Antarktis-Gewächshaus

Der gestapelte Garten

Zum Anbeißen - Salatköpfe und Radieschen gehörten zur ersten Ernte des EDEN-ISS-Gewächshauses ind er Antarktis. Bild: DLR

In einer Forschungsstation im ewigen Eis wächst seit Kurzem frisches Obst und Gemüse. Das Projekt EDEN-ISS könnte zum Vorbild werden: Weltweit gedeihen Konzepte für autarke Gewächshäuser, die zu Hochhäusern getürmt in den Metropolen dieser Welt stehen könnten. Oder schon bald auf Mond und Mars.

Nur eine isolierte Containerwand trennt Paul Zabel vom weißen Nichts. Draußen scheint das Thermometer bei minus 25 Grad festgefroren. Eisige Winde fegen über die Weiten tief im Süden des Planeten. Drinnen ist es beinah wie im Garten Eden: Wärme, Licht und eine angenehme Luftfeuchtigkeit ziehen das Leben förmlich an. EDEN-ISS heißt dieser Ort, der Anfang des Jahres inmitten der Antarktis entstanden ist, rund 400 Meter von der Neumayer-Station III des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) entfernt. Der Container, kaum größer als eine Junggesellenwohnung, ist Zabels Arbeitsplatz. Als „Antarktisgärtner“ wird der Ingenieur vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) das kleine Gewächshaus nun rund ein Jahr lang betreuen. „Ich bin hier Ingenieur und Gärtner in einem“, sagt Paul Zabel. „Das Zusammenspiel von Technik, Biologie und Chemie fasziniert und motiviert mich jeden Tag aufs Neue.“ Mit ihm werden gerade einmal neun weitere Überwinterer in den nächsten Monaten in der Antarktisstation Neumayer III leben.

Das Prinzip heißt Vertical Farming: Pflanzen gedeihen dabei in übereinandergestapelten Behältern und erhalten alles, was sie zum Leben benötigen

Mit EDEN-ISS wollen die Forscher Technologien und Verfahren entwickeln, um künftige Raumfahrtmissionen mit frischen Nahrungsmitteln zu versorgen. „Für längere bemannte Expeditionen zu Mond und Mars werden Gewächshausmodule essenziell sein“, erklärt Projektleiter Daniel Schubert. „Für den Einsatz unter lebensfeindlichen Bedingungen benötigen wir geschlossene Systeme. Dank dieser Unabhängigkeit von äußeren Einflüssen lässt sich das EDEN-Konzept aber auch sehr schön auf der Erde nutzen.“

Das Prinzip, auf das Daniel Schubert anspielt, heißt in Fachkreisen Vertical Farming: Pflanzen gedeihen dabei in übereinandergestapelten Behältern und erhalten alles, was sie zum Leben benötigen. Die künstliche Beleuchtung lässt sich steuern, genauso wie die Temperatur und die Zusammensetzung der Nährlösung: Vertical Farming entkoppelt Pflanzenwachstum und natürliche Umgebungsbedingungen. Expeditionen in die Polargebiete lassen sich deshalb genauso vor Ort versorgen wie ein menschlicher Außenposten auf Mond oder Mars. Erdbeeren im verschneiten Tokio werden ebenso denkbar wie Blattsalat im hochsommerlichen Dubai.

Um die Möglichkeiten irdischer Anwendungen auszuloten, baten der DLR-Forscher Daniel Schubert und seine Kollegen im Winter 2015 Experten aus aller Welt zu einer Konferenz mit dem Titel „Vertical Farm 2.0“ nach Bremen. Gemeinsam entwarfen sie die Vision eines Farming-Hochhauses. Seit März 2018 ist die Studie veröffentlicht und soll Impulse in die Wirtschaft tragen. Organisiert wurde die Studie zusammen mit der Association for Vertical Farming e.V. (AVF). Der gemeinnützige Verein mit Sitz in München ist das weltweit größte Netzwerk für Vertical Farming. Zu seinen rund 300 Mitgliedern gehören etliche multinationale Konzerne wie Ikea, Microsoft, Metro, Osram, aber auch Forschungseinrichtungen wie das DLR sowie Universitäten, Startups und interessierte Privatpersonen. „Bereits 2012 haben wir gemerkt, dass sich viele Forschungsinstitute, aber auch Firmen überall auf der Welt mit dem Thema auseinandersetzen“, erklärt Maximilian Loessl von der AVF. „Wir wollten ihnen eine Plattform zum Austausch bieten. Voneinander lernen, Synergien nutzen, Fehler vermeiden – alles mit dem Ziel, die Technologien schneller zu etablieren.“ Mittlerweile hat sich aus der Idee ein weltweiter Industrieverband entwickelt.

"Theoretisch lässt sich in einer Vertical Farm alles anbauen"

„Ein großer Vorteil des Vertical Farming ist der geringe Ressourceneinsatz im Vergleich zur herkömmlichen Landwirtschaft, denn wir arbeiten mit weitestgehend geschlossenen Systemen“, erklärt Maximilian Loessl. Am offensichtlichsten wird das beim Wasser. Die Pflanzen wachsen nicht in Erde, sondern „hydroponisch“ oder „aeroponisch“, wie es die Experten nennen: Bei Ersterem stehen sie auf Mineralwolle oder einem granulierten, anorganischen Substrat; eine Nährstofflösung umspült die Wurzeln. Bei aeroponischen Systemen hängen die Wurzeln frei in der Luft und werden aus computergesteuerten Düsen regelmäßig mit einem Nährstoff-Wasser-Gemisch besprüht. „Je nach Ansatz sparen wir bis zu 98 Prozent Wasser. Auch kommen wir mit 60 Prozent weniger Dünger aus, da in einer Vertical Farm nichts versickert oder anderweitig verloren geht“, sagt Loessl. Theoretisch lasse sich in einer Vertical Farm alles anbauen. „Allerdings liegt der Fokus derzeit vor allem auf schnell verderblichen Lebensmitteln mit hohem Wassergehalt wie zum Beispiel Gemüse, aber auch auf Kräutern, Beeren und essbaren Blumen für die gehobene Gastronomie.“

Wenn die Pflanzen nicht auf organischem Boden wachsen, können sie keine Schadstoffe wie etwa Schwermetalle aufnehmen. Die streng kontrollierten Umgebungsbedingungen machen außerdem den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln überflüssig. In puncto Geschmack, Geruch und Nährstoffgehalt stehen sie ihren konventionell gewachsenen Verwandten in nichts nach. Allerdings hat die Kontrolle der Wachstumsbedingungen ihren Preis. „Neben den hohen Anfangsinvestitionen stellen vor allem die laufenden Energiekosten eine große Hürde für Vertical Farming dar“, erklären Loessl und Schubert: „Auch wenn wir auf modernste LEDs zurückgreifen, ist der Energiebedarf noch hoch. Hinzu kommt die Kühlung der Lampen und je nach System auch die Rückgewinnung des Wassers aus der Luft.“

Dass die Metropolen dieser Welt sich dank Farming-Wolkenkratzern selbst mit frischen Lebensmitteln versorgen, ist vorerst noch eine Vision. Obwohl einiges für eine solche Lösung spricht – die Entlastung der Verkehrswege, Einsparung von CO2-Emissionen, mehrere Ernten im Jahr oder überragende Frische durch die Produktion in direkter Nachbarschaft zum Konsumenten –, können die Kosten mit jenen in der herkömmlichen Landwirtschaft nur schwer konkurrieren. In Europa lassen sich die großen, kommerziell produzierenden Farmen an einer Hand abzählen – drei in Großbritannien und zwei in Holland. Die Anzahl großer Betriebe in den USA schätzt Maximilian Loessl auf 15. In Japan und China seien es mittlerweile sogar über 50 und noch mal 250 mittlere und kleine.

Den ersten Schritt heraus aus der Forschung haben die Konzepte aber auch in Deutschland schon gewagt. „Neben den größeren Anlagen, deren Hallen einem Logistikzentrum mit Hochregallagern ähnlich sehen, gibt es ja noch andere Ansätze“, weiß Loessl. „Das Berliner Unternehmen infarm platziert beispielsweise Vertical-Farming-Einheiten in Edeka- und Metro-Supermärkten. Dort wachsen die Lebensmittel dann direkt vor den Augen der Kunden.“ Er selbst hat das Start-up „agrilution“ gegründet und baut kühlschrankgroße Gewächsschränke für Privathaushalte.Damit, so seine Vision, soll Vertical Farming bald auch hierzulande eine größere Verbreitung finden.

Die Crew der Neumayer-Station III in der Antarktis weiß die Idee schon heute sehr zu schätzen: Inzwischen wurde in EDEN-ISS, dem kleinen Hightech-Gewächshaus, die erste Ernte eingefahren. Knackige Salatköpfe und scharfe Radieschen bereichern seit Anfang April den Speiseplan. Die ganze Aufmerksamkeit von Paul Zabel gilt nun den Tomaten- und Gurkenpflanzen, deren Früchte als Nächstes auf den Tellern landen sollen. Nur die Paprika werden wohl noch etwas Zeit benötigen, um endlich Farbe zu bekommen.

Dieser Artikel ist in unserem Magazin Helmholtz Perspektiven erschienen. Sie können das Heft kostenlos abonnieren: perspektiven(at)helmholtz.de

08.08.2018 , Kai Dürfeld
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