De reactor van Vitalfluid voedt kasgewassen als de bliksem

Ooit nagedacht over de reden van bliksem? Het is een van de manieren waarmee Moeder Natuur planten, bomen en bossen voedt. De in Eindhoven gevestigde onderneming VitalFluid heeft dat proces gekopieerd. Door de werking van zo’n bliksemschicht na te bootsen kunnen gewassen in de glastuinbouw op een duurzame wijze worden bemest. Na jaren van onderzoek en testen in samenwerking met onder andere de TU/e, staat het bedrijf nu kort voor de doorbraak in de Verenigde Staten. De methode kan binnen enige tijd ook worden toegepast voor gewasbescherming. Een toepassing bij de behandeling van brandwonden en huidziektes bevindt zich nog in een testfase. 

CEO Paul Leenders richtte vanuit zijn toenmalige onderneming het bedrijf VitalFluids in 2014 op naar aanleiding van een project met de TU /e, Wageningen University & Research, het Radboudumc en enkele bedrijven uit Nijmegen. “In dat project onderzochten we medische en agrarische applicaties van plasma geactiveerd water. Die resultaten waren dermate mooi dat ik VitalFluids heb opgericht, met als co-founder Polo van Ooij van de TU/e. Wat later zijn we ook intensief gaan samenwerken met de TU/e voor de ontwikkeling van de benodigde elektronica en vanwege de testfaciliteiten. Er is dus eigenlijk meer sprake van een ‘spin-in’, dan van een ‘spin-off’,” lacht Leenders. 

Desinfecterende eigenschappen

De theorie achter de applicatie van VitalFluid is niet al te ingewikkeld. Door middel van elektriciteit brengt het toestel omgevingslucht in een plasmafase, de 4^e aggregatietoestand (vast, vloeistof, gas, plasma). Omgevingslucht bestaat voor 20 procent uit zuurstof en voor 80 procent uit stikstof. Die delen zuurstof en stikstof worden reactief en vervolgens lossen ze op in water. Het gevolg is dat dit water tijdelijk desinfecterende eigenschappen krijgt. Na zo’n 20 minuten verdwijnt die werking. Wat overblijft is water dat nitraat bevat. Dat is de belangrijkste voedingsstof voor planten en gewassen om te groeien. 

“Dat proces is één-op-één uit de natuur overgenomen,” benadrukt Leenders. ”Een echt ‘nature based proces’; een ‘mimicry’ van een onweersbui. Want bij een onweersbui gebeurt precies hetzelfde. Als het bliksemt -en dat gebeurt zo’n 8 miljoen keer per dag- dan komt de lucht rond die bliksemschicht ook in een plasmafase. Het is een van de methodes van de natuur om stikstof te binden. Tien procent van alle gebonden stikstof op aarde vindt plaats door bliksem. Dat is dus een aanzienlijke bijdrage. Op die manier worden in de natuur planten, gewassen en bossen gevoed met de stikstof. Dat is een belangrijkste natuurlijke meststof. Dat proces hebben wij in een reactor gevangen.”

Bundeling van processen

In de reactor van VitalFluid kan het proces nauwkeurig worden geregeld. Dat betekent dat er naar behoefte meer of minder zuurstof of stikstof in het water kan worden gebracht. Om over te komen was echter veel onderzoek nodig. Het geheel is namelijk een bundeling van diverse elektrofysische en chemische processen. Een van de belangrijkste zoektochten was die naar de benodigde stuurapparatuur. “Het was een hele uitdaging om dat proces goed in de vingers te krijgen. Daar zit nu ook onze know-how.”

Voor de oprichting van VitalFluid richtte Leenders zich op desinfectie van levend weefsel door middel van plasma-geactiveerde lucht. “Dat was toen overigens samen met TNO en Radboudumc. We hebben aangetoond dat je met die plasma-techniek op een heel goede en veilige manier levend weefsel kan desinfecteren. We keken in dat project specifiek naar handdesinfectie. Maar als je dat in de praktijk wilt toepassen, stuit je op een probleem. De gassen die je bij dit proces genereert -ozongassen en NOx- mag je absoluut niet inademen. Die zijn schadelijk. Dat was een groot probleem. Professor Peter Bruggeman die toen aan de TU/e verbonden was, kwam op het idee om eerst water te gaan behandelen. Vervolgens reinig je dan je handen met dat reactieve water.”

Samenwerking met TU/e

Zo begon de samenwerking met de TU/e, waar vooral de kennis van elektronische stuursystemen werd gebruikt om de uiteindelijke applicatie van VitalFluid te kunnen bouwen. Een groot voordeel voor Leenders was dat er inmiddels veel gebeurde op het gebied van stuurelektronica voor hoogspanningstoepassingen. Decennia lang ging de aandacht vooral uit naar stuurelektronica voor laagspanningsapparaten als computers, telefoons en soortgelijke apparaten. Pas door de opkomst van zonnecollectoren en elektrische voertuigen ontwikkelde zich ook deze technieken voor hoogspanningsapparaten.

“We zijn begonnen met lab-units. Daarmee konden we op zeer kleine schaal plasma-geactiveerd water produceren. Die toestellen hebben we ingezet en verhuurd aan bedrijven die met name geïnteresseerd waren in de desinfecterende eigenschappen. Zo kwamen we uit bij zaadveredelingsbedrijven. Deze ondernemingen doen veel aan R&D, wat  goed aansluit bij wat wij doen. Ook gaat het om relatief kleine hoeveelheden in een gecontroleerde omgeving. Daar hebben we veel van geleerd”. 

Het uiteindelijke doel van VitalFluid is om een systeem op de markt te brengen dat voor grote oppervlaktes gewassen kan beregenen met desinfecterend water. De planten worden weerbaarder tegen ziekteverwekkers en het gebruik van pesticiden vermindert. De Europese Unie verbiedt ook steeds meer gewasbeschermingsmiddelen. Bedrijven moeten dus allemaal op zoek naar duurzame alternatieven.

Proces opschalen

“Wij richten ons op de glastuinbouw. Maar voor desinfectie op grote schaal in die sector zijn echter zogenoemde doorstroomunits nodig. Daar zijn we nog mee bezig. Het is wel een van onze doelstellingen. Voor de toedienen van meststoffen is onze technologie al wel opgeschaald, een ontwikkeling mede gefinancierd door de Europese Unie. Die toepassing gaan we nu eerst in de Verenigde Staten op de markt brengen” 

Toch wil VitalFluid nog meer. Op dit moment onderzoekt de onderneming met aantal andere partijen in India de haalbaarheid van het inzetten van plasma-geactiveerd water voor de behandeling van brandwonden, geïnfecteerde wonden en huidziektes. Daar worden nu projecten voor in de steigers gezet. De productie van de toestellen voor duurzame bemesting in de glastuinbouw besteedt VitalFluid uit aan andere bedrijven.

”In de Brainport regio waarin wij zitten zijn veel ondernemingen gevestigd die veel beter zijn ingericht om seriematig dit soort systemen te produceren, Wij zien ons echt als een R&D-georiënteerd bedrijf dat in samenwerking met klanten- onze key-partners-  apparatuur en toepassingen ontwikkelt.”