Die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf hat Anfang des Jahres zu Forschungs- und Lehrzwecken einen Growtainer erhalten. Die Firma "Gemüsering Thüringen" finanziert für zehn Jahre das mobile Gewächshaus - einen voll isolierten Container, der speziell modifiziert wurde, um unabhängig von Umgebung und Klima optimale Produktionsbedingungen für vertikale Pflanzsysteme zu schaffen. Inzwischen ist der Growtainer in Betrieb genommen und dient insbesondere für Forschungsprojekte im Bereich "urban farming". Prof. Dr. Heike Mempel leitet die gleichnamige Arbeitsgruppe und beschäftigt sich mit wissenschaftlichen Fragestellungen zu möglichen Vor- und Nachteilen einer geschlossenen Indoor Farm ohne Sonnenlicht.
Indoor-Farming
Gartenbauingenieurin Ivonne Jüttner befasst sich im Projekt „Produktqualität und Ressourceneffizienz bei der Pflanzenproduktion in Indoor-Farming-Systemen“ mit einer ökonomisch und ökologisch sinnvollen Kulturauswahl und der Entwicklung und Optimierung der zugehörigen Verfahren im komplett geschlossenen Kulturraum. Sie erstellt Input-/Output-Bilanzen aller Stoff- und Energieströme, bewertet sie im Hinblick auf Nachhaltigkeit und mit dem übergeordneten Ziel der Ressourcenschonung. Das Projekt wird vom Bayerischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten gefördert.
Ein weiterer Versuchsaufbau untersucht das Transpirationsverhalten der wachsenden Pflanze. In der geschlossenen Umgebung des Containers nimmt dieser Parameter eine Schlüsselrolle ein. Der Transpirationsstrom durch die Pflanze ist die treibende Kraft für die Nährstoff- und Wasseraufnahme durch die Wurzeln und wirkt sich auf das Pflanzenwachstum aus. Gleichzeitig führt die Transpiration zu erhöhter Luftfeuchtigkeit im geschlossenen Kulturraum. Die muss mit technischen Mitteln entfernt und in das Bewässerungssystem zurückgeführt werden, um den Transpirationsstrom aufrechtzuerhalten. Daraus wiederum resultiert ein wichtiger Vorteil von Indoor Farming Systemen: Der Wasserverbrauch wird enorm reduziert. Die Wasseraufnahme der Pflanze beeinflusst auch die spätere Trockenmasse der Produkte und damit die Qualität. Ivonne Jüttner arbeitet derzeit daran, die Temperatur- und Luftfeuchteverteilungen sowie die Luftbewegung, die durch zwei installierte Ventilatoren verursacht wird, ganzheitlich zu erfassen und zu visualisieren.
LED-Belichtung
Das Kultursystem und die Bauart des Containers beeinflussen erheblich das Klima im Growtainer. Gerade die homogene und exakt steuerbare Kulturführung in geschlossenen Systemen mit LED-Belichtung ist ein ganz entscheidender Vorteil gegenüber herkömmlichen Kultursystemen. Die Möglichkeit, Klima und Wachstumsbedingungen präzise einzustellen, beeinflusst gezielt Aufwuchs und Inhaltstoffe. Diese frei einstellbaren Bedingungen erlauben eine ganzjährige und gleichbleibende Produktion vor Ort. Im kommenden Jahr soll eine wissenschaftliche Bewertung zur Funktionalität des Growtainers zum Zeitpunkt der Auslieferung erstellt werden. Sobald die Schwachstellen ermittelt worden sind, kann im weiteren Projektverlauf eine Optimierung der technischen Ausstattung erfolgen.
Mittels moderner Mess- und Sensortechnologie werden Daten zum Ressourcenverbrauch sowie dem Pflanzenwachstum über die komplette Projektlaufzeit erfasst. Wissenschaftliche Studien zeigen trotz der Nutzung von energiesparenden LEDs und einer guten Isolierung von Indoor Farmen, dass der Energieeinsatz gegenüber herkömmlichen Kulturmethoden den kritischsten Faktor darstellt. Trotzdem wird die gesamte Ressourceneffizienz vor allem aufgrund eines reduzierten Wasser- und Pflanzenschutzmitteleinsatzes als wesentlicher Vorteil der Indoor Produktion genannt. Eine umfassende wissenschaftliche Analyse der Einsatzmöglichkeiten und -grenzen von geschlossenen Indoor Farming Konzepten am Beispiel Growtainer mit anschließender praktischer Bewertung der Ergebnisse ist in jedem Fall eine wichtige Voraussetzung, um Anwendungsgebiete und Handlungsfelder für den Gartenbau in diesem innovativen Segment zu erschließen.
Intelligentes Gewächshaus-Managementsystem
Die Verknüpfung der Erkenntnisse aus dem Projekt "Process Simulation based on Plant Response (Prosibor)" mit Projektergebnissen aus den Growtainer-Versuchen ermöglicht den Vergleich von Indoor Systemen mit der herkömmlichen Gewächshausproduktion. Im Projekt "Prosibor" wird in Zusammenarbeit mit der Humboldt Universität zu Berlin und der Firma RAM aus Herrsching ein sensorbasiertes intelligentes Gewächshaus-Managementsystem entwickelt werden. Ivonne Jüttner wird zudem eine umfassende Analyse potenzieller Pflanzen erarbeiten, die für einen Anbau in reinen Kunstlichtsystemen von Interesse sein könnten. Besonderer Fokus liegt dabei auf dem möglichen Mehrwert, den ein Anbau in Kunstlichtsystemen gegenüber dem Anbau unter Glas bieten könnte.
Der Mehrwert kann in der Erhöhung gewünschter Inhaltstoffe, der ganzjährigen Produktion von beispielsweise Blüten oder Früchten, einer Produktion ohne den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln oder weiteren Kriterien begründet sein. Im Rahmen der Studie „Stoffliche Nutzung von Kulturpflanzen für die chemische Industrie“ hatte die HSWT gemeinsam mit der Landesanstalt für Landwirtschaft und weiteren Projektpartnern hierzu bereits Potenziale für einen regionalen Anbau von Arznei- und Gewürzpflanzen analysiert und erste Ansätze hinsichtlich einer Indoor-Produktion bewertet.
Photosynthese
In einem der beiden Abteile des Growtainers führen Studierende des 5. Semesters Gartenbau im Modul Gewächshaustechnik erste Pflanzenversuche durch. Sie untersuchen beispielsweise die Eignung verschiedener LED-Leuchten für die Kultur von Asia-Salaten. Die Pflanzen werden hydroponisch auf mehreren Lagen übereinander kultiviert. Die für die Photosynthese der Pflanzen benötigte Lichtenergie wird über LED-Module in jeder Regalebene zur Verfügung gestellt. Diese tauchen den Innenraum des Growtainers in ein lila Licht, das durch die Kombination der Spektralbereiche blau und rot entsteht. Diese Lichtkombination wird von den Pflanzen sehr effizient bei der Photosynthese genutzt. Für das menschliche Auge ist es jedoch eher unangenehm, weshalb im Growtainer nur mit Schutzbrille oder bei ausgeschalteten LEDs gearbeitet werden darf. Auch können bei dieser Belichtung die Blattfarben der Pflanzen nicht korrekt erkannt werden, was eine Einschätzung des Ernährungszustands der Pflanzen erschwert.
Erkenntnisse aus dem bereits abgeschlossenen Projekt „Energieeinsparung und Effizienzsteigerung in der gärtnerischen Produktion durch LED-Belichtungssysteme" zeigen zudem, dass für die meisten Pflanzen neben blau und rot ein noch breiteres Lichtspektrum die Produktqualität optimiert, etwa eine Ergänzung durch gelbes und grünes Licht. Im Growtainer wirkt dieses Spektrum für das menschliche Auge dann weiß und die unter den LED-Leuchten wachsenden Pflanzen erscheinen in natürlichem Grün. Das erleichtert neben positiven Auswirkungen auf das Wachstum auch die Arbeit im Growtainer. Die Ermittlung des idealen Lichtspektrums für unterschiedliche Pflanzenarten und ihre Wachstumsstadien ist ebenfalls eine wichtige Fragestellung bei den Forschungen am Growtainer.
Weitere Informationen:
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