Landbouw

Aquaponics – Alles wat je moet weten

mm
Gepubliceerd op
Bijgewerkt op
Make Securities.io preferred on Google
Toelichting: Securities.io kan een vergoeding ontvangen wanneer u links naar beoordeelde producten gebruikt. Dit beïnvloedt onze redactionele beoordelingen niet. Wij zijn geen geregistreerd beleggingsadviseur; dit is geen beleggingsadvies. Lees onze affiliateverklaring.

Wat is aquaponics

Aquaponics is een teeltmethode waarbij planten worden gekweekt in combinatie met aquacultuur, ofwel het kweken van waterdieren zoals vissen en uiteindelijk rivierkreeften, slakken, schelpdieren of garnalen. Het maakt deel uit van de bredere “bodemloze” teeltmethoden, waaronder hydroponics en aeroponics.

In de moderne vorm wordt aquaponics vaak gecombineerd met relatief high‑tech hydroponics‑teelt – de teelt van planten zonder grond – waarbij water wordt gebruikt om ze van voedingsstoffen te voorzien. Het kan vaak deel uitmaken van een vertical‑farming‑ of indoor‑farming‑systeem.

We hebben in detail de verschillende systemen voor hydroponic‑teelt en de voor‑ en nadelen ervan besproken in ons artikel “Hydroponics – Alles wat je moet weten”.

De combinatie van landbouw en aquacultuur is echter zeer oud. De Azteken kweekten op landbouwhooglanden genaamd chinampas over meren, Chinese boeren kweekten al duizenden jaren rijst met vissen in de rijstvelden, en dat gold ook voor de inheemse culturen van Zuidoost‑Azië, inclusief de opmerkelijke stad Angkor Wat.

De aquaponics‑marktomvang vertegenwoordigt bijna $1,2 miljard in 2024 en wordt naar verwachting tot 2029 met 9,6 % CAGR gegroeid. De grootste markten bevinden zich in Noord‑America en Azië.

De wetenschap van aquaponics

Hydroponics biedt een zeer strakke controle over teeltomstandigheden, waardoor betrouwbaar hoogwaardige gewassen kunnen worden geteeld. Het is bovendien zeer water‑ en ruimte‑efficiënt. Maar wat als het ook zeer dicht, gezond vlees kon produceren met hetzelfde water, net zo goed? Dit wordt mogelijk gemaakt door het water dat het hydroponics‑systeem gebruikt te verbinden met aquacultuur‑groeitanks.

Het sterkste argument voor aquaponics is het vormen van een cirkel waarin elk onderdeel een probleem oplost dat aanwezig is in hydroponics en aquacultuur wanneer ze gescheiden zijn.

Hydroponics is een zeer efficiënt teeltsysteem, maar vereist constante toevoeging van meststof aan het water om de plant gezond en groeiend te houden.

Tegelijkertijd vereist aquacultuur veel vers, schoon water en filtratie, omdat de uitwerpselen van de vissen (of andere waterdieren) zich ophopen en het water vervuilen.

In een aquaponics‑systeem worden beide “opgelost”. De visuitwerpselen zijn geen vervuiling meer, maar stikstof‑rijke meststoffen voor de planten. Vervolgens zuiveren de plantwortels het water “gratis” door het op te nemen.

Soorten aquaponicsystemen

Media‑gebaseerd aquaponicsysteem

Een inert medium zoals grind, lavasteen of kleikorrels verankert de wortels van de plant. Het plantengroeibed wordt periodiek overstroomd met water uit de visbak via een bel‑sifon. Dit brengt de voedingsstoffen naar de planten.

Het water wordt vervolgens teruggevoerd naar de visbak om de cyclus te sluiten zodra het water door de planten is gefilterd. Soms worden wormen aan het inert mediumbed toegevoegd om de visuitwerpselen af te breken.

Aangezien dit systeem geen filter en de minste componenten gebruikt, is het het eenvoudigste.

Vlot‑systeem

De planten worden geplaatst op drijvende vlotten, waarbij de wortels in het water hangen. Het nutriënten‑rijke water uit de aquacultuur‑tank stroomt continu naar een filtersysteem en vervolgens naar de plantvlotten.

Het filter bevat bacteriën die helpen de voedingsstoffen “verteerbaar” te maken voor de planten.

Dit systeem is complexer maar kan veel gemakkelijker opgeschaald worden, zonder limiet aan het aantal vlotten of de grootte van de visbak, zolang de waterleidingen en het filter overeenkomen.

Nutrient Film Technique (NFT)

Dit systeem lijkt op de media‑gebaseerde aquaponicsystemen, maar met een dunne film van continu stromend water afkomstig van de visbak. Er is geen tussentijds filter zoals in het vlot‑systeem.

Het systeem biedt enkele voordelen maar ook beperkingen.

Het stromende water en de dunne waterlaag zorgen voor rijke beluchting, wat gunstig is voor zowel de wortels van de plant als de vissen, aangezien het water daarna terug naar de bak stroomt. Het is ook zeer ruimte‑efficiënt en kan worden gebruikt in krappe ruimtes of hoge vertical‑farming‑systemen. Ten slotte stimuleert de continue stroom van voedingsstoffen en water de plantengroei beter dan een media‑gebaseerd systeem, maar zonder de noodzaak van het filter van het vlot‑systeem.

Echter, NFT‑systemen zijn alleen geschikt voor planten met kleine wortels, zoals bladgroenten; grotere wortelstelsels zullen niet goed werken. Het is ook mogelijk dat de wortels de ondiepe kanalen verstoppen, wat kan leiden tot nutriëntentekorten. De watertemperatuur kan snel fluctueren, vooral als de planten direct aan de zon worden blootgesteld, wat problemen kan veroorzaken voor zowel de plant als de vis.

Wat kan er worden gekweekt met aquaponics

Plantzijde

De meeste planten die met hydroponics kunnen worden gekweekt, kunnen ook met aquaponics worden gekweekt. De hydroponics‑markt wordt grotendeels gedomineerd door hoogwaarde‑gewassen met constante vraag en een behoefte aan een hoogwaardige en gecontroleerde groeomgeving:

  • Tomaten.
  • Kruiden.
  • Sla.
  • Komkommer.
  • Paprika’s.

Andere hoogwaarde‑gewassen kunnen met hydroponics & aquaponics worden gekweekt, bijvoorbeeld cannabis of hop. In dit geval brengen hydroponics/aquaponics een hoog niveau van consistentie in de groeicondities, wat resulteert in een consistente smaak & chemische samenstelling.

Aquacultuurzijde

Vissenkweek

De meest populaire waterdiersoort die wordt gekweekt, is vis.

Zoet water is verplicht voor aquaponics‑systemen, omdat zout zeewater giftig zou zijn voor het plantgedeelte van het systeem.

Er wordt onderzoek gedaan naar zout‑water aquaponics, op zoek naar planten met voldoende zouttolerantie. De onderzochte opties omvatten de gewone ijsplant (een populaire hydroponic‑gewas in Japan), zouttolerante GMO‑rijst variëteiten, of zeewier.

Onder de populaire vissen voor aquaponics vallen:

  • Tilapia (verreweg de meest voorkomende vis in aquaponics).
  • Bluegill/brim/sunfish/crappie.
  • Katvis.
  • Baars.
  • Karp.
  • Koi.
  • Pacu.
  • Verschillende siervissen zoals engelbarsch, guppy’s, tetras, zwaardvissen, mollies, goudvissen.

Over het algemeen hebben de beste vissen de volgende kenmerken, die ook gunstig zijn voor aquacultuur in het algemeen:

  • Leven goed samen in kleine, afgesloten tanks, met een volwassen maximale grootte die klein genoeg is.
    • Goed kunnen voortplanten in gevangenschap is een extra waardevolle eigenschap.
  • Snel groeien, vooral voor vleesvissen, en idealiter een goede voerconversieratio (hoeveel pond voer nodig is om een pond vis te laten groeien).
  • Goede weerstand tegen ziektes.
  • Goede tolerantie voor koud water (vermindert de noodzaak voor dure en energie‑intensieve verwarming) en temperatuurschommelingen (moeilijk te beheersen bij seizoensveranderingen).
    • De temperatuur van de visbak en de vissoort moeten worden aangepast aan de locatie.
  • Sterke marktvraag naar deze soort.

Andere waterdieren

Vissen zijn niet de enige dieren die met aquaponics kunnen worden gekweekt; er bestaan alternatieven, zoals:

  • Rivierkreeften/yabbies, een kleine zoetwaterverwant van de kreeft.
  • Garnalen en prawns, zolang ze van zoetwatertype zijn. Ze vereisen vrij hoge watertemperaturen.
  • Mosselen, oesters & andere schelpen
    • Schelpen helpen het water schoon te houden en leveren een hoogwaardig product voor verkoop.
    • Ze kunnen echter problemen veroorzaken als ze zich verspreiden en in de leidingen van het systeem neerslaan, waardoor verstoppingen ontstaan.
    • Aangezien schelpen voornamelijk leven van micro‑algen en plankton, zou hydroponic‑kweek van algen een origineel aquaponics‑systeem kunnen opleveren zonder planten of vissen.
  • Schildpadden & waterreptielen. Waterreptielen worden soms als huisdier gehouden, of zelfs als voedsel in sommige landen. Ze zouden dus dezelfde rol als vissen in een aquaponics‑systeem kunnen spelen, vooral in een warm klimaat.
  • Wormen (“vermiponics”).
    • De wormen kunnen worden gevoed met landbouwafval, keukenresten, konijnenmest en andere producten die niet als visvoer bruikbaar zijn.
    • Ze hebben minder zuurstof nodig en zijn over het algemeen veerkrachtiger dan complexere dieren.

Bacteriefilter

Hoewel niet alle aquaponics‑systemen een filter gebruiken, is dit vaak vereist voor grootschalige installaties.

Het doel van zo’n filter is om bacteriën te huisvesten die in staat zijn het afval van het waterdier, rijk aan ammoniak, om te zetten in nitrieten en nitraten (“nitrificatie”), wat gunstiger is voor planten.

Wordt het niet omgezet in nitraten en door de planten gebruikt, kan een hoge concentratie ammoniak (en in mindere mate nitriet) de vissen en andere waterdieren doden. Omdat planten ammoniak minder goed assimileren, maakt dit de noodzaak voor nitrificatie tot een must in veel ontwerpen.

Ammoniak wordt door Nitrosomonas bacteriën omgezet in nitriet, en nitriet in nitraten door Nitrobacter bacteriën. Het proces kan tijd kosten, dus dit moet in het ontwerp en de werking van een aquacultuursysteem worden meegenomen, met mogelijk meerdere tanks met bacteriefilters die het behandelde water opeenvolgend vrijgeven.

De voordelen van aquaponics

Aquaponics deelt veel van de voordelen (en beperkingen) van hydroponics. Dit omvat 1/6de tot 1/10de van het waterverbruik vergeleken met traditionele landbouw, zeer consistente en productieve groeicondities, lager pesticidenverbruik en geen herbiciden, en de eliminatie van bodemgebonden ziektes.

Aquaponics heeft bovendien unieke voordelen ten opzichte van alleen hydroponics of aquacultuur:

  • Alle natuurlijke meststoffen, volledig afkomstig van visafval.
    • Het visvoer, dat toch nodig is in aquacultuur, wordt nu “tweemaal” hergebruikt, waardoor de kosten van meststoffen worden bespaard.
    • Het kan meer natuurlijke en organische hydroponic‑teelt mogelijk maken, zonder chemische meststoffen die het systeem binnenkomen.
  • Het water van de vissen wordt van nature gefilterd. Dit vervangt de noodzaak om dagelijks 5‑30 % van het water af te voeren.
  • Produceert zowel eiwit‑rijk voedsel als gezonde plantproducten tegelijk.
  • Gediversifieerde inkomstenbron.
    • De prijzen van groenten en vis kunnen sterk fluctueren, maar zijn niet met elkaar gecorreleerd.
    • De visoogst is minder regelmatig, maar kan een grote geldstroom opleveren bovenop de meer regelmatige inkomsten uit hydroponic‑teelt.

De nadelen van aquaponics

Hoewel over het algemeen efficiënter dan zowel hydroponics als aquacultuur afzonderlijk, kan aquaponics zijn eigen reeks uitdagingen met zich meebrengen.

Complexiteit & kosten

Terwijl kosten al de belangrijkste beperking van hydroponics waren, is aquaponics nog complexer en daardoor duurder om op te zetten. Aquacultuursystemen zijn nu toegevoegd aan de hydroponics‑systemen.

Elk systeem moet zo worden gedimensioneerd dat ze precies op elkaar aansluiten, zodat er voldoende planten zijn om het water te filteren, en voldoende vissen om voldoende meststof te leveren.

Dit complexere systeem moet ook de temperatuur goed beheren, zowel de luchttemperatuur als de watertemperatuur, met verdamping en gemiddelde luchtvochtigheid in acht genomen. En zowel planten als dieren kunnen de pH‑waarde van het water wijzigen, wat de groei kan verminderen of zelfs doden als het uit balans is.

Controle & vaardigheden

Door de onderlinge koppeling van alle te monitoren parameters is constante supervisie en sensoren vereist om deze metriek te controleren.

Evenzo moet de monitoring op uitbraken van ziektes nu zowel voor vissen als voor planten worden uitgevoerd. Het behandelen kan moeilijker zijn, bijvoorbeeld het geven van antibiotica aan de vissen kan leiden tot contaminatie van de planten, of fungiciden voor de plant kunnen het visvlees besmetten.

De monitoring en zorg voor zo’n complex systeem vereist goede kennis en training, zelfs meer dan wat nodig is voor “eenvoudigere” hydroponics of aquacultuur alleen, die op zich al complexe vakgebieden in de landbouw zijn.

Energiebehoefte

Temperatuurvariaties kunnen dodelijk zijn voor waterdieren, zelfs sneller dan voor planten met minder tolerantie voor grote of snelle veranderingen.

Daarom zal een aquaponics‑systeem waarschijnlijk een verwarmings‑ en/of koelsysteem nodig hebben om het water binnen een acceptabel bereik te houden.

Dit kan aquaponics zeer energie‑intensief maken, vooral in sommige klimaten. Het kan ook het gebruik van natuurlijk licht en kassen voor het plantgedeelte van het systeem bemoeilijken. Terwijl dit de behoefte aan kunstlicht en verwarming van de planten vermindert, kan het in de zomermaanden ook leiden tot oververhitting van het water, wat gemakkelijk een probleem voor waterdieren kan worden.

Veerkracht

Aquaponicsystemen zijn van nature zeer kunstmatig. Ze vereisen veel leidingen, pompen, sensoren, filters, enz. Dit betekent dat ze afhankelijk zijn van een vlekkeloze werking van alles:

  • Leveringsketen van onderdelen en componenten.
  • Elektrische stroomvoorziening.
  • Elektronisch verbonden systeem voor sterk geautomatiseerde en geavanceerde operaties.
  • Vakkundige arbeidskrachten die in staat zijn om de vereiste monitoring en onderhoud efficiënt uit te voeren.

Deze problemen zijn zelfs nog duidelijker dan bij hydroponics, aangezien vissen een constante toevoer van voer, gefilterd water en zuurstof nodig hebben.

Dus als een aquaponics‑systeem 24 uur offline gaat, kan dat de dood van alle vissen betekenen, iets wat de planten alleen waarschijnlijk wel hadden overleefd.

Hoewel er manieren zijn om deze risico’s te mitigeren, bijvoorbeeld met systeemredundantie of grotere voorraad (wat de opstartkosten verhoogt), of lokale energievoorziening via hernieuwbare energie, zal aquaponics nooit zo veerkrachtig zijn als hydroponics, en veel minder dan een regenwatergeïrrigde oogst in een open veld.

Innovatie in aquaponics

Aquaponics‑innovatie

Aangezien aquaponics zowel hydroponics als aquacultuur combineert, kunnen innovaties in beide velden de productiviteit verbeteren.

Hydroponics‑innovaties

LED‑verlichting

LED‑lampen zijn een andere cruciale technologische interventie in hydroponics en aquaponics. Deze lampen verbruiken veel minder energie, geven minder warmte af en gaan langer mee dan andere lichtbronnen.

Bovendien is niet het volledige zichtbare lichtspectrum nuttig voor planten bij fotosynthese, dus speciale LED’s zonder groen licht kunnen worden gebruikt om het elektriciteitsverbruik van kunstmatige verlichting verder te verminderen.

eSoil

Hydroponic‑teelt maakt directe controle over planten mogelijk op een manier die onmogelijk is in traditionele landbouw. Dit opent de deur naar experimenten voor nieuwe manieren om de gewasproductiviteit te verhogen, voorbij het vergroten van licht of nutriënten.

Bijvoorbeeld, we verkennen zo’n optie in ons artikel “Electricity Set to Supercharge Growth in Hydroponic Crops”. Onderzoekers gebruikten een op maat gemaakt kunstmatig substraat, of “geleidend bodem / eSoil”, gemaakt van cellulose (het hoofdbestanddeel van papier) gemengd met een geleidend polymeer genaamd PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene). Op deze manier konden ze zaailingen blootstellen aan een continue lage spanning, wat resulteerde in een 50 % toename in groeisnelheid.

Dit is slechts één voorbeeld van hoe hydroponicsystemen een significante productiviteitswinst kunnen opleveren dankzij het hogere controle‑niveau dat ze bieden.

Aquacultuur‑innovatie

Een van de grootste problemen in aquacultuur is plaag‑ en ziektemanagement. Biotechnologische vooruitgang maakt het mogelijk om RNAi‑behandelingen te gebruiken om de impact van virussen te verminderen, zoals bijvoorbeeld het white spot syndrome virus (WSSV), een virus dat een aanzienlijke negatieve impact heeft op gekweekte garnalen.

Vaccins kunnen ook via het visvoer worden toegediend, hetzij via speciale micro‑encapsulatie of zelfs via genetisch gemodificeerde algen die een eetbaar, zelfreplicerend vaccin vormen.

Ten slotte, nu wilde visbestanden snel uitgeput raken, kunnen zeer betrouwbare bronmethoden met blockchain‑oplossingen zoals Fishcoin worden gebruikt om te garanderen dat het visvlees dat consumenten bereiken op de meest ethische manier en met de laagste energetische kosten is geproduceerd.

Andere high‑tech oplossingen kunnen ook worden ingezet, zoals individuele vis‑monitoringsensoren, zoals de iFarm, ontwikkeld in samenwerking tussen salmon farm Cermaq in Noorwegen en sensorbedrijf BioSort.

Innovatie voor zowel hydroponics als aquacultuur

IoT & sensorgebaseerde automatisering

De dalende kosten van sensoren en elektronica hebben het mogelijk gemaakt om continu temperatuur, luchtvochtigheid, licht, pH‑waarden en nutriëntenvolume te monitoren. Dit niveau van monitoring is zelfs belangrijker dan bij hydroponics, omdat de aanwezigheid van dieren ongewenste variaties waarschijnlijker maakt en ernstigere consequenties heeft.

Deze sensor‑gebaseerde methode helpt om in realtime te volgen en aan te passen zodat de omstandigheden constant optimaal blijven.

AI‑gebaseerde technologieën

Zoals eerder vermeld, vereist aquaponics een extreem intensief niveau van monitoring van het watersysteem, ziektes, nutriënten, temperatuur, pH, kwaliteit van filtratie, enz.

AI kan bestaande omgevingscondities optimaliseren, inclusief lichtniveaus, luchtvochtigheid en nutriënten. AI helpt ook investeringen te optimaliseren en kosten te verlagen door op maat gemaakte oplossingen te creëren voor specifieke omstandigheden. Na verloop van tijd zou dit de noodzaak voor hoogopgeleide menselijke operators kunnen verminderen.

AI kan ook machinale visie of reguliere geautomatiseerde biochemische tests gebruiken om te waarschuwen voor de aanwezigheid van ziektes voordat een mens dat kan.

Tot slot, met de opkomst van autonome landbouwrobots, kunnen we ons een aquaponics‑systeem voorstellen waarbij planten zaaien, snoeien, oogsten en vervangen, evenals het voeren, fokken en oogsten van de vissen, autonoom worden uitgevoerd door de AI die het aquaponics‑systeem bestuurt.

Een aquaponicsinstallatie lanceren

Het zal ook een langzame initiatie‑fase nodig hebben, die noodzakelijk is om een gebalanceerde en stabiele stikstofcyclus te krijgen. Voordat vissen worden toegevoegd, is het het beste de stikstofcyclus te vestigen door ammoniak in het systeem te introduceren en de bacteriële biofilm in het filter te laten groeien zodat ammoniak efficiënt wordt omgezet in nitrieten en nitraten.

Hetzelfde geldt voor het toevoegen van vissen en planten, met progressieve introducties die het mogelijk maken waterkwaliteitsparameters, visvoeding en plantengroei aan te passen. Alleen wanneer het systeem soepel draait met planten en dieren in verschillende groeifasen en continue oogst, kan het aquacultuursysteem als volledig opgezet worden beschouwd.

Dimensionering

Vanwege de complexiteit van aquaponics worden de meeste van deze systemen op commerciële schaal gebouwd met een nauwkeurig verwachte return on investment. Ze zullen ook een hoge mate van automatisering en sensortechnologie integreren.

Dit betekent niet dat meer handmatig gecontroleerde of kleinere systemen niet kunnen worden gebouwd, maar ze kunnen moeilijker in balans te houden zijn wat betreft zuurgraad, temperatuur, ammoniakniveaus, enz., en vereisen meer punt‑aanpassingen.

De sector bevindt zich nog in een vroeg stadium, zonder gestandaardiseerde sjabloon en met veel experimentatie. Het is echter niet langer slechts een concept in ontwikkeling, met enkele opmerkelijke grote installaties:

Conclusie

Aquaponics is een opmerkelijk efficiënt ontwerp dat veel van de beperkingen van zowel huidige hydroponic‑ als aquacultuurmethoden oplost. Het kan zowel de afhankelijkheid van hydroponics van chemische meststoffen als de watervervuiling en afval veroorzaakt door aquacultuur verminderen.

Het is echter veel technischer, en de meeste mensen en bedrijven zullen waarschijnlijk profiteren van eerst uitgebreide ervaring op te doen in ten minste hydroponics of aquacultuur voordat ze proberen deze samen te brengen met aquaponics.

Op die manier zullen ze eerder slagen in het omgaan met de vele uitdagingen die de complexiteit van het systeem met zich meebrengt, zoals ziektes‑ & plaagbeheer, chemische disbalans (pH, ammoniakniveaus, enz.), soortselecties, temperatuurschommelingen, enz.

Desondanks, gezien de wereldwijde bevolkingsgroei in combinatie met afnemende wilde vispopulaties & afname van bewerkbare landoppervlakte, zou aquaponics een krachtige oplossing kunnen zijn om hoogwaardige plantproducten en eiwit‑rijk, gezond vlees te produceren. En dat met een lager gebruik van land en water, terwijl het veel minder vervuiling uitstoot.

mm

Jonathan is een voormalig onderzoeker in de biochemie die werkte aan genetische analyse en klinische onderzoeken. Hij is nu een aandelenanalist en financieel schrijver met een focus op innovatie, marktcycli en geopolitiek in zijn publicatie The Eurasian Century.