagenoeg geen meststoffen meer verloren gaan vanuit de kas naar het oppervlaktewater, omdat lozingen van drainwater en lekkages (nog verder) worden teruggedrongen.

Toch draait het niet alleen maar om efficiëntie in de kas. Om de afhankelijkheid van eindige, minerale meststoffen af te bouwen, is het nodig om meststoffen te ontwikkelen op basis van andere (organische) bronnen zoals dierlijke mest, voedsel- en groenafval, maar ook zuiveringswater en -slib. Hiervoor is het opbouwen van samenwerkingsverbanden met andere sectoren in Nederland en het opzetten van nieuwe toeleveringsketens op het gebied van mestterugwinning eveneens een belangrijke focus. Tegelijkertijd moeten deze meststoffen toepasbaar zijn in de teeltsystemen van de glastuinbouw en de kwaliteit moet gewaarborgd blijven om efficiënt gebruik en (voedsel)veiligheid te garanderen. Welke toeleveringsketens van de macro- en micro-elementen geprioriteerd moeten worden in deze transitie kan gebeuren op basis van beschikbaarheid (op welke termijn wordt grondstofbeschikbaarheid kritiek?) en milieu-impact.

Er zijn verschillende materialen die voor substraat worden gebruikt in de glastuinbouw en een groot deel daarvan komt uit natuurlijke reserves zoals basalt voor steenwol en veen voor potgrond. Hoewel basalt een zeer veelvoorkomend gesteente is en de wereldwijde reserves vrijwel onuitputbaar, heeft mijnbouw en transport een impact op het milieu. In de bouwsector is het doel om steenwol als isolatiemateriaal zo veel mogelijk te blijven recyclen. In de glastuinbouw worden substraatmatten van steenwol na gebruik (nog) niet opnieuw tot substraatmat verwerkt.

Veen als grondstof voor substraat staat onder druk omdat er veel koolstof vastgelegd ligt in veenbodems die bij het afgraven grotendeels vrijkomt als CO₂ (een broeikasgas). Ontginning van veengebieden kan daarnaast ook leiden tot verlies van ecosysteemdiensten zoals waterzuivering en waterberging. Een EU-breed verbod op ontginning en import van veen lijkt dan ook steeds dichterbij te komen. In Nederland is recentelijk het Convenant Milieu-impact potgrond en substraten getekend om tot een versnelling in duurzaamheid te komen.

Voordelen van telen uit de bodem

Het voordeel van telen uit de bodem (op substraat of direct in water) ten opzichte van teelt in de bodem is dat water en meststoffen erg nauwkeurig gedoseerd en gecontroleerd kunnen worden. Ook wordt het opvangen en hergebruiken van water en meststoffen (recirculeren) een stuk makkelijker. In de huidige teeltsystemen neemt substraat daarom een belangrijke functie in om niet alleen efficiënt met water en meststoffen om te gaan, maar ook om lozing op de bodem en sloot te beperken.

Recyclen van substraat

Als materiaalstroom die de kas in gaat, is substraat een vrij zuivere stroom. Maar het materiaal raakt tijdens de teelt vermengd met meststoffen, water, plantwortels en wortelexudaten waardoor het geen ‘monostroom’ meer is. Een gemengde materialenstroom is vaak moeilijker te recyclen dan een monostroom. Substraat raakt daarnaast ook vaak vermengd met plastic. Steenwolmatten zitten bijvoorbeeld in een plastic hoes en potgrond gaat in plastic potten.

Dat neemt niet weg dat in Nederland steenwolmatten op grote schaal worden ingezameld en verwerkt tot nieuwe grondstoffen zoals steenwolgranulaat voor de productie van baksteen en plastic voor vuilniszakken. Andere substraatsoorten zoals kokosvezel en perliet worden ook verwaard tot nieuwe grondstof of product. Substraat in potplanten dat via de consument eindigt bij het groenafval, wordt (gedeeltelijk) weer verwerkt tot compost of bodemverbeteraar. Er wordt dus al veel met circulaire principes gewerkt. Toch worden er elk jaar vele tonnen primaire grondstoffen geïmporteerd om substraat voor de glastuinbouw te maken. De ketens zijn dus nog niet voor elk type substraat volledig gesloten.

Op zoek naar alternatieve bronnen

De uitdaging is om alternatieve (biobased) bronnen te zoeken die primaire grondstoffen kunnen vervangen. En om materiaalstromen op een hoogwaardige wijze te recyclen zodat er opnieuw substraat van gemaakt kan worden. Ook kan onderzocht worden of de levensduur van substraten in de kas verlengd kan worden zodat er minder grondstoffen nodig zijn. Herontwerp van teeltsystemen zou voor sommige gewassen kunnen betekenen dat er helemaal geen substraat nodig is om uit de grond te telen. Bijvoorbeeld door de wortels direct in water of zelfs in de lucht te laten groeien.

CO₂ staat wereldwijd bekend als broeikasgas dat bijdraagt aan de opwarming van de aarde. En hoewel de hoge uitstoot van CO₂ en resulterende klimaatcrisis niet ter discussie staan, blijft CO₂ een essentieel onderdeel van de atmosfeer voor de groei van planten. De concentratie CO₂ in de buitenlucht is de afgelopen 50 jaar van 325 ppm naar zo’n 410 ppm gestegen. In een kas wordt de CO₂ concentratie tot wel 1000 ppm verhoogd omdat het gewas dan sneller groeit. Het aantal kilo’s tomaten per m² neemt dan bijvoorbeeld flink toe.

De meeste CO₂ die in de glastuinbouw gebruikt wordt, is afkomstig van fossiele brandstoffen. Het gaat dan voornamelijk om CO₂ die vrijkomt bij de verbranding van aardgas in WKK’s. Een deel van de glastuinbouw krijgt CO₂ geleverd via een uitgebreid leidingnetwerk. Die CO₂ is gedeeltelijk bijproduct uit de petrochemische industrie en gedeeltelijk afkomstig uit een bio-ethanolfabriek.

Slechts een heel beperkt deel van de CO₂ die wordt gedoseerd in kassen wordt daadwerkelijk opgenomen en vastgelegd door het gewas. De rest (>90%) verdwijnt door de luchtramen naar de buitenlucht en is dus in feite uitstoot. Het verlies van CO₂ door de ramen kan met wel 80% beperkt worden door slimmer te doseren op basis van meet- en regeltechniek. Ook kan een (semi-)gesloten kasontwerp met mechanische ventilatie de efficiëntie sterk verbeteren. Maar efficiënter gebruik van CO₂ maakt nog geen circulair gebruik.

Alternatieve bronnen voor CO₂

Naarmate de energietransitie vordert en het gebruik van fossiele brandstoffen afneemt, neemt ook de productie van CO₂ af. Alternatieve bronnen moeten dus worden overwogen als de glastuinbouw gebruik wil blijven maken van CO₂ in de kas. Een van de mogelijkheden is de CO₂ die vrijkomt bij de verbranding van afval. Maar ook die bron zal op de langere termijn verdwijnen, omdat er in een circulaire economie (vrijwel) geen afval bestaat om te verbranden.

De uitdaging is om innovatieve oplossingen voor CO₂ gebruik in de glastuinbouw te ontwikkelen. De atmosfeer kan daarin een belangrijke rol spelen als bron. CO₂ kan namelijk direct uit de buitenlucht worden gehaald met ‘Direct Air Capture’ technologie (DAC). Op het moment is dit nog te duur voor toepassing in de glastuinbouw. Indirect zijn planten een bron van CO₂ uit de atmosfeer omdat zij CO₂ uit de buitenlucht vastleggen door middel van fotosynthese. Als organische reststromen zoals snoeiafval en mest verwerkt worden in bioreactoren komt die CO₂ weer vrij en zou gebruikt kunnen worden in de kas.

Spanningsveld tussen circulariteit en klimaatverandering

Als het om CO₂ gaat is het bij elke innovatie van belang om het spanningsveld tussen circulariteit en klimaatverandering te beschouwen. Vanuit een circulair perspectief komt alle CO₂ die bv. uit de atmosfeer wordt gehaald ook weer terug in de atmosfeer, en er is dus geen additionele uitstoot. Dit wordt ook wel ‘klimaatneutraal’ genoemd. Maar er gaan steeds meer stemmen op voor het verminderen van de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer om klimaatverandering tegen te gaan. Dit wordt aangeduid met ‘klimaatpositief’ en betekent dat de CO₂ uit Direct Air Capture-installaties of bioreactoren langdurig moet worden opgeslagen. Denk aan ondergrondse reservoirs, maar ook aan biochar en zelfs bomen voor het vastleggen van koolstof.

Meer weten over de toekomst van CO₂ gebruik in de glastuinbouw? Lees het rapport Carbon Dioxide Enrichment for Greenhouses in a Decarbonised Future door Van Tuyll et al. (2022).

In een kas groeien planten steeds groter door water, meststoffen en CO₂ om te zetten in ‘biomassa’. Biomassa is organisch materiaal dat wordt geproduceerd door planten en dieren. Alle delen van een gewas, zoals de wortels, stengels, bladeren, bloemen en vruchten, zijn dus biomassa. In sommige kasteelten behoort de volledige plant tot het eindproduct voor de consument. Denk aan een orchidee. In andere teelten behoort slechts een deel van de totale biomassa die wordt geproduceerd tot het eindproduct. Denk bijvoorbeeld aan een tomaat. De wortels, bladeren en stengels van een tomatenplant worden beschouwd als groenafval.

Het groenafval uit de glastuinbouw wordt nu gedeeltelijk verwerkt tot een (laagwaardige) compost, maar in de transitie naar een circulaire economie gaat deze biomassa veel meer betekenen. Biomassa kan namelijk verwerkt worden tot allerlei hoogwaardige grondstoffen. Een knelpunt dat de verwaarding van groenafval uit de glastuinbouw in de weg staat, is dat deze vaak niet alleen bestaat uit plantmateriaal, maar ook plastic en metaal. Plastic touw, clipjes en ringetjes worden gebruikt om planten te ondersteunen en raken zo vermengd met het groenafval. Ook hier geldt dat een gemengde materiaalstroom lastiger te verwerken is dan een monostroom.

Volledig benutten van biomassa uit de glastuinbouw

De uitdaging maar ook de kans waar we samen voor staan is om verwaardingsketens op te zetten die ingericht zijn op het volledig benutten van biomassa uit de glastuinbouw. Er kan namelijk ontzettend veel uit biomassa gehaald worden: zouten voor meststoffen, organische stof of biostimulanten voor substraat, vezels voor verpakkingen en bouwmateriaal, eiwitten voor (vee)voer, geur en kleurstoffen voor de cosmetische industrie en medicinale stoffen voor de farmaceutische industrie. Er is onderzoek nodig om te bepalen welke plantreststromen geschikt zijn voor welke toepassingen en hoe de knelpunten kunnen worden weggenomen. Daarnaast is het net zo belangrijk om telers en ondernemers uit de proces- en verwerkingsindustrie te ondersteunen in het gezamenlijk opzetten van deze nieuwe verwaardingsketens en business cases.

Plastic speelt een belangrijke rol als verpakkingsmateriaal van groente, fruit, planten en bloemen die in de glastuinbouw geproduceerd worden. Maar de ‘plastic footprint’ van het eindproduct gaat verder dan alleen de verpakking. In de kas wordt tijdens het teeltproces ook een reeks aan plastic producten gebruikt.

Plastic footprint in de glastuinbouw

Een voor de hand liggend voorbeeld is de plastic pot. Maar er zijn ook folies voor het afdekken van de grond en teelttafels om onkruid tegen te gaan en zonlicht te reflecteren of juist te absorberen. Er zijn isolerende en verduisterende folies die bovenin de kas en bij de gevels gebruikt worden om energie te besparen of de lichtinval te beperken. Substraatmatten zijn afgedicht met een plastic hoes om verdamping, algengroei en de kans op ziektes te verminderen. Plastic touw, clips en stokken worden gebruikt om planten te ondersteunen en schade te voorkomen tijdens de teelt.

Al deze producten hebben een functie in de kas die de teeltprestaties en productie ten goede komt. Maar de huidige vorm van plasticgebruik heeft ook aanzienlijke nadelen en is niet circulair. Bijna alle plastics zijn namelijk gemaakt op basis van twee eindige primaire grondstoffen; ruwe olie en aardgas.

Plastics staan innovatie in de weg

Afhankelijkheid van olie en aardgas zal op de langere termijn moeten afnemen, maar plastics staan ook innovaties op de korte termijn in de weg. Bijvoorbeeld in glasgroenteteelten zoals tomaat, komkommer, paprika en aubergine blijven plastic clips, ringetjes en touw achter in de stengels en bladeren. Dat plantmateriaal wordt nu nog beschouwd als ‘groenafval’, maar is in feite biomassa dat verwaard kan worden tot nieuwe grondstoffen. De plastic vervuiling maakt dat het plantmateriaal moeilijk te verwerken is waardoor de waarde van het materiaal afneemt. Vervuiling van het milieu met plastics blijft ook een punt van aandacht. Hieronder valt ook de verspreiding en ophoping van microplastics in bodem en water.

Plasticgebruik in de hele keten meenemen in de transitie naar een circulaire economie

De uitdaging is om plasticgebruik in de glastuinbouw over de gehele product- en waardeketen mee te nemen in de transitie naar een circulaire economie. Dit bereiken we door kritisch na te gaan van plastic producten of deze daadwerkelijk een belangrijke functie hebben. Zo ja, dan kan deze functie misschien door een biobased materiaal worden vervuld, zodat we minder afhankelijk worden van olie en aardgas. Nieuwe producten zouden bio-afbreekbaar kunnen zijn, zodat groenafval makkelijker is te verwaarden. Anderzijds kunnen ketens zich richten op plastic producten die oneindig lang en hoogwaardig gerecycled kunnen worden na inzameling. Voor het behalen van de ambities rondom plastic zijn naast praktijkonderzoek ook coördinerende inspanningen nodig om ketenafspraken te maken; bijvoorbeeld om monostromen en retourlogistiek te organiseren.

Water is essentieel voor een plant en dus ook voor glastuinbouwbedrijven. Het meeste water dat in kassen wordt gebruikt voor irrigatie is regenwater. In mindere mate wordt er grondwater gebruikt en slechts enkele teelten gebruiken oppervlaktewater. Leidingwater is ook een bron die vanwege kosten en kwaliteit maar weinig wordt ingezet.

Regenwater vaakst ingezet voor irrigatie

Dat de voorkeur uitgaat naar regenwater, heeft onder andere te maken met waterkwaliteit. Voor de meeste (substraat)teelten is het van belang dat er zo min mogelijk natrium in het water zit. Natrium wordt maar beperkt opgenomen door het gewas waardoor het kan ophopen in het teeltsysteem bij hergebruik van drainwater. Een hoog natriumgehalte kan tot gevolg hebben dat meststoffen minder goed worden opgenomen door de plant. Grond-, oppervlakte- en leidingwater bevat vaak teveel natrium waardoor het eerst ontzout moet worden met behulp van bijvoorbeeld omgekeerde osmose. Oppervlaktewater kan daarnaast plantenziektes bevatten.

Emissieloos telen in 2027

Op een glastuinbouwbedrijf wordt al zeer efficiënt en circulair omgegaan met water. Dat komt omdat de meeste bedrijven gebruik maken van druppelirrigatie in combinatie met opvang en recirculatie van drainwater. Toch wordt er vaak nog incidenteel geloosd op het oppervlaktewater of riolering, bijvoorbeeld tijdens de teeltwisseling of omdat natrium zich ophoopt bij hergebruik. Het doel waar de sector naartoe werkt, is om in 2027 ‘emissieloos’ te telen en dus niets meer te lozen. Maar als water een glastuinbouwbedrijf ingaat, waar komt het er dan uit?

Het overgrote deel van het gietwater wordt opgenomen en verdampt door de planten. Hierdoor wordt de kaslucht vochtiger en deze vochtige lucht gaat vervolgens door de ramen van de kas naar buiten als er geventileerd wordt. Dit water is zeer schoon en vormt geen probleem voor het milieu. Een klein deel van het water verlaat het bedrijf als onderdeel van het gewas. Een tomaat bestaat bijvoorbeeld voor zo’n 95% uit water.

Beschikbaarheid afhankelijk van het klimaat

Over het geheel genomen is de watercyclus van een kas zeer vergelijkbaar met een deel van de natuurlijke watercyclus; regenwater wordt opgenomen door planten die het vervolgens verdampen. Het verdampte water condenseert in de atmosfeer en komt terug als neerslag. Een circulair proces. Maar in tegenstelling tot veel andere materiaalstromen is de beschikbaarheid van water sterk afhankelijk van het klimaat.

Hoewel Nederland niet verlegen zit om neerslag speelt ook hier klimaatverandering een rol. Door zwaardere buien in de winter en droge, hete zomers raakt de neerslag minder gelijk verdeeld over het jaar. Dit leidt tot meer kans op overstromingen en problemen met wateropslag. De watervraag van glastuinbouwbedrijven is groter gedurende de zomer en de capaciteit van regenwaterbassins is vaak niet berekend op een zomer (vrijwel) zonder regen.

Invulling zoeken voor gezamenlijk waterbeheer met andere sectoren

De uitdaging is om genoeg water met de juiste kwaliteit beschikbaar te houden voor de glastuinbouw zonder dat dit ten koste gaat van andere prioriteiten. Drinkwatervoorziening staat bovenaan die lijst, maar ook natuurgebieden hebben water nodig, en grondwater- en bodemkwaliteit moeten geborgd blijven. In een circulaire economie zullen watergebruikers uit verschillende sectoren, waterzuiveringsbedrijven en waterschappen naar samenwerkingsverbanden moeten zoeken om invulling te geven aan gezamenlijk waterbeheer. Een van de opties waar naar gekeken wordt, is om afvalwater uit andere (economische) processen te behandelen en in te zetten in de glastuinbouw. Op het bedrijf zelf kan watergebruik nog efficiënter door bijvoorbeeld natriumfilters in te zetten of ‘best practices’ toe te passen tijdens de teeltwissel. Het vergroten en efficiënt managen van regenwateropslag kan zowel op bedrijfsniveau als gebiedsniveau bijdragen aan een optimale beschikbaarheid van regenwater.

De combinatie tussen glastuinbouw en aquacultuur, een vorm van ‘aquaponics’, is een concept dat al sinds de jaren 70 wordt onderzocht. Hoewel er voorbeelden zijn van commerciële ondernemingen is er nog geen sprake van een gevestigde aquaponics sector. Aquacultuur daarentegen is een snel groeiende sector waardoor er in de toekomst wellicht kansen liggen voor glastuinbouw en aquacultuur om gezamenlijk stappen te zetten in circulariteit en duurzaamheid. De Whitepaper Glastuinbouw & Aquacultuur verkent de potentie van drie samenwerkingsverbanden:

• Efficiënter omgaan met water door cascadering en gedeelde infrastructuur;
• Verwaarding van afvoerwater en slib uit de aquacultuur tot meststoffen voor de glastuinbouw;
• CO2 uit de aquacultuur doseren in de glastuinbouw.

Meer weten? Lees hier de Whitepaper Cross-overs in de Kringlooplandbouw: Glastuinbouw & Aquacultuur.

De varkenshouderij is met meer dan 3.500 bedrijven in Nederland (2021) een aanzienlijke sector. De transitie naar kringlooplandbouw biedt kansen om de varkenshouderij te verduurzamen en het varken als ‘kringloopdier’ in te zetten in een circulaire economie. Dit kan met name door varkens te voeren met gewasresten of reststromen uit de verwerkingsindustrie. Hierbij zetten varkens ‘afvalstromen’ om tot hoogwaardige voedingsstoffen voor de mens. Daarnaast produceren varkens mest dat kan worden verwerkt tot hoogwaardige meststoffen en CO₂ voor de groei van gewassen in de land- en glastuinbouw. De Whitepaper Glastuinbouw & Varkenshouderij verkent de potentie van twee samenwerkingsverbanden:

• Verwaarding van varkensmest tot hoogwaardige meststoffen voor de glastuinbouw;
• Verwaarding van koolstof in varkensmest tot fossielvrije CO2 voor de glastuinbouw.

Meer weten? Lees hier de Whitepaper Cross-overs in de Kringlooplandbouw: Glastuinbouw & Varkenshouderij.

De paddenstoelensector in Nederland wordt gedomineerd door de teelt van champignons, die met een huidige productie van 240.000 ton circa 95% van de totale teelt van paddenstoelen beslaat. Nederland is op het moment (2022) de 4e producent van champignons wereldwijd. Naast champignons produceert Nederland zogenoemde exoten zoals de oesterzwam, koningsoesterzwam, shiitake en beukenzwam. Samenvattend staat de sector voor een aantal uitdagingen, niet alleen om duurzamer te worden, maar ook als gevolg van andere duurzaamheidsinspanningen. Doordat het afgraven van veen uitgefaseerd wordt, zullen er nieuwe materialen gevonden moeten worden voor dekaarde. Ook is de beschikbaarheid van substraten onzeker, doordat biomassa meer ingezet wordt voor andere toepassingen in een economie die zich richt op biobased materialen. Dit leidt tot concurrentie met de paddenstoelensector. Zeker voor exoten geldt dit, omdat materialen voor exotensubstraat de meeste toepassingen hebben. Daarentegen liggen er kansen om reststromen uit de paddenstoelenteelt te verwaarden: champost, maar ook CO₂ en ammoniak. De Whitepaper Glastuinbouw & Paddenstoelenteelt verkent de potentie van drie samenwerkingsverbanden:

• Verwaarding van ammoniak uit compostering voor champignons tot hoogwaardig nitraat voor de glastuinbouw;
• Verwaarding van koolstof uit de paddenstoelenketen tot fossielvrije CO2 voor de glastuinbouw;
• Verwaarding van restbiomassa uit de glastuinbouw tot substraat voor de paddenstoelenteelt.

Meer weten? Lees hier de Whitepaper Cross-overs in de Kringlooplandbouw: Glastuinbouw & Paddenstoelenteelt