Die Herausforderungen vertikaler Landwirtschaft

In unserem letzten Artikel ging es darum, welche Faktoren zur Entwicklung vertikaler Farmen beigetragen haben. Angesichts einer stetig wachsenden Weltbevölkerung, des Klimawandels und des schwindenden Anteils landwirtschaftlich nutzbarer Flächen sind Alternativen für den Nahrungsmittelanbau dringend nötig. Eine mögliche Lösung ist die vertikale Landwirtschaft, bei der urbane oder industrielle Flächen zum Anbau von Lebensmitteln genutzt werden.

In diesem Artikel beleuchten wir einige Technologien, die vertikale Farmen möglich machen. Die industrielle Landwirtschaft war schon immer eine fortschrittliche Branche. So verwundert es nicht, dass die vertikale Landwirtschaft interessante und spannende Methoden zur Lösung ihrer spezifischen Herausforderungen einsetzt.

Ein wesentliches Merkmal vertikaler Farmen ist ihr Standort – weitab von den üblichen landwirtschaftlichen Nutzflächen. Dies ist einer der größten Vorteile dieser Technologie: Eine vertikale Farm kann nahezu überall errichtet werden, ob in stillgelegten U-Bahn- oder Metrotunneln, leer stehenden Industriegebäuden oder sogar leeren Schiffscontainern. Wird eine solche Farm im Herzen eines Ballungszentrums errichtet, weit weg von einem konventionellen Feld, so können Lebensmittel direkt dort produziert werden, wo sie benötigt werden. Mit vertikaler Landwirtschaft könnten sich die Bewohner urbaner Gebiete selbst und unabhängig mit Nahrungsmitteln versorgen. Dies wäre eine Antwort auf die brennende Frage, wie sich die Ernährung der Weltbevölkerung in Zukunft sicherstellen lässt.

Um Pflanzen in künstlichen Umgebungen anbauen zu können, müssen die entsprechenden Voraussetzungen geschaffen werden. Dies ist Herausforderung und Nutzen zugleich. Die Herausforderung liegt auf der Hand: Die Umgebung, in der die Pflanzen gedeihen können, muss komplett künstlich hergestellt werden. Sämtliche Faktoren – von Licht über Wasser bis hin zu Nährstoffen und der Atmosphäre – müssen sorgfältig gesteuert werden.

Doch diese minutiöse Steuerung der vertikalen Anbaufläche stellt auch einen ihrer zentralen Vorteile dar. Abgeschieden von äußeren Einflüssen wie Frost oder ungünstiger Witterung können optimale Wachstumsbedingungen geschaffen werden. Damit sind vertikale Farmen ideal, um die Ernährung urbaner Gebiete sicherzustellen.

Im Vergleich zu einem Quadratmeter Feld können hier gestapelt in mehreren Etagen auf derselben Fläche wesentlich mehr Lebensmittel produziert werden. Der Großteil dieser Pflanzen wird mit Hydroponik- oder Aeroponik-Technik angebaut. Anders als auf dem offenen Feld kann Wasser, das nicht von den Pflanzen aufgenommen wurde, aufgefangen und wiederverwendet werden. Damit benötigt die vertikale Landwirtschaft nur einen Bruchteil dessen, was im konventionellen Ackerbau an Wasser verbraucht wird.

Pflanzenanbau mit Aeroponik

Wenn vertikale Farmen im Herzen von Ballungsgebieten erbaut werden, lassen sich auch Treibhausgasemissionen einsparen. Gegenüber der konventionellen Landwirtschaft verkürzen sich bei den vor Ort erzeugten Lebensmitteln die Transportwege enorm, sodass die Ware innerhalb weniger Minuten frisch und nahezu ohne Transportkosten geliefert werden kann.

Die Vorteile der vertikalen Landwirtschaft, insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen auf die Umwelt, sprechen für sich – diese Studie bietet weitere interessante Fakten dazu. Die technischen Anforderungen jedoch sind enorm.

Wie bereits erwähnt, muss das Klima in einer vertikalen Farm sorgfältig gesteuert werden. Dazu ist hocheffiziente Technik erforderlich. Mittels Sensoren werden Wachstumsbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchte und die Luftzusammensetzung überwacht – das sind große Datenmengen, die verarbeitet werden müssen. Die dazu nötigen Rechner müssen gegebenenfalls der Nässe und hohen Luftfeuchte im Inneren der Farm standhalten können.

Auch Licht ist für das Wachstum der Pflanzen unverzichtbar. Vertikale Farmen sind darauf ausgelegt, ohne natürliches Sonnenlicht zu arbeiten, also müssen LEDs die Beleuchtung übernehmen. Pflanzen wachsen am besten, wenn sie bestimmten Wellenlängen ausgesetzt sind. Mit moderner LED-Technologie kann sowohl die Wellenlänge als auch die Lichtintensität gesteuert werden. RS hat einen interessanten Leitfaden veröffentlicht, der zeigt, wie unterschiedliche Wellenlängen das Pflanzenwachstum anregen. Doch egal wie ausgefeilt ein LED-System auch sein mag, auch hier ist die Voraussetzung, dass es der hohen Luftfeuchte standhält.

LEDs liefern das für das Wachstum der Pflanzen benötigte Licht und zwar in der richtigen Wellenlänge, um optimale Wachstumsbedingungen zu schaffen.

Zwar sind die Pflanzen in einer vertikalen Farm keinem Wind ausgesetzt, dennoch ist ein Luftstrom nötig, um die optimale Temperatur und Atmosphäre für das Pflanzenwachstum zu gewährleisten. Dies gelingt nur mit Ventilatoren, die die Luft in Bewegung setzen, und auch sie müssen der feuchten Umgebung standhalten.

Das aufstrebende Internet der Dinge (IoT) erobert auch die Landwirtschaft und eröffnet dem vertikalen Anbau neue Möglichkeiten. Die benötigten Sensoren, Ventilatoren, LED-Lampen und Computer werden in ein Netzwerk integriert, das es dem Landwirt ermöglicht, den Status des Betriebs aus der Ferne zu überwachen und Änderungen an der Wachstumsumgebung vorzunehmen.

Um aber daraus ein echtes Netzwerk zu machen, müssen alle genannten Komponenten miteinander verbunden werden. Neben Funktechnologien wie Bluetooth über kurze Distanzen oder 5G-Netze werden viele dieser Geräte physische Verbindungen benötigen.

Und auch diese physischen Anschlüsse müssen den rauen Bedingungen einer vertikalen Farm gewachsen sein. Zwar hat eine vertikale Farm viel mit modernen industriellen IoT-Designs gemeinsam, dennoch stellt sie ganz eigene, spezielle Herausforderungen an Landwirte. Angesichts der enormen Menge an benötigten Anschlüssen, des Platzmangels sowie der hohen Luftfeuchte sind kleine, leichte Verbinder die beste Wahl.

Abgesehen von einigen wenigen Spezialteilen, wie LED-Lichtleisten für den Anbau von Nutzpflanzen, haben bisher nur wenige Hersteller Komponenten auf den Markt gebracht, die speziell für die vertikale Landwirtschaft konzipiert sind. Die gute Nachricht: Verschiedene geeignete Komponenten finden sich auf dem industriellen IoT-Markt. Die Industrie bietet eine enorme Auswahl an Optionen, die ideal für die anspruchsvolle Umgebung der vertikalen Landwirtschaft sind. RS hat einen exzellenten Leitfaden zum Thema industrielle IoT erstellt, der Errichtern und Planern umfassende Informationen bietet.

Die vertikale Farm kann in Zukunft einen entscheidenden Beitrag zur weltweiten Ernährungssicherung leisten. Wenn wir Lebensmittel im Herzen einer Stadt – nur wenige Meter von den späteren Konsumenten entfernt – anbauen und dabei weniger Ressourcen als bei der konventionellen Landwirtschaft verbrauchen, entlasten wir die Umwelt.

Die vertikale Landwirtschaft wird nicht den gesamten Nahrungsmittelbedarf decken können. Manche Pflanzen sind einfach nicht für den Anbau in Hydroponik- oder Aeroponik-Anlagen geeignet. Deshalb wird die konventionelle Landwirtschaft nicht ganz verdrängt werden, auch wenn diese sich durch Smart-Technologien stark weiterentwickeln wird. Die vertikale Landwirtschaft bietet jedoch die spannende Chance, dass sich urbane Gebiete selbst und unabhängig mit Nahrung versorgen können.