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Salat aus der Cloud: Wie das Internet of Things den Gemüseanbau revolutioniert

Bereits in naher Zukunft werden Internet of Things (IoT)-Technologien die Art und Weise, wie unsere Lebensmittel angebaut, verarbeitet und transportiert werden, nachhaltig verändern. In einem ersten Schritt werden Pflanzen sprechen lernen: Auf Basis von sensorgenerierten Daten können sie Computern und Maschinen ihre Bedürfnisse direkt mitteilen. Damit das funktioniert, müssen jedoch sämtliche Wachstumskomponenten wie Wassermenge, Lichteinfall, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Nährstoffgehalt und Schädlingsbefall zuverlässig überwacht beziehungsweise gesteuert werden können.

Ideale Voraussetzungen dafür bietet die Hydrokultur, bei der die Pflanzen statt in der Erde in einem nährstoffreichen Substrat wachsen. Diese im gewerblichen Kontext auch Hydroponik genannte Anbauweise findet in der Regel in Gewächshäusern statt, in denen nicht nur das Wasser, sondern auch das Licht aus künstlichen Quellen stammt. Dies hat einen entscheidenden Vorteil: Die Wachstumsfaktoren können unabhängig von Wetter und Jahreszeit je nach Bedarf gesteuert werden. Das von äußeren Gegebenheiten vollständig abgekoppelte Anbausystem ermöglicht eine exakte Kontrolle und genau auf die Bedürfnisse der Pflanzen abgestimmte Pflege. Jede Sorte, ja sogar jeder Setzling erhält dadurch genau jene Bedingungen, die für sein optimales Wachstum nötig sind.

Hohe Erträge auf kleiner Fläche

Gemüse kann unabhängig von der Saison angebaut werden

Dank dieser regulierbaren Umgebung können einerseits höhere Erträge gewährleistet werden, da saisonunabhängig produziert werden kann, Ernteausfälle sich auf ein Minimum reduzieren lassen sowie Schädlinge und Krankheiten gezielt bekämpft werden können. Da das Gemüse nicht mehr auf Äckern wächst, die Pflanzen weniger Wurzelvolumen ausbilden und die Nährstoffdichte höher ist, sind für den Anbau außerdem wesentlich kleinere Flächen notwendig.

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Die Unabhängigkeit von natürlichen Ressourcen schafft auch in Sachen Standortwahl ganz neue Möglichkeiten. Der Gemüseanbau kann nahezu überall stattfinden und die Wachstumsfaktoren können dank intelligenter Technologien einfach reproduziert und angepasst werden. Nicht nur in geschlossenen Räumen, auf brachliegenden Industriegebieten oder ungenutzten Flächen wie Hausdächern können Lebensmittel angebaut werden, sondern sogar im Weltall oder unter der Erde.

Gemüse aus dem Untergrund

Stromsparende LEDs ersetzen das fehlende Sonnenlicht

An diese Vision hat sich das britische Start-up Growing Underground gewagt und baut in einem Luftschutzbunker aus dem Zweiten Weltkrieg nun Salate und Kräuter an. Die Szenerie mutet futuristisch an: In 33 Metern Tiefe wachsen zarte Pflänzchen in hydroponischen Regalsystemen, beleuchtet von rot-blauem Licht von LEDs. Neben den exakt steuerbaren Anbaubedingungen bezeichnen die Gründer Richard Ballard, Steven Dring und Sterne-Koch Michel Roux Jr. insbesondere die kurzen Lieferwege und Zeiten innerhalb der Stadt als entscheidenden Vorteil. Gemüse, das von den Farmen außerhalb geliefert wird, verliert auf den längeren Anfahrtswegen an Frische und ist aufgrund der hohen Transportkosten entsprechend teurer. Das sogenannte Urban Gardening hat also auch ökologische Vorteile: Bereits bevor die zarten Salate und Kräuter von Growing Underground überhaupt ausgeliefert werden, wird bei der Produktion dank grünem Strom, wiederverwendetem Wasser sowie LED-Lampen weniger Energie verbraucht, als bei herkömmlichen Gewächshäusern.

Ein ähnliches Projekt realisierte auch das chinesische Start-up Alecsa Life. Statt unterirdischer Tunnel funktionierten die drei Jungunternehmer aus Peking jedoch ausgediente Überseecontainer zu hochautomatisierten Hydrokulturfarmen um. Dank intelligenter Technik müssen in die Mini-Gewächshäuser maximal zwei Stunden menschliche Arbeitskraft pro Woche investiert werden, der Rest wird automatisch erledigt und kann aus der Ferne über eine Smartphone-App überwacht werden. Stolze 1.600 Salatköpfe, Selleriestauden und anderes Blattgemüse wachsen gleichzeitig in einem Container heran. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass die Container leicht transportiert, an jedem Ort platziert und sogar meterhoch übereinander gestapelt werden können.

Die dritte Dimension

Vertikale Gemüsefarmen für urbane Ballungsräume

Ebenfalls in die Höhe breitet sich ein weiterer landwirtschaftlicher Trend aus: das Vertical Farming. Die Konzepte sollen insbesondere aufzeigen, wie ein tragfähiger Anbau frischer Lebensmittel auch in Ballungsgebieten in mehrstöckigen Gebäuden möglich ist. Basierend auf Hydrokulturen und Kreislaufwirtschaft sollen auf mehreren übereinander gelagerten Ebenen ganzjährig Früchte und Gemüse kultiviert werden. Für solche „Skyfarmen“ sind in den vergangenen Jahren zahlreiche Modelle vorgestellt worden, der Grundstein für die Idee wurde aber bereits 1964 gelegt. In diesem Jahr stellte der österreichische Maschinenbauingenieur Othmar Ruthner sein 41 Meter hohes Turmgewächshaus auf der Internationalen Gartenschau in Wien vor.

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Heute ist die vertikale Landwirtschaft keine Vision mehr, sondern Realität. Die führenden Länder sind dabei China und Korea: Die Firma Skygreens erntet in ihren Gewächshochhäusern in Singapur bereits bis zu einer Tonne Salat, Pak Choi und Spinat pro Tag. Aber auch in Europa wird die Idee nach einigen fehlgeschlagenen Versuchen wie dem Deltapark in Rotterdam weiterverfolgt. Im schwedischen Lingköping plant die Firma Plantagon ein 60 Meter hohes Gewächshaus, das mit einer Biogasanlage verbunden werden soll. Das Kraftwerk liefert Wärme und CO2 und wird im Gegenzug mit pflanzlichen Abfallmaterial aus dem Treibhaus versorgt.

Die Tomatenfisch-Farm

Mit gekoppelten Prozessen lassen sich Synergien nutzen

Ausgeklügelte Energie- und Nährstoffkreisläufe sind ein grundlegender Bestandteil moderner Landwirtschaftsmodelle. Durch die Koppelung von verschiedenen Produktionsprozessen lassen sich nicht nur Kosten, sondern auch Ressourcen wie Wasser und Strom in erheblichem Maße einsparen. Dies macht sich zum Beispiel die Aquaponik zunutze, eine Landwirtschaftsform, die den Gemüseanbau in Hydrokultur mit der Fischzucht in Aquakultur kombiniert. Dabei dient den Pflanzen das stickstoff- und nitrathaltige Abwasser der Fischteiche als Dünger. Diese wiederum reinigen das Wasser und reichern es mit Sauerstoff an, so dass es anschließend in die Zuchtbecken zurückgeführt werden kann. Es handelt sich also im Wesentlichen um eine Reproduktion des natürlichen Stickstoffkreislaufs. In Deutschland beschäftigt sich das Projekt “Tomatenfisch” des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) mit der Thematik. Im Süden Berlins betreibt das Start-up ECF Farmsystems die größte Aquaponikanlage Europas.

Aquaponic

Gerade solch komplexe Anbauverfahren bedürfen moderner digitaler Gewächshaussysteme, die eine exakte Überwachung der Wachstumsbedingungen ermöglichen, Daten auswerten und die verschiedenen Klimafaktoren überwiegend automatisiert steuern. Um eine optimale Umgebung für das Pflanzenwachstum zu schaffen, müssen diese Faktoren aufgrund von sensorgenerierten Daten bedient und stetig angepasst werden. Wie das funktionieren kann, demonstriert das DIY-Projekt Intel Edison Gardener im kleinen Rahmen. IoT-basierte Technologien und Systeme eröffnen aber nicht nur Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung der Produktion, sondern auch zum Design hoch spezialisierter Lebensmittel.

Spezialisierte Lebensmittel

Computer bestimmen die Nährstoffmenge im Gemüse

Diesen Ansatz verfolgt beispielsweise der japanische Technologiekonzern Fujitsu, der in einer ehemaligen Halbleiterfabrik kaliumarmen Spinat und Salat züchtet, die auch für Menschen mit Niereninsuffizienz unbedenklich sind. Durch die computergesteuerte Anpassung der Nährlösung, die den Pflanzen zur Verfügung gestellt wird, kann die Nährstoffaufnahme beeinflusst werden. Die keimfreie Umgebung ermöglicht es, beim Anbau keinerlei Pestizide zu verwenden.

Zur Datenanalyse nutzt Fujitsu seine Cloud-Computing-Plattform Akisai, die das Unternehmen für die japanische Lebensmittelindustrie entwickelt hat. Die SaaS-basierte Lösung bietet jedoch Services weit über die Produktionssteuerung hinaus. Dahinter verbirgt sich ein umfassendes Managementsystem für die Nahrungsmittelbranche, das die gesamte Produktions- und Lieferkette visualisiert und die einzelnen Dienstleister miteinander vernetzt. Dadurch kann auf Veränderungen bei Angebot und Nachfrage schneller reagiert beziehungsweise diese besser aufeinander abgestimmt werden, um Lieferengpässe sowie Überproduktionen weitestgehend zu vermeiden.

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Weitere Vorteile des Systems sind, dass Kosten für Ernteeinheiten und sogar für ein einzelnes Stück Obst wesentlich genauer berechnet werden können. Auch die Dokumentation sämtlicher Daten zu Produktion und Vertrieb dient den Händlern dazu, die vom Konsumenten immer stärker geforderte Herkunftstransparenz zu gewährleisten. Wusste er zuvor nur, dass die Lieferung Tomaten aus einem bestimmen Gewächshaus in Spanien stammt, erhält er nun Informationen darüber, wann jede Frucht gepflanzt und womit sie gedüngt wurde, welcher Mitarbeiter sie geerntet und verpackt hat und über welche Zwischenhändler sie schließlich ins Supermarktregal gelangt ist.

Die Zukunft der Landwirtschaft

Das Internet of Things kann die Branche nachhaltig verändern

Die Ansprüche an Transparenz und nachhaltige Produktion von Lebensmitteln werden noch weiter steigen. Vor diesem Hintergrund kann das Internet of Things zukünftig innovative Lösungen bieten und die Landwirtschaft revolutionieren. Da die Nahrungsmittelherstellung zu den größten und wichtigsten Industrien gehört, ist es nicht überraschend, dass sowohl große Technologiefirmen wie auch Start-Ups nach neuen Ansätzen in diesem Bereich forschen.

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Auch Intel gehört aufgrund seiner unterschiedlichen IoT-Technologien und den damit verbundenen Lösungen und Projekten – dazu zählt beispielsweise ein mit dem deutschen Unternehmen MyOmega umgesetztes Weinanbau-Pilotprojekt – bereits zu den Technologie-Leadern im Bereich Food und Agrikultur. Qualitätssicherung und Nachhaltigkeit, aber auch globale Probleme wie Urbanisierung sowie Wasser- und Lebensmittelknappheit sind Themen, in deren Rahmen die moderne Informations- und Kommunikationstechnologie neue Wege weisen kann – und wird.

Cover-Foto: Facebook – Growing underground (Montage)
Bild 1: Wikipedia – valcenteu (CC BY-SA 3.0)
Bild 2: Facebook – Growing underground
Bild 3: Facebook – Plantagon
Bild 4: Flickr – IMCBerea College (CC BY 2.0)

Bild 5 & 6: Fujitsu

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