28. 11. 2024
Verfasst von: Malte Freiknecht

Vertical Farming im Gewächshaus

Im meterhohen Gewächshaus im Dämmerlicht scheinen drinnen hohe Regale und künstliches Licht durch. — Die höchsten Kosten beim Indoor Vertical Farming verursacht die künstliche Beleuchtung. Ein neuartiges Anbaukonzept nutzt auch das Sonnenlicht und sorgt gleichzeitig für eine homogene Lichtverteilung.

Der Klimawandel gefährdet die Landwirtschaft: Häufigere Extremwetterlagen führen zu Ernteausfällen, Bodendegradation und Erosion. Gewächshäuser bieten dagegen die Möglichkeit kontrollierter Wachstumsbedingungen, doch das Wassermanagement und der enorme Energiebedarf sind große Herausforderungen. Ein Gründungsteam der Leibniz Universität Hannover entwickelt ein innovatives Beleuchtungssystem für vertikale Gewächshäuser, in denen Pflanzen in Regalen gestaffelt werden.

Beleuchtungssystem für Patent angemeldet

Landwirtinnen und Landwirte sind häufig dazu gezwungen, übermäßig Dünger, Pestizide und Bewässerung einzusetzen, um ihre Ernteerträge zu sichern. Durch Klimawandel und häufigeres Extremwetter verstärkt, können daraus landwirtschaftliche Dürren, Bodendegradation und Umweltprobleme erfolgen. Das „Vertical Farming“ hingegen bietet in Regalen gestaffelten Pflanzenbau unter kontrollierten Wachstumsbedingungen und künstlichem Licht in geschlossenen Produktionshallen. Die Vervielfachung der Anbaufläche und das optimierte Mikroklima in sogenannten Indoor Vertical Farms steigert die Produktivität bis zu 100fach. Aufgrund der Rezirkulation der Bewässerung wird gleichzeitig der Wasser- und Nährstoffverbrauch allein durch den Stoffwechsel der Pflanzen bestimmt und damit auf ein Minimum reduziert. In der pestizidfreien Umgebung lassen sich ganzjährig und lokal frische landwirtschaftliche Güter erzeugen.

Im Gewächshaus stecken Pflanzen in Reihe in einem kastenförmigen Behälter. Darüber leuchtet eine LED-Leiste, darunter befinden sich Versorgungsrohre. — Kulturpflanzen wie Mangold und Weißkohl gedeihen in Gewächshäusern unter kontrollierten Wachstumsbedingungen. Doch das Wassermanagement und die Lichtregelung sind große Herausforderungen.

Sonnenlicht nutzen, Energiekosten senken

Steht die Lösung also bereits vor der Tür? „Nein“, sagt Malte Freiknecht, „denn der enorme Energiebedarf der künstlichen Beleuchtung aller Erzeugnisse relativiert die ökologischen Vorteile.“ Er gehört zum Team eines Gründungsprojekts der Leibniz Universität Hannover, das derzeit an einer Lösung arbeitet. Gefördert durch ein EXIST-Gründungsstipendium, entwickelt das Team am Institut für Thermodynamik in Zusammenarbeit mit dem Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme ein Vertical Farming System, das auch in Glasgewächshäusern funktioniert und das Sonnenlicht direkt nutzt.

Die Grafik zeigt eine Reihe hoher Regale mit mehreren Pflanzbehältern übereinander, sowie Klima- und Belichtungstechnik, Wasser- und Nährstoffversorgung. — Computermodell des Testsystems: Die vertikale Anordnung der Pflanzenkulturen vervielfacht die Anbaufläche auf kleinem Raum. Der Nachteil der Regale ist, dass sie Schatten werfen und eine gleichmäßige Lichtverteilung erschweren.

Regelung sorgt für homogene Lichtverteilung

„Trivial ist das nicht“, erklärt Malte Freiknecht, „denn durch die Regalbauweise kommt es zur Schattenbildung und es entstehen zunächst heterogene Wachstumsbedingungen.“ Hierfür entwickelt das Team eine Beleuchtungsregelung, die das Sonnenlicht nutzt. „Die Besonderheit liegt darin, dass die Regelung für alle Pflanzen genau so viel künstliches Licht substituiert, bis eine homogene Beleuchtungsverteilung vorliegt“, erläutert der Gründer. Im sogenannten Vertical Greenhouse wird im Vergleich zu einer herkömmlichen Indoor Vertical Farm bis zu 48 Prozent der elektrischen Leistung für die künstliche Beleuchtung eingespart. Für die Entwicklung ist eine europaweite Patentanmeldung eingereicht.