Wissenschaftler untersuchen, wie die vertikale Landwirtschaft in Innenräumen dazu beitragen könnte, den zukünftigen Lebensmittelbedarf zu decken

Damit sich in unserer überfüllten Welt jeder gut ernähren kann, müssen wir innovativ sein. Vertikale Landwirtschaftssysteme, die einen intensiven Pflanzenanbau in Innenräumen ermöglichen, könnten Teil der Lösung sein. Um sie jedoch in großem Maßstab nutzen zu können, müssen wir wichtige Probleme überwinden, einschließlich der Bewältigung des kostspieligen und energieintensiven Lichts, das Pflanzen zum Wachstum benötigen.

Wissenschaftler demonstrieren nun, wie die Manipulation des Lichts an die Bedürfnisse bestimmter Pflanzen diese stärker und gesünder machen und gleichzeitig den Energieverbrauch minimieren kann.

„Der größte Vorteil vertikaler Landwirtschaftssysteme besteht darin, dass gesunde Lebensmittel viel näher am Verbraucher an Orten angebaut werden können, an denen dies sonst nicht möglich wäre: in Megastädten, in Wüsten und an kalten, dunklen Orten über einen langen Zeitraum hinweg“, sagte er Dr. Elias Kaiser, Erstautor des Artikels. Die Grenzen der Wissenschaft„Die größte Herausforderung sind die mit dem Stromverbrauch verbundenen Kosten. »

Licht ins Dunkel des Problems bringen

Viele vertikale Landwirtschaftssysteme arbeiten unter konstanten Umgebungsbedingungen und erfordern einen erheblichen und kostspieligen Stromverbrauch für die Wartung. Die Analyse der Wissenschaftler zeigt, dass diese anspruchsvollen Bedingungen unnötig sind: Durch dynamische Umweltkontrolle, so schlagen sie vor, können wir eine vertikale Landwirtschaft erreichen, die profitabler ist und gesündere Pflanzen hervorbringt.

„Wir wurden durch die Rhythmen motiviert, die Pflanzen auf Tages- und Entwicklungszeitskalen aufweisen und die eine regelmäßige Anpassung ihrer Wachstumsumgebung erfordern, um ihr Wachstum perfekt voranzutreiben“, sagte Professor Leo Marcelis von der Universität Wageningen, Hauptautor.

„Wir beschreiben eine Strategie, die Kenntnisse der Pflanzenphysiologie, neue Erkennungs- und Modellierungstechniken sowie neue Sorten nutzt, die speziell für vertikale Landwirtschaftssysteme gezüchtet wurden. »

Denn die biologischen Funktionen von Pflanzen werden stark von Umweltbedingungen wie Temperaturänderungen, Lichtwellenlängen und der Menge an CO beeinflusst₂ In der Atmosphäre ermöglicht die Manipulation der Umwelt einem vertikalen Landwirtschaftssystem, die Pflanzenentwicklung zu manipulieren.

Beleuchtung ist eine wesentliche Variable: Alle Pflanzen benötigen sie für die Photosynthese, und unterschiedliche Lichtwellenlängen haben unterschiedliche Auswirkungen auf verschiedene Pflanzen. Diese Variable reagiert auch besonders sensibel auf den Strompreis, was Chancen für Effizienzsteigerungen bietet.

„Strompreisschwankungen können für Vertical-Farming-Systeme genutzt werden, um mehr Strom zu verbrauchen, wenn dieser günstiger ist“, erklärt Marcelis.

Die Autoren haben ein Modell entwickelt, um intelligente Beleuchtung zu testen, die darauf abzielt, die Fähigkeit der Pflanzen zur Photosynthese im Laufe eines Tages aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Stromkosten zu senken. Sie fanden heraus, dass ein Optimierungsalgorithmus die Stromkosten um 12 % senken könnte, ohne die Kohlenstoffbindung durch Pflanzen zu beeinträchtigen, indem einfach die Lichtintensität variiert wird.

Anschließend testeten sie, ob Schwankungen der Lichtintensität das Wachstum von Blattpflanzen wie Spinat beeinflussen, die häufig in vertikalen Farmen angebaut werden, und stellten fest, dass es keine negativen Auswirkungen gab. Dies blieb auch dann der Fall, wenn Pflanzen unregelmäßigen Schwankungen der Lichtintensität ausgesetzt waren und nicht einem vorhersehbaren, regelmäßigen Muster.

Die Saat der Zukunft

Es müssen noch weitere kritische Probleme gelöst werden, bevor die vertikale Landwirtschaft dazu beitragen kann, die Welt zu ernähren.

„Viele vorgeschlagene Lösungen wurden nicht im größeren Maßstab vertikaler Farmen getestet: Sie wurden möglicherweise auf der Ebene einzelner Pflanzen demonstriert, aber noch nicht auf der Ebene der gesamten Kulturpflanze“, warnte Kaiser.

Dynamische Anpassung von Luftstrom, Temperatur und CO₂ Die Anpassung der Kulturpflanzen an die Pflanzenbedürfnisse könnte Möglichkeiten zur Minimierung der Stromkosten bieten. Landwirte benötigen geeignete Sensoren und Modelle, die ihnen helfen, die Umwelt zu überwachen und anzupassen, sowie neue Sorten, die für die vertikale Landwirtschaft gezüchtet werden.

Diese Sorten könnten das Potenzial einer lokalen Produktion unter geschützten Bedingungen nutzen, um sich auf bessere Nährwert- und sensorische Qualitäten statt auf Robustheit oder Haltbarkeit zu konzentrieren. Weitere Forschung ist erforderlich, um alle diese Variablen zu kalibrieren und das richtige Gleichgewicht zwischen qualitativ hochwertigen und ertragreichen Pflanzen zu finden.

„In einer vertikalen Farm können alle Wachstumsbedingungen präzise gesteuert werden, was für die Optimierung von Ertrag, Qualität und Ressourcennutzungseffizienz sehr wichtig ist“, sagte Marcelis.

„Die technische Möglichkeit, sie konstant zu halten, bedeutet jedoch nicht, dass die Beibehaltung dieser Werte die beste Lösung ist.“ Sobald eine dynamische Umweltkontrolle etabliert ist, können der Energieverbrauch und die Kosten der eingesetzten Energie erheblich gesenkt werden, wodurch die Rentabilität und Nachhaltigkeit vertikaler Farmen erhöht wird. »