Klimakontrolle in der vertikalen Landwirtschaft: Optimierung von Erträgen und Energiekosten

Die Art wie wir weltweit Landwirtschaft betreiben, wird sich in naher Zukunft drastisch verändern müssen.Gegenwärtig ändern wir die Art und Weise, wie wir Lebensmittel produzieren", sagt Dr. William Stiles. "Die Art und Weise, wie wir dies bisher getan haben, ist oft umweltschädlich und wird als Produktionssystem durch den Klimawandel immer prekär."

"In den nächsten zehn Jahren wird es immer mehr Probleme bei der Aufrechterhaltung der Pflanzenproduktion kommen. Auch wenn dies nicht unbedingt jedes Jahr zu Ernteausfällen führt, so kann es doch zu einer größeren Nahrungsmittelunsicherheit in der gesamten nördlichen Hemisphäre führen."

Mit diesen sehr realen Aussichten am Horizont stellt die vertikale Landwirtschaft - auch bekannt als Controlled Environment Agriculture (CEA) - die Zukunft des Pflanzenanbaus dar. Eine Zukunft, in der die Lebensmittelproduktion kontrollierter und optimierter denn je sein wird.

In diesem Artikel gehen wir auf die Landwirtschaft unter kontrollierten Anbaubedingungen ein, sprechen das Problem der Energiekosten an und erklären, wie Dantherm und Vertikit Klimatisierungslösungen für die vertikale Landwirtschaft entwickeln, die genau diese Kosten senken.

Was ist vertikale Landwirtschaft?

Vertikale Landwirtschaft oder CEA ist ein landwirtschaftliches Verfahren, bei dem Pflanzen in geschlossenen Räumen übereinander angebaut werden, so dass die Anbaubedingungen optimal gesteuert werden können, um sowohl die Erträge als auch die Qualität der Erzeugnisse zu verbessern. Sie kann überall durchgeführt werden, von einem kleinen Schuppen oder Gewächshaus bis hin zu großen Anlagen und Lagerhäusern.

Da die Wahrscheinlichkeit größerer Ernteausfälle nach 2030 aufgrund des Klimawandels zunimmt, wird diese Technologie für die dauerhafte Ernährungssicherheit unseres Planeten entscheidend sein.

"Der entscheidende Aspekt, der CEA so wichtig macht, ist, dass diese Methode zur Ernährungssicherheit beiträgt", sagt Dr. Stiles.

"Wenn man bedenkt, dass es aufgrund von Ernteausfällen durch extreme Witterungsbedingungen weltweit zu großen Hungersnöten kommen kann - Szenarien, die ab 2030 sehr realistisch sind -, dann garantiert eine Technologie, die eine Umstellung von der Feldproduktion auf die CEA-Produktion ermöglicht, dass wir unter allen Bedingungen eine gewisse Nahrungsmittelproduktion haben werden.

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Vorteile vertikaler Indoor-Farmen

Abgesehen von der lebensnotwendigen Sicherheit der Nahrungsmittelproduktion bietet CEA zahlreiche Vorteile gegenüber traditioneller Anbaumethoden:

Höhere Ernteerträge und -qualität

Die vertikale Landwirtschaft verbessert nicht nur die Zuverlässigkeit der Pflanzenproduktion, sondern auch Ernteerträge und -qualität. Diese Methode ist ungefähr 5-10 Mal effizienter als der traditionelle Anbau.

Bei einem herkömmlichen Salatanbau zum Beispiel würden Sie mit 1-2 Ernten pro Jahr rechnen. In einer gut kontrollierten vertikalen Landwirtschaft können Sie wahrscheinlich jeden Monat eine Ernte einfahren.

Darüber hinaus ermöglicht die relativ kompakte Bauweise der vertikalen Landwirtschaft den Landwirten, ihr Angebot erfolgreicher zu diversifizieren - nützlich in einer Zeit, in der nur 5 % des landwirtschaftlichen Einkommens aus der "Landwirtschaft" stammen.

Kontrolle des Wachstums von Schlüsselerzeugnissen

Die vertikale Landwirtschaft ermöglicht es den Erzeugern, die Umgebung der Pflanzen nach Belieben zu gestalten. Man kann die Pflanzen zwingen, auf eine bestimmte Weise zu wachsen oder Materialien in größerer Menge zu produzieren, indem man sie bestimmten Umweltfaktoren aussetzt.

"Pflanzen haben ein hohes Maß an Plastizität", erklärt Dr. Stiles. "unter unter suboptimalen Wachstumsbedingungen können sie nicht gedeihen, sie müssen also ihre Physiologie anpassen, um einen gewissen Umweltstress zu bewältigen .

"Daher ist es möglich, die Pflanzen durch bestimmte Stressfaktoren dazu zu zwingen, ihre Form und ihre chemische Struktur anzupassen. Dies kann zur Produktion von Erzeugnissen führen, , die aus produktionstechnischer Sicht von Vorteil sind.

Ein gutes Beispiel hierfür ist die Narzisse, die bekanntermaßen einen Stoff namens Galantamin produziert, welcher in Alzheimer-Medikamenten verwendet wird. Die Produktion dieser Substanz wird erhöht, wenn diese Pflanze in Berggebieten angebaut wird (ein Phänomen, das als "Black-Mountain-Effekt" bezeichnet wird, benannt nach dem Ort, an dem es erstmals beobachtet wurde). Der Anbau von Pflanzen in Bergregionen ist jedoch eine Herausforderung.

Stattdessen können die Landwirte mit Hilfe der CEA-Technologien genau die Umweltbedingungen nachbilden, die zur Maximierung der Produktion dieser Verbindung erforderlich sind, und zwar unter Bedingungen, unter denen die Produktion überschaubar und beständig ist.

Diese genau kontrollierte Umgebung ermöglicht auch die konsequente Entwicklung von gefragten Lebensmitteln, wie z. B. rote Kresse, oder die Möglichkeit, Pflanzen anzubauen, die in bestimmten Ländern nicht heimisch sind.

Geringere Bodendegradation

Werden die Pflanzen in einer eigens dafür errichteten Anlage vertikal übereinander angeordnet, bedeuted das ein enormes Einsparpotential hinsichtlich der Flächennutzung:

Für regionale Landwirte bietet dieser Ansatz die Möglichkeit , ein Stallgebäude oder einen kleinen Container für die einzelnen Anbaukulturen zu nutzen und die freiwerdende Agrarfläche für andere Zwecke zu nutzen, z. B. für den Anbau alternativer Anbauprodukte oder zur Diversifizierung.

Warum ist Klimakontrolle so wichtig für die vertikale Landwirtschaft?

Das Geheimnis hinter verbesserten Erträgen und ganzjährigem Wachstumspotenzial in der vertikalen Landwirtschaft ist eine effektive Klimakontrolle. Diese Systeme sorgen für die Aufrechterhaltung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität und anderen Faktoren, die die Pflanzen für optimales Wachstum und Qualität benötigen.

Mit den richtigen Entfeuchtern, Heizgeräten, Kühlern und Belüftungssystemen kann jeder Landwirt in einem beliebigen (Stall)-Gebäude oder Container den perfekten Sommertag" (oder perfekten Wintertag, je nach Ernte!) nachbilden und diese Bedingungen 365 Tage im Jahr aufrechterhalten.

Was sind optimale Bedingungen für den Anbau von Kulturpflanzen?

Diese Werte variieren , je nachdem, welche Pflanzen Sie anbauen wollen, aber viele Pflanzen gedeihen bei Temperaturen um 25 ºC und einer Luftfeuchtigkeit von 65 % r.F.. Das optimale Klima für eine Pflanze ändert sich jedoch in den verschiedenen Phasen ihrer Entwicklung:

Was sind die größten Herausforderungen bei der Klimakontrolle in der vertikalen Landwirtschaft?

Bei den vertikalen Anbauprojekten, die wir bei Dantherm unterstützt haben, war eine der größten Herausforderungen die Wärmebelastung. LED-Leuchten, Luftentfeuchter und andere Faktoren fügen diesen geschlossenen Räumen erhebliche Wärme zu.

Wir haben, Luftentfeuchter mit ferngesteuerten Kondensatoreinheiten (RCU) geliefert, die gleichzeitig die Luft kühlen und die Luftfeuchtigkeit kontrollieren. In größeren CEA-Einrichtungen sorgen unsere effektiven Belüftungssysteme für eine umfassende Kontrolle von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftqualität.

Wir haben auch hinsichtlich Lösungen zur Kontrolle des Dampfdruckdefizits (VPD) beraten. Dieses beeinflusst die Verdunstung aus den Stomata einer Pflanze und wird stark von der Umgebungsfeuchtigkeit beeinflusst. Die meisten Pflanzen gedeihen bei einem VPD-Wert zwischen 0,4 und 1,6 - bei einem niedrigeren oder höheren Wert kann eine Pflanze die Fähigkeit zur Photosynthese verlieren.

Durch unsere enge Zusammenarbeit mit Landwirten, die mit uns gemeinsam den Einstieg in die CEA-Landwirtschaft begonnen haben, haben wir zur Einführung geeigneter, energieeffizienter Entfeuchtungslösungen beigetragen, die sicherstellen, dass die VPD-Werte in einem idealen Bereich bleiben.

Die Energiekosten der vertikalen Landwirtschaft

Trotz der immensen Möglichkeiten, die die vertikale Landwirtschaft bietet, hat ihr hoher Energiebedarf bisher verhindert, dass sie zum neuen Standard für die Landwirtschaft wird.

"Das Problem bei der CEA ist, dass sie sehr energieintensiv ist, und Energie ist teuer - vor allem unter den derzeitigen Bedingungen", erklärt Dr. Stiles.

"Im Vergleich zu konventionellen Anbausystemen ist es ein teurer Produktionsansatz, was bedeutet, dass die angebauten Produkte einen ausreichend hohen Wert haben oder in ausreichend großen Mengen produziert werden müssen, um die höheren Kosten auszugleichen.

Die vertikale Landwirtschaft war bisher weitgehend auf die Produktion hochwertiger Produkte beschränkt, wie z. B. Mikrogemüse (Microgreens), die auf Bauernmärkten hohe Preise erzielen.

In diesem frühen Stadium der Entwicklung von CEA ist es schwierig, den Anbau von Getreide und anderen Feldfrüchten im Verhältnis zum Energiebedarf wirtschaftlich zu gestalten. Da aber der Bedarf an vertikaler Landwirtschaft wächst, muss dieses Problem in absehbarer Zukunft angegangen werden.

"CEA wird sich angesichts der Herausforderungen, vor denen wir stehen, höchstwahrscheinlich durchsetzen", sagt Dr. Stiles. "Derzeit wird sie stark kritisiert, weil die Menschen sich nicht vorstellen können, dass diese Anbauform wirtschaftlich sein kann - aber ist man erstmal mit einer allgemeinen Nahrungsmittelknappheit konfrontiert, sind die Energiekosten vielleicht nicht mehr der wichtigste Faktor".

Energiekosten in der Indoor-Landwirtschaft senken

Was können Landwirte, die eine Diversifizierung durch vertikale Landwirtschaft anstreben, jetzt tun, um die Energiekosten zu senken?

Zunächst einmal empfehlen wir, mit CEA klein anzufangen, anstatt sich direkt in eine große Anlage zu stürzen. So können Sie die Herausforderungen verstehen, die mit dem Anbau einer bestimmten Kultur verbunden sind, und nach und nach die Technologie hinzufügen, die Sie benötigen, um diese zu bewältigen.

Von da an wird es zu einer Frage des Gleichgewichts zwischen Kontrollparametern und Energiekosten. Stellen Sie sich das wie eine Glockenkurve vor - auf der einen Seite gibt es 100 % igeKontrolle über die Bedingungen, aber eine hohe Energierechnung. Auf der anderen Seite befindet sich eine einfachere Einrichtung, die jedoch weniger Energie verbraucht.

Ihre ideale Lösung wird irgendwo dazwischen liegen. Sie müssen ein gewisses Maß an Kontrolle aufgeben und den Energieverbrauch auf die wichtigsten Variablen konzentrieren - Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Beleuchtung, Wasser, Nährstoffe usw.

Dies ist effektiver, wenn Sie wissen, welche Pflanzen Sie anbauen und was Sie erreichen wollen. Ob es sich um maximale Erträge, die Herstellung eines bestimmten Produkts oder den Anbau von Pflanzen einer bestimmten Farbe oder Form handelt, Sie können Ihre Klimakontrolle auf diese Ziele abstimmen.

Um die Energiekosten der vertikalen Landwirtschaft zu senken, ist es ratsam, in energieeffiziente Technologien zu investieren.

LED-Glühbirnen sparen Energie bei der Beeinflussung der Lichtwellenlängen auf Ihre Pflanzen. Wärmerückgewinnungstechnologie sorgt für eine kostengünstige Wiederverwendung von Energie. Luftentfeuchter und Lüftungsgeräte mit automatischer Steuerung sorgen für optimale Bedingungen und begrenzen den Energieverbrauch.

Einstieg in die Landwirtschaft mit kontrollierter Umgebung mit Dantherm & Vertikit

Wir bei Dantherm wissen, wie wichtig die vertikale Landwirtschaft für unsere Zukunft ist. Deshalb haben wir in die Entwicklung von Lösungen investiert, die dazu beitragen, die Kosten für Landwirte, die solche Anlagen einrichten wollen, zu minimieren – ein Ziel, das unsere Partner bei Vertikit mit uns teilt.

"Ich habe viele Gespräche mit Landwirten geführt, die in den CEA-Bereich einsteigen wollten, dazu aber finanziell nicht in der Lage waren", erklärt Dr. Stiles. "Die Kosten für einen vorgefertigten Vertical-Farming-Container belaufen sich auf etwa 100.000 £ (116.000 €).Das ist für viele bestehende Lebensmittelproduktionsbetriebe eine zu hohe Investition.

"Vertikit arbeitet daran, die Technologie zu finden, mit der diese kontrollierten Räume kostengünstiger geschaffen werden können. Wir haben uns nach Geräten wie Luftentfeuchtern umgesehen und sind so auf die Dantherm Group gestoßen."

Mit unserem Angebot an Klimatisierungslösungen für die vertikale Landwirtschaft, das von effizienten Luftentfeuchtern für CEA-Start-ups bis hin zu leistungsstarken Belüftungssystemen für größere Anlagen reicht, können wir Landwirten in jeder Phase ihrer vertikalen Landwirtschaft helfen, ideale Bedingungen zu schaffen.

Dantherm ist mehr als nur ein Produkthersteller - wir sind ein Lösungsanbieter. Mit jahrzehntelanger Erfahrung in der Klimakontrolle entwickeln wir passende, kostenbewusste Systeme, die Ihren Bedürfnissen entsprechen. Und mit dem Zugang zum landwirtschaftlichen Fachwissen von Dr. Stiles und dem Team von Vertikit können wir unsere Kunden an den idealen Berater für die Ausarbeitung einer kompletten, effizienten CEA-Einrichtung verweisen.

"Wir glauben, dass diese Technologie für unsere Zukunft absolut notwendig ist", sagt Dr. Stiles. "Unser Ziel ist es, diese Industrie in Gang zu bringen und wirtschaftlich zu machen, damit wir schnell genug diversifizieren können, um die schlimmsten Szenarien in Bezug auf den Verlust der Ernährungssicherheit zu vermeiden.

"Wir haben von Dantherm enorme Hilfe und Unterstützung erhalten. Sie haben uns Wege eröffnet, die sonst nicht möglich gewesen wären, um unser weiteres Wachstum zu unterstützen.

Wenn Sie daran interessiert sind, das Potenzial der vertikalen Landwirtschaft zu erkunden, oder wenn Sie sich für unser breiteres Angebot an Klimatisierungslösungen für die Landwirtschaft interessieren, setzen Sie sich noch heute mit unserem Team in Verbindung, indem Sie das nachstehende Formular ausfüllen.

Dr. William Stiles ist Dozent an der Universität Aberystwyth für BioInnovation Wales. Er leitet das Wissensaustauschzentrum in IBERS für Farming Connect und Biomass Connect und ist Direktor von Vertikit.