Da die Bedingungen in einer vertikalen Farm vollständig kontrolliert werden, können Pflanzen auch in extremen Umgebungen wie Wüsten oder kalten, dunklen Gebieten wachsen. Bevor die vertikale Landwirtschaft in großem Maßstab eingeführt werden kann, müssen jedoch noch einige Probleme gelöst werden, wie etwa der hohe Energieverbrauch.
Eine intelligentere Nutzung des künstlichen Lichts kann zu erheblichen Einsparungen führen, wie Untersuchungen der Wageningen University & Research (WUR) ergeben haben. Und auch die Pflanzengesundheit verbessert sich.
In einer vertikalen Farm kann jedes Detail der Anbaubedingungen kontrolliert werden. Dies ist wichtig für hohe Erträge, gute Qualität und eine effiziente Nutzung von Ressourcen wie Wasser und Pflanzennahrung. Die Schaffung optimaler Bedingungen für die Pflanzen erfordere einen hohen Energieverbrauch. Darüber hinaus sind konstante Umgebungsbedingungen auch ein Merkmal vieler vertikaler Anbausysteme. So geben die für das Pflanzenwachstum erforderlichen Lampen jeden Tag die gleiche Lichtmenge ab, und der Thermostat bleibt immer auf der gleichen Einstellung. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass dies oft unnötig ist. „Ein dynamischerer Ansatz kann die Energiekosten erheblich senken, während die Pflanzenentwicklung gleich bleibt oder sich sogar verbessert“, sagt Leo Marcelis von der Wageningen University & Research.
Den Forschern zufolge spielt die Beleuchtung eine Schlüsselrolle: Pflanzen brauchen Licht für die Photosynthese, und verschiedene Lichtwellenlängen, die wir als Farben wahrnehmen, beeinflussen das Pflanzenwachstum auf unterschiedliche Weise. „Da Pflanzen für eine optimale Entwicklung nicht immer das gleiche Licht benötigen, kann durch eine dynamische Umweltsteuerung besser auf die spezifischen Bedürfnisse der Pflanzen zu verschiedenen Zeiten eingegangen werden. Das führt zu einem besseren Wachstum und einer besseren Qualität der Pflanzen“, sagt Marcelis. Sie ermöglicht auch eine intelligente Reaktion auf Energiepreisschwankungen, indem sie mehr Strom verbraucht, wenn die Tarife niedrig sind, und so Kosten spart. Die dynamische Umweltkontrolle steigert die Effizienz des vertikalen Anbaus und erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass diese Anbaumethode in Zukunft eine echte Alternative zum Gewächshausanbau sein wird.
Die Forscher haben ein Modell entwickelt, das auf pflanzenphysiologischen Kenntnissen in Verbindung mit neuen Sensoren und Modellierungstechniken beruht. Darüber hinaus wurden Pflanzenarten verwendet, die speziell für die vertikale Landwirtschaft gezüchtet wurden. Das Computermodell wurde so konzipiert, dass die Photosynthese der Pflanzen über den Tag hinweg konstant gehalten und gleichzeitig die Stromkosten minimiert werden. Allein durch die Variation der Lichtintensität innerhalb eines Tages ist es möglich, die Kosten um 12 % zu senken, so die Forschungsergebnisse.
Die Forscher untersuchten auch den Einfluss einer variablen Lichtintensität auf das Wachstum von Blattgemüse wie Spinat, das häufig in vertikalen Anbausystemen angebaut wird. Sie stellten keine negativen Auswirkungen fest, selbst wenn die Pflanzen nicht einem festen Muster, sondern einer unregelmäßig variierenden Lichtintensität ausgesetzt waren.
Wachstumsfaktoren wie Lichtintensität und Temperatur können auch in herkömmlichen Gewächshäusern dynamisch gesteuert werden, in denen zunehmend nachhaltige Energiequellen wie Sonnen- und Windenergie eingesetzt werden. Die schwankende Verfügbarkeit dieser Energiequellen führt zu großen Schwankungen bei Angebot und Preis von Strom. Sowohl Gewächshäuser als auch vertikale Anbausysteme können davon profitieren, wenn sie auf diese Schwankungen reagieren.
Neue Kultursorten, die speziell für vertikale Anbausysteme entwickelt wurden, können dazu beitragen, die vertikale Landwirtschaft rentabler zu machen. Diese Sorten können speziell auf die Bedingungen in kontrollierten Umgebungen zugeschnitten werden. Außerdem bietet dies die Möglichkeit, sich mehr als bei den bestehenden Sorten auf Verbesserungen des Geschmacks und des Nährwerts zu konzentrieren und weniger auf Festigkeit und Haltbarkeit, die bisher oft im Vordergrund standen.
Bevor die vertikale Landwirtschaft in vollem Umfang zur Lebensmittelproduktion beitragen kann, müssen nach Ansicht der Forscher noch andere wichtige Hindernisse beseitigt werden. So sind viele der vorgeschlagenen Lösungen noch nicht umfassend getestet worden. Außerdem brauchen Landwirte, die vertikale Anbausysteme nutzen, gute Sensoren und Modelle, um die Umweltfaktoren optimal zu steuern. „Wenn wir die Umweltfaktoren in vertikalen Farmen dynamisch steuern, können wir sowohl den Energieverbrauch als auch die Kosten senken. Das wiederum wird die Rentabilität und Nachhaltigkeit dieser Betriebe erhöhen“, so Marcelis abschließend.
