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WErtikaler Anbau mit Würth Elektronik

Eine wachsende Krise

Wir alle haben in den Nachrichten von der Zunahme globaler Krisen aufgrund der Auswirkungen des Klimawandels erfahren. Noch nie dagewesene Temperaturen, Stürme und Dürren haben Auswirkungen auf unsere Zivilisation.

Die weltweite Flächennutzung durch Abholzung, Bodendegradation und Stadtentwicklung hat sich ebenfalls auf die Niederschlagsmuster ausgewirkt und trägt weiter zum Klimawandel bei.

Flooding

All dies bedeutet laut einem Bericht der Global Commission on the Economics of Water vom März 2023, dass die Welt durch eine Kombination aus veränderten Niederschlagsmustern und dem Versäumnis, unsere Süßwasser-Ökosysteme zu erhalten, mit der "Aussicht auf ein 40 %iges Defizit bei der Süßwasserversorgung bis 2030 konfrontiert ist, mit schwerwiegenden Engpässen in Regionen mit Wasserknappheit".(i)

Dies beeinträchtigt nicht nur unsere Fähigkeit, den allgemeinen Zugang zu sauberem Wasser zu gewährleisten, sondern wirkt sich auch auf die Ernährungssicherheit, die Gesundheit und die Bekämpfung der Armut aus und kann zu einer Zunahme der weltweiten Konflikte führen.

Für Menschen, die auf einem blauen Planeten leben, scheint das sehr viel zu sein.

Was können wir also tun?

Eine Lösung für diese Krise besteht darin, unsere Landwirtschaft zu verbessern. Unser derzeitiges System ist zunehmend nicht mehr in der Lage, mit der wachsenden Bevölkerung Schritt zu halten, die bis zum Jahr 2050 auf 9,7 Milliarden Menschen ansteigen wird (ii) , wobei die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) schätzt, dass die Nahrungsmittelproduktion in dieser Zeit erheblich gesteigert werden muss, um den Bedarf zu decken. (iii)

In den letzten Jahrzehnten hat man sich darauf konzentriert, durch den Einsatz von Pestiziden, Düngemitteln und industrieller Massentierhaltung mehr aus dem bestehenden System herauszuholen. Diese ertragreichen Anbaumethoden zeichnen sich jedoch dadurch aus, dass sie unsere begrenzten Reserven an Süßwasser, fossilen Brennstoffen und Böden auf unbeständige Weise verbrauchen.

Die derzeitigen Anbaumethoden sind nicht nur nicht in der Lage, mit der Nachfrage Schritt zu halten, sondern werden auch nicht dort eingesetzt, wo der Bedarf am größten ist. Laut dem Global Sustainable Development Goals 2015 Brief on Urban Agriculture wird erwartet, dass bis 2050 60 % der Weltbevölkerung in Städten leben werden.(v)

Die WErtikale Lösung

Vertical Farming

Genau hier setzt das Konzept der vertikalen Landwirtschaft an. Wie der Name schon sagt, werden bei der vertikalen Landwirtschaft Pflanzen in vertikal gestapelten Schalen gepflanzt und entweder mit hydroponischen oder aeroponischen Methoden ohne Erde angebaut. Kontrollierte Klima- und Bewässerungssysteme schaffen optimale Bedingungen für das Pflanzenwachstum, während die Stapelanordnung den Platz maximiert, was zu einer höheren Lebensmittelproduktion führt.

Facts and figures

Die Vorteile des Systems sind vielfältig: höherer Ertrag bei geringerem Verbrauch von Rohstoffen (Wasser, Boden, Nährstoffe); die Möglichkeit, Lebensmittel dort anzubauen, wo sie gebraucht werden, in städtischen Zentren, wodurch die Abhängigkeit von Transportsystemen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, verringert wird; die Möglichkeit, Abwasser und Brachflächen zu nutzen; Schutz vor den Folgen des Klimawandels aufgrund des kontrollierten Innenraumklimas und, was am wichtigsten ist, bis zu 95 % weniger Wasserverbrauch.

Natürlich gibt es bei neuen Technologien auch immer Herausforderungen. Pflanzen brauchen Sonne und Regen, um zu wachsen, und diese sind normalerweise kostenlos. In einer vertikalen Farm muss Wasser hineingepumpt werden, und oft ist künstliches Licht erforderlich. Das bedeutet, dass vertikale Farmen auf Strom angewiesen sind und damit zur Klimakrise beitragen, anstatt sie zu lindern. Mit der richtigen Technologie lassen sich diese Herausforderungen jedoch entschärfen.

Hier kommt Würth Elektronik ins Spiel. Das Unternehmen treibt die grüne Revolution aktiv voran, indem es die Entwicklung des Bauernhofs von morgen unterstützt, um Teil einer nachhaltigen Lebensmittelproduktion zu sein.

Licht

Pflanzen brauchen die Energie des Lichts für die Photosynthese. Traditionell waren Lichtquellen für Innenräume, wie z. B. Leuchtstoffröhren, sehr ineffizient. LED-Beleuchtung benötigt viel weniger Strom, was sie energieeffizienter macht. Ein weiterer Vorteil der LED-Beleuchtung besteht darin, dass sie auf die Lichtwellen ausgerichtet werden kann, die Pflanzen während ihres Lebenszyklus am meisten benötigen, ohne Energie für Farbspektren zu verschwenden, die die Pflanzen nicht nutzen können. Pflanzen können Licht zwischen 280nm und 800nm erkennen, obwohl die von Pflanzen hauptsächlich genutzten Frequenzen, der Bereich der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR), als 400 bis 700 nm definiert sind.

Da Pflanzen ortsfest sind, haben sie sich so entwickelt, dass sie auf die verschiedenen Frequenzen und Intensitäten des verfügbaren Lichts durch Wachstum im Schatten, zirkadianen Rhythmus, Jahresrhythmus und Wetterschwankungen reagieren. Auf diese Weise kann künstliches Licht verschiedener Wellenlängen eingesetzt werden, um die Wachstums- und Entwicklungsphasen von Pflanzen zu steuern und zu manipulieren.

So benötigen die Pflanzen in der Wachstumsphase mehr blaues Licht, während rotes Licht für die Blüte und Fruchtbildung entscheidend ist. Die Wellenlängen 450 nm (Deep Blue), 660 nm (Hyper Red) und 730 nm (Far Red) entsprechen am besten den Absorptionsspektren der photosynthetischen Pigmente und sind daher ideal für die Beleuchtung im Gartenbau geeignet. Mit unterschiedlichen Verhältnissen dieser Wellenlängen lassen sich außerdem verschiedene Qualitätsparameter der Pflanze beeinflussen, wie z. B. eine bessere Bewurzelung, mehr Biomasse, ein höherer Gehalt an sekundären Pflanzenstoffen und so weiter.

Applications of Horticulture LEDs

Die LED-Serien WL-SMDC und WL-SMTW von Würth Elektronik umfassen beide diese wichtigen Wellenlängen. Die Produkte sehen Sie hier.

Emission Spectra of WL-SMDC LEDs

Monitoren und kontrollieren

Neben der Steuerung des Lichtspektrums entsprechend dem Lebensstadium der Pflanzen ist es wichtig, das Klima und die Nährstoffversorgung innerhalb der vertikalen Farm zu kontrollieren. Ein technisches Versagen, sei es bei der Beleuchtung, der Temperatur oder der Wasserversorgung, kann in kurzer Zeit erhebliche Auswirkungen auf den Ertrag haben.

Dank des technischen Fortschritts ist es jedoch möglich, Sensoren zur Überwachung von Beleuchtung, Temperatur, Luftqualität, Wasserstand und Feuchtigkeit in der kontrollierten Umgebung einzusetzen. Die kontinuierliche Datenerfassung und -analyse ermöglicht die frühzeitige Erkennung und Korrektur von Abweichungen von den idealen Bedingungen und gibt wertvolle Einblicke in die Vitalität der Pflanzen.

Mit Hilfe der drahtlosen Technologie können die Informationen an ein zentrales Kontrollzentrum übertragen werden, wo sie analysiert und umgesetzt werden. Dies ermöglicht die Fernüberwachung und automatische Steuerung aller Faktoren, die für eine optimale Produktion bei minimalem Energiebedarf erforderlich sind. Würth Elektronik bietet eine Reihe von Wi-Fi- und Bluetooth-Modulen an.

Zu den Sensoren und Modulen geht es hier

Power

Einer der potenziellen Nachteile der vertikalen Landwirtschaft ist die Abhängigkeit von der Technik und der damit verbundene Energiebedarf. Um sicherzustellen, dass die vertikale Farm keine negativen Auswirkungen auf die Klimakrise hat, ist es wichtig, die Auswirkungen des Energiebedarfs der Farm zu minimieren. Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind und Sonne ist zu bevorzugen. Genauso wichtig ist es, dass die Komponenten der Farm so effizient wie möglich sind.

Neben stromsparenden LED-Beleuchtungen und flachen Steckverbindern zur Minimierung von Schatten und Lichtverschwendung sind die Leistungskomponenten von Würth Elektronik auf Effizienz und Langlebigkeit ausgelegt, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Sehen Sie sich das Angebot an Leistungsinduktoren, Kondensatoren und Schaltern hier an.

Ob Sie Gemüse in der Garage anbauen oder den Bauernhof der Zukunft errichten wollen, Würth Elektronik hilft Ihnen auf dem Weg zur nachhaltigen Lebensmittelproduktion.

#LEDITGROW

Quellen:

I P.10 Turning the Tide – A Call to Collective Action by the Global Commission on the Economics of Water, (March 2023). https://watercommission.org/wp-content/uploads/2023/03/Turning-the-Tide-Report-Web.pdf

ii According to the United Nations “The world’s population is more than three times larger than it was in the mid-twentieth century. The global human population reached 8.0 billion in mid-November 2022 from an estimated 2.5 billion people in 1950 […]. The world’s population is expected to increase by nearly 2 billion persons in the next 30 years, from the current 8 billion to 9.7 billion in 2050”. https://www.un.org/en/global-issues/population

iii In the FAO report Global Agriculture towards 2050, (October 2009), it states “The projections show that feeding a world population of 9.1 billion people in 2050 would require raising overall food production by some 70 percent between 2005/07 and 2050”. P.2. https://www.fao.org/fileadmin/templates/wsfs/docs/Issues_papers/HLEF2050_Global_Agriculture.pdf

iv M P, Pavithra. (2018). VERTICAL FARMING: A CONCEPT. https://www.researchgate.net/publication/342260487_VERTICAL_FARMING_A_CONCEPT

v P.1 GSDR 2015 Brief Urban Agriculture, (2015) By Ibrahim Game and Richaela Primus, State University of New York College of Forestry and Environmental Science, https://sustainabledevelopment.un.org/content/documents/5764Urban%20Agriculture.pdf

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