Kweekvleesbelofte lijkt als zeepbel uit elkaar te spatten

Al bijna een decennium belooft kweekvlees het echte vlees te gaan vervangen. De techniek is er en het zou ‘slechts’ een kwestie zijn van de hoge kosten van de productie van kweekvlees omlaag te krijgen door opschaling en verdere ontwikkeling van de techniek. Maar de belofte lijkt als een zeepbel uit elkaar te spatten. Berekeningen laten zien dat kweekvlees, zelfs in de meest optimistische calculaties, veel duurder zal blijven dan echt vlees. Bovendien zijn er ook technische obstakels die haast onoverkomelijk zijn, zo schrijft de Amerikaanse wetenschapsjournalist Joe Fassler in een uitgebreid artikel.

(Gebaseerd op het artikel van Joe Fassler in The Counter) Wie denkt dat de techniek achter kweekvlees nieuw is, heeft het gedeeltelijk fout. Bioreactoren waarin de kweekvleescellen geproduceerd moeten worden, zijn namelijk al heel lang in gebruik door de farmaceutische industrie voor de productie van onder meer vaccins. Er is dus al ruimschoots ervaring; alleen het productieproces verschilt. Het is echter de kennis uit deze sector die een ontnuchterend beeld geeft over de ontwikkeling en uiteindelijk grootschalige productie van kweekvlees.

Jarenlang keek de Amerikaanse professor Paul Wood, een voormalige directeur van Pfizer Animal Health, vanaf de zijlijn toe hoe biotech-startups risicokapitaal binnenhaalden en gedurfde uitspraken deden over de toekomst van vlees en kweekvlees. Hij was gefascineerd door hun centrale stelling: het idee dat op een dag, binnenkort, mensen geen dieren meer hoeven te fokken om van dierlijke eiwitten te genieten. De mens zou ‘vlees’ kunnen verbouwen in gigantische roestvrijstalen bioreactoren. Voldoende ‘vlees’ om de wereld te voeden. Deze technologische vooruitgang zou de manier waarop menselijke samenlevingen omgaan met de planeet fundamenteel veranderen, waardoor de zorg, het slachten en verwerken van miljarden dieren het overblijfsel zou worden van een barbaars verleden.

Futuristisch oud nieuws Maar Wood was niet overtuigd. Voor hem was het idee om dierlijke eiwitten te kweken oud nieuws, hoe futuristisch het ook klonk. Geneesmiddelenbedrijven gebruiken namelijk al tientallen jaren een soortgelijk proces, een techniek waar Wood al jaren mee werkte. Een van zijn verantwoordelijkheden was het toezicht houden op de productie van vaccins in grote bioreactoren. Deze techniek levert niet alleen grote hoeveelheden virussen van vaccinkwaliteit op, maar creëert ook aanzienlijke hoeveelheden dierlijke celsuspensie, vergelijkbaar met het product dat de volgende generatie eiwit-startups verder wil verwerken tot vlees. Wood kende het proces als uiterst technisch, arbeidsintensief en duur. Hij begreep dan ook niet hoe kostbare bioproductietechnieken ooit konden worden gebruikt om goedkoop, overvloedig menselijk voedsel te produceren.

Voorspelling kosten kweekvlees In maart publiceerde het Good Food Institute (GFI), een non-profitorganisatie die de alternatieve eiwitindustrie vertegenwoordigt, een techno-economische analyse (TEA) die de toekomstige kosten voorspelde van de productie van één kilo kweekvlees. Het document, onafhankelijk opgesteld door het onderzoeksbureau CE Delft, liet zien dat, wanneer een reeks van technische en economische obstakels geslecht kunnen worden, de productieprijs van kweekvlees in negen jaar verlaagd zou kunnen worden van meer dan 20.000 euro per kilo naar 5 euro per kilo; een verbazingwekkende 4.000-voudige vermindering. Met zijn TEA-bevindingen in de hand, bepleitte Bruce Friedrich, de oprichter en CEO van GFI, dat er forse overheidsinvesteringen dringend en noodzakelijk waren. Zijn boodschap was duidelijk: als we de planeet willen redden, moeten we ons meer inzetten voor kweekvlees.

Wensgedachten versus wetenschap Volgens Paul Wood gaf het TEA-rapport van GFI echter te weinig aanleiding om hogere overheidsinvesteringen te rechtvaardigen. Hij vond het een merkwaardig document. Een document dat meer handelde in wensgedachten dan in de wetenschap. Wood was zo verontwaardigd dat hij een voormalige Pfizer-collega, Huw Hughes, inhuurde om het document van GFI te analyseren. Hughes is een privéconsulent die biofabrikanten helpt bij het ontwerpen en projecteren van kosten voor hun productiefaciliteiten en werkte aan zes projectlocaties voor celcultuur op grote schaal. Hughes concludeerde dat het rapport van GFI onrealistische kostendalingen voorspelde en belangrijke aspecten van het productieproces ongedefinieerd liet, terwijl de kosten en complexiteit van het bouwen van een geschikte faciliteit aanzienlijk werden onderschat.

Geen kostenconcurrerend voedsel

Wood uitte zijn kritiek op het document richting GFI, maar deze organisatie had in feite al kunnen weten dat haar prognose veel te optimistisch was. Eerder dit jaar had Open Philanthropy, een internationale stichting voor onderzoek en subsidies, een eigen TEA voltooid naar kweekvlees met de conclusie dat kweekvlees waarschijnlijk nooit een kostenconcurrerend voedsel zal zijn. GFI wist van deze analyse, want ze ontvangt subsidie van Open Philanthropy. De TEA werd gemaakt door David Humbird, professor in Chemical Engineering. Hij deed meer dan twee jaar onderzoek voor het rapport en ontdekte dat het celcultuurproces geplaagd gaat worden door grote, hardnekkige technische uitdagingen wanneer men hiervan voedsel op grote schaal wil produceren. Hij stuitte telkens op doodlopende wegen. Thermodynamica, celmetabolisme, bioreactorontwerp, ingrediëntenkosten, constructie van faciliteiten en andere factoren die moeten worden geslecht voordat gecultiveerd eiwit goedkoop genoeg kan worden geproduceerd om traditioneel vlees te vervangen. GFI kon Humbirds rapport vóór publicatie doorlichten en plaatste vele suggesties voor herziening. De GFI TEA, een paar maanden later, schetste een veel optimistischer beeld en GFI blijft bij de wereldregeringen pleitten om geld in kweekvlees te steken.

Conceptuele kweekvleesfabriek

De analyse die GFI liet uitvoeren, schetste een visie van hoe de productie van gecultiveerd vlees er in het jaar 2030 uit moet zien in termen van volume en kosten. Volgens de TEA zou men dan 10.000 kilogram kweekvlees per jaar moeten kunnen produceren. Dat lijkt veel, maar dit is 10 procent van de Amerikaanse markt voor plantaardige vleesalternatieven en 0,0002 procent van de VS vleesproductie. JBS's Greeley, Colorado rundvleesverpakkingsfabriek, die meer dan 5.000 stuks vee per dag kan verwerken, kan die hoeveelheid vlees in één week produceren. Zelfs tegen de geraamde kostprijs van 400 miljoen euro zou een conceptuele kweekvleesfabriek weliswaar niet veel goedkoper zijn dan een traditioneel slachthuis, maar ze zou veel minder vlees produceren. Met honderden geïnstalleerde productiebioreactoren in een zo’n kweekvleesfabriek zou de omvang van hoogwaardige apparatuur echter kolossaal zijn. Ter vergelijk: De hele biofarmaceutische industrie heeft in totaal ongeveer 6.300 kubieke meter bioreactorvolume (1 kubieke meter is gelijk aan 1.000 liter.) De faciliteit die door GFI wordt beschreven, zou bijna een derde daarvan nodig hebben.

Als gekweekt eiwit in 2030 zelfs maar 10 procent van de wereldwijde vleesvoorraad zal uitmaken, zijn er 4.000 fabrieken nodig Het proces zou volgens GFI beginnen met een flesje van 1,5 milliliter met productie-geoptimaliseerde dierlijke cellen en stap voor stap worden opgeschaald in steeds groter wordende bioreactoren naar uiteindelijk vaten van 12.500 liter. Deze geleidelijke progressie is noodzakelijk, want men kan niet zomaar een kleine hoeveelheid cellen in een grote bioreactor gooien en hopen dat ze zich gaan delen. Cellen zijn kieskeurig en hebben strikte metabolische vereisten voor groei. Het is een complex, nauwkeurig, energie-intensief proces, maar de output van deze enkele bioreactorenketens zou relatief klein zijn. De hypothetische fabriek zou 130 productielijnen moeten hebben met meer dan 600 bioreactoren die allemaal tegelijk draaien. Niets van deze schaal heeft ooit bestaan.

Als gekweekt eiwit in 2030 zelfs maar 10 procent van de wereldwijde vleesvoorraad zal uitmaken, zijn er 4.000 fabrieken nodig zoals GFI die voor ogen heeft. Om die deadline te halen, zou het bouwen met een snelheid van één mega-faciliteit per dag te traag zijn. Al die faciliteiten zouden ook een bloedstollend prijskaartje hebben: minimaal 1,5 biljoen euro volgens Food Navigator. Het is waarom critici zeggen dat kweekvlees misschien nooit economisch levensvatbaar zal zijn, zelfs als het technisch haalbaar is.

34 euro per kilo kweekvlees In zijn rapport stelt Humbird dat het gebruik van grote reactoren van 20.000 liter zal resulteren in productiekosten van niet lager dan ongeveer 34 euro per kilo kweekvlees. Kleinere bioreactoren zouden meer dan 50 euro per kilo kosten. Dit is echter alleen de slurry van cellen. Een mix van 30 procent dierlijke cellen en 70 procent water, alleen geschikt voor gehaktachtige producten zoals hamburgers en nuggets. 34 euro per kilo gemalen vlees in de fabriek wordt echter al snel 90 euro in de winkel en 200 euro in een restaurant.

Als het wat meer op een biefstuk zou moeten lijken, zou dit aanvullende productieprocessen vereisen met nieuwe technische uitdagingen die uiteindelijk extra kosten met zich meebrengen. Humbird’s conclusie: de kosten van kweekfaciliteiten zullen altijd zwaar op het rendement drukken en de kosten van groeimedia zullen altijd te hoog zijn. Open Philanthropy heeft de TEA-analyse niet openbaar gemaakt maar Humbird heeft zijn rapport stilletjes gepubliceerd naar een open-source archief voor procestechnische studies.

Nog meer uitdagingen GFI hoopt en verwacht nog steeds dat de kosten door opschaling aanzienlijk verlaagd kunnen worden, maar dat is wellicht ijdele hoop. Want afgezien van de kosten van de fabriek en het groeimedium zijn er nog wel meer uitdagingen waar in de berekenen van GFI geen rekening mee is gehouden. Zo moet het kweekvlees voedselveilig zijn en de kwaliteit hebben die ook van ander voedsel wordt verwacht. De productie van kweekvlees zal bijvoorbeeld moeten plaatsvinden in aseptische 'clean rooms' waar vrijwel geen besmettingsrisico bestaat. In celcultuur is steriliteit van het grootste belang. Dierlijke cellen groeien zo langzaam dat als er bacteriën in een kweek komen het in korte tijd een bacteriecultuur wordt. Virussen vormen volgens Humbird ook een uniek probleem. Omdat gekweekte dierlijke cellen leven, kunnen ze net zo geïnfecteerd raken als levende dieren. En over het algemeen gaan de cellen gewoon dood en dan is er geen product meer. De risico's worden groter als het gaat om langzaam groeiende dierlijke cellen in grote reactoren, omdat bacteriën de cellen sneller zullen verdringen. Op de schaal die voorstanders van kweekvlees voor ogen hebben, is er daarom weinig ruimte voor fouten. Maar als aseptische productie nodig blijkt, zal het niet goedkoop zijn. Humbird ontdekte dat een clean room van klasse 8 die groot genoeg is om ongeveer 7,5 miljoen kilo kweekvlees per jaar te produceren, ongeveer 40 tot 50 miljoen euro zou kosten. Dat bedrag weerspiegelt niet de kosten van apparatuur, constructie, engineering of installatie. Het weerspiegelt gewoon de materialen die nodig zijn om een steriele werkomgeving te runnen. Het is evenwel nog steeds onduidelijk of strikte hygiënische voorzorgsmaatregelen nodig zullen zijn. Er is volgens de criticasters van Humbird meer onderzoek nodig. Maar Humbird pareert dit standpunt dat als men kweekvlees wil maken met dierlijke cellen het schoon moet zijn. Dat is een les die de farmaceutische industrie al heel snel en vroeg geleerd heeft.

Foetaal runderserum Naast de bovenstaande uitdagingen bestaat ook het dilemma van foetaal runderserum (FBS), dat onder meer uit kalveren wordt gewonnen. En eigenlijk wil men geen dieren slachten voor kweekvlees. In veel gangbare kweekmedia is foetaal runderserum echter de enige bron van micronutriënten. Toen het alternatieve eiwitbedrijf Eat Just vorig jaar werd goedgekeurd om kleine hoeveelheden kweekvlees in Singapore te gaan verkopen, gebruikte het bedrijf nog steeds een kleine hoeveelheid foetaal runderserum bij de productie. Kweekvleesbedrijven moeten vanuit het dierenwelzijnsargument manieren vinden om grote hoeveelheden product te produceren zonder FBS. Voorlopig kunnen serumvrije media echter enorm duur en uitdagend zijn om te ontwikkelen; naar schatting van CE Delft kan het gebruik ervan de kosten van kweekvlees doen stijgen tot 20.000 euro per kilogram. Maar het in opdracht van GFI opgestelde rapport vond ook dat de kosten van kweekvlees zouden kunnen dalen tot slechts 15 euro per kilo als de recombinante eiwitten en groeifactoren, die doorgaans in serum worden geleverd, goedkoper zouden kunnen worden gekocht.

Specifiek aminozuur eiwitpoeder Er is nog een andere kwestie: net als andere levende dieren hebben gekweekte cellen aminozuren nodig om te gedijen. Volgens Humbird’s berekening komen de kosten van aminozuren alleen al op ongeveer 16 euro per kilo geproduceerd vlees en dat zijn de gemiddelde kosten van een kilo rundergehakt. Het onderzoek van GFI daarentegen meldt dat de kosten van aminozuren uiteindelijk kunnen dalen tot 40 cent per kilo. Waarom dit verschil? Een voetnoot in het CE Delft-rapport maakt het duidelijk: de prijscijfers voor macronutriënten zijn grotendeels gebaseerd op een specifiek aminozuur eiwitpoeder dat voor zo’n 400 euro per ton wordt verkocht op Alibaba.com. Dit product is echter waarschijnlijk niet geschikt voor celcultuur. Alibaba geeft bij navraag namelijk aan dat het product organische mest is, bedoeld voor gebruik in irrigatiesystemen voor gewassen om de opname van voedingsstoffen door planten te bevorderen en wellicht als toevoegingsmiddel in veevoer te gebruiken is. Humbird stelt dan ook dat voedingsbronnen, zoals die op Alibaba worden verkocht, waarschijnlijk nooit geschikt zullen zijn voor dierlijke celcultuur, omdat ze niet bedoeld zijn voor menselijke consumptie. Ze kunnen zware metalen, arseen, organische toxines, enzovoort bevatten. Dat is een probleem. Dierlijke cellen hebben geen rigide celwand, dus vreemde stoffen die niet door de cellen worden geconsumeerd of die ze niet volledig doden, komen waarschijnlijk in de cellen terecht. Met andere woorden, cellen zijn wat ze eten. Als het in de grondstof zit, komt het in het kweekvlees terecht. Vanwege steriliteitsvereisten, gezondheidsoverwegingen en de biologische behoeften van cellen, zal het bestellen van eiwitpoeder bij Alibaba onwaarschijnlijk zijn.

Dan goedkoop soja gebruiken Ook is de wereldwijde productie van individuele aminozuren momenteel veel te laag om de productie van kweekvlees te ondersteunen, zelfs op bescheiden schaal. Neem bijvoorbeeld L-tyrosine, een essentieel aminozuur. Momenteel wordt er volgens Humbird wereldwijd slechts 200 ton per jaar geproduceerd. Om zelfs maar een bescheiden kweekvleesproductie te ondersteunen, zouden we zes keer zoveel moeten produceren. Er kan geen opschaling van gekweekt vlees zijn zonder een gelijktijdige en dramatische opschaling van de aminozuurproductie, concludeert het rapport van Humbird. Er is echter een valse hoop. In zijn rapport wijst Humbird erop dat als bedrijven een manier kunnen vinden om een volledig aminozuurprofiel af te leiden uit goedkope soja, dit de kosten van macronutriënten voor groeimedium drastisch kan verlagen. Het kan echter jaren van onderzoek en ontwikkeling vergen om een methode te bedenken om soja te verwerken tot vormen die geschikt zijn voor celcultuur, op een schaal die groot genoeg is om de kweekvleesindustrie te bevoorraden. En buiten dit: de wereld wil juist af van het gebruik van soja voor de productie van vlees. Gebruik van soja voor kweekvlees zal ongetwijfeld stuiten op maatschappelijke verontwaardiging. Een op soja gebaseerde benadering voor het kweken van vlees zou de ontbossing waarschijnlijk versterken, aangezien er nog steeds grote hoeveelheden goedkope bulkproducten nodig zouden zijn en wellicht nog meer dan dieren nu consumeren.

Gebruik van soja voor kweekvlees zal ongetwijfeld stuiten op maatschappelijke verontwaardiging Maar misschien het grootste vraagteken of kweekvlees ooit een alternatief voor echt vlees wordt, is het feit dat er nog heel veel onbekend is. Veel vragen zijn nog niet beantwoord. Veel technieken moeten nog bewijzen dat het goedkoop op grote schaal kan worden toegepast, zoals bijvoorbeeld het verbeteren van de celdichtheid. Hoe meer dierlijke cellen per liter, hoe efficiënter de productie. Daarnaast scheiden dierlijke cellen, zoals alle levende wezens, afval uit. Deze zogenaamde katabolieten, waaronder ammoniak en lactaat, zijn giftig en kunnen de celgroei zelfs bij lage concentraties vertragen. Ze worden volgens Ricardo San Martin, directeur van Alt Meat Lab op UC Berkeley geremd door hun eigen poep. In celcultuur voor biofarmaceutica is accumulatie van toxische katabolieten een vaker voorkomende limiet dan enige fysieke limiet van de bioreactor zelf. Het afvalprobleem kan worden aangepakt, maar de oplossingen introduceren nieuwe problemen en kosten geld.

Eat Just Singapore Afgelopen november publiceerde GFI een corrigendum van haar TEA. Ze blijven concluderen dat substantiële kostenreducties, die de productiekosten van kweekvlees dicht bij de benchmark brengen, haalbaar zijn. Dit vraagt wel om een combinatie van reducties die vrijwel alle aspecten van de business case dekt. Ondertussen is er één business case in Singapore die daadwerkelijk kweekvlees produceert en verkoopt: Eat Just. In een bioreactor van 1.200 liter wordt jaarlijks een paar honderd kilogram kweekvlees gemaakt. Dit bedrijf heeft nu bijna 200 miljoen euro aan investeringen ontvangen voor het opzetten van een grootschalige fabriek in Doha, Qatar. Strategisch gelegen nabij de luchthaven en haven van Doha, zou een succesvolle fabriek Eat Just toegang geven tot niet alleen de markten in het Midden-Oosten, maar ook tot de wereld. De fabriek wordt evenwel nog lang niet gebouwd. De oprichter van Eat Just, Josh Tetrick, heeft tegen wetenschapsjournalist Joe Fassler gezegd dat er nog teveel onbekenden zijn en dat eerst een aantal belangrijke technische uitdagingen moeten worden bereikt. Er is namelijk nog nooit een faciliteit op aarde geweest die gekweekte dierlijke cellen in een volume van 5 miljoen kilo heeft geproduceerd. Bovendien heeft geen enkel bedrijf ter wereld ooit een reactor van 100.000 liter ontworpen en gebouwd voor het kweken van dierlijke cellen.

20 miljoen euro en 12 maanden De grootste bioreactoren in de biofarmaceutische industrie hebben een piek van ongeveer 25.000 liter gehaald. Een bioreactor van die omvang zou volgens Humbird 20 miljoen euro kunnen kosten en 12 maanden nodig hebben om gebouwd te worden. En er is geen manier om te weten of cellen erin zullen presteren zoals gewenst. Als het proces mislukt, kunnen ze gedwongen worden om hun gloednieuwe reactor vaarwel te zeggen en om terug te gaan naar de tekentafel. Het idee van trial-and-error op deze schaal is daarom verbazend.

De uitdaging om betaalbaar kweekvlees te produceren zijn in feite zo groot dat de wereld de komende decennia nog niet hoeft te rekenen op dit product. Zeker niet vóór 2030. Of zoals Paul Wood het verwoordt: „Voor mij klinkt dit als het verhaal van de kleren van de keizer. Het is een sprookje gedreven door hoop, niet door wetenschap, en wanneer de investeerders dit eindelijk beseffen, zal de markt instorten.” https://www.pluimveeweb.nl/artikel/439387-kweekvleesbelofte-lijkt-als-zeepbel-uit-elkaar-te-spatten/ https://thecounter.org/lab-grown-cultivated-meat-cost-at-scale/amp/