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Vertical Farming (Test vernetzt 03/2015)

Laut Angaben der Vereinten Nationen wird bis 2050 erwartet, dass die Weltbevölkerung auf fast zehn Milliarden Menschen anwächst. Schon heute lebt fast die Hälfte der Menschen in urbanen Gebieten und die weltweite Verstädterung mit Megacitys über 10 Millionen Einwohnern nimmt weiter zu. Wie werden zukünftig die Menschen in der Stadt mit ausreichend Nahrungsmitteln versorgt werden können?

Große Städte verbrauchen enorme Mengen an Energie, Wasser und Nahrungsmitteln. Diese müssen zumeist über weite Wege in die Stadt transportiert werden, was erhöhte CO2-Emissionen verursacht. Hinzu kommt, dass die Fläche an fruchtbarem Agrarland weltweit aufgrund von Klimawandel und intensiver Nutzung abnimmt.

Immer mehr Menschen achten zudem darauf, Lebensmittel möglichst frisch aus der Region zu beziehen. Dies spiegelt sich gerade in den Großstädten im Trend des „Urban Gardening” wider. Erste Startups wie UrbanFarmers aus Basel, ZeroCarbonFood aus London oder ECF aus Berlin entwickeln intelligente Systeme für den Anbau von Gemüse oder Fischzuchtin der Stadt.

Um die Versorgung von Millionen Menschen mit Nahrungsmitteln zu sichern, ist es allerdings notwendig, ganze Farmen in urbanen Ballungsgebieten zu errichten. Eine platzsparende Lösung ist das „Vertical Farming”. Darunter versteht man ein landwirtschaftliches Konzept, bei dem der Anbau verschiedener Nutzpflanzen in einem Hochhaus auf verschiedenen Ebenen erfolgt. Damit lassen sich pflanzliche und auch tierische Nahrungsmittel direkt in der Stadt erzeugen. Hierdurch können Transportzeiten und -kosten eingespart werden. Auf den übereinander gestapelten Ebenen ist ein Vielfaches der einfachen Grünflächen anbaubar. Im Vergleich zum herkömmlichen Anbau wird beim Vertical Farming schneller und ertragreicher produziert; Anbau und Ernte sind dadurch ganzjährig möglich. Ernteausfälle durch Unwetter treten nicht auf und der Pestizideinsatz ist stark reduziert.

Ziel ist es, die Nutzpflanzen entkoppelt von ihrer natürlichen Umgebung unter exakt kontrollierten Umgebungsbedingungen mit Hilfe sogenannter CEATechnologien (Controlled Enviroment Agriculture) anzubauen.

Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bremen wird im Rahmen des Projekts
EDEN (Evolution & Design of Environmentally-closed Nutrition-Sources) an technologischen Lösungen zur Umsetzung der Vertical Farm gearbeitet. Dabei lag das Hauptinteresse der DLR ursprünglich darin, spezielle Gewächshausmodule für planetare Habitate auf Mond und Mars zu entwickeln. Diese Module sollen die Nahrung für Astronauten während zukünftiger
Langzeitmissionen produzieren, könnten aber auch in Großstädten für die Nahrungsmittelversorgung eingesetzt werden.

Conrad Zeidler, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am DLR, stellte auf dem 9. Internationalen Kongress „Forum Life Science” im März 2015 in Garching die Ergebnisse einer Studie vor. Darin wurden alle CEATechnologien in die vertikale Farm implementiert, darunter das Hochleistungs-LED-System, das ein für die Photosynthese abgestimmtes Lichtspektrum erzeugt. Ein Aeroponiksystem besprüht die freihängenden Pflanzenwurzeln mit einer Nährstofflösung,
was den Wasserverbrauch niedrig hält. Auch CO2-Gehalt, Temperatur und Luftfeuchtigkeit
werden genau geregelt. Das in der Studie konzipierte Gebäude hat 37 Stockwerke, wovon fünf
Etagen unterirdisch sind. Auf 25 Stockwerken mit künstlicher LED-Beleuchtung erfolgt Obst- und Gemüseanbau auf einer Gesamtanbaufläche von ca. 93.000 m2. Im Untergeschoss werden Fische kultiviert. Auf weiteren Ebenen befinden sich die Steuerungselektronik, das Abfallmanagement und ein Supermarkt. Pflanzenabfälle werden teilweise zur Fischfütterung verwendet, der Rest wird zu Biogas verarbeitet und zur Energiegewinnung genutzt. Die größte Herausforderung stellt laut Conrad Zeidler der hohe Energiebedarf mit täglich über 400.000
Kilowattstunden dar. Ursache ist einerseits die Wiederaufbereitung des gesamten verbrauchten Wassers, andererseits die künstliche Beleuchtung. Aus diesen Gründen wäre der Preis pro produziertem Kilogramm Lebensmittel sehr hoch – ausgeglichen werden die hohen Erzeugungskosten jedoch durch den geringen Platzbedarf. Damit ist dieses Konzept der Nahrungsmittelversorgung auch für Standorte einsetzbar, in denen keine traditionelle Landwirtschaft möglich ist, wie etwa der Antarktis.