Startup Spectrik ontwikkelt fotonische ammoniaksensor voor de stal

Chip meet werkelijke uitstoot van ammoniak

Een ammoniaksensor op basis van een fotonische chip. Dit technologische hoogstandje zou weleens een gat in de markt kunnen zijn in het kader van de landbouwtransitie. Want: meten is weten. En juist dat is tot op heden het grote probleem. “Er is geen inzicht in de werkelijke uitstoot van ammoniak, omdat het accuraat registreren van de emissie heel complex is”, zegt Rick Jongen, directeur van de Eindhovense startup Spectrik. Met zijn multigassensor verwacht hij de wereld te gaan veroveren.

 De 24-jarige Helmonder kwam tijdens zijn master Bedrijfseconomie in aanraking met de wereld van de fotonische chips. Op de High Tech Campus Eindhoven kreeg hij bij HighTechXL – een venture builder voor het starten van nieuwe hoogtechnologische startups – al tijdens zijn studie de kans om mee te draaien in zo’n startup. Daarna dook de jonge ondernemer in glasvezeltechnologie voor het meten van vitale lichaamsfuncties bij mensen. “Vandaaruit ontstond het idee om met die technologie de parameters te meten bij koeien”, vertelt Rick. “Op zich interessant, maar de veeteeltsector zit met een veel urgenter probleem: het niet accuraat kunnen meten van de gassen in de stallen.” En dus verlegde Jongen zijn focus, wat leidde tot de start van Spectrik.

Uitdagend stalklimaat
Wat het registreren van de emissie bemoeilijkt, is dat het stalklimaat vanuit technisch oogpunt behoorlijk uitdagend is. Ammoniak tast hardware aan. De huidige sensoren op basis van elektrische chips meten daardoor na verloop van tijd minder nauwkeurig. Dat probleem heeft een sensor die licht gebruikt niet. “Onze gassensor op basis van een fotonische chip is veel minder gevoelig voor de agressieve invloed van ammoniak”, legt Rick uit. “Hij kan over een veel langere periode meten zonder aangevreten te worden en aan nauwkeurigheid te verliezen.”

Het grote voordeel van fotonische chips is dat ze met lichtdeeltjes (fotonen) werken in plaats van met elektriciteit. Het Rijk investeert de komende jaren € 1,1 miljard om Nederland koploper te maken op het gebied van fotonica.

‘Wat onze sensor nieuw maakt, is dat we ‘m in een chip kunnen integreren’

Onbetaalbaar
Nieuw is het meten van gas op basis van licht overigens niet. “Onderzoeksinstituten bijvoorbeeld maken er al gebruik van”, zegt Rick. “Maar dan gaat het om de meest geavanceerde sensoren en die zijn onbetaalbaar voor individuele boeren. Wat onze sensor nieuw maakt, is dat we ‘m in een chip kunnen integreren; die is robuust genoeg voor het uitdagende klimaat in de stal. Pluspunt is ook dat we op grotere schaal kunnen produceren. Dan heb je dus de voordelen van de huidige robuuste sensoren (sensoren die voor een lange tijd goed presteren in een stoffig klimaat, red.), maar dan tegen een aanzienlijk lagere prijs.”

Dierenwelzijn
Ad Crommentuijn, strategisch business developer, kijkt over Ricks schouder mee. “Je kunt misschien de kip met de gouden eieren te pakken hebben, maar je product moet wel omarmd worden door de markt”, zegt hij. “We zijn dus nu op zoek naar vooral stalleveranciers, maar ook boeren, die bereid zijn om als early adapter de ammoniaksensor in te zetten. Het gaat daarbij niet alleen om emissiereductie voor de omgeving en de natuur, maar ook om het dierenwelzijn in de stal, dat alles te maken heeft met het stalklimaat. Met een goed monitoringssysteem kun je het welzijn van de dieren verbeteren, en daarmee ook de kwaliteit van het uiteindelijke product. De vraag is ook hoe je dat vervolgens kunt vermarkten in de rest van de keten. Daarvoor is samenwerking met de ketenpartners essentieel.”

Ad heeft er zelf wel ideeën over. “De NVWA, de Nederlandse Voedsel- en Warenautoriteit bijvoorbeeld, moet het dierenwelzijn monitoren bij de boer, maar heeft natuurlijk niet de capaciteit om alle veehouders af te gaan. Als ze kunnen inloggen op een systeem, kunnen ze veel gerichter hun werk doen in plaats van at random boeren te bezoeken. En ze kunnen dan ook die boeren overslaan die het goed voor elkaar hebben.”

Onderbuikgevoel
Ook in het buitenland ziet Ad kansen voor Spectrik. “Hier weten veehouders vanuit hun onderbuikgevoel dat er iets mis is met hun dieren. Omdat er te veel tocht is in de stal, omdat het voer niet goed is, noem maar op. In andere landen is deze kennis er vaak nog niet op zo’n hoog niveau. Stalleveranciers – in veel gevallen zijn dat Nederlandse leveranciers – worstelen daar met het meeleveren van de juiste kennis. Op het moment dat je er een betrouwbaar monitoringssysteem aan kunt koppelen, is de waarde van het stalsysteem direct veel groter.”

Rick is blij met de input en adviezen die Ad geeft. “Linksom of rechtsom, we zitten op de High Tech Campus en raken dus snel verloren in de technologie. Die hands-on agrarische kennis en het netwerk zijn cruciaal, zeker ook in de beginfase. We kunnen wel allerlei laboratoriumexperimenten doen, maar zonder productontwikkeling komt de sensor nooit op de markt.”

‘Je kunt misschien de kip met de gouden eieren te pakken hebben, maar je product moet wel omarmd worden’

Piekbelasters
Uiteindelijk is het de bedoeling dat de sensor ingeplugd kan worden op bestaande dashboards van de boeren zelf, de overheid, NVWA en ketenpartijen als supermarkten. Vooralsnog voor varkensstallen, later ook voor koeien- en pluimveestallen. “In een varkensstal met hogere ammoniakconcentraties en relatief weinig stof heb je een andere sensor nodig dan voor een stal met kippen”, vertelt Rick. “We gaan de ammoniaksensor dus stapsgewijs ontwikkelen.”

Wanneer Spectrik de stap naar de markt kan zetten, is ook afhankelijk van de wetgeving. Nu accepteert de overheid nog geen meetgegevens van boeren. Het RIVM verricht metingen via meetpalen en interpreteert de gegevens op basis van de omgeving rondom boerenbedrijven. Rick: “Het kan dus zomaar zijn dat er twee boeren naast elkaar zitten, van wie de ene meer uitstoot heeft dan de andere. Dan worden ze nu beiden als piekbelaster gezien, terwijl ze misschien wel allebei met een aantal maatregelen de uitstoot naar beneden kunnen brengen. Maar hiervoor moeten ze dan wel hun uitstootpatronen kennen. Met eigen ammoniaksensoren kunnen beide boeren de benodigde maatregelen treffen en aantonen dat ze het wel goed doen. En dan ben je ook weg van de discussie dat alle boeren vervuilers zijn.”

Magnetron
Als het aan Rick ligt, is de sensor op termijn in staat om ook het methaangehalte in de stal te meten. “In Europa is ammoniak het grootste probleem binnen de veeteelt, in Amerika en Canada is dat methaan. Door beide te kunnen meten, leveren we ook een bijdrage aan het tegengaan van verdere klimaatopwarming.”

Voorlopig ligt de focus op de ontwikkeling van het prototype. Dit najaar moet de eerste versie van de fotonische ammoniaksensor testklaar zijn. Vooralsnog met de omvang van een magnetron, opgebouwd uit losse componenten zodat de parameters gemakkelijker aanpast kunnen worden. Een uitvergrote versie van de uiteindelijke chip dus, waaraan zo nodig nog gesleuteld kan worden. “Dat is op een chip ter grootte van het topje van een tandenstoker heel wat complexer,” lacht Rick.

AgriFoodInnovation ondersteunt de ontwikkeling van de fotonische multigassensor met het beschikbaar stellen van business development, kennis en netwerk.

Dit artikel verscheen in de nieuwsbrief van AgriFoodInnovation van september 2023. Ontvang je onze nieuwsbrief nog niet? Meld je dan hier aan en mis niets.