‘We staan aan de vooravond van de snelste en meest ingrijpende verandering van de landbouw ooit’

‘We zullen ontsnappen aan de absurditeit van het kweken van een hele kip om de borst of vleugel te eten, door deze delen afzonderlijk te kweken’. (Winston Churchill, 1931)

Op het eerste gezicht lijkt het kopje koffie dat Heiko Rischer in september 2021 drinkt doodnormaal. Het ziet eruit als koffie, ruikt als koffie en smaakt als koffie. Daarin schuilt het bijzondere: hij proeft ’s werelds eerste cellulaire koffie – niet gebrouwen van koffiebonen, maar van een prutje gekweekt in een bioreactor. ‘Stel je vooral geen romantisch koffiekransje in een café voor’, blikt Rischer terug in zijn kantoor, waar een cacaoboom en een chiliplant de vensterbank sieren. Als lid van een sensorisch panel proeft hij de koffie in een ‘neutrale setting’ en spuwt hij het drankje achteraf uit. Geen melk, geen suiker, geen pulla, het zoete kardemombrood waaraan geen Fin weerstaat. Zelfs geen geluidstapijtje van irritante loungecovers. Alles om de koffie zo neutraal mogelijk te kunnen beoordelen.

Rischer leidt de eenheid plantenbiotechnologie aan het Finse onderzoeksinstituut VTT. Op de campus in Otaniemi, even buiten Helsinki, neemt hij ons mee in de kweekkamer. Hier laat zijn team stamcellen van planten groeien. ‘Eerst werkten we enkel aan farmaceutische en cosmetische toepassingen, voeding is er de laatste jaren bijgekomen’, zegt hij. De experimenten beperken zich niet tot koffie. In petrischalen liggen petieterige toefjes in de felste fluokleuren. Het lijken wel snoepjes. Een selectie aan noordse bessensoorten, duidt Rischer. Hij wijst twee bordjes aan. ‘Sommige bessen, deze kruipbraam bijvoorbeeld, komen veel voor in de natuur. Maar andere, zoals die poolbraam daar, zijn bedreigd.’ Door die in het lab te kweken, krijgen voedingsproducenten nieuwe mogelijkheden.

Rischer doet aan cellandbouw, een vorm van biotech waarbij wetenschappers in het lab kweken wat traditioneel op het veld of in de natuur groeit. Dat procedé vertrekt vanuit stamcellen – de bouwstenen van het leven, oercellen van een organisme die in staat zijn om in andere cellen te veranderen en te vermenigvuldigen. Het duurt tot een jaar om zo’n cellijn te initiëren in petrischaaltjes en suspensieculturen, erlenmeyers die mechanisch geschud worden. Daarna gaan ze in een bioreactor, een stalen vat tjokvol voedingsstoffen als suiker en mineralen. In een luide fabriekshal toont Rischer een arsenaal aan bioreactoren, van exemplaren niet groter dan een blikje tot een knoert van 1.200 liter.

Uit de bioreactor oogst het team een natte brei, die het eerst vriesdroogt en vervolgens, net als echte koffie, roostert. Rischer trekt een diepvriesdeur open en vist er twee zakjes uit. Eentje bevat fijne, bleekbeige korrels – ongebrande bioreactorkoffie. In het andere zit een bruin poeder dat met het blote oog nauwelijks te onderscheiden valt van koffie. ‘Afhankelijk van het brandproces verkrijgen we een lichtere of donkerdere variant.’

SOS koffie

Van alle Europeanen drinken de Finnen het meeste koffie. Volgens Rischer, zelf een Duitser, is het een vereiste om de lange, koude en vooral donkere winters rond de noordpoolcirkel door te komen. Aan die overlevingsstrategie hangt evenwel een prijskaartje: ieders favoriete brandstof draagt flink bij aan de klimaatcrisis. Koffie zorgt voor ontbossing, biodiversiteitsverlies en uitstoot van broeikasgassen. De consumptie ervan vereist bovendien veel water – zo’n 140 liter per kopje.

Langs de andere kant is koffie hypergevoelig voor de gevolgen van een ontwricht klimaat. Koffieplanten vereisen specifieke omstandigheden. Loopt de temperatuur te hoog op, dan rijpen de bonen te snel en verliezen ze hun aroma. In de hitte overleven bestuivende insecten moeilijk, in tegenstelling tot de plagen die koffieplanten teisteren. Klimaatverandering zorgt voor meer droogte, frequentere overstromingen en onverwachte vorst. Voor chaos, kortom. Brazilië, de grootste producent ter wereld, gunt ons een blik op de toekomst. In 2021 vernielden vorst en droogte er 600 miljoen kilo koffiebonen. Dat gaat niet beteren. Het Climate Institute berekende dat de helft van de huidige landbouwgrond voor de koffieteelt in 2050 niet meer productief zal zijn. Zetten die trends zich voort, dan dreigt koffie een luxeproduct te worden, zwart goud.

Tegelijkertijd drinken we alsmaar meer koffie. Met name de groeiende middenklasse in Azië en Afrika geraakt verslingerd aan cafeïne. In China, traditioneel een theeland, vervijfvoudigde de vraag in tien jaar. Vandaar dat koffie zonder bonen, een bakje troost ontdaan van de impact ervan, zo’n interessante piste lijkt. ‘Niemand kan zelfs maar bedenken hoe we anders aan die vraag voldoen’, stelt Rischer. ‘Meer land aanboren is geen optie. Enkel technologie rest ons.’

De invloed van celkoffie op het klimaat is nog niet onderzocht. Analyses van andere plantenproducten uit de bioreactor suggereren evenwel dat die positief uit een vergelijking met teelt op het veld komt. ‘Cellandbouw is niet zonder impact’, nuanceert Rischer. ‘We hebben suiker nodig en bioreactoren draaien op elektriciteit. Maar zelfs met de huidige Finse energiemix ligt de impact significant lager dan die van reguliere landbouw.’ Er valt winst te boeken door het elektriciteitsnet te vergroenen en te zoeken naar bronnen van suiker uit onbenutte reststromen – pakweg de lactose die de melkindustrie uit producten verwijdert.

Rischer prijst de flexibiliteit van het systeem. ‘Niet langer zijn we afhankelijk van geografische locaties of groeiseizoenen. We kunnen de productie op elke schaal aanpakken – groots, in gigantische fabrieken, of lokaal. Je kan een kleine bioreactor neerpoten in een café of in je keuken, de plekken waar je koffie drinkt.’ Cellandbouw gaat een stap verder dan verticale landbouw, het concept dat we vorige maand bespraken. ‘In een verticale boerderij recycleer je veel, maar toch produceer je nog afval – niet-productieve plantendelen als wortels of schil. Op het niveau van de cel elimineer je die verspilling helemaal.’

Wat met de boeren? Wereldwijd hangen 120 miljoen mensen af van de koffieteelt, vaak stakkers die teren op een hongerloon. Voorstanders van cellandbouw bepleiten dat de klimaatverandering hen meer bedreigt dan de technologie. Rischer wijst op het Nagoyaprotocol: wie genetisch materiaal uit een land gebruikt, moet daar iets tegenover zetten. ‘Cellandbouw verdringt op korte of middellange termijn de teelt niet. Onze methodes zijn vooral geschikt om bulkmateriaal te maken. Kleine boeren die kwaliteitskoffie telen, worden er mogelijk zelfs beter van. Slechter kan haast niet.’

Kangoeroe uit het lab

Wanneer drinken we ons eerste kopje? Rischer haalt de schouders op. Dat hangt niet van hem af. Technisch kan het snel gaan, maar bedrijven dienen de vermarkting op zich te nemen. Eerst moet de EU groen licht geven, een proces dat snel vier jaar kan duren. Het riedeltje doet wat denken aan dat van kweekvlees – vaak aangekondigd, nog steeds niet op de Europese markt. In 2013 pronkte Mark Post van de Universiteit van Maastricht al met de eerste hamburger van cellen. In grote lijnen gebruikte hij dezelfde werkwijze als hierboven beschreven, al vertrok hij van dierlijke stamcellen.

De impliciete belofte van kweekvlees klinkt aanlokkelijk: verstokte carnivoren kunnen met een gerust gemoed hun favoriete kostje blijven eten. Want als vlees uit de bioreactor dat uit het slachthuis (gedeeltelijk) vervangt, dan is dat alvast een opsteker voor het dierenwelzijn. Het is nog onduidelijk of het dat ook is voor klimaat en milieu – de data ontbreken of maken genereuze veronderstellingen. Maar de huidige veeteelt valt moeilijk te bestendigen, laat staan uit te breiden. Op een vierde van het bewoonbare aardoppervlak graast vee; op een derde van onze akkers groeien gewassen om die dieren te voeden. In totaal palmt de productie van vlees, aquacultuur, eieren en melkproducten 83 procent van het boerderijland in, maar het levert slechts 37 procent van de eiwitten en 18 procent van de calorieën.

We gaan niet plotsklaps massaal vegetariër of veganist worden. Jaarlijks schranst de gemiddelde aardbewoner 43 kilo vlees, een Amerikaan zelfs 118 kilo. Terwijl de consumptie in het Westen stabiliseert, knabbelt de rest van de wereld de achterstand weg. Het World Resource Institute verwacht tussen 2018 en 2050 een verdubbeling van de vraag naar vlees van herkauwers – rund, lam en geit, de soorten die het meeste plaats vergen. Er is simpelweg onvoldoende land om dat tempo bij te houden. Vlees uit het lab lijkt dan een prima alternatief.

In navolging van de hamburger van Post trachten start-ups, vaak ondersteund door geruchtmakende investeerders, het dierenrijk te imiteren in bioreactoren – van kip en rundvlees, over garnalen en blauwvintonijn, tot zebra, jak en kangoeroe. Intussen beweert Post herhaaldelijk dat zijn labhamburger ‘binnen enkele jaren’ op de markt komt. Maar ondanks die mooie woorden zetten voorlopig enkel Singaporezen hun tanden in een commercieel kweekproduct, kipnuggets. Uitgerekend vlees met een relatief beperkte klimaatimpact.

Luxeproduct

In de praktijk blijken de hordes moeilijk te nemen. Het Belgische onderzoeksproject Customeat verzamelt academici uit uiteenlopende disciplines, waaronder voedingsleer, levensmiddelentechnologie, dierengeneeskunde en menselijke regeneratieve geneeskunde, om die knelpunten in kaart te brengen. ‘Want er gebeurt veel onderzoek in de privésector, maar weinig aan universiteiten’, verklaart Stefaan De Smet, die zich als prof aan de faculteit bio-ingenieurswetenschappen van de UGent specialiseert in vlees.

Voedingsmiddelen zijn een complex kluwen van verbindingen en structuren. Niet simpel om zoiets in z’n geheel na te bootsen. Vooralsnog slaagt cellandbouw erin om ruwe componenten te maken. Een koffiepoeder ligt dan vanzelfsprekend meer voor de hand dan een entrecote of een ossenhaas. Om diezelfde reden belanden kipnuggets op een Singaporees bord, een industrieel verwerkte bundel samengeperste vezels, en niet, pakweg, een vleugel of een boutje. Hoe complexer het stuk vlees, hoe ingewikkelder het vereiste staaltje bouwtechniek.

‘Spiercellen moeten doorbloed worden en zuurstof krijgen. Om zich driedimensionaal te ontwikkelen, moeten ze mechanisch gestimuleerd worden’, zegt De Smet. ‘Cellen kweken is één. Maar die zich laten ontwikkelen tot iets wat op vlees lijkt, met dezelfde smaak en textuur, dat is een andere zaak. Vlees bevat ook vetweefsel en componenten die een specifiek aroma geven.’ Zelfs als we daarin slagen, blijft de vraag of dat aan de consumentenwensen voldoet. ‘Dat is evengoed het probleem van de huidige alternatieven voor vlees: vleeseters zijn niet bereid om veel in te boeten aan smaak en textuur.’

Een matrix is nodig om kweekvlees van een driedimensionale structuur te voorzien, een soort stelling waaraan cellen zich vasthechten. De regeneratieve geneeskunde, die volgens dezelfde principes spiercellen kweekt, gebruikt daarvoor gelatine of collageen – dierlijke producten die, op lange termijn, geen optie zijn voor kweekvlees. Een ander ingrediënt is zo mogelijk nog problematischer. Waar de plantencellen in het lab van Rischer groeien op suiker en voedingsstoffen, voeden wetenschappers dierlijke cellen met kalverserum – bloed uit het hart van een foetus. Bedrijven beweren een plantaardig alternatief te hebben gevonden, maar die troefkaart drukken ze angstvallig tegen de borst.

De Smet denkt niet dat kweekvlees ‘de eerste tien, vijftien jaar’ op de Europese markt verschijnt. Maar ondanks de hindernissen vindt hij dat het potentieel ervan verder onderzocht moet worden. ‘De vraag naar kwaliteitsvol, divers voedsel met alle nutriënten blijft een uitdaging. Als technologie daartoe kan bijdragen, moeten we die op z’n minst een kans geven.’ Kweekvlees, zo hoopt hij, hoeft geen bedreiging te vormen voor de klassieke veeteelt. Het kan ook de druk daarop verlichten. Vlees van echte dieren wordt zo mogelijk een luxeproduct – in kleine hoeveelheden gekweekt, met meer aandacht voor dierenwelzijn en een eerlijk loon voor de boeren. ‘In plaats van te focussen op volumes – die enorme monoculturen aan mais vereisen – gebruiken we dieren dan opnieuw waarvoor ze eeuwen dienden: om voor de mens onbruikbare bijproducten in voeding om te zetten, op plaatsen waar je niets anders kan telen.’

Voedsel ‘uit het niets’

Achter het glas van een patrijspoort in een bioreactor klotst een goedje dat lijkt op een Indische curry. ‘De gele kleur komt van bètacaroteen’, verduidelijkt Juha-Pekka Pitkänen, hoofd technologie en medeoprichter van Solar Foods. In een nauw bemeten proeflab in het Finse Espoo, in vogelvlucht nauwelijks vijf kilometer van het kantoor van Rischer, groeit een bodembacterie, Cupriavidus necator, die de wetenschappers van Solar Foods opdiepten uit het slib van de Oostzee. ‘In deze bioreactor kan je evengoed bier brouwen’, grijnst Pitkänen. ‘Daar kennen Belgen alles van.’

Waar cellandbouw cellen van planten of dieren gebruikt, beroept precisiefermentatie zich op micro-organismen, ofte microben: bacteriën, fungi en andere gisten. Door een gemodificeerd gen in te brengen in het DNA ervan, fungeren die micro-organismen als minifabriekjes om eiwitten, vitaminen of koolhydraten te produceren. Want: zo’n micro-organisme plant zich voort door celdeling en vermenigvuldigt zo eveneens de beoogde stof. Productief zijn ze ook: de bacterie van Solar Foods verdubbelt elke drie uur. Ferming heet dat met een Engelse term, een samentrekking van fermentatie en farming, boeren.

Op zich zijn die technieken niet nieuw. Vroeger maakten we insuline van een gemalen pancreas van een varken of een koe, nu injecteren we een gen met het DNA van menselijke insuline in een bacterie. Vroeger haalden we stremsel uit de vierde maag van kalveren, nu doen genetisch gemodificeerde micro-organismen het werk voor ons. Zelfs de werkwijze van Solar Foods bestaat al sinds de jaren 1960, toen wetenschappers van NASA er een oplossing in zagen om astronauten op een lange ruimtemissie te voeden. Pitkänen: ‘Nu we er ons van bewust zijn dat we de planeet uitputten – onder meer met landbouw – zijn we verplicht om efficiëntere manieren te vinden om voedsel te produceren.’

Melk of vanilline uit gist, alternatieven voor palmolie, microbiële eiwitten, bronnen van omega 3-vetzuren of vitamine D12: het aantal toepassingen van precisiefermentatie tikt stevig aan. Er bestaan evenveel micro-organismen als mogelijke voedselbronnen. Zo fermenteren wijn- of biermakers met suiker. De bodembacterie van Solar Foods voedt zich met koolstof uit CO2 – die het uit de lucht haalt – en waterstof. Daarom knipoogt de start-up dat het voedsel maakt from thin air – een dubbele bodem die zowel ‘uit het niets’ als ‘uit de lucht’ kan betekenen. De waterstof produceert Solar Foods met een elektrolyser van elektriciteit afkomstig van zonnepanelen – vandaar de naam. Aan dat proces voegt Pitkänen mineralen toe – voedingsstoffen als sodium en potassium die normaal uit de bodem komen. ‘In de productie gebruiken we niets dat van planten komt’, stelt hij ferm.

Op die manier maakt Solar Foods volledig boerderijvrij voedsel en gomt het de asterisk bij voedsel uit de bioreactor weg. Op de deur van de vergaderzaal prijkt een slogan – liberating the protein production. Dat is de missie: voeding en landbouw ontkoppelen. Pitkänen toont een klein potje met gele bloem en somt de voordelige samenstelling van het eindproduct, genaamd ‘soleïne’, op: een eiwitgehalte van 65 tot 70 procent, alle essentiële aminozuren en een rist mineralen en vitaminen. Dankzij een milde smaak kan het op duizend-en-één manieren gebruikt worden. Soleïne kan ei vervangen in noedels, tortellini of gebak, gehakt in sauzen, het kan dienen als ingrediënt in ijs, roomkaas of yoghurt, of de voedingswaarde van ontbijtgranen of veganistische maaltijden opkrikken. De mogelijkheden zijn enkel gelimiteerd door de verbeelding van voedingstechnologen en koks.

Het einde van de veeteelt

Solar Foods maakt zich sterk dat microbiële eiwitten als soleïne veel van de negatieve effecten van landbouw verlichten. Met name door land vrij te maken. ‘Fotosynthese is niet bijster efficiënt’, zegt Pitkänen. ‘Planten zetten slechts één procent van de zonnestraling om in biomassa. Als wij met onze methodes aan tien procent geraken, dan levert dat een enorme winst op.’ De wetenschap bevestigt die redenering. Een onderzoeker van de universiteit van Helsinki vergeleek de impact van soleïne met die van een aantal producten uit de reguliere landbouw. De kloof is er eentje waarvan de Grand Canyon jaloers tussen de tanden zou fluiten.

Neem nu land. Om een kilo eiwit uit soleïne te produceren, is vier vierkante meter ruimte nodig. De plaats die de productie van energie vergt – à rato van de huidige energiemix van Finland – zit daarin inbegrepen. Schakelt Solar Foods helemaal over op hernieuwbare energie, dan neemt die ruimte af tot een halve vierkante meter. Enkel erwten komen enigszins in de buurt, met 18 vierkante meter. Vleesvee doet het met 360 vierkante meter een pak slechter. Ook op het vlak van watergebruik en uitstoot scoort soleïne beduidend beter dan de concurrentie. Zo is er vijfhonderd keer minder water nodig voor een kilo eiwit uit soleïne dan voor een kilo uit rundvlees.

Dat is goed nieuws. Als we zelfs maar een vijfde van ons rood vlees vervangen door microbiële eiwitten, zo becijferde een studie uit 2022, dan kan dat de jaarlijkse ontbossing tegen 2050 terugdringen met 56 procent. Ook de onafhankelijke denktank RethinkX verwacht dat doorbraken in de precisiefermentatie verregaande gevolgen hebben. In een rapport berekende het dat eiwitten uit de nieuwe methodes in 2030 vijf keer goedkoper zullen zijn dan die uit dierlijke bronnen. Tegen 2035 loopt de prijs terug tot een tiende, tot die uiteindelijk ‘de kost van suiker benadert’. Luidens RethinkX staan we aan ‘de vooravond van de snelste, diepste en meest ingrijpende verandering van de landbouw in de geschiedenis’.

De marges in de veeteelt zijn dunner dan een carpaccio. Het verdienmodel blijft enkel overeind als elk onderdeel van een karkas geld opbrengt. Valt één component weg, komt dat hele model op de helling. En het is verre van denkbeeldig dat we ons gehakt vervangen door microbiële proteïnen of onze koemelk door een plantaardig alternatief met caseïne uit een fermentatievat. RethinkX gelooft dat de Amerikaanse melkveehouderij in 2030 ‘zo goed als failliet’ is en dat de inkomsten uit de rundvleesindustrie tegen 2035 met 90 procent dalen. De nieuwe voedseleconomie zal ‘een buitengewoon inefficiënt systeem, dat enorme hoeveelheden input vereist en dito hoeveelheden afval produceert, vervangen door een nauwkeurig en doelgericht alternatief.’

In dat scenario ontwikkelen wetenschappers voeding op moleculair niveau en uploaden ze de gegevens naar databases. Overal ter wereld fermenteren microbrouwerijen goedkoop en voedzaam eten. Ook op plekken waar nu amper iets groeit, zoals woestijnen of poolgebieden, of in ontwikkelingslanden die met tekorten kampen. Volgens de denktank zet dat een domino-effect in gang, dat finaal de waarde van land doet kelderen. Dan presenteert zich een unieke kans om de vrijgekomen ruimte anders in te vullen. Het zou van een bron van CO2 kunnen veranderen in een koolstofput. In Nature beschreven wetenschappers wat er gebeurt als we op 15 procent van het huidige landbouwareaal stoppen met intensief boeren. Die ingreep redt 60 procent van de acuut met uitsterven bedreigde dieren en haalt 30 procent van de uitstoot sinds het begin van de Industriële Revolutie uit de atmosfeer.

Zal het zo’n vaart lopen? Dat valt te betwijfelen. Niet het veroveren van de wereld staat momenteel het hoogst op het to-do-lijstje van bedrijven als Solar Foods, wel een oog houden op de evolutie van de energieprijzen. Een daling daarvan is een essentiële voorwaarde voor succes. ‘De wereld is een rommeltje’, zucht Pitkänen. Maar op langere termijn is hij positiever: eens de oorlog in Oekraïne voorbij is, en we ons volledig hebben losgekoppeld van Russische fossiele bronnen, kan het alleen maar beter gaan. Solar Foods hoopt te opereren zoals datacentra dat doen: door afspraken te maken met windenergiebedrijven – jullie bouwen de windmolens, wij kopen de elektriciteit.

Momenteel draait Solar Foods vier kilo soleïne per week, maar de plannen klinken groots. Even verderop bouwt het aan een nieuwe site, die het volume moet verhonderdvoudigen. ‘Het moet nóg veel groter, nog eens honderd keer meer’, zegt Pitkänen. ‘Pas bij grote volumes concurreren we volgens onze berekeningen écht met soja, de goedkoopste eiwitbron.’ Onlangs keurde Singapore soleïne goed voor consumptie, op de EU en de VS blijft het wachten. Intussen vergelijkt Solar Foods soleïne met de ontdekking van de aardappel, ‘een volledig nieuw ingrediënt, een keerpunt in hoe we denken over eten.’ Maakt het die belofte waar, dan zijn we misschien getuige van de grootste omwenteling in 11.000 jaar landbouw.

Dit artikel werd gerealiseerd met de steun van het Fonds Pascal Decroos voor bijzondere journalistiek.