Vertical Farming: Sicherer Anbau von pflanzlichen Lebensmitteln – ohne lange Lieferwege

Es sind große Herausforderungen, vor denen die Lebensmittelindustrie und hier gerade die Landwirtschaft als Produzentin pflanzlicher Nahrungsmittel steht. Obst und Gemüse legen häufig weite Strecken zurück, bis sie schließlich beim Verbraucher landen. Das belastet unser Klima.

Gleichzeitig ist es genau dieser Industriezweig, der den Klimawandel bereits jetzt deutlich zu spüren bekommt: Extremwetterereignisse wie Dürren oder Starkregen sorgen immer häufiger für Ernteausfälle – und damit schlimmstenfalls für lebensbedrohlichen Hunger in einigen Regionen der Erde.

Es wird also höchste Zeit, Alternativen zu finden, mit denen die wachsende Weltbevölkerung langfristig ernährt werden kann. Eine Antwort auf diese Herausforderungen ist Vertical Farming. Auch die Meissner AG leistet hier ihren Beitrag zu einer nachhaltigeren Lebensmittelversorgung und stellt ihr Know-How in diesem Bereich zur Verfügung.

Dieser Artikel bietet Ihnen zunächst einen Überblick über „Vertical Farming“, die verschiedenen Formen und Systeme sowie die aktuellen Entwicklungen.

1. Was versteht man unter „Vertical Farming“?
2. Formen des Vertical Farming im Überblick
   1. Plant Factory with artificial lighting (PFAL)
   2. Controlled Environment Agriculture (CEA)
   3. Vertical Farming in Containern
   4. Deep Farming
   5. Gewächshäuser für Vertical Farming
   6. In-Store-Farms
   7. Vertical Farming für das eigene Zuhause
3. Zufuhr von Wasser und Nährstoffen beim Vertical Farming
   1. Hydroponic Farming
   2. Aquaponic Farming
   3. Aeroponic Farming
4. Vertical-Farming-Beispiele: Wo es bereits im Einsatz ist
   1. Vertical Farming im Supermarkt
   2. Die größere Variante: Vertical Farming-Container
5. Vor- und Nachteile von Vertical Farming
   1. Vorteile: Versorgung der Weltbevölkerung in Zeiten des Klimawandels
   2. Nachteil des Vertical Farming: hoher Energieverbrauch
6. OrbiPlant®: Weiterentwicklung des Vertical Farming
   1. Die Vorteile von OrbiPlant®: der orbitropale Effekt und geringere Kosten

Was versteht man unter „Vertical Farming“?

„Vertical Farming“ bezeichnet den kommerziellen Anbau von Pflanzen, der allerdings vertikal stattfindet. Beim Vertical Farming werden in erster Linie pflanzliche Nahrungsmittel angebaut, etwa Salate, Kräuter und Gemüse.

Während der herkömmliche Anbau in der Landwirtschaft in der Breite stattfindet, also nebeneinander wie auf einem Acker, geht man beim Vertical Farming in die Höhe: Die Pflanzen werden übereinander angebaut, meist in mehreren Etagen.

Das Konzept ist nicht mehr ganz neu: Bereits in den 60er Jahren wurden in Deutschland, Österreich und der Schweiz erste Turmgewächshäuser gebaut. Den Begriff „Vertical Farming“ prägte seit 1999 Professor Dickson Despommier von der Columbia University.

Formen des Vertical Farming im Überblick

Wie bei vielen anderen Technologien gibt es auch beim Vertical Farming nicht „die eine“ Form. Verschiedene Start-ups und etablierte Unternehmen arbeiten und experimentieren mit unterschiedlichen Anlagen. Die wichtigsten haben wir hier im Überblick:

Plant factory with artificial lighting (PFAL)

Übersetzt meint der Begriff eine Pflanzen-„Fabrik“ mit künstlicher Beleuchtung. Dabei handelt es sich häufig um lagerhausähnliche Strukturen mit Regalsystemen. Zu den Pflanzen gelangt kein Tageslicht von außen, die Anlagen werden künstlich beleuchtet.

Oft kommen zur künstlichen Beleuchtung auch eine Wärmeisolierung oder sogar kontrollierte Umweltfaktoren hinzu (CEA, siehe nächster Abschnitt).

Controlled Environment Agriculture (CEA)

Hierbei werden alle Umweltfaktoren kontrolliert. Die Anlagen verfügen nicht nur über eine künstliche Beleuchtung, sondern auch Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO2 werden automatisch geregelt.

Das bedeutet, dass ganzjährig Nahrungsmittel produziert werden können, die Produktion besonders effizient ist und die Pflanzen über eine hohe Qualität verfügen.

Vertical Farming in Containern

Der große Vorteil von Container-Farmen ist, dass sie mobil eingesetzt werden können. In der Regel werden hierfür Schiffscontainer genutzt. Diese werden mit vertikalen Regalsystemen ausgestattet. Auch in Containern kommt häufig CEA-Technik zum Einsatz, um alle Umweltfaktoren ideal für das Pflanzenwachstum zu steuern.

Deep Farming

Wie der Name schon sagt, werden die Anlagen hier in die Tiefe verlegt, der Anbau findet also unterirdisch statt. Deep Farms können beispielsweise in ehemaligen Tunneln oder Minenschächten aufgebaut werden.

Die vorherrschende Temperatur und Luftfeuchtigkeit dort sorgen dafür, dass weniger Energie nötig ist, um diese Umweltfaktoren künstlich herzustellen. Außerdem können Deep Farms theoretisch Grundwasser nutzen, das sich in der Nähe befindet.

Gewächshäuser für Vertical Farming

Dies ist ein eher traditioneller Ansatz: Auch in Gewächshäusern werden Pflanzen mittlerweile in der Vertikalen angebaut. Das hat den Vorteil, dass keine künstliche Beleuchtung nötig ist. Allerdings muss dabei darauf geachtet werden, dass die Pflanzen in tieferen Ebenen noch ausreichend Licht bekommen. Das kann zum Beispiel durch pyramidenartig aufgebaute Systeme oder rotierende Ebenen gelöst werden.

In-Store-Farms

Diese kleineren Varianten des Vertical Farming hat der eine oder andere vielleicht schon in Supermärkten gesehen: Mit solchen Produktionseinheiten bekommen auch Verbraucher einen Einblick in die Welt des vertikalen Anbaus. So können etwa Kräuter direkt im Supermarkt produziert werden. Hierzu verfügen die Anlagen mindestens über eine künstliche Beleuchtung, oft können auch weitere klimatische Bedingungen geregelt werden.

Vertical Farming für das eigene Zuhause

Inzwischen gibt es auch sehr kleine Farmen, die der Endverbraucher selbst zu Hause oder im Büro nutzen kann. Dieser Artikel bezieht sich jedoch ausschließlich auf den industriellen Anbau im größeren Stil.

Zufuhr von Wasser und Nährstoffen beim Vertical Farming

Für eine ertragreiche Produktion von pflanzlichen Nahrungsmitteln ist selbstverständlich eine Voraussetzung, dass die Pflanzen ausreichend mit Wasser und Nährstoffen versorgt werden. Auch dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie dies erreicht wird. Wir geben Ihnen hier einen kurzen Überblick über die verschiedenen Systeme:

Hydroponic Farming

Beim Hydroponic Farming wachsen die Pflanzen in einer Hydrokultur auf. Sie sitzen also nicht wie üblich in Erde, sondern komplett im Wasser. Durch das Wasser erhalten die Pflanzen Sauerstoff und zusätzlich wertvolle Nährstoffe. Das verwendete Wasser fließt dabei zurück in den Kreislauf und wird somit wiederverwertet.

Aquaponic Farming

Dies ist eine spezielle Form des Hydroponic Farming. Die Besonderheit ist, dass nicht nur die Pflanzen im Wasser sitzen, sondern zusätzlich auch Fische darin gezüchtet werden.

Das hat einen großen Vorteil: Abfälle aus der Fischzucht liefern den Pflanzen gleichzeitig wichtige Nährstoffe. Somit muss kein zusätzlicher Dünger ins Wasser gegeben werden.

Aeroponic Farming

Auch das Aeroponic Farming ist eine Form des Hydroponic Farming: Allerdings sitzt dabei jede Pflanze in einem eigenen Gefäß, in dem sich Wasser und Nährstoffe befinden. Das sorgt dafür, dass die Pflanzen unabhängig von einer Ebene sind (wie bei den klassischen Regalsystemen).

Diese Form der Wasser- und Nährstoffzufuhr eignet sich insbesondere für vertikal ausgerichtete Regalsysteme (wenn die Pflanzen sozusagen an Wänden wachsen) oder für rotierende Systeme wir unsere OrbiPlant®-Anlage. Dazu später mehr.

Vertical-Farming-Beispiele: Wo es bereits im Einsatz ist

Inzwischen berichten Medien von immer mehr Beispielen, wo Vertical Farming bereits heute in der Praxis eingesetzt und erfolgreich getestet wird. Vor allem Supermärkte haben ein Interesse daran, Kräuter und Salate in direkter Nähe zu den – oder sogar in den – Verkaufsräumen zu produzieren. Immerhin entfallen so Lieferwege und Transportkosten.

Vertical Farming im Supermarkt

Edeka, Metro und die Schweizer Supermarktkette Migros nutzen Vertical Farming in In-Store-Farms, also im kleineren Stil direkt in einigen Märkten: Farmen, die etwa so groß sind wie ein Kühlschrank, stehen in unmittelbarer Nähe zu Obst- und Gemüseregalen. So können sich Verbraucherinnen und Verbraucher ein Bild der Produktion machen – und wissen gleichzeitig, dass sie beispielsweise frische Kräuter kaufen, die weder lange Lieferwege hinter sich haben noch mit Pestiziden behandelt wurden.

Mehr dazu lesen Sie in diesem Artikel in der WirtschaftsWoche.

Die größere Variante: Vertical Farming-Container

Eine größere Farm testet die österreichische Supermarkt-Kette Billa in Wien: Auf dem Gelände eines Marktes werden pflanzliche Lebensmittel in einem Seecontainer produziert. Das geschieht nicht ganz im Verborgenen: Kundinnen und Kunden können durch eine Glasscheibe Einblicke bekommen.

Laut der REWE-Group, zu der Billa gehört, können in diesem Container jeden Monat 2.000 bis 3.000 Einheiten produziert werden. So wird der Markt fast täglich mit frischen Kräutern und Salaten versorgt.

Mehr dazu lesen Sie hier auf der Website der REWE-Group.

Vor- und Nachteile des Vertical Farming

Wie bereits erwähnt, ist Vertical Farming mit dem fortschreitenden Klimawandel mehr in den Fokus gerückt. Mit Blick auf heutige und zukünftige Herausforderungen bietet der vertikale Anbau von Nahrungsmittelpflanzen zahlreiche Vorteile. Andererseits gibt es wie bei allen relativ jungen Technologien auch Aufgaben, für die Lösungen gefunden werden müssen.

Vorteile: Versorgung der Weltbevölkerung in Zeiten des Klimawandels

Die Weltbevölkerung wächst zwar langsamer, aber immer noch stetig – um etwa 66 Millionen Menschen jedes Jahr. Eine weitere Herausforderung: Weltweit leben immer mehr Menschen in Städten. Allerdings war es in Ballungszentren bisher fast unmöglich, genug pflanzliche Nahrungsmittel für die dortige Bevölkerung anzubauen.

Es gibt noch mehr Zahlen, die uns aufhorchen lassen sollten: 70% des Frischwassers weltweit werden aktuell für die Landwirtschaft benötigt. Gleichzeitig ist in den letzten 40 Jahren ein Drittel des Ackerlands verloren gegangen. Der globale Klimawandel führt immer häufiger zu Extremwetterereignissen wie Dürren oder Starkregen. Dadurch fallen die Ernten insgesamt geringer aus.

Darüber hinaus sind oft lange Lieferketten nötig, um Lebensmittel von den Produktionsstandorten zum Endverbraucher zu bringen. Das sorgt für einen erhöhten CO2-Ausstoß, der wiederum den Klimawandel befeuert.

All diesen Herausforderungen können wir mit Vertical Farming begegnen: Dank des vertikalen Aufbaus können auf relativ wenig Fläche viele Pflanzen angebaut werden, beispielsweise in Hochhäusern. Durch die gezielte Wasserzufuhr wird beim Vertical Farming nur ein Bruchteil der Wassermenge benötigt, die für die konventionelle Landwirtschaft eingesetzt wird. Damit wird der Anbau pflanzlicher Nahrungsmittel auch für die Regionen interessant, in denen es nur wenig Niederschlag gibt.

Innerhalb von PFAL- oder CEA-Systemen sorgen ideale Umwelteinflüsse dafür, dass der Anbau produktiver wird – sogar Geschmack und Inhaltsstoffe lassen sich positiv beeinflussen.

Die Vorteile im Überblick:

• Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung
• bis zu 100% produktiver als traditioneller Ackerbau
• <5% des Wasserverbrauchs
• deutlich geringerer Flächenverbrauch
• weniger Dünger
• keine Pestizide
• Umweltbelastungen werden ausgeschlossen
• keine wetterbedingten Ernteausfälle
• kürzere Lieferketten
• planbare Ernten

Nachteil des Vertical Farming: hoher Energieverbrauch

Die aktuell größte Aufgabe, die mit dem Vertical Farming verbunden ist, ist der erhöhte Energiebedarf. Die Herstellung optimaler Umweltfaktoren in geschlossenen Räumen erfordert selbstverständlich mehr Energie als ein Gewächshaus oder gar der konventionelle Ackerbau.

Aber auch hierfür können Lösungen gefunden und geschaffen werden, beispielsweise durch den gezielten Einsatz regenerativer Energien wie Photovoltaik-Anlagen direkt auf den Dächern von Gebäuden und Containern.

Weitere Nachteile, die wir beim Vertical Farming sehen, sind häufig den Formen und Systemen geschuldet: Teilweise ist der Personalbedarf sehr hoch während es gleichzeitig wenige Automatisierungsmöglichkeiten gibt. Bei einigen Anlagen sind die Abmessungen innerhalb der Systeme, beispielsweise für den Abstand zwischen den einzelnen Regalen, fest vorgegeben und daher unflexibel. Insbesondere bei vertikalen Regalsystemen kommt hinzu, dass sich die Wärme zwischen den einzelnen Ebenen staut und daher die Klimatisierung sehr aufwändig (und damit energie- und kostenintensiv) ist.

OrbiPlant®: Weiterentwicklung des Vertical Farming

Wir von Meissner haben uns im Vorfeld intensiv mit den verschiedenen Formen und Systemen im Vertical Farming beschäftigt, mit ihren Vor- und Nachteilen, und haben uns schließlich für OrbiPlant® entschieden, ein patentiertes System des Fraunhofer Instituts, mit dem wir bereits seit vielen Jahren erfolgreich zusammenarbeiten. Wir haben einige klare Vorteile gesehen.

Deshalb hat sich die Meissner AG eine Lizenz für dieses System gesichert, die Anlage weiterentwickelt und zur Industriereife geführt.

Die Vorteile von OrbiPlant®: der orbitropale Effekt und geringere Kosten

Diese Vertical Farming-Anlage besteht aus einem wellenförmigen Förderbandsystem. Die Pflanzen sind darauf fest fixiert und rotieren ständig. Sie sind so dazu „gezwungen“, sich ständig neu im Raum auszurichten. Das nennt man „orbitropaler Effekt“. Dieser sorgt dafür, dass bestimmte Pflanzenhormone vermehrt ausgeschüttet werden, die wiederum das Blattwachstum steigern. Im Ergebnis bekommen wir so eine höhere Biomasse.

Mittels LED-Technik sorgt OrbiPlant® für eine optimale Beleuchtung. Die Lichtrezeptur wird dabei speziell auf die Bedürfnisse der jeweiligen Pflanze eingestellt.

Nährstoffe werden über ein aeroponisches System (siehe auch: Aeroponic Farming) zugeführt: Die Pflanzenwurzeln werden mit einem Sprühnebel direkt versorgt. Die überschüssige Flüssigkeit tropft dabei ab und wird in den Kreislauf zurückgeführt. Das wiederum sorgt dafür, dass 97,5 Prozent der eingesetzten Wassermenge verwertet werden.

Im Vergleich zu bisherigen Systemen ist unsere Anlage energiesparender, weil die Wärme nach oben steigen kann. So staut sie sich nicht (etwa zwischen Regalböden) und die Klimatisierung ist deutlich weniger aufwendig. Außerdem können Jungpflanzen bodennah ausgesetzt werden, ebenso wie die Ernte bodennah möglich ist.

Im Vergleich zu bisherigen Systemen sind sowohl die Investitionskosten als auch die Produktionskosten deutlich geringer. Das wiederum ist die Basis für nachhaltigen Gewinn.

Mehr Informationen und Ansprechpartner zu unserer OrbiPlant®-Anlage finden Sie hier.