Grüne Branche

Forschung: Growtainer zur Indoor Produktion

Welche Bedingungen ermöglichen ein optimales Wachstum mit entsprechender Qualität bei der Indoor-Produktion? Im neuen Growtainer der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf gehen Studierende und Wissenschaftler der Fakultät Gartenbau und Lebensmitteltechnologie dieser Frage nach, um den Mehrwert von Kunstlichtsystemen zu untersuchen.

Versuchsaufbau im Growtainer: Ivonne Jüttner, Prof. Dr. Heike Mempel, Dr. Lukas Scholz (Gemüsering Thüringen) und Präsident Dr. Eric Veulliet

Fokus auf Vor- und Nachteile von Indoor Farmen

Das mobile Gewächshaus wird zu Forschungs- und Lehrzwecken für zehn Jahre von der Firma „Gemüsering Thüringen“ finanziert. Der voll isolierte Container wurde speziell modifiziert, um optimale Produktionsbedingungen für vertikale Pflanzensysteme zu schaffen, unabhängig von der Umgebung und des Klimas. Der Container wird insbesondere für Forschungsprojekte im Bereich „urban farming“ eingesetzt, die von Prof. Dr. Heike Mepel geleitet wird und sich mit den Vor- und Nachteilen einer geschlossenen Indoor Farm ohne Sonnenlicht auseinandersetzt.

Die Gartenbauingenieurin Ivonne Jüttner befasst sich im Rahmen ihres Projektes „Produktqualität und Ressourceneffizienz bei der Pflanzenproduktion in Indoor-Farming-Systemen“ mit einer ökonomisch und ökologisch sinnvollen Kulturauswahl und der Entwicklung und Optimierung der zugehörigen Verfahren im komplett geschlossenen Kulturraum. Zu Jüttners Aufgaben gehört die Erstellung von Input- und Output-Bilanzen aller Stoff- und Energieströme und bewertet diese im Hinblick auf ihre Nachhaltigkeit und mit dem übergeordneten Ziel der Ressourcenschonung. Gefördert wird das Projekt vom Bayerischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten.

Wasserverbrauch wird enorm reduziert

In einem weiteren Versuch von Ivonne Jüttner wird das Transpirationsverhalten der wachsenden Pflanze in der geschlossenen Umgebung des Containers untersucht. Die treibende Kraft für die Nährstoff- und Wasseraufnahme durch die Wurzeln stellt der Transpirationsstrom dar und wirkt sich auf das Pflanzenwachstum aus. Gleichzeitig führt die Transpiration zu erhöhter Luftfeuchtigkeit im geschlossenen Kulturraum, die mit technischen Mitteln entfernt werden muss und in das Bewässerungssystem zurückgeführt wird, um den Transpirationsstrom aufrechtzuerhalten.

Der hier für Indoor Farming Systeme deutliche Vorteil liegt in der enormen Reduzierung des Wasserverbrauches. So beeinflusst die Wasseraufnahme der Pflanze die spätere Trockenmasse der Produkte und damit die Qualität. Aktuell arbeitet Jüttner daran, die Temperatur- und Luftfeuchteverteilungen sowie die Luftbewegung, die durch zwei installierte Ventilatoren verursacht wird, ganzheitlich zu erfassen und zu visualisieren.

Beeinflussung durch Bauart und Kultursystem

Das Klima im Growtainer wird erheblich durch die Bauart des Containers und durch das Kultursystems beeinflusst. Die exakt steuerbare und homogene Kulturführung in geschlossenen Systemen mit LED-Belichtung stellt einen erheblichen Vorteil gegenüber herkömmliche Kultursysteme dar. Die präzise Kontrolle von Klima und Wachstumsbedingungen wirkt sich gezielt auf den Aufwuchs und die Inhaltsstoffe aus. Diese Bedingungen ermöglichen eine ganzjährige und gleichbleibende Produktion. 2019 soll eine wissenschaftliche Bewertung zur Funktionalität des Growtainers zum Zeitpunkt der Auslieferung erstellt werden. Nach der Ermittlung von Schwachstellen erfolgt im weiteren Projektverlauf eine Optimierung der technischen Ausstattung.

Moderne Mess- und Sensortechnologien erfassen über die gesamte Projektlaufzeit Daten zum Ressourcenverbrauch sowie dem Pflanzenwachstum im Container. Trotz der Nutzung energiesparender LEDs sowie einer guten Isolierung von Indoor Farmen zeigen wissenschaftliche Studien, dass der Energieeinsatz gegenüber herkömmlichen Kulturmethoden den kritischsten Faktor darstellt. Dennoch wird die Ressourceneffizienz aufgrund eines reduzierten Wasser- und Pflanzenschutzmitteleinsatzes als wesentlicher Vorteil der Indoor Produktion genannt.

Erweitertes Farbenspektrum sinnvoll

Studierende des 5. Semesters Gartenbau Modul Gewächshaustechnik führen in einem der beiden Abteile erste Pflanzversuche durch. Untersucht wird unter anderem die Eignung verschiedener LED-Leuchten für die Kultur von Asia-Salaten. Auf mehreren Lagen werden die Pflanzen hydroponisch übereinander kultiviert. Die für die Photosynthese der Pflanzen benötigte Lichtenergie wird mittels LED-Module in den Regalebenen zur Verfügung gestellt und tauchen den Innenraum des Growtainers in violettes Licht, welches durch die Kombination der Spektralbereiche der Farben Blau und Rot entsteht.

Erkenntnisse aus dem abgeschlossenen Projekt „Energieeinsparung und Effizienzsteigerung in der gärtnerischen Produktion durch LED-Belichtungssysteme" belegen, weitere Farben neben Blau und Rot die Produktqualität sichtlich optimieren können, beispielsweise durch gelbes oder grünes Licht. Das Farbenspektrum erscheint dem menschlichen Auge Weiß und die unter den LED-Leuchten wachsenden Pflanzen in einem natürlichen Grün. Neben der positiven Auswirkung auf das Wachstum, erleichtert diese Vorgehensweise zudem die Arbeit im Growtainer. So rückt auch die Ermittlung des optimalen Lichtspektrum für Pflanzen und ihre spezifischen Wachstumsstadien in den Mittelpunkt der Forschung.