Stel je voor dat je de bliksem in een fles probeert te vangen - letterlijk. Dat is wat sommige moderne wetenschappers, waaronder Nathan Eylands, een assistent-professor aan de Universiteit van Minnesota, proberen met plasma-geactiveerd water (PAW). Plasmatechnologieën zijn relatief nieuw in de tuinbouwsector. Maar de geschiedenis gaat veel verder terug.
"Begin 1900 zorgde een methode genaamd het Haber-Bosch proces voor een revolutie in de land- en tuinbouw," legt Nathan uit. "Bij deze methode wordt aardgas gebruikt en gecombineerd met stikstof uit de lucht, geen gemakkelijke opgave gezien de drievoudige binding van stikstof, om ammoniak te produceren. Dat is een belangrijk ingrediënt in stikstofmeststoffen."
Maar als iets te mooi klinkt om waar te zijn, is dat meestal ook zo. "Hoewel dit een revolutie betekende voor de land- en tuinbouw was het ook een energievreter en een aanzienlijke bron van broeikasgasemissies."
Destijds was er nog een andere methode in de running: plasma-activering. Die kon ook reactieve stikstofspecies creëren. Destijds leken fossiele brandstoffen echter een eindeloze, goedkope bron. Dus koos de wereld voor Haber-Bosch en vergat plasma-activatie grotendeels.
Tegenwoordig dwingen zogenaamde klimaatverandering en publieke "bezorgdheid over duurzaamheid" om oude ideeën te herzien. Plasma-geactiveerd water is om die reden in opkomst als een veelbelovende technologie. Deze technologie kan heel goed het nieuwe Zwitserse zakmes van de land- en tuinbouw kunnen zijn volgens Nathan.
Geëlektrificeerd water
Nathan beschrijft PAW als bliksem in een fles omdat het water is blootgesteld aan een hoog elektrisch veld. Daardoor worden de gassen in de lucht geïoniseerd - voornamelijk stikstof en zuurstof - en komen ze in het water terecht. "Het resultaat is een brouwsel van reactieve stikstof- en zuurstofspecies dat gebruikt kan worden in verschillende land- en tuinbouwtoepassingen."
Het blijkt dat dit zure, reactieve water heel handig kan zijn in de tuinbouw. PAW heeft eigenschappen die de interesse van telers wereldwijd hebben gewekt. Het bevat niet alleen een hoge concentratie opgeloste stikstof, maar het kan ook de kieming van zaden en de groeikracht van zaailingen verbeteren en natuurlijke beschermende maatregelen tegen biotische en abiotische stressfactoren versterken.
"In een onderzoek door Christian Nansen van UC Davis werd PAW bijvoorbeeld gebruikt om tomatenplanten te behandelen die werden geplaagd door spint," zegt Nathan. In dat onderzoek verkozen de mijten de onbehandelde controleplanten boven de met PAW behandelde planten. Dit werd waarschijnlijk toegeschreven aan de verhoogde trichoomdichtheid op het bladoppervlak.
Tomatenplanten in bakken waarin het fertigatieprogramma werd aangevuld met kraanwater of PAW. Universiteit van Californië, Davis
Verschillende toepassingen
Er worden ook meer praktische toepassingen onderzocht en Nathan's onderzoekers zijn hard aan het werk om de effectiviteit van dit 'geëlektrificeerde water' te bewijzen in verschillende tuinbouwteeltvormen. "Reactieve zuurstofspecies in water vormen waterstofperoxide, waardoor PAW antimicrobiële eigenschappen heeft (schimmeldodend, bacteriedodend). Bovendien bestaat de input van PAW uit water, lucht en elektriciteit, waardoor een milieuvriendelijk product ontstaat dat vrij is van geïndustrialiseerde synthetische chemicaliën."
PAW zou bijvoorbeeld in de kas gesproeid kunnen worden om echte meeldauw te bestrijden of gebruikt kunnen worden in processen na de oogst om de houdbaarheid van producten te verlengen. Stel je een supermarkt voor waar groenten en fruit worden verneveld met PAW in plaats van gewasbeschermingsmiddelen."
Daarnaast onderzoeken onderzoekers ook het gebruik in hydrocultuur. "Neil Mattson van de Cornell University voerde experimenten uit om te zien of PAW andere zuren kon vervangen die worden gebruikt om de pH-waarden in hydrocultuursystemen te bufferen. Het werkte, maar het was nog niet de meest efficiënte oplossing, omdat er meer PAW nodig was dan praktisch haalbaar," merkt Nathan op. Het onderzoek is nog gaande en het is zeker nog te vroeg om een grens te trekken.
"Het is belangrijk om op te merken dat PAW zich nog in de onderzoeksfase bevindt, hoewel het potentieel van PAW veelbelovend is," zegt Nathan. Uiteraard zijn er economische en praktische uitdagingen die overwonnen moeten worden. "Terwijl PAW bijvoorbeeld effectief kan zijn bij een pH-waarde van vijf, is het misschien niet zo veilig of effectief bij zuurdere waarden, waar het schadelijk kan worden voor biologische weefsels."
Dan is er nog het duurzaamheidsaspect. In een wereld waarin consumenten zich steeds meer zorgen maken over resten van gewasbeschermingsmiddelen en de gevolgen voor het milieu, biedt PAW een relatief veilig alternatief voor de bestrijding van plagen en ziekten zonder de introductie van schadelijke chemicaliën. De effectiviteit en economische levensvatbaarheid moeten echter nog worden bewezen onder verschillende omstandigheden en voor verschillende gewassen.
Meer geëlektrificeerd water
Naarmate onderzoekers verder sleutelen aan PAW, door variabelen als atmosferische druk en elektrische input aan te passen, zullen we waarschijnlijk meer doorbraken zien en misschien ook een paar tegenslagen. "We komen zeker dichter bij een economisch haalbare oplossing voor telers. Er ligt nog veel onderzoek voor ons, maar we komen elke dag dichter bij het doel."
Deze technologie wordt commercieel beschikbaar en wordt overgenomen door grote glastuinbouwbedrijven over de hele wereld. Als je geïnteresseerd bent in duurzame teelt en grensverleggende technologieën en meer wilt weten over PAW, dan heb je geluk. Deze onderzoeksgroep kwam samen met belangrijke leden van de sector voor koud plasma online bijeen om fundamentele en toegepaste aspecten van PAW te bespreken.
Klik op deze link voor toegang tot de opgenomen video van de bijeenkomst. Tijdens de bijeenkomst bespraken de deelnemers verschillende onderwerpen, waaronder een onlangs gehouden enquête waarin telers van CEA werden gevraagd naar hun bereidheid om PAW in hun bedrijf toe te passen. Daarnaast werd de stabiliteit van PAW in de loop der tijd als functie van opslagomstandigheden in detail besproken vanuit een analytisch perspectief. De bijeenkomst omvatte ook een uitgebreide presentatie over hoe irrigatie van tomatenplanten met PAW indirecte resistentiemechanismen van planten tegen spint kan stimuleren.
Wanneer men meer informatie wil over PAW, bezoek dan de projectwebsite waarop nieuwsbrieven, opnames van vergaderingen en ander materiaal beschikbaar komen.
Voor meer informatie:
University of Minnesota / Department of Horticultural Science
260 Alderman,
1970 Folwell Ave, St. Paul,
MN 55108, Verenigde Staten.
[email protected]
https://horticulture.umn.edu/