Vertical Farming – Kommt unser Obst und Gemüse in Zukunft aus der vertikalen Farm?

Bevölkerungswachstum, zunehmende Verstädterung, Klimawandel und ausgelaugte Böden - die Produktion unserer Nahrungsmittel wird zu einer immer größeren Herausforderung. Neue Wege sind gefragt. Sind vertikale Farmen eine Lösung?

Autor*in Sarah-Indra Jungblut, 11.12.18

Übersetzung Marisa Pettit:

Die Weltbevölkerung wächst kontinuierlich. Aktuell leben über 7,6 Milliarden Menschen auf diesem Planeten – und jeden Tag kommen rund 230.000 Menschen dazu. Die meisten Erdbewohner zieht es in die Städte – schon jetzt lebt mehr als die Hälfte der weltweiten Bevölkerung in urbanen Räumen, die sich als Megacities über riesige Flächen erstrecken. Das bringt viele Herausforderungen mit sich. All diese Menschen müssen mit Wasser, Wohnraum und Energie versorgt werden und es bedarf Verkehrsadern, auf denen sie sich durch die riesigen Stadtgebiete bewegen können – und natürlich braucht jeder einzelne dieser Menschen ausreichend Nahrung.

Auch wenn wir uns das vor dem gut gefüllten Regal im Supermarkt um die Ecke kaum vorstellen können: Unsere  Nahrungsmittelproduktion ist aktuell alles andere als zukunftsfähig. Denn einerseits haben Städte nur begrenzten Zugang zu umliegenden landwirtschaftlichen Gebieten. Andererseits laugen intensive Anbaupraktiken und der massive Einsatz von Chemikalien unsere Böden enorm aus und belasten unsere Gewässer. Extreme Wetterlagen wie Dürren oder Überschwemmungen, die mit dem Klimawandel einhergehen, machen schon jetzt viel Ackerland unbrauchbar. Gleichzeitig ist die Landwirtschaft für 30 Prozent der globalen CO2-Emissionen verantwortlich und allein bei dem Transport unserer oft weitgereisten Lebensmittel wird enorm viel Energie verbraucht.

Daher sind Städte zunehmend gefragt, sich stärker selbst mit Lebensmitteln zu versorgen und damit unabhängiger vom ländlichen Raum und globalen Logistikketten zu werden. Gleichzeitig gilt es, auch den traditionellen Ackerbau um wetterresistente und klima- und ressourcenschonende Anbaumethoden zu erweitern.

Neue Technologien hauchen Utopien Leben ein

Farmkonzepte, die sich vom klassischen Ackerbau abheben, gibt es schon lange: Hängende Gärten und Gewächshäuser existieren in kulturell verschiedenen Formen schon seit Jahrhunderten. Und auch die Idee von vertikalen Anbaumethoden, in denen Pflanzen übereinander wachsen, kursiert bereits viele Jahrzehnte. Die ersten Studien zu landwirtschaftlich genutzten Hochhäusern zum Beispiel kamen in den 60er Jahren auf –  damals noch eher mit dem Charakter wilder Utopien und praktisch kaum realisierbar. Doch neue technologische Entwicklungen sorgen dafür, dass Konzepte des urbanen und vertikalen Anbaus von Lebensmitteln auf eine neue Ebene gehoben werden – und tatsächlich im großen Maßstab funktionieren. Rund um den  Globus wird intensiv an innovativen Anbaumethoden und -technologien gearbeitet, die Antworten auf die drängenden Probleme geben und Teile der Nahrungsmittelproduktion wieder zurück an die Orte bringen, an denen sie konsumiert werden.

La Caverne – Urban Farming im Pariser Untergrund

© La Caverne

In einer ehemaligen Tiefgarage, die jahrelang leer stand, hat das Startup Cycloponics 2017 eine urbane Farm errichtet. Auf einer Fläche von 3.500 qm2 werden dort Pilze, Endiviensalat und diverse Gemüse- und Kräuterkeimlinge, auch Microgreens genannt, angebaut. Dabei hat sich das junge Team von der Idee der Permakultur inspirieren lassen: Die Anlage soll einen möglichst geschlossenen Kreislauf natürlicher Ressourcen bilden. Die Pilze geben CO2 ab, das die Sprossen bei ihrem Wachstum wiederum binden und die Bioabfälle werden komplett kompostiert und wiederverwendet. Da die gesamte Produktion untertage stattfindet und jegliches Licht künstlich zugeführt werden muss, setzt Cycloponics bewusst auf Pilze, die sehr wenig Licht brauchen, und Chicorée, der gar kein Licht benötigt. Die Salate und Microgreens, die Licht benötigen, werden mit energiesparenden LEDs versorgt – der Strom dafür kommt zu 100 Prozent aus Ökostrom. Da keine Pestizide eingesetzt werden, tragen alle Erzeugnisse das Biosiegel.

Die Erzeugnisse werden direkt an Endverbraucher, kleine Lebensmittelgeschäfte und Restaurants in der Umgebung geliefert. Damit ist der Vertrieb emissionsarm und Zwischenhändler entfallen. Dadurch kann La Caverne seine Produkte zu konkurrenzfähigen Preisen anbieten.

Growing Underground – Salat aus 33m Tiefe

© Growing Underground

Wo im II. Weltkrieg Menschen Schutz bei Bombenangriffen suchten, wachsen heute Salate und Kräuter: Im Londoner Stadtteil Clapham errichteten zwei Unternehmer 2015 die Stadtgärtnerei „Growing Underground“ 33 Meter unter der Erde – in einem ehemaligen Luftschutzbunker. In zwei Tunneln stehen die Pflanzen in ausgeklügelten hydroponischen Regalsystemen übereinander, beleuchtet von violettem LED-Licht.

Die Hydroponik, oder auch Hydrokultur, ist eine Anbaumethode, bei der die Pflanzen nicht in der Erde wurzeln, sondern in wassergefüllten Behältern, in denen sie mit Kokosfaser oder Steinwolle fixiert werden. Dadurch können sie optimal mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden und wachsen schneller. Die Bewässerung der Pflanzen findet in einem geschlossenen Kreislauf statt, in dem das Wasser zirkuliert. Dadurch werden rund 70 Prozent weniger Wasser verbraucht als bei herkömmlichen Feldgewächsen. Wissenschaftliche Unterstützung bekommt Growing Underground von der Universität Cambridge, die die Daten zu Feuchtigkeit, Temperatur und Wachstumsgeschwindigkeit auswertet.

Londons erste Untergrundfarm stieß in der Öffentlichkeit auf soviel Anklang, dass ein Großteil der Finanzierung von knapp einer Million britischer Pfund über Crowdfunding abgedeckt werden konnte. Auf mehreren Londoner Märkten, aber auch in einigen Filialen der Supermarktkette Marks and Spencer, kann man das Untergrund-Gemüse inzwischen kaufen.

AeroFarms – Die weltweit größte Farm

© AeroFarms

Das Hauptquartier von AeroFarms ist ein stillgelegtes Stahlwerk in Newark/ New York, das zu einer enormen Indoor-Farm umgebaut wurde. Hier produziert die (aktuell noch!) weltweit größte Vertical Farm auf ca. 7.000 Quadratmetern jährlich mehr als 900.000 Kilogramm Salat. Angebaut werden Salate auf bis zu 18 Etagen übereinander gestapelt mit einer relativ neuartigen Technik: Aeroponik.

Die Anbautechnik wurde bereits 1982 von K. T. Hubick entwickelt und später von NASA-Wissenschaftlern verbessert. Sie kommt zum Beispiel auch in entlegenen Forschungsstationen in der Arktis zum Einsatz. Bei der Aeroponik werden die Pflanzen so fixiert, dass ihre Wurzeln in der Luft hängen und nur mit Wasser und Nährstoffen bedampft werden. Erst diese Anbautechnik ermöglicht die Errichtung von mehrgeschossigen Farmen, da keine Erde benötigt wird, die für solche Konstruktionen zu viel Gewicht hätte. AeroFarms hat diese Technik für sich optimiert und ein vollständig kontrolliertes und in sich geschlossenes System entwickelt.

AeroFarms verwendet LED-Leuchten, um für jede Pflanze eine spezifische Lichtrezeptur zu erstellen, die den Pflanzen genau das Spektrum, die Intensität und die Frequenz gibt, die sie für ein optimales Wachstum brauchen. Durch die technisch optimierte Beleuchtung kann Größe, Form, Textur, Farbe und Geschmack der Pflanzen gesteuert werden. Die hauseigenen Pflanzenwissenschaftler überprüfen, testen und verbessern ständig das Anbausystem. Damit erreicht AeroFarms nach eigenen Angaben 390-mal höhere Erträge pro Quadratmeter im Jahr als auf herkömmlichen Ackerflächen möglich wäre und kommt ohne Pestizide aus. Zudem ist der Wasserverbrauch durch den geschlossenen Kreislauf um 95 Prozent niedriger als für „Feldgewächse“ und 40 Prozent unter dem Bedarf von hydroponischen Systemen.

Das Konzept von AeroFarms geht auf: Das Unternehmen hat mittlerweile schon einige große Farmen in den USA errichtet – und weitere sind bereits geplant.

Ecofriendly Farmsystems (ECF) – Aquaponik in Berlin-Schöneberg

Auf einer Fläche von 1.800 qm2 züchtet ECF gleichzeitig Barsche und Kräuter mitten im Berliner Stadtteil Schöneberg. Das Team hat eine traditionelle Technik aus Südostasien weiterentwickelt, die Fischzucht mit Gemüseanbau verbindet: die Aquaponik. In der Aquaponik – eine Wortzusammensetzung aus Aquakultur und Hydroponik – werden Fische in Becken gehalten, deren Abwässer über ein geschlossenes Kreislaufsystem Gemüsekulturen düngen. Die Pflanzen wiederum filtern das „Abwasser“ der Fische und wandeln CO2 in Sauerstoff um. Innerhalb dieses biologischen Reinigungsprozesses ist das Abwasser der Fischaufzucht zugleich das Frischwasser für die Pflanzenaufzucht – und umgekehrt. Das spart bis zu 90 Prozent Süßwasser gegenüber der herkömmlichen Landwirtschaft und ersetzt Dünger durch die Ausscheidungen der Fische. Der „Hauptstadtbarsch“ und das „Hauptstadtbasilikum“ sind in ausgewählten Märkten in Berlin, Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern erhältlich.

Das Unternehmen entwickelt sich aktuell rasant weiter: In Kasachstan plant ECF eine Drei-Hektar-Anlage für Forellen und Salat. Auch in Albanien und Luxemburg sind die Berliner in Verhandlungen. In der Schweiz hat ECF eine Farm für einen Gemüsegroßhändler gebaut. Diese wird mit Abwärme der Kühlanlagen beheizt. Und auf dem historischen Schlachthof Abattoir in Brüssel hat ECF Europas größte Aquaponik-Farm im April 2018 errichtet. Auf dem Dach werden Fisch und Gemüse gezüchtet und direkt in den Markthallen darunter verkauft.

Infarm – Kräuter aus der Mini-Farm

Das Berliner Startup Infarm hat mobile Mini-Farmen entwickelt, die die Lebensmittelproduktion direkt in den Supermarkt verlagern. In den kühlschrankähnlichen Hightech-Pflanzsystemen wachsen Salate und Kräuter nach dem Prinzip der Hydroponik. Das System ist modular aufgebaut und kann jeweils an die verschiedenen Standorte und Bedingungen angepasst werden.

Gegründet wurde Infarm 2013. Heute stehen mehr als 50 vertikale Farmen in Berliner Restaurantküchen, Supermärkten und Lagerhäusern, darunter in Edeka- und Metro-Filialen. Bis Mitte 2019 will Infarm 1.000 Indoor-Farmen in Europa betreuen und sein Forschungszentrum im Berliner Bezirk Spandau weiter ausbauen. Und auch das Sortiment will Infarm erweitern und künftig nicht nur Salate und Kräuter, sondern auch Tomaten, Chillies, Pilze, Früchte und Kohl anbauen.

Was also macht Vertical und Urban Farming aus?

Die kleine Reise durch die vertikalen und urbanen Farmen dieser Welt zeigt deutlich, worum es dabei geht:

  • Anbau auf begrenztem Raum: Wie der Name schon sagt, werden bei vertikalen und urbanen Farmen die Anbauflächen übereinander angeordnet und dehnen sich in die Höhe aus.
  • Indoor-Farming: Die Pflanzen wachsen allermeistens nicht unter freiem Himmel, sondern „Indoor“ in Schränken, Hallen oder im Untergrund.
  • Künstliche Bedingungen: Die moderne Vertical oder Urban Farm ist ein automatisiertes, sich selbstregulierendes System, in dem Sensoren Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Lichtintensität messen und bei Bedarf Wasser oder Dünger zugeführt oder künstliches Licht zugeschaltet wird. Rückstände und Abwässer gibt es dabei so gut wie keine.

In einer Studie hat das Frauenhofer-Institut mehr als 50 urbane und vertikale Farmen weltweit gezählt. 80 Prozent dieser Farmen nutzen Hydroponik und die hauptsächlichen Erzeugnisse sind Blattgrün (69 Prozent), Basilikum (56 Prozent), Tomaten (44 Prozent) und Erdbeeren (25 Prozent). Die meisten dieser Farmen haben eine Distanz von einem halben Kilometer oder weniger zu dem Stadtzentrum und fokussieren damit stark auf die Versorgung der unmittelbaren Nachbarschaft. 

Was sind die Vorteile?

Aus ökologischer Sicht ergeben sich daraus eine Reihe an Vorteilen.

  • Platzsparend

Durch die Verlagerung der Produktion vom Boden in die Höhe kann mehr angebaut werden als auf einer vergleichbaren Grundfläche auf dem Boden.

  • Einsparung von Transportwegen

In den ausgeklügelten, platzsparenden Systemen werden pflanzlichen und tierischen Erzeugnissen direkt dort angebaut, wo auch der größte Bedarf ist: in den Städten. Durch die Nähe zu den Verbrauchern sind die Transportwege und damit auch die Kühlketten kürzer. Das spart Zeit und CO2-Emissionen.

  • Ertragreich und vielfältig

Unter den künstlich geschaffen Bedingungen können Pflanzen das ganze Jahr hindurch angebaut werden. Indem die Lichtspektren der Leuchtdioden steuerbar sind, kann der Wachstumsprozess, der Geschmack oder die Größe von Pflanzen je nach Bedarf beeinflusst werden – ohne Gentechnik und Chemie.

  • Pestizidfrei

Die geschlossenen Systeme machen Pestizide überflüssig, da Unkräuter und Tiere nur sehr schwer hineinkommen. Das schont Böden, Seen, Flüsse und unser Grundwasser.

  • Unabhängig von Klima und Bodenqualität

Der Klimawandel sorgt dafür, dass wir es zunehmend mit mehr Wetterextremen wie Überschwemmungen, Trockenheit oder Stürmen zu tun haben. Die geschlossenen Systeme bieten den Vorteil, dass sie die Landwirtschaft wetterunabhängig machen.

Auch die Bodenqualität spielt keine Rolle, da die Pflanzen der High-Tech-Farmen keinen Bodenkontakt haben. Da Pflanzen alles aus dem Boden aufnehmen, was in Wasser löslich ist, nehmen sie auch die Schadstoffe mit auf. Für Japan zum Beispiel war Vertical Farming nach der Nuklearkatastrophe in Fukushima vor allem eine Möglichkeit, Nahrungsmittel ohne radioaktive Kontaminationen zu produzieren. Eines der größten Anbaugebiete Japans, Sendai, befindet sich nur 80 Kilometer südlich von Fukushima und war von dem Unglück betroffen.

Dazu kommt: Ausgelaugte Böden können sich erholen, wenn andernorts auf Anbaumethoden gesetzt wird, die den Raum nach oben nutzen.

Der vertikale Bauernhof ist noch nicht Realität

Auch wenn viele der vertikalen Farmen schon wirtschaftlich sind, bleibt noch viel Entwicklungspotenzial. Die High-Tech-Farmen sind im Vergleich zum konventionellen Anbau auf dem Feld und in Gewächshäusern noch nicht für alle Produkte konkurrenzfähig. Während Salate, Pilze, Kräuter und viele Obst- und Gemüsesorten hier sehr gut gedeihen, lassen sich Weizen, Mais und Reis und anderes Getreide in der vertikalen Farm (bisher) nur schwer anbauen, da für diese Kulturen große Mengen Biomasse nötig sind. Vermehrte Aufmerksamkeit bekommen in diesem Zusammenhang Mikroalgen. Unter optimalen Bedingungen können Mikroalgen fünfmal mehr Biomasse pro Hektar als herkömmliche Feldgewächse produzieren. Damit könnten sie als eine neue, biologische Energiequelle in Zukunft eine wichtige Nahrungsquelle für Menschen sein und Fahrzeuge antreiben.

Kritisiert werden die aktuell noch sehr hohen Energiekosten, da alle Farmen modernste, stromgespeiste Technik einsetzen und rund um die Uhr künstliches Licht benötigen. Doch die Entwicklungen sind hier rasant: Schon jetzt sind LEDs im Verbrauch kostengünstig und effizient, da sie anders als herkömmliche Glühlampen einen Großteil der zugeführten Energie in Licht umsetzen. Zudem können sie selektiver eingesetzt werden. Für vertikale Farmen reichen LEDs, die rot, blau und infrarot leuchten, da Pflanzen nur bestimmte Anteile am natürlichen Licht nutzen. Wie das Frauenhofer-Institut festgestellt hat, nutzen aber 78 Prozent der vertikalen Farmen erneuerbare Energien, um ihren Strombedarf zu decken.

Noch energieeffizienter könnten die Farmen werden, wenn verstärkt überschüssige Energie genutzt wird, wie sie in Städten reichlich zur Verfügung steht. Eine mögliche Quellen ist die Abwärme aus Kraftwerken, Industrien oder Serverfarmen, an die sich die Farmen andocken. Und mehr Platz für die Nahrungsversorgung, aber auch für Erholungsräume könnte entstehen, wenn wir ungenutzte Dachflächen einbeziehen und uns endlich von dem PKW-Verkehr in Städten befreien. In der Innenstadt von Stuttgart beispielsweise könnten laut dem Fraunhofer-Institut allein auf freiwerdenden Parkflächen Lebensmittel für 30.000 bis 50.000 Menschen hergestellt werden.

Auch wenn die hier vorgestellten Projekte noch eher als Pilotprojekte betrachtet werden müssen, zeigen sie eines deutlich: Es ist Bewegung in der Sache und das Potenzial ist groß!

Autorin: Sarah-Indra Jungblut/ RESET-Redaktion (Dezember 2018)

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