Vertikale Landwirtschaft ist - vorläufig - nicht für jede Kulturpflanze geeignet. Zitronenbäume in einem Schuppen in Amsterdam werden wir so schnell nicht sehen, aber auch Tomaten scheinen nicht sofort vom Gewächshaus in einen Container zu wechseln. Kopfsalat und Kräuter eignen sich sehr wohl. Allerdings werden sie in Murcia, Spanien, nach wie vor häufig im Freien angebaut und finden von dort aus ihren Weg in die Regale der nordeuropäischen Länder. Wir haben uns gefragt, welches der beiden Produkte - Indoor-Anbau in den Niederlanden oder Outdoor-Anbau in Spanien - nachhaltiger ist. Dazu haben wir uns einige Studien zu den CO₂-Emissionen genauer angesehen.
Die vertikale Landwirtschaft - der Anbau von Pflanzen in übereinanderliegenden Schichten in einer kontrollierten Umgebung - bietet einige wesentliche Vorteile gegenüber dem Anbau im Freien. Dank geschlossener Kreislaufsysteme wird weniger Wasser verbraucht, es wird viel weniger Land benötigt und der Anbau kann überall erfolgen: in Städten, Wüsten oder kalten Klimazonen, in der Nähe des Verbrauchers. Da der Anbau vollständig klimatisiert ist, spielt das Wetter keine Rolle mehr und die Produktion ist das ganze Jahr über stabil. Die geschlossene Umgebung macht Pflanzenschutzmittel weitgehend überflüssig und sorgt für ein sauberes Produkt. Dank der optimalen Anbaubedingungen sind auch die Erträge pro Quadratmeter und die Anzahl der Erntezyklen pro Jahr höher.
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Dennoch ist die vertikale Landwirtschaft kein Allheilmittel. Ihr größter Schwachpunkt ist der Energieverbrauch: Künstliches Licht und Klimatisierung kosten enorm viel Strom. Außerdem sind die Investitionskosten hoch und die Methode eignet sich, wie bereits erwähnt, bisher nur für Blattgemüse, Kräuter und kleine Früchte.
Wir lenken unsere Aufmerksamkeit auf den Anbau von Salat. Die von uns konsultierten Studien zu den Umweltauswirkungen enthalten im Titel immer die Abkürzung LCA. Ein Life Cycle Assessment – auf Deutsch auch Lebenszyklusanalyse genannt – ist eine Methode, um die Umweltauswirkungen eines Produkts über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu erfassen, vom Anbau bis auf den Teller, und oft sogar noch davor (landwirtschaftliche Inputs) und danach (Abfallentsorgung).
CO₂-Äquivalent
Die Umweltauswirkungen sind vielfältig. Der Anbau und die Vermarktung von Obst und Gemüse können - mehr oder weniger stark - Auswirkungen haben, die im Wesentlichen auf die Verschmutzung und Ausbeutung von Wasser, Boden und Umwelt zurückzuführen sind. Man denke nur an die Übernutzung von Wasser in Trockengebieten, den Einsatz von Dünge- oder Pflanzenschutzmitteln oder die Verschmutzung durch Plastik. Dieser Artikel befasst sich mit dem Unterschied zwischen dem CO₂-Äquivalent (CO₂-eq) von Indoor- und Ourdoorkulturen, einer Einheit, die verwendet wird, um die Auswirkungen verschiedener Treibhausgase (nicht nur Kohlendioxid, sondern auch Methan, Distickstoffoxid und andere Gase) auf das Klima zusammenzufassen. Der Ausstoß von Treibhausgasen trägt zur Erderwärmung bei.
Um es gleich vorweg zu nehmen: Laut einigen konsultierten Studien kann das CO₂-Äquivalent des Anbaus, der Lagerung, des Transports und der Verwendung von Salat aus einer Vertikalfarm in Amsterdam in einem niederländischen Gastronomiebetrieb mit dem von Salat vergleichbar sein, der auf einem Feld in Murcia geerntet wurde. "Das ist logisch", lautet vielleicht die erste Reaktion, "denn man spart eine Lkw-Fahrt von mehr als 2.000 km." Doch so einfach liegen die Dinge nicht.
Transportkilometer
So ist der Transport von Spanien in die Niederlande nur ein Teil des gesamten Fußabdrucks, ein Teil, der in mehreren Studien unter der Hälfte des gesamten CO₂-Fußabdrucks – vom Anbau bis zum Verkaufsregal – bleibt. Nehmen wir beim Transport von Salat per Lkw von Murcia nach Amsterdam (2.100 km) einen durchschnittlichen Dieselverbrauch von 40 Litern pro 100 km für eine gekühlte Ladung von 15 Tonnen an, so liegen die CO₂-Äquivalent-Emissionen bei 3,468 pro Liter Kraftstoff (Quelle: niederländische Standardliste mit CO₂‑Emissionsfaktoren) bei 0,20 kg CO₂-Äquivalent pro Kilogramm Salat. Derzeit erfolgt der Transport per Lkw aus Spanien noch mit Verbrennungsmotoren, doch wenn sich die Elektrifizierung auch in diesem Sektor durchsetzt, könnten die CO₂-Emissionen während des Transports noch deutlich sinken.
Mehrere Studien schätzen die CO₂-eq-Emissionen pro Kilo Produkt für Salat aus Freilandanbau in Spanien auf etwa 0,20-0,25 kg. Die Emissionen stammen unter anderem aus der Produktion und dem Einsatz von Düngemitteln, Pflanzenschutzmitteln und Bewässerung. Anbau und Transport in die Niederlande verursachen zusammen etwa 0,45 kg CO₂-eq pro Kilo Kopfsalat. Casey et al. (2022) geben Emissionen von 0,68 kg CO₂-Äquivalent bis zum Distributionszentrum im Vereinigten Königreich an, was, umgerechnet auf ein niederländisches Distributionszentrum, 0,58 kg CO₂-Äquivalent ergibt. In dieser Studie ist darin auch die Verpackung enthalten.
Für denselben Salatanbau in einer vertikalen Farm, mit Energie aus dem Netz (in der Studie von Casey et al. geht es um das britische Stromnetz, wobei ein Mix aus Gasverbrennung, Kernkraftwerken und erneuerbaren Quellen für die Energie sorgt), liegen die Emissionen um das 15-Fache höher: 8,9 kg CO₂-Äquivalent pro kg Salat. Die Untersuchung geht von einem Stromverbrauch von 15 kWh pro Kilogramm Produkt (Beleuchtung, Klimatisierung, Bewässerung) und einem Anbau am oder in der Nähe des Verbrauchsortes aus (keine Transportkilometer).
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Freilandanbau von Eisbergsalat in Murcia
Freilandanbau, Gewächshaus oder vertikale Farm
Eine Studie von Blom et al. (2022) kommt zu ähnlichen Zahlen. Es handelt sich um einen Vergleich zwischen dem Freilandanbau von Salat, dem Anbau im Freilandgewächshaus, der Hydrokultur in einem Gewächshaus und dem Anbau in einer vertikalen Farm, jeweils auf niederländischem Gebiet, einschließlich der Upstream- und End-of-Life-Phasen des "Farm Life Cycle" (zum Beispiel Materialien und Transport für den Bau einer landwirtschaftlichen Halle, eines Gewächshauses oder einer vertikalen Farm) sowie Vorlauf, Kernphase, Nachlauf und Lebensende des Anbauzyklus: von den landwirtschaftlichen Rohstoffen bis zum Transport zum Endziel. Verpackungen sind nicht enthalten.
In der Studie von Blom et al. werden die Emissionen während des Anbaus selbst mit 0,36 kg CO₂‑eq pro Kilo Salat beziffert (etwas höhere Werte als die durchschnittlichen 0,25 kg CO₂-eq für den spanischen Anbau). Für den gesamten Prozess (einschließlich Lebenszyklus des Betriebs und Vertrieb in den Niederlanden) liegt der Wert bei 0,49 kg CO₂-eq. Der Bodenanbau im Gewächshaus schlägt mit 1,21 Kilo zu Buche, der hydroponische Anbau im Gewächshaus mit 1,45 Kilo und der Anbau in einer vertikalen Farm - wie in Casey et al. unter der Annahme von 15 kWh pro Kilo Produkt und Strom aus dem Netz - mit 8,18 Kilo CO₂-eq pro Kilo Kopfsalat.
Folglich ist die Größenordnung in beiden Studien ähnlich: Die Emissionen aus dem Anbau in einer vertikalen Farm sind um ein Vielfaches höher als die von Salat, der im Freien (oder in Gewächshäusern) angebaut wird, unabhängig davon, ob das in den Niederlanden oder in Spanien geschieht.
Stromverbrauch als großer Verursacher
Bei allen untersuchten Anbaumethoden entfällt der größte Teil der Emissionen auf die landwirtschaftlichen Betriebsmittel und den Kraftstoff- und Stromverbrauch beim Anbau selbst. Für die vertikale Landwirtschaft bedeutet das, dass viele Gewinne erzielt werden können, wenn erneuerbare Quellen für die Klimatisierung und den Energieverbrauch eingesetzt werden. Blom et al. untersuchten die Ergebnisse der vertikalen Landwirtschaft mit einer Energieversorgung auf der Grundlage von Sonnenkollektoren und einer Erdwärmepumpe. Der Anbau in Erde im Gewächshaus führt demnach zu Emissionen von etwa 0,60 kg CO₂-eq pro Kilo Salat, Hydrokultur im Gewächshaus führt zu Emissionen von etwa 0,75 kg und der Anbau in der vertikalen Farm zu etwa 2,40 kg. Das macht einen großen Unterschied. In diesem Szenario würde sich der Gewächshausanbau dem Nachhaltigkeitsniveau des aus Murcia importierten Salats annähern oder es sogar erreichen. Der vertikale Anbau hinkt noch hinterher.
Casey et al. untersuchten jedoch Windenergie als Energiequelle zusätzlich zur Solarenergie für die vertikale Landwirtschaft. So kommt die Studie auf 1,33 Kilogramm CO₂-eq pro Kilogramm Salat, wenn die Energieversorgung über eine 85 kWh-Batterie erfolgt, die durch Solarpaneele geladen wird (netzunabhängig). Trotz des Unterschieds zwischen den Zahlen und der Studie von Blom et al. ist der Trend klar: Die Energiequelle ist ein wichtiger Faktor. Wird die Batterie mit Windenergie aufgeladen, liegt das CO₂-Äquivalent laut der Studie von Casey et al. bei 0,56 Kilogramm CO₂-eq pro Kilogramm Salat.
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Die letztgenannte Emission wäre, ebenso wie der Anbau im Gewächshaus mit sauberer Energie, mit dem Anbau in Spanien und dem Transport in die Niederlande vergleichbar. Darüber hinaus ist zu erwarten, dass die rasche Entwicklung von Solartechnologien in Verbindung mit der zirkulären Wiederverwendung von Altmaterialien diese Emissionen im Laufe der Zeit erheblich reduzieren und auf das Emissionsniveau von Windkraftanlagen bringen wird.
Zunehmend sauberer Energiemix
Mehrere Studien deuten darauf hin, dass Salat aus einer vertikalen Farm einen größeren CO₂-Fußabdruck hat als importierter Salat aus Spanien. Wenn die vertikale Landwirtschaft jedoch die (richtigen) erneuerbaren Energiequellen nutzt, könnte sie in Bezug auf die Treibhausgasemissionen in die Nähe kommen. Nicht nur aufgrund der Klimasorge, sondern auch wegen des Krieges in der Ukraine und im Iran verschiebt sich der Strommix im Netz der europäischen Länder zudem immer weiter in Richtung eines höheren Anteils erneuerbarer Quellen. Während Erdgas und Kohle im Jahr 2022 (dem Jahr der oben genannten Studien) zusammen noch 60 % der Energieversorgung in den Niederlanden deckten, war der Anteil im Jahr 2024 auf 48 % gesunken, zugunsten von Wind- und Solarenergie, wie Zahlen des Centraal Bureau voor de Statistiek zeigen. "Im Jahr 2030 sollen 70 % des gesamten Stroms nachhaltig erzeugt werden", so das Nationale Energie-Dashboard.
Nicht nur die Energiequelle spielt eine Rolle, sondern auch die Energieeffizienz: Je effizienter die Beleuchtung und Klimatisierung und je höher der Ernteertrag pro m², desto nachhaltiger ist die Anbaumethode. Dabei darf nicht vergessen werden, dass die Energieeffizienz von einem Anbaustandort zum anderen variiert: Eine vertikale Farm in einem Land mit extremem Klima wird mehr Energie verbrauchen als eine Anbauanlage in einem gemäßigten Klima.
Noch einige weitere Vorteile
Die vertikale Landwirtschaft hat einen weiteren Vorteil in der CO₂-Bilanz: die geringe Lebensmittelverschwendung. Im Freilandanbau können schlechte Wetterbedingungen die Ernte schädigen. Der ökologische Fußabdruck eines Salatkopfes, der letztlich als Viehfutter endet, ist nicht gering. Und da vertikale Farmen in der Regel in der Nähe der Verbraucher angesiedelt sind, besteht weniger Bedarf an gekühlter Lagerung, und der Salat ist bei der Ankunft frischer und länger haltbar, was zu weniger Verlusten im Laden und beim Verbraucher zu Hause führt. Das zählt: Jeder Kopf, der unverdorben im Mülleimer landet, steht für CO₂-Emissionen, die umsonst waren. Einige Studien berücksichtigen diese Tatsache und verwenden daher nicht das produzierte, sondern das tatsächlich konsumierte Kilogramm als Recheneinheit.
Es gibt noch weitere Umweltvorteile. So macht vertikales Anbauen den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln überflüssig, wodurch die chemische Belastung von Boden, Wasser und Luft verringert wird. Zweitens verbraucht es deutlich weniger Wasser als der konventionelle Freilandanbau: Die Studie von Casey et al. beziffert den Verbrauch auf 1,6 Liter Wasser pro Kilogramm Salat, verglichen mit 58,2 Litern beim Freilandanbau in Murcia.
Dennoch ist es wichtig, auch die Auswirkungen auf die Wasserknappheit zu berücksichtigen – ein Konzept, das über die reine Messung des Wasservolumens hinausgeht und die relative Wasserknappheit in der Region berücksichtigt, in der das Wasser verbraucht wird. Berücksichtigt man diesen Faktor, ergibt sich ein differenzierteres Bild: Casey et al. berechneten eine Wasserknappheitsauswirkung von 111 m³ für vertikalen Anbau auf Basis von Solaranlagen, 18 m³ bei Nutzung von Windenergie und 13 m³ für den Freilandanbau in Spanien. Da die Herstellung von Solarzellen größtenteils in China stattfindet – in Regionen, in denen Wasser relativ knapp sein kann – und dabei große Mengen an ultrareinem Wasser für die Reinigung der Siliziumwafer benötigt werden, schneidet die Energieversorgung auf Basis von Solarmodulen in diesem Index gut ab. Die Studie merkt dabei an, dass die Wasserverknappungs-Wirkungswerte noch nicht vollständig zuverlässig sind. Der Trend scheint jedoch unbestreitbar.
Wir schließen, wie wir begonnen haben, mit der Anmerkung, dass vertikale Landwirtschaft vorerst nur für den Anbau von Blattgemüse, Kräutern, Microgreens und einigen anderen Pflanzen geeignet ist, die nicht viel Platz beanspruchen. Eine weitere Einschränkung dieser Anbaumethode ist die Rentabilität. Nur Pflanzen, die schnell wachsen, einen hohen Marktwert haben und wenig Energie pro Kilogramm Ertrag benötigen, kommen in Frage.
