Vertical Farming breitet sich in ganz Europa aus und es wird an allen möglichen neuen Pflanzenarten geforscht. Aber es gibt noch Herausforderungen zu meistern.
Leere Bürogebäude, in denen die Pflanzen Schicht für Schicht übereinander gestapelt wachsen können. Oder in einem Container in Ihrer Nähe, Vertical Farming bietet viele Möglichkeiten. Sie können Pflanzen anbauen, wo immer Sie wollen. Sie brauchen dafür keine Felder. Der Anbau ist nachhaltig, effizient und vollständig kontrolliert. Sie brauchen keine Pestizide, es gibt keine Nährstoffemissionen und der Wasserverbrauch liegt nur zwischen 2 und 4 Liter pro Kilo Gemüse. Es gibt noch ein großes Problem: den Energieverbrauch. Daran arbeiten wir noch mit Hochdruck.
Vertikale Landwirtschaft ist in ganz Europa auf dem Vormarsch. Es eignet sich besonders für den Anbau von Pflanzen in städtischen Gebieten, in denen der Platz knapp ist. Es kann sogar Ernährungssicherheit in Ländern garantieren, die weniger an die konventionelle Landwirtschaft angepasst sind. Doch obwohl in einigen Ländern bereits erste Ernten im Angebot sind, wird es sicher noch einige Jahre dauern, bis Produkte aus Vertical Farms massenhaft in die Supermarktregale gelangen.
Ernährungsumstellung und erhöhte Nachfrage
Vertikale Landwirtschaft wird neben kultiviertem Fleisch oft als Schlüssellösung zur Bekämpfung zukünftiger Ernährungskrisen dargestellt. Aber warum brauchen wir überhaupt Vertical Farms? Warum machen wir es nicht einfach auf die altmodische Art und Weise, wie wir es in den letzten 10,000 Jahren getan haben?
Die Nachfrage nach Lebensmitteln steigt von Jahr zu Jahr. Laut den Vereinten Nationen wird die Weltbevölkerung im Jahr 9.7 auf 2050 Milliarden Menschen anwachsen. All diese Menschen brauchen Nahrung. Aber der Anbau von Pflanzen auf traditionelle Weise wird zu einem zunehmenden Problem. Aufgrund des Klimawandels ändern sich die Anbaubedingungen, sodass Sie einige Pflanzen nicht mehr dort anbauen können, wo Sie es früher konnten. Extreme Wetterereignisse und schwere Stürme zerstören jedes Jahr mehr Ernten. Und mancherorts ist der Boden weniger nährstoffreich als früher.
Neben der zukünftigen Nachfrage nach frischen Lebensmitteln sind auch unsere Essgewohnheiten ganz anders als vor einem Jahrhundert. „Wir essen nicht mehr saisonal. Im Winter essen wir Salate und Beeren, die wir importieren“, sagt CEO Anders Riemann von Nordic Harvest, Europas größter Hydrokulturfarm.
Züchter in einer vertikalen Farm tragen Schutzkleidung, um zu verhindern, dass unerwünschte Bakterien in die Farm gelangen. Auf diese Weise können sie den Einsatz von Pestiziden vermeiden.
Sommerernte aus der Arktis
Vertikale Farmen können fast überall gebaut werden. Das bedeutet, dass Sie Kiwis nicht mehr aus Neuseeland importieren müssen, sondern diese auf einer solchen Farm in Ihrer eigenen Region anbauen können. Dadurch wird eine große Menge an ausgestoßenem CO2 eingespart.
Wie funktioniert es?
„Volle Kontrolle ist für mich der große Vorteil von Vertical Farming. Wir können den Prozess wirklich optimieren und wissen genau, wie viel und in welcher Qualität wir anbauen wollen“, sagt Leo Marcelis, Professor für Gartenbau und Produktphysiologie an der Wageningen University & Research.
Von der Wasserversorgung über Tageslicht, Temperatur und Zugang zu Mineralien und Bakterien. Vertical Farming findet unter extrem kontrollierten Bedingungen statt. Pflanzen werden drinnen angebaut, mit LED-Lichtern anstelle von Sonnenlicht. LED-Lampen sind klein, langlebig, kostengünstig und geben keine Wärme ab. Wenn die Sonne am Ende des Tages untergeht, können diese Lichter so lange wie nötig leuchten.
Der Landwirt kann den Tag- und Nachtrhythmus der Pflanze manipulieren, um den Wachstumsertrag zu optimieren. Tagsüber bilden Pflanzen in den Blättern Stärke, die in Zucker zerlegt und nachts zum Rest der Pflanze transportiert wird. Manche Pflanzen brauchen mehr als 12 Stunden Licht pro Tag, um zu wachsen, andere brauchen weniger. Vertikale Landwirtschaft ermöglicht es jeder Art von Pflanze, die Menge an Tageslicht zu erhalten, die sie benötigt, um optimal zu wachsen.
Wachstum mit verschiedenen Lichtfarben
Die Farben dieser Lichter sind besonders wichtig, um den Wachstumsertrag zu optimieren. Die Forscher haben sich hauptsächlich auf die Wirkung von rotem, blauem und grünem Licht auf das Pflanzenwachstum konzentriert. Rotes Licht ist sehr effizient für die Photosynthese, aber Pflanzen brauchen auch etwas blaues Licht, das besonders nützlich für die Chlorophyllproduktion ist. Einige Zeit lang versuchten Forscher, die Verwendung von grünem Licht zu reduzieren, da sie glaubten, dass es nicht zur Photosynthese beiträgt.
Eine Studie der Utah State University aus dem Jahr 2016 zeigt jedoch, dass grünes Licht die Photosynthese zu niedrigeren Blättern effizienter antreiben kann als rotes oder blaues Licht. Der Landwirt kann verschiedene Farbkombinationen verwenden, um verschiedene Merkmale hervorzuheben. Mit der richtigen Kombination kann der Landwirt Pflanzen anbauen, die viel nahrhafter sind als die herkömmliche Landwirtschaft. Dies kann nützlich sein, da die meisten Pflanzen in den letzten Jahrzehnten weniger nahrhaft geworden sind. Eine andere Kombination kann verwendet werden, um die Wachstumsrate zu erhöhen, sodass mehr Nahrung auf einmal produziert werden kann. Aus wirtschaftlicher Sicht könnte das wünschenswert sein, da Vertical Farming kostenintensiv bleibt.
Aber es gibt noch mehr Gründe, warum diese Methode so beliebt ist. Vertical Farming kommt ohne Pestizide aus. Züchter können genau die Menge an Pflanzen anbauen, die sie wollen, innerhalb eines festgelegten Zeitrahmens und in einer bestimmten, von ihnen selbst gewählten Qualität. Wetter oder saisonale Bedingungen haben keinen Einfluss mehr auf die Produktion. Auf einer kleineren Fläche kann mehr Nahrung angebaut werden.
Landwirtschaft ohne Felder
Vertikale Landwirtschaft gibt es heute hauptsächlich in zwei Formen: Hydroponik und Aeroponik. Laut Leo Marcelis sind beide Techniken hervorragende Alternativen. In der Hydrokultur wachsen Pflanzen auf Regalen mit ihren Wurzeln in nährstoffreichem Wasser statt in Erde. Es gilt als das einfachste der beiden Hauptsysteme.
Nordic Harvest hat eine Versuchsfarm in der Nähe von Kopenhagen, wo verschiedene Arten von Salaten, Grünkohl und Spinat angebaut werden. Der Hof ist von anderen Industriekomplexen umgeben. Es ist ein Gebäude von der Größe eines Fußballfeldes. 2023 will das Unternehmen mit einer Farm in Oslo expandieren, gefolgt von Farmen in Skandinavien und Finnland.
Die aktuelle Produktionskapazität von Nordic Harvest macht sich laut Riemann bereits bemerkbar: „Wir produzieren jährlich etwa 1000 Tonnen Gemüse. Der dänische Markt umfasst etwa 20,000 Tonnen pro Jahr. 6,000 Tonnen werden konventionell angebaut, der Rest wird importiert.“ Das Gemüse ist Blattgemüse. Mit der Ausweitung der vertikalen Landwirtschaft wird sie einen größeren Prozentsatz der Lebensmittelproduktion ausmachen. Andere Unternehmen, die Pflanzen in vertikalen Farmen anbauen, sind die Jones Food Company in Großbritannien, Hydropousse in Frankreich und Robbes Lilla Trädgård in Finnland.
Aeroponisch angebaute Pflanzen haben ihre Wurzeln in der Luft. India Langley, Forscherin für Lebensmittelsysteme und PR-Leiterin beim Indoor-Farming-Technologieanbieter LettUs Grow, erklärt, wie es funktioniert. „Sie haben eine Reihe von Düsen mit sehr kleinen Löchern, mit denen Sie die Nährlösung zerstäuben. Diese Lösung wird auf die Wurzeln der freihängenden Pflanzen aufgetragen.“
Aeroponik wurde in den 1990er Jahren entwickelt, als die NASA nach Möglichkeiten suchte, Pflanzen im Weltraum anzubauen. Laut dem US National Center for Appropriate Technology ist Aeroponik „das mit Abstand effizienteste Pflanzenzüchtungssystem für vertikale Farmen“.
In einem aeroponischen System haben die Wurzeln leichten Zugang zu Sauerstoff. Die Wachstumsrate der Pflanze ist bis zu doppelt so hoch wie bei einem hydroponischen System, bei dem die Pflanze gelösten Sauerstoff im Wasser aufnehmen würde. Aufgrund seiner Komplexität wird es immer noch nicht so oft verwendet wie Hydroponik. Die in der Produktion verwendeten Düsen können leicht verstopfen oder brechen. Aber LettUs Grow hat eine Lösung für das Problem gefunden.
„Wir haben die Sprinkler komplett entfernt. Der Nebel wird auf einer völlig ebenen Oberfläche erzeugt, sodass nichts verstopfen oder brechen kann. Wir glauben, dass diese einfache Lösung es uns ermöglichen wird, die Aeroponik in einem viel größeren Maßstab einzusetzen“, sagt Langley.
LettUs Grow produziert Anbausysteme, die in einen Versandbehälter passen. Diese Container sind mobil und können überall dort aufgestellt werden, wo Platz ist.
Gemeinsam Fische und Pflanzen züchten
Obwohl Hydroponik und Aeroponik zwei wichtige Techniken in der vertikalen Landwirtschaft sind, sind sie nicht die einzigen. Andere Techniken werden ebenfalls verwendet. In Europa verwenden mehrere Unternehmen die Aquaponik-Zuchtmethode. Ähnlich wie bei der Hydroponik werden Aquaponikpflanzen mit ihren Wurzeln im Wasser angebaut. Nur diese Wurzeln hängen in einem Becken, in dem auch Fische schwimmen. Diese Fische produzieren sehr nahrhafte Abfallprodukte, die die Pflanzen wiederverwerten können.
Die Pflanzen nehmen die Nährstoffe auf und reinigen so auch das Wasser für die Fische. Laut Marcelis wird Aquaponik in Zukunft nur noch einen kleinen Teil des Vertical-Farming-Marktes ausmachen. „Das Tolle ist, dass man die Abfälle der Fische als Nahrung für die Pflanzen verwendet. Aber seien Sie vorsichtig und stellen Sie sicher, dass Sie das Pflanzensystem optimal halten“, sagt er über die Technik.
Neue Gemüsesorten
Sowohl Nordic Harvest als auch LettUs Grow begannen zunächst mit dem Anbau von Blattgemüse zu experimentieren, bevor sie zu Kräutern und Microgreens wechselten. Dann folgen Tomaten und Erdbeeren. Laut Langley folgen mehrere vertikale Farmen denselben Entwicklungsstadien. Aus guten Gründen. Es handelt sich um empfindliche, hochwertige Pflanzen, die weit verbreitet sind und die Produktionskosten decken können. Sie wachsen auch schnell und sind klein, was bedeutet, dass viele Pflanzen auf einmal angebaut werden können.
Mit zunehmender Produktion wird es möglich, eine größere Vielfalt an Pflanzen anzubauen. Marcelis glaubt, dass wir in ein paar Jahren neue Sorten kaufen können, die speziell für den vertikalen Anbau entwickelt wurden. Aber die Entwicklung neuer Ernterezepte ist keine Pfründe. Es dauert 5-10 Jahre, um eine neue Pflanzenart zu züchten, die für diese Anbaumethode geeignet ist.
Eine ideale Pflanze ist klein mit einem kurzen Wurzelsystem, wächst schnell, ist leicht zu ernten und hat einen hohen Ertrag. Neben den Wuchsqualitäten muss auch das „Pflanzenrezept“ sorgfältig zusammengestellt werden. „Die größte Herausforderung besteht darin, alle Variablen im Auge zu behalten, die sich auf die Anlage auswirken. Man braucht die richtigen Nährstoffe und muss sicherstellen, dass die Pflanze während des Wachstums kontinuierlich Zugang zu den Nährstoffen hat“, sagt Riemann.
Relativ teuer
Aber während jede Kultur theoretisch vertikal angebaut werden kann, wird dies in absehbarer Zeit nicht passieren. Massenkulturen wie Weizen und Mais können mit herkömmlichen Methoden viel billiger angebaut werden. „Ich denke, Vertical Farming eignet sich derzeit besonders gut für frische Produkte. Technisch gesehen können wir jede Kultur anbauen, einschließlich Weizen. Aber Vertical Farming ist auch relativ teuer. Ich denke, dass der Anbau eines solchen Massenprodukts mit einem relativ geringen Wert im Moment nicht realistisch ist. Schon jetzt steigen die Weizenpreise wegen des Krieges in der Ukraine“, sagt Marcelis.
In Ländern wie Singapur und Ländern wie den Vereinigten Arabischen Emiraten, wo etwa 90 Prozent aller Lebensmittel importiert werden, kann es sich jedoch auszahlen, auf diese Weise geringwertige Massenprodukte anzubauen. In Europa hingegen mag der vertikale Anbau von Weizen langfristig eine Option sein, aber sicherlich nicht in den nächsten fünf Jahren.
Hoher Energieverbrauch
Obwohl die Zukunft für die vertikale Landwirtschaft rosig aussieht, gibt es ein großes Problem. Sie benötigt viel Energie und ist daher sehr teuer. Der genaue Energieverbrauch variiert von Betrieb zu Betrieb, von System zu System und hängt von Standort, Jahreszeit und Ernte ab. Beispielsweise verbraucht ein Unternehmen in Griechenland im Winter 2.87 kWh Energie, um ein Kilogramm Salat zu produzieren, aber nur 1.73 kWh im Sommer. Die finnische iFarm hat berechnet, dass der Anbau ihres Salats für 90 Tage 62.26 kWh pro m2 kostet. Bei Erdbeeren sind das 117.10 kWh pro m2.
Der Mehrenergieverbrauch gegenüber herkömmlichen Methoden liegt zwischen 14 und 251 Prozent, je nachdem wo das Gewächshaus und die Vertical Farm stehen.
Wageningen University & Research und die Delft University of Technology führten eine Studie durch, in der sie Gewächshäuser und vertikale Farmen verglichen, die in der Studie als Pflanzenfabriken bezeichnet werden. Dies betraf Gewächshäuser und vertikale Farmen in den Niederlanden, den Vereinigten Arabischen Emiraten bzw. Schweden. Für letzteres Land wurden sowohl Gewächshäuser mit als auch ohne Kunstlicht in den Vergleich einbezogen.
„Die Produktion von einem Kilogramm Trockengewichtssalat erfordert einen Input von 247 kWhe in einer Pflanzenfabrik, verglichen mit 70, 111, 182 und 211 kWhe in Gewächshäusern in den Niederlanden, den Vereinigten Arabischen Emiraten bzw. Schweden (mit und ohne zusätzlichen künstlichen Beleuchtung)“, sagen die Wissenschaftler der Studie.
In rauen Klimazonen nimmt der Unterschied im Energieverbrauch zwischen den beiden Anbaumethoden ab. Vertikale Farmen können in einigen extremen Klimazonen die energieeffizienteste Wahl sein. Aber selbst im arktischen Norden Schwedens und unter den Wüstenbedingungen der Vereinigten Arabischen Emirate sind Gewächshäuser möglicherweise immer noch die kostengünstigste Art des Anbaus.
Optimieren
Vertikale Farmen können das Problem des hohen Stromverbrauchs teilweise durch eine Optimierung der Produktion überwinden. Durch die optimale Einstellung der LED-Beleuchtung und der Farbe können Sie sowohl die Wachstumszeit als auch die Erntequalität beeinflussen. Die landwirtschaftlichen Produktionskosten können auch gesenkt werden, wenn der Betrieb stärker automatisiert wird. Roboter, die rund um die Uhr arbeiten, um Nährstoffe zum richtigen Zeitpunkt auszubringen, den Wachstumsertrag zu überwachen und zu ernten, wenn die Pflanze reif ist, können eine teure Anfangsinvestition sein.
Doch im Laufe der Zeit machen die Roboter die Kosten durch ihre kontinuierliche Arbeit wieder wett. Trotz des hohen Energiebedarfs und der derzeit begrenzten Auswahl an Pflanzen, die billig genug zum Anbau sind, gewinnt die vertikale Landwirtschaft an Popularität. Allerdings wird es noch eine Weile dauern, bis Sie Ihre Erdbeeren auch in Ihrer Nähe aus dem Anzuchtbehälter bekommen.
Eine Quelle: https://innovationorigins.com