Hier erfährst du alles, was du über Vertikale Landwirtschaft und Hydroponik wissen musst!
Vertical Farming, zu Deutsch "vertikale Landwirtschaft", könnte die Landwirtschaft der (gar nicht so weit entfernten) Zukunft sein.
In der konventionellen Landwirtschaft, wie der Mensch sie seit Jahrtausenden vollzieht, werden Pflanzen in der Horizontalen, auf großen Feldern, angebaut. Doch in Zeiten in denen bewohnbares Land immer knapper wird, ist dies zunehmend eine problematische Angelegenheit.
Vertikale Landwirtschaft könnte dieses Problem lösen. Hier werden die Pflanzen nämlich, wie im Namen schon zu erkennen, in der Vertikalen angebaut. Und Platz nach oben gibt es (noch) genug.
Wie das Alles genau funktioniert, und welche Vor- aber auch Nachteile vertikale Landwirtschaft hat, erfahrt ihr hier!
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- Was ist Vertikale Landwirtschaft und Hydroponik?
- Welche hydroponischen Systeme gibt es?
- Was brauche ich um ein hydroponisches System selbst zu bauen?
- Was kostet mich meine eigene Vertical Farm?
- Welche Vorteile hat eine Vertical Farm?
- Welche Pflanzen eignen sich am besten?
- Aquaponik, ein Exkurs
Was ist Vertikale Landwirtschaft und Hydroponik?
Um vertikale Landwirtschaft in vollem Umfang zu verstehen, muss man zunächst einen Exkurs in den Gartenbau machen. Genauer gesagt in das Feld der Hydroponik.
Die Hydroponik beschreibt eine Art des Pflanzenanbaus, bei welchem die Pflanzen anstatt in Erde, in wässriger Nährstofflösung, einem Wachstumsmedium (Kokoserde, Hydroton) und, sofern der Anbau im Inneren geschieht, unter künstlichen Lichtbedingungen wachsen.
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Dabei kommen natürlich sofort Bedenken auf.
Könnte man ja annehmen, dass es für Pflanzen eher schlecht ist außerhalb ihrer “natürlichen” Umgebung zu wachsen.
Doch was ist heute eigentlich natürlich?
Eine Sache ist klar, Jahrtausende lang hat der Mensch die Art des Ackerbaus ausgeklügelt und perfektioniert, sich jedoch dabei immer weiter von den natürlichen Bedingungen entfernt. Dabei sei zu betonen, dass sich hier auf konventionelle und nicht die Bio-Landwirtschaft bezogen wird.
Die Felder sind voll von Monokulturen, die Böden sind ausgelaugt und karg, auch der Wasserverbrauch steigt stetig, da es von Jahr zu Jahr trockener wird. Dadurch müssen Landwirt*innen frühzeitig anfangen zusätzlich zu bewässern. Ob eine Pflanze unter solchen Bedingungen noch natürlich und gesund wächst, kann man bezweifeln.
Du bist dir unsicher, welche Pflanzen sich für eine hydroponische Farm eignen? Für den Anfang empfehlen wir diese Salatpflanzen.*
Dabei lässt sich pflanzenphysiologisch eine Sache mit Sicherheit sagen:
Pflanzen wachsen nicht mit Erde, sondern mit den richtigen Nährstoffen, Wasser und Licht. Einfach gesagt sind die Wurzeln einer Pflanze dazu da, Nährstoffe und Wasser (aus der Umgebung, z.B. Erde) aufzunehmen, und Diese in die oberirdischen Teile der Pflanze zu leiten.
Anhand des Wassers und der Nähstoffe kann dann Photosynthese betrieben werden.
Erspart man der Pflanze nun die beschwerliche Suche nach Wasser und Nährstoffen, indem man Diese direkt an die Wurzeln gibt, kann sich der Organismus dauerhaft auf das Wachstum bzw. die Photosynthese konzentrieren. Dies lässt sich anhand der künstlichen Beleuchtung optimal abrunden.
All das klingt zunächst hoch kompliziert. Und zugegeben, will man eine Vertical Farm wirtschaftlich profitabel und für viele Menschen ertragreich aufziehen, so ist es auch nach wie vor mit einer großen Investition und viel technischem Aufwand verbunden.
Hierbei stellt der hohe Stromverbrauch den größten Kosten- und Umweltfaktor dar. Damit sind wir auch schon beim größten Nachteil der aktuell bestehenden Vertical Farmen.
Zwar lässt sich bei großen Anlagen mittels Photovoltaik und hauseigenem Bio-Gas aus der Kompostierung ein Teil des Stroms selbst gewinnen, allerdings muss selbst dort noch einiges zugekauft werden.
Hier findest du unsere Empfehlung für einen hydrokultur Dünger.*
Die Forschung in diesem Bereich läuft auf Hochtouren. Es werden Hybrid-Modelle entwickelt, bei denen ein Teil des Sonnenlichts eingefangen werden kann und nur bei mangelndem Tageslicht künstlich beleuchtet werden muss.
Aber auch die LED-Technik wird immer sparsamer und effizienter, was einen erfreulichen Ausblick auf die ökologische als auch wirtschaftliche Tragbarkeit solcher Farmen bietet.
Für Viele klingt das jetzt wahrscheinlich hochkompliziert und kaum umsetzbar, jedoch wollen wir Euch zeigen, dass sowas auch ganz wunderbar in kleinem Rahmen funktioniert. Dabei geht es jetzt weniger um vertikalen Anbau, als um den hydroponischen Teil dieser Systeme. Zuhause hat man das Flächenproblem nicht unbedingt und darf eine solche Anlage natürlich auch in der Horizontalen aufbauen.
Hierzu haben wir einen Leitfaden erstellt, der alle Fragen zur DYI-Vertical/Hydroponik Farm klären soll.
Welche hydroponischen Systeme gibt es?
Zunächst schauen wir uns die verschiedenen Bewässerungssysteme für hydroponische Aufbauten an. Hierbei unterscheidet man zwischen aktiven und passiven Bewässerungen. Je nach Pflanze und Platzverhältnissen eignen sich manche Systeme besser als andere. Gerade deshalb ist die Auswahl der richtigen Bewässerung ausschlaggebend.
Passive Bewässerung
Dochtsystem
Bei der passiven Bewässerung wird komplett auf zusätzliche Pumpen- oder Belüftungstechnik verzichtet. Die Pflanzen sitzen in Substrat und sind hierbei über einen Docht mit der Nährstofflösung verbunden. Der Transport geschieht hier über die Kapillarwirkung des Dochtes und führt so das Wasser in den Topf der Pflanze.
Da dieses System die Pflanzen nur mit wenig Wasser und kaum Sauerstoff versorgt, eignet sich Dieses nur für einfache Zimmerpflanzen und Kräuter, die mit wenig Wasser auskommen.
Aktive Bewässerung
Bei der aktiven Bewässerung werden die Pflanzen über Pumpen mit Wasser und Sauerstoff versorgt. Der Aufbau ist deutlich komplexer und auch kostspieliger, aber auch lohnenswert. Dadurch können nämlich anspruchsvollere Pflanzen angebaut und mehr Ertrag erzielt werden.
Nutrient Film Technique (NFT)
Bei der Nutrient Film Technique (Nährstoff Film Technik) sitzen die Pflanzen oben in einer Röhre während die Nährstofflösung ins Innere der Röhre gepumpt wird. Hierbei muss die Röhre etwas geneigt sein, sodass die Lösung auch abfließen kann. Die Wurzeln der Pflanze werden dauerhaft von einem Film an Nährstofflösung umspült, wodurch komplett auf ein Wachstumsmedium verzichtet werden kann. Durch die ständige Strömung wird zudem ein Nährstoffstau verhindert.
Das Wasser, welches durch die Röhre fließt, läuft zurück in den Auffangbehälter und kann von dort erneut in die Röhre geleitet werden.
Somit ist NFT eine sehr einfache, aber effiziente Methode für Pflanzen mit kleinen Wurzelballen wir zum Beispiel Salate oder einige Kräuter. Ein Nachteil ist allerdings, dass Pflanzen am hinteren Ende des Röhre tendenziell weniger Nährstoffe abbekommen als die am Anfang. Hierbei bietet es sich an, die Positionen der Pflanzen durchzutauschen.
Deep Water Culture (DWC)
Die Deep Water Culture (Tiefwasser-Kultur) ist mit eine der effizientesten Systeme, wenn es um den Ertrag geht. Bei dieser Methode sitzen die Pflanzen in durchlässigen Töpfen, welche mit Substrat gefüllt sind. Die Töpfe “schwimmen” wiederum in einem großen Behälter voll mit Nährstofflösung. Sauerstoff wird hier über eine Pumpe direkt an die Wurzeln der Pflanzen transportiert was zu einem enormen Pflanzen- und Fruchtwachstum führt.
Es eignet sich optimal für Pflanzen die große Wurzelballen bilden und viel Wasser sowie Sauerstoff benötigen.
Nachteil ist ganz klar, dass hierbei eine dauerhafte Pumpleistung erforderlich ist, um die Wurzeln mit Sauerstoff zu versorgen. Fällt diese aus, so kann es schnell dazu führen, dass die Pflanzen nicht gleichmäßig wachsen, oder im schlimmsten Fall absterben.
Ebb & Flow System
Bei diesem sogenannten Ebbe und Flut System steckt die Methodik schon im Namen. Denn hier wird in regelmäßigen Abständen, am besten via Zeitschaltuhr, das Wachstumsmedium oder die Wurzeln der Pflanze bewässert (Flut) aber auch wieder trockengelegt (Ebbe). So wechselt sich der Zyklus der Nährstoff- und Sauerstoffaufnahme ab und lässt sich so optimal überwachen.
Durch die kurzen Pump-Zeiten ist auch der Stromverbrauch verhältnismäßig gering.
Je nach Aufbau und Größe kann man mittels Ebb&Flow sogar Wurzelgemüse angebaut werden, vorausgesetzt das Wachstumsmedium bietet genügend Platz.
Der Aufbau des Systems ist sehr simpel und lässt sich kostengünstig nachbauen und an den eigenen Bedarf anpassen. Dadurch eignet es sich wunderbar für DYI Projekte und Anfänger.
Drip Hydroponics
Die Tropfenbewässerung ist ein weiterer, sehr effizienter Weg optimale Erträge zu erzielen.
Je nachdem für welches der beiden Aufbauten man sich entscheidet, wird hier die Pflanze nämlich dauerhaft mit der richtigen Menge an Nährstoffen versorgt.
Bei der Tropfenbewässerung wird die Nährstofflösung genau abgestimmt direkt in das Pflanzensubstrat gegeben. Dieses kann unten ablaufen und fördert so die Sauerstoffversorgung, da das Ablaufen einen Sog erzeugt.
Jedoch muss man hierbei zwischen einem rezirkulierendem und nicht-rezirkulierendem System unterscheiden. Beim rezirkulierenden System wird überschüssige Nährstofflösung wiederaufgefangen und erneut verwendet, was über die Dauer der Bewässerung zu einem Nährstoffmangel führen kann.
Beim nicht-rezirkulierendem System oder auch einem geschlossenen System wird immer wieder neue Nährstofflösung zugeführt und die alte nicht zurückgeführt. Diese kann jedoch wiederaufbereitet werden.
Auch dieses System lässt sich wunderbar an die jeweiligen Bedürfnisse anpassen und kann so für eine Vielzahl an Pflanzen funktional sein.
Aeroponic System
Ein Aeroponic System (Aeroponik) befasst sich, wie der Name schon vermuten lässt mit Luft. Hier wird die Nährstofflösung über Zerstäuber-Düsen fein in der Luft verteilt und auf die Wurzeln gesprüht. Hierbei ist der Vorteil, dass die Nährstoffe schon in sehr feinen kleinen Partikeln an die Wurzel gelangen, und so sehr schnell aufgenommen werden können. Überschüssige Lösung fällt einfach wieder zurück in den Auffangbehälter und kann neu zerstäubt werden.
Auch hierbei verfügt die Pflanze über eine dauerhafte Versorgung mit Nährstoffen sowie Sauerstoff, was für optimale Wachstumsbedingungen sorgt. So können auf großer Fläche mit wenig Wasser viele Pflanzen wachsen. Am besten eignet sich eine Säulenkonstruktion.
Allerdings ist dies nicht das einfachste System. Die Zerstäuber-Düsen sind durch die kleinen Porenöffnungen sehr Wartungsanfällig, da sie leicht verstopfen können.
Was brauche ich um ein hydroponisches System selbst zu bauen?
Da sich die Bauteile gar nicht so großartig unterscheiden, kann man festhalten:
- Eine Wasser- oder Luftpumpe
- Einen großen Wasserbehälter für die Nährstofflösung
- Wasser
- Nährstoffe (Dünger)
- Pflanzkörbe
- Adäquate Lichtverhältnisse (wenn indoor Vollspektrum Pflanzenlampen)
Was kostet mich meine eigene Vertical Farm?
Ein Einfaches System lässt sich für ca. 80-100€ bauen.
Hierbei sind die laufenden Kosten aber nicht zu unterschätzen. Geschieht der Anbau komplett im Inneren der Wohnung so ist neben der Pumpe auch das Licht ein laufender Kostenpunkt. Besser gesagt der Größte.
Da es je nach Lichtverhältnissen und auch Pflanze starke Unterschiede im Punkto Beleuchtung gibt, ist es hier schwer vorauszusagen wie hoch die zu erwartenden Kosten sind. Wir würden von einem monatlichen Strompreis von 50-70€ ausgehen.
Welche Vorteile hat eine Vertical Farm?
Die Vorteile einer Vertical Farm sind zahlreich.
Neben der reduzierten Anbaufläche spielen auch Wasserverbrauch und Erntesicherheit eine große Rolle.
Die Bevölkerung der Erde konzentriert sich zunehmend auf Ballungsräume großer Metropolen. Der Platz wird immer begrenzter und so wird in der Zukunft unbebautes Land immer relevanter. Darauf gehen wir in unserem Artikel über die Planetary Health Diet genauer ein.
Eine vertikale Farm lässt sich wunderbar in das Bild einer Großstadt eingliedern. In einer Skyline fällt ein Hochhaus mehr kaum auf, jedoch könnte ein solches Hochhaus komplett für vertical Farming genutzt werden und so einen Großteil der Stadt mit frischen, und vor allem regionalen Lebensmitteln versorgen.
Doch der für uns wichtigste Punkt ist, dass durch die effizienten Kreislauf-Systeme, der Wasserverbrauch gegenüber der konventionellen Landwirtschaft um bis zu 95% reduziert werden kann! Mit Blick in die Zukunft wird klar, vertikale Landwirtschaft ist für viele Regionen eigentlich unabdingbar, denn schon jetzt sind viele Regionen auf der Erde so trocken, dass die Ernten dort mangelhaft oder gar komplett ausfallen. Eine Vertical Farm würde hier abhilfe schaffen.
Die Ernte ist so nicht mehr vom Klima abhängig und kann immer mit Sicherheit eingebracht werden. Doch dies bietet nicht nur eine Lösung für die trockenen und heißen Klimazonen der Erde, auch in Deutschland hätte es Vorteile. So könnte man ganzjährig regional frisches Obst und Gemüse produzieren, welches sonst importiert werden müsste.
Welche Pflanzen eignen sich am besten?
Hierbei kommt es auf die Art des Systems an. Anders als zuvor, unterscheiden wir hier ob es sich um ein Flüssigkeitssystem (Nutrient Film Technique oder Aeroponic) oder Substratsystem (alle anderen) handelt.
Für die Flüssigkeitssysteme eignen sich nämlich am besten Pflanzen mit kleinen, flachen Wurzeln. Also Salate, Spinat, Radieschen oder Kräuter.
Für Substratsysteme, bei denen die Pflanze in einem Topf sitzt und vom Substrat gehalten wird, eignen sich auch größere Pflanzen. Hier können Tomaten, Kürbisse, Gurken, Bohnen aber auch einige Wurzelgemüse wie Karotten oder sogar Ginseng angebaut werden. Ginseng stärkt das Immunsystem und ist deswegen grade in den Übergangsmonaten gerne verzehrt. Außerdem findest du hier 7 Tipps dein Immunsystem noch weiter zu stärken.
Da eine größere Pflanze jedoch mehr und speziellere Pflege brauchen, eignen sich für den Anfang einfacher Pflanzen am besten, egal für welches System man sich entscheidet.
Aquaponik, ein Exkurs
Symbiose. Symbiose ist ein Begriff, den die Meisten mittlerweile bestimmt schonmal irgendwo gehört haben. Genauer beschreibt eine Symbiose ein Zusammenleben von Lebewesen unterschiedlicher Art zum gegenseitigen Nutzen.
Ein gutes Beispiel sind hier Anemonenfische, die in Seeanemonen leben. Beide Lebewesen schützen sich vor den Fressfeinden des anderen und können so sicher leben.
Ähnlich kann man das bei der Aquaponik sehen.
Die Aquaponik beschreibt eine Art des Gartenbaus gekoppelt mit Fischzucht. Hierbei werden Pflanzen und Fische in unterschiedliche Becken gesetzt, das Wasser wird jedoch zwischen den Becken zirkuliert.
So können die Pflanzen von dem, durch die Ausscheidungen der Fische, nährstoffangereichertem Wasser gedeihen, bereiten dadurch aber auch das Wasser wieder auf. Somit können die Fische wieder mit Frischwasser versorgt werden.
Durch den mehr oder weniger geschlossenen Kreislauf, lässt sich hocheffizient arbeiten, mit sehr wenig Wasserverlust und praktisch keiner Düngerzufuhr mehr.
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