Aquaponics, hoe werkt dat?

Bij aquaponics leven een viskwekerij en een grondloze teelt samen in dezelfde gesloten kringloop. De uitwerpselen van de vissen worden door bacteriën omgezet en worden zo de meststof voor de planten, die het water zuiveren voordat het terugkeert naar de bassins. Het principe past in drie regels. De dagelijkse bedrijfsvoering vraagt daarentegen echte vakkennis.

Hieronder leest u hoe dat mechanisme werkt, van de stikstofkringloop tot de weg van het water, en wat het concreet betekent op een professionele boerderij zoals die wij bouwen in de Moselle, in het noordoosten van Frankrijk.

Drie teelten in één gesloten kringloop

Een aquaponicsboerderij voert in werkelijkheid drie teelten in één gesloten kringloop: die van de vissen, die van de bacteriën en die van de planten. Geen enkele ervan kan worden weggenomen zonder dat het evenwicht instort.

De vissen worden gevoerd en belasten het water met ammoniak, zowel via hun uitwerpselen als via hun ademhaling. Nitrificerende bacteriën, gevestigd op het dragermateriaal van een biofilter, zetten die ammoniak om in nitraat. De planten nemen dat nitraat op precies zoals ze een meststof zouden opnemen, en geven het water schoon terug. Zo vormt deze kringloop een echte positieve spiraal.

Wat de gangbare landbouw koopt in de vorm van kunstmest, maken wij in onze bassins zelf, dankzij het voer dat de vissen krijgen en hun uitwerpselen.

De stikstofkringloop, motor van het systeem

Een aquaponicssysteem draait op de stikstofkringloop. De ammoniak die de vissen uitscheiden is voor henzelf al in zeer lage dosis giftig. In de niet-geïoniseerde vorm, die het kieuwweefsel passeert, liggen de veiligheidsgrenzen voor de regenboogforel in de orde van honderdsten van een milligram per liter. De teler houdt daarmee een uiterst smalle foutmarge over.

Er volgen twee bacteriële stappen op elkaar. De eerste zet die ammoniak om in nitriet, dat eveneens giftig is. De tweede zet dat nitriet om in nitraat, de stikstofvorm die planten het best opnemen en die vissen in veel hogere concentraties verdragen. Door dat nitraat op te nemen zuiveren de planten het water en sluiten zij de kringloop.

Nitraat, ongewenst in een kweekbassin, is precies de stikstofvorm die planten het best kunnen opnemen. Het afval van de een wordt de grondstof van de ander.

Wat genetische analyses hebben veranderd

Handboeken schreven deze twee stappen lang toe aan twee precieze bacteriegeslachten, Nitrosomonas en daarna Nitrobacter. Moleculaire analyses van de afgelopen tien jaar op echte biofilters in de aquacultuur vertellen een rijker verhaal. Het geslacht Nitrospira domineert er meestal de oxidatie van nitriet, terwijl Nitrobacter soms volledig ontbreekt. Onderzoek dat in 2017 werd gepubliceerd over het biofilter van een forelkwekerij vond er geen enkele sequentie van.

Hetzelfde onderzoek bracht ammoniakoxiderende archaea aan het licht, en ook zogeheten comammox-bacteriën, die beide opeenvolgende omzettingen in hun eentje aankunnen. De samenstelling van dat consortium verschilt per installatie, afhankelijk van temperatuur, pH, stikstofbelasting en zoutgehalte.

Voor de teler verandert dat in de praktijk niets. Het gaat er niet om deze micro-organismen te benoemen, maar om ze een koloniseerbaar dragermateriaal, zuurstofrijk water en voldoende alkaliniteit te bieden.

De weg van het water, stap voor stap

In een professionele installatie volgt het water een vast traject dat zich op zichzelf sluit. Het verlaat de kweekbassins beladen met zwevende stof en gaat dan door een mechanische filtratie, meestal een trommelfilter, die de vaste deeltjes tegenhoudt voordat ze afbreken en zuurstof aan de kringloop onttrekken.

Daarna bereikt het water het biofilter, waar de hierboven beschreven stikstofomzetting plaatsvindt. Vervolgens gaat het naar de teeltzones, drijvende vlotten voor bladgroenten of teeltgoten, afhankelijk van het gewas. Gezuiverd door de wortels keert het ten slotte terug naar de bassins, na controle van temperatuur, opgeloste zuurstof en pH.

Alleen het verlies door verdamping en door de transpiratie van de planten moet worden aangevuld, in de orde van 1 tot 3% van het totale volume per dag. De gesloten kringloop hergebruikt dus ongeveer 95% van het water, terwijl een beregende vollegrondsteelt het bijna volledig verliest. Die waterbesparing is de eerste troef van professionele aquaponics in een klimaat waarin beregening een knelpunt wordt.

Het inrijden, of waarom een boerderij traag start

Die bacteriën vestigen zich niet op commando. Afhankelijk van de omstandigheden duurt het drie tot acht weken voordat een stabiele populatie is opgebouwd, de stap die telers het inrijden noemen. De organismen die ammoniak oxideren koloniseren het biofilter vijf tot zeven dagen na de eerste stikstofgift, de organismen die nitriet verwerken nemen een week later het stokje over, en het systeem geldt pas als rijp wanneer het nitriet weer op nul staat en het nitraat gestaag oploopt.

Verschillende maatregelen verkorten deze fase. Het biofilter enten met dragermateriaal uit een installatie die al draait blijft veruit het doeltreffendst. Een temperatuur in de bovenkant van het bacteriële bereik, een ruime alkaliniteit en een regelmatige ammoniakgift dragen er eveneens aan bij.

Die opstartfase verklaart waarom een aquaponicsboerderij later produceert dan een hydroponische kas, die al bij haar eerste teelt oogst geeft.

pH en ijzer, een permanent compromis

De pH is de parameter waarop de drie compartimenten het duidelijkst botsen. Planten geven de voorkeur aan uitgesproken zuur water, rond 5,5 tot 6,5. Nitrificerende bacteriën werken beter boven 7. Vissen verdragen een ruimer bereik. De praktijk in aquaponics kiest daarom voor een compromis tussen 6 en 7, waarin niemand zijn optimum haalt maar iedereen naar behoren functioneert.

Die pH houdt zichzelf niet vast. Nitrificatie is een verzurende reactie, en het koolzuurgas dat de vissen uitscheiden vormt een zwak zuur, zodat het systeem vanzelf naar beneden zakt. De teler buffert door calcium- en kaliumcarbonaat af te wisselen. Dat corrigeert de verzuring en vult in dezelfde beweging de twee structurele tekorten van aquaponics aan, kalium en calcium, die het visvoer niet levert.

Blijft het ijzer. Boven pH 7 slaat het neer in een vorm die de wortel niet meer kan opnemen, en op de jonge bladeren verschijnt chlorose. In de eerste maanden wordt daarom gechelateerd ijzer gegeven, in de orde van 1 tot 2 milligram per liter, daarna op afroep. Die aanvullingen zijn oplosbaar en ongevaarlijk voor de vissen, en de kosten ervan blijven marginaal vergeleken met de volledige meststoffen die een hydroponische teelt vraagt.

Wat een boerderij produceert, en hoe zij wordt gedimensioneerd

Een aquaponicsboerderij verenigt twee vakken: de viskwekerij en de grondloze groenteteelt. De keuze van de soorten volgt eerst een thermische beperking, want vissen in dezelfde kringloop moeten hetzelfde temperatuurbereik delen. In een gematigd klimaat komen de regenboogforel en de bronforel samen rond 13 tot 16 °C en zijn zij moeiteloos samen te houden. De snoekbaars, die duidelijk warmer water vraagt, hoort in een aparte afdeling. Daarom scheidt een boerderij die voor meerdere soorten is ontworpen haar kweekhallen.

Aan de plantenkant benutten gewassen met een korte cyclus en een hoge stikstofbehoefte het systeem het best, zoals sla en kruiden. Voor zomervruchten zijn ook tomaat, paprika, aubergine, courgette of aardbei mogelijk, al is ontkoppelde aquaponics voor die teelten vaak beter geschikt.

De dimensionering ten slotte wordt niet berekend in kilogrammen vis, maar in hoeveelheid voer die dagelijks wordt verstrekt. De FAO houdt 40 tot 50 gram voer per vierkante meter teelt per dag aan voor bladgroenten, en 50 tot 80 gram voor vruchtgroenten. De visproductie volgt vervolgens uit die gift en uit de voederconversie, die bij forel in een moderne kwekerij rond 1 ligt. Een aquaponicssysteem in evenwicht brengen betekent dus redeneren in stromen, niet in voorraden.

Wat het systeem verbruikt, en wat het onmogelijk maakt

Water is de post waar het voordeel het duidelijkst is, om de hierboven genoemde redenen. Energie is daarentegen de echte uitdaging. Een aquaponicsboerderij is zeer energie-intensief, vooral in elektriciteit, want de pompen, de beluchting en de filtratie draaien onafgebroken, en daar komt naargelang het geval verwarming of koeling bij. Er bestaan oplossingen om die post te verlichten, van zonnestroom voor eigen gebruik tot warmtepompen en de terugwinning van restwarmte op een naburig bedrijf. Dat is de weg die wij in ons project volgen.

De grond wordt daarentegen bijzaak. Omdat de teelt geen bodem nodig heeft, voldoen een braakliggend terrein, een arme grond of een perceel aan de stadsrand prima. Dat maakt vestiging vlak bij de plaatsen van consumptie mogelijk.

Eén laatste punt onderscheidt aquaponics radicaal van de andere grondloze teelten. In een kringloop waarin vissen, bacteriën en planten van elkaar afhangen, is geen enkele synthetische behandeling denkbaar. Een antibioticum aan de vissen zou het biofilter steriliseren en meteen een ammoniakpiek veroorzaken. Een insecticide op het gewas zou terugkomen in de bassins. De gewasbescherming steunt dus op het uitzetten van natuurlijke vijanden, op klimaatbeheersing onder glas en op dagelijkse monitoring van de populaties. Een aquaponische productie is daardoor per constructie vrij van pesticiden en antibiotica, wat haar zonder discussie aan de kant van de duurzame landbouw plaatst.

Onze aanpak in Vic-sur-Seille

Wij passen deze principes toe in ons project voor een grootschalige aquaponicsboerderij in Vic-sur-Seille, in de Moselle. Drie viskweekhallen, vier productiekassen, een onderzoekskas en een verwerkingsruimte worden georganiseerd rond één enkele waterkringloop.

Het productiedoel ligt op ongeveer zestig ton vis en vijfendertig ton groenten per jaar, samen bijna vijfenzeventig ton netto voedsel. Die schaal is gekozen als een juist evenwicht. Ons model is niet dat van de megaboerderijen, maar dat van een bedrijf op menselijke maat: groot genoeg om te wegen op de bevoorrading van een hele regio, bescheiden genoeg opdat iedereen zijn planten en zijn vissen kent en er elke dag voor zorgt. Onze productie wordt verkocht binnen een straal van honderd kilometer rond de boerderij, en de professionals uit de streek die wij hebben ontmoet kijken uit naar dit lokale aanbod.

Het project bevindt zich vandaag in de fase van de financieringsronde, met steun die al is toegekend in het kader van France 2030, het Franse nationale investeringsprogramma, en ook u kunt eraan deelnemen om de start van de bouw in 2027 mogelijk te maken. Deze eerste boerderij is ontworpen om te worden herhaald en zal als model dienen voor de volgende, in andere regio's.

Hoe werkt het dan echt?

Het principe past in één zin. Er komt voer in de kringloop, dat voedt de vissen, hun uitwerpselen worden door bacteriën omgezet in een meststof die de planten opnemen, en het zo gezuiverde water keert terug naar de bassins.

Al het overige zit in de dagelijkse bewaking van dat evenwicht: de juiste voedering van de vissen, het volgen van de waterparameters, het observeren van de gezondheid van de veestapel en van de geteelde planten. Dat werk wordt gedaan door een team van een tiental mensen, ondersteund door een geheel van beproefde geautomatiseerde systemen die hen dagelijks bijstaan.

Zo beschikt ons bedrijf over twee complementaire producties op één infrastructuur, zonder enige afhankelijkheid van kunstmest en met vijf keer minder water dan een vollegrondslandbouw. Daarmee is aquaponics een van de meest concrete hefbomen voor de landbouwtransitie en de voedselsoevereiniteit: zij brengt een duurzame lokale productie dichter bij de plaatsen van consumptie, in de logica van korte ketens. Wij hebben dit uitgewerkt in ons artikel Aquaponics, hydroponie, aeroponie: wat zijn de verschillen?.

Ontdek de boerderij in detail→

Veelgestelde vragen