Vitamine vom Dach

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Obst und Gemüse wird heute über Tausende von Kilometern nach Deutschland
transportiert. Ein Team des Fraunhofer IKTS will den Gartenbau jetzt mit
einem effizienten und kompakten Wasser-, Energie- und Gasmanagement in die
Städte bringen – und dadurch die regionale Selbstversorgung stärken.

Frische Paprika, knackige Salate und saftige Tomaten – all das ist für
deutsche Verbraucher selbstverständlich. Die Supermarkt-Regale sind voll
davon. Doch kommen die meisten dieser Gemüse von weit her. Gut ein Viertel
aller Gemüse- und Obstimporte stammte im vergangenen Jahr nach Angaben des
Statistischen Bundesamtes aus Spanien – bei Paprika und Salat waren es
sogar 50 Prozent. Insgesamt importierte Deutschland rund 1,6 Millionen
Tonnen Obst und 1,3 Millionen Tonnen Gemüse von der Iberischen Halbinsel.
Tausende von Lkw-Fahrten waren dafür nötig. Hinzu kommt, dass das meiste
Gemüse und Obst in Andalusien angebaut wird, einer ausgesprochen trockenen
Region, in der sich der Wassermangel und damit einhergehende
Umweltprobleme zuletzt verschärft haben.

Gewächshäuser zum Verbraucher bringen

Angesichts dieser Situation erscheint es sinnvoll, künftig noch mehr
Gemüse und Obst in Deutschland anzubauen – idealerweise in direkter Nähe
zu den Verbrauchern in den Städten. Eine Lösung können kompakte,
energieeffiziente und wassersparende Gewächshäuser sein, in denen es sich
rund ums Jahr ernten lässt. »Statt das Gemüse und Obst zu Tausenden Tonnen
über die Autobahnen zu transportieren, wollen wir die Gewächshäuser zu den
Verbrauchern bringen«, sagt Prof. Michael Stelter, stellvertretender
Leiter des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme
IKTS in Dresden. »Unser Ziel ist es, zusammen mit mittelständischen
Unternehmen an zahlreichen Standorten in Deutschland solche kleinen
Anlagen aufzubauen – wir sprechen vom Indoor Farming.« Diese kompakten,
effizienten Gewächshäuser könnten beispielsweise auf Hausdächern oder
kleineren Freiflächen errichtet und – um Platz zu sparen – sogar in
mehreren Etagen übereinander angelegt werden. Die Fachleute sprechen dabei
von »geschütztem Anbau« oder auch »controlled environment agriculture«
(CEA).

Die gesamte Technik aus einer Hand

Das Institut bietet dafür die gesamte benötigte Technik aus einer Hand an:
Gießwasser- und Nährstoffrecycling, Wärme- und Feuchtemanagement,
Belichtung und Sensorik – um die Pflanzen perfekt zu versorgen. »In
unserem Institut haben wir in den vergangenen Jahren viele der dafür
erforderlichen Komponenten entwickelt. Zudem verfügen wir aus anderen
Projekten der Energie- und Umwelttechnik über das Wissen, um die
verschiedenen Technologien zu einem automatisierten und
volldigitalisierten Gesamtsystem zu integrieren«, sagt Michael Stelter.
Damit möchte das Institut vor allem kleinen und mittelständischen
Unternehmen den Weg in dieses Marktsegment ermöglichen oder bereits in
dieser Branche tätigen Unternehmen dabei helfen, ihr Portfolio auszubauen.
Bestehende Indoor-Farmen können zudem dabei unterstützt werden, durch
Effizienzsprünge wirtschaftlich erfolgreicher zu arbeiten.

Durch die IKTS-Technologien können die Gewächshäuser deutlich kleiner als
die großen Anlagen in Spanien oder in den Niederlanden konzipiert werden.
Der Charme liegt in der sehr kompakten Technik, die sich auf wenig Raum
unterbringen lässt. Das fängt beim Heizen an. Hier setzt das IKTS-Team auf
Zeolithe, Spezialkeramiken, die Luftfeuchtigkeit einfangen und abgeben –
und dabei ganz nebenbei Wärme erzeugen oder aus der Umgebung aufnehmen.
Geben die Zeolithe gespeichertes Wasser durch Verdunstung ab, nehmen die
Zeolithe Wärme auf. Nehmen sie später wieder Feuchtigkeit auf, geben sie
die Wärme wieder ab. Der Trick besteht darin, den Luftstrom in den Anlagen
so zu lenken, dass Verdunstung und Wasseraufnahme perfekt gesteuert
werden. So lässt sich tagsüber überschüssige Wärme speichern und bei
kalter Nacht wieder abgeben.

Perfekte Belichtung und Nährstoffdosierung

Für mehrstöckige Indoor-Farming-Anlagen und für lange Wintertage braucht
es zudem zusätzliche Belichtung. »Wir verfügen über entsprechende
energieeffiziente LED- und Lichttechnik«, sagt IKTS-Projektleiter Nico
Domurath. »Wir können das Licht exakt an den Bedarf der Pflanzen anpassen
– etwa mehr Photonen zur Verfügung stellen, wenn sie mehr Energie für die
Photosynthese brauchen. Zudem können wir LEDs so verpacken, dass sie den
feuchtwarmen Bedingungen im Gewächshaus sehr lange widerstehen.«

Ein großer Vorteil des Indoor Farmings besteht darin, dass Wasser und
Nährstoffe im Kreislauf gefahren werden können. Bei der Bewässerung im
Freien geht sehr viel Wasser durch Verdunstung verloren, in den
geschlossenen Anlagen nicht. Ernährt werden die Pflanzen über eine
spezielle Lösung. Die überschüssige Nährlösung wird aufgefangen und
mittels keramischer Membranen aufbereitet. Sensoren prüfen darin den
Restgehalt an Nährstoffen. So müssen nur geringe Mengen an neuen
Nährstoffen zudosiert werden, ehe die Lösung wieder den Pflanzen zugeführt
wird.

Biomasse und Abwärme aus der Region nutzen

Der Anbau von Gemüse und Obst vor Ort in kleinen Indoor-Farming-Anlagen
hat auch den Vorteil, dass Biomasse aus der Region als Nährstoff genutzt
werden kann. So wurden am Fraunhofer IKTS Technologien entwickelt, um
Gärreste aus Biogasanlagen zu hochwertigen Pflanzennährstoffen
weiterzuverarbeiten. Die Regionalität hat sogar noch einen weiteren
Vorteil: Die Anlagen können gezielt dort errichtet werden, wo sich
Synergien ergeben – etwa in der Nähe von Gewerbebetrieben, die viel
Abwärme produzieren. Damit ließe sich der Wärmebedarf im Winter
umweltfreundlich decken. In Städten kämen dafür große Rechenzentren und
Serverfarmen infrage, die viel Wärme erzeugen.

Wie sich die gesamte Technik auf kleinem Raum unterbringen lässt, zeigt
das Team um Nico Domurath derzeit an mehreren kleintechnischen Indoor-
Farming-Anlagen. »Diese können wir leicht hochskalieren – ganz nach dem
Bedarf der künftigen Interessenten«, sagt er. »Außerdem bieten wir eine
umfangreiche Kosten- und Lebenszyklus-Analyse an. Wir finden heraus,
welcher Standort am besten geeignet ist und mit welchen Technologien die
positivsten Effekte erzielt werden können«, ergänzt Michael Stelter.
»Damit wollen wir dem Indoor-Farming in Deutschland den Weg in die breite
Anwendung ebnen.«