Vertical Farming

Hoch! Lokal! Genial?

Wie kann eine wachsende Weltbevölkerung künftig mit frischen Lebensmitteln ernährt werden? Ein Lösungsansatz heißt Vertical Farming. Der Gemüseanbau in fensterlosen Hallen könnte in Megastädten und abgelegenen Gegenden für eine ökologische, sichere und lokale Landwirtschaft sorgen. 

Text Tino Scholz  Fotos Nikita Teryoshin

Die Zukunft der Ernährung leuchtet pink. Sie passt in eine 200 Quadratmeter große, hermetisch abgedichtete, fensterlose Lagerhalle und besteht aus vier großen Regalen, jedes davon mit sieben Etagen. 6.000 Salatköpfe finden darauf Platz, dazu mehrere Hundert Tomatensetzlinge, bestrahlt von 9.000 LED-Leuchten. Salat und Gemüse wurzeln nicht in der Erde, sondern baumeln in einer Nährstofflösung. Die Temperatur liegt beständig bei 22 Grad Celsius, die Luftfeuchtigkeit bei 80 Prozent. Kein Insekt fliegt umher, da das System von der Außenwelt abgeschottet ist. „Das hier“, sagt Jasper den Besten im rosafarbenen Schein der LED-Leuchten, „könnte vielleicht einmal auf der gesamten Welt verteilt sein und die Menschen teilweise ernähren.“

Die Zukunft steht in Venlo in den Niederlanden, nur wenige Kilometer hinter der deutschen Grenze. Die Gegend hier am Niederrhein ist bekannt für ihren Salat- und Gemüseanbau, riesige Gewächshausanlagen prägen die Landschaft. Hier betreibt die Universität 's-Hertogenbosch unter Leitung von Jasper den Besten gemeinsam mit einigen Unternehmen eine Versuchsanlage namens Brightbox. Das Ziel: tiefgehende Forschungen zum richtigen Licht- und Klima-Mix für vertikale Landwirtschaft sowie eine strategische Unterstützung von Firmen, die das Vertical Farming für einen breiten Markt weiterentwickeln wollen. Jasper den Besten, Dozent für alternative Anbausysteme an der Uni 's-Hertogenbosch, kann stundenlang über das Thema reden. Über die großen Lösungen genauso wie die Bedeutung eines einzelnen Salatkopfs innerhalb seiner Versuchsanlage. „Das Thema Ernährung und dessen Zukunft ist ein Thema, das mich antreibt“, sagt er. „Es geht darum, Lösungen für die sich abzeichnenden Probleme der Zukunft zu finden.“

Hohe Kunst

Hohe Kunst

Die Regale in der Brightbox sind bis zu 5 Lagen hoch.

Im Jahr 2050, so die heutigen Prognosen, werden neun bis zehn Milliarden Menschen auf der Erde leben. Mindestens zwei Drittel davon dürften in Städten wohnen. Für ihre Versorgung benötigt man, heutige Erntemengen hochgerechnet, eine zusätzliche landwirtschaftliche Fläche, die die Größe Brasiliens um 20 Prozent übersteigt. Das Problem: Boden ist längst eine knappe Ressource. Die nutzbare Fläche wird sogar noch kleiner, weil durch Klimawandel und unangepassten Landbau, Überweidung oder Versiegelung fruchtbarer Boden verloren geht. Warum also nicht in die Höhe, statt weiter in die Fläche zu gehen – eine Strategie, die beim Hausbau in den Innenstädten seit Hunderten von Jahren verfolgt wird? Damit ließe sich an jedem Ort der Welt Gemüse produzieren, platzsparend, lokal und unabhängig vom Klima. „In der Farm können wir jeden Tag den 21. Juni imitieren und damit alle drei Wochen ernten – und wir haben immer dieselbe hohe Qualität“, sagt den Besten. 

Neben der Einsparung an Platz steht der ökologische Aspekt im Vordergrund. Nicht nur der Bodenverbrauch bzw. die -erosion kann vermindert werden, auch enorme Mengen Wasser können im Vergleich zur herkömmlichen Landwirtschaft eingespart werden. Bis zu 95 Prozent betrage die Einsparung, teilen Unternehmen mit, die schon heute das Vertical Farming vorantreiben. Der großflächige Einsatz von Pestiziden und Herbiziden wird durch die abgeschottete Umgebung und eingebaute Überwachungssysteme überflüssig. Auch die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen ist geringer, da landwirtschaftliche Fahrzeuge im Rahmen des Vertical Farming nicht vonnöten sind.

Wenn der Wissenschaftler den Besten durch die pink erleuchteten Reihen seiner Farm schreitet und deren Wirkungsweise erläutert, kommt er immer wieder zu einem Thema: den LED-Lampen. „Erst dank dieser Technologie ist Vertical Farming überhaupt möglich“, sagt er dann. Die energieeffizienten Leuchtdioden haben kaum Wärmeverluste und können das für das Pflanzenwachstum unverzichtbare Sonnenlicht ersetzen.

Vertical Farming gab es schon vor Jahrzehnten – doch erst mit dem LED-Licht kam der Durchbruch.

Jasper den Besten

Noch vor etwas mehr als zehn Jahren, als US-amerikanische und japanische Unternehmen zaghaft begannen, Landwirtschaft im industriellen Maßstab als Vertical Farming zu betreiben, waren die LEDs nicht effizient genug und die Kosten für Licht und Kühlung zu hoch für einen wirtschaftlichen Betrieb. Mittlerweile sind LEDs rund zehn Mal effektiver. Mit der Verbesserung der Leuchtmittel beschäftigt sich auch TÜV SÜD in seinem Horticulture- Labor in Singapur intensiv. 

Das geschlossene, klimaunabhängige System macht es möglich, dass die vertikalen Farmen überall in der Welt stehen können. Da weniger in die Breite gebaut werden muss, bieten sich auch stadtnahe oder sogar zentral gebaute Farmen an. Es gibt sie bereits an vielen Orten der Welt: Berlin, Shanghai oder Chicago, in Japan, Korea, der Schweiz oder Großbritannien. Weltweit sind bereits mehr als 200 Indoor-Gewächshäuser in Betrieb, die große Mehrheit in Japan. Seit dem Atomunfall von Fukushima im Jahr 2011 schätzen die Japaner den zwar teuren, dafür aber unverstrahlten Salat aus Pflanzenfabriken.

Besonders für Stadtstaaten wie Singapur könnte die Technologie in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Versorgung der Bevölkerung leisten und die Abhängigkeit von Importen verringern. Das Land besitzt keine nennenswerten landwirtschaftlich genutzten Flächen. In einer ehemaligen Lagerhalle betreibt der Technologiekonzern Panasonic eine vertikale Farm, die pro Jahr 80 Tonnen Gemüse produziert. Das sind aktuell zwar nur 0,015 Prozent des Bedarfs im Stadtstaat, geplant ist aber, den Anteil künftig auf fünf Prozent ausbauen zu können.

Soweit die Theorie. Ob die kühnen Pläne jemals Realität werden, ist aktuell noch vollkommen unklar. Das weiß auch Jasper den Besten, der aus der pink leuchtenden Haupthalle in eine kleinere, nur 50 Quadratmeter große Box führt, in der er das Licht per App dimmen kann. Alles gesteuert über ein Computersystem, das über den Dächern der Anlage steht. Den Besten fährt die Anlage mit ein paar Knopfdrücken auf seinem Smartphone hoch, langsam beginnen rote und blaue Lichter zu leuchten. „In diesen Hallen sollen demnächst Erdbeeren angebaut werden. Das haben wir so noch nicht getestet, weil wir dazu Bienen benötigen“, erzählt er.

 Generell habe das Konzept des Vertical Farming keine Grenzen: Über Tomaten, Erdbeeren und Kartoffeln bis hin zu Bananen sei alles möglich. Praktisch aber mache es keinen Sinn, Kartoffeln oder Reis anzubauen, sagt er. „Die Masse an Elektrizität, die wir für Licht und Klimakontrolle benötigen, wäre um ein Vielfaches höher als bei Blattgemüse. Das wäre nach momentanen Stand nicht profitabel.“ Und selbst dort, wo es schon gut läuft, dämpft den Besten die Euphorie: „Trotz effizienten LEDs ist der Anbau von Salat und Gemüse aus Indoorfarmen in der Regel noch immer doppelt so teuer wie auf dem Feld. Allerdings bietet das Vertical Farming auf Kostenseite auch Vorteile: Lange Lieferketten entfallen, die Planbarkeit erhöht sich, Kosten etwa für die Reinigung entfallen, da das Gemüse ohnehin sehr rein ist

Das Vertical Farming dürfte zukünftig ergänzend zur traditionellen Landwirtschaft eingesetzt werden, um leicht verderbliches Gemüse wie Salate oder Kräuter frisch und mit kurzen Wegen auf lokale Märkte zu bringen. Grundnahrungsmittel wie Reis, Kartoffeln und Getreide, die problemlos auch über einen längeren Zeitpunkt hinweg gelagert werden können, werden hingegen weiterhin im Freilandanbau im Umland produziert.

Das Unternehmen Aerofarms aus Newark, New Jersey, USA, ist ein Pionier im Bereich des Vertical Farming. Bereits seit 2004 sind die Nordamerikaner aktiv und haben es seitdem zum Weltmarktführer gebracht. Ihre neunte Farm in den USA ist momentan die größte und fasst 70.000 Quadratmeter – jährlich werden dort knapp 1.000 Tonnen Blattgemüse geerntet. Weitere Farmen rund um die Welt sind längst in Planung. „Wir sind schon jetzt im Preiswettbewerb mit den Bauern konkurrenzfähig” sagt Co-Gründer und Marketingchef Marc Oshima.

Ratz-Fatz ernten

Ratz-Fatz ernten

Das Wachstum des Gemüses geht schnell vonstatten – dadurch kann in vertikalen Farmen in viel höherem Rhythmus geerntet werden. 

Aerofarms sammelt Millionen Daten über die grünen Salatblättchen während ihres Wachstums – und hat damit über die Jahre hinweg die Produktion immer weiter perfektioniert. Alles vom Licht, der Bestäubung mit Wasser und die Zufuhr von Mineralstoffen wird überwacht, kontrolliert und festgelegt. Erntebiologen, Mikrobiologen, Bio-Ingenieure, Maschinenbauingenieure, Indus- trie-Ingenieure, Beleuchtungsingenieure, Informatiker – das Team aus „Bauern“ hat mehr mit Hightech zu tun als mit dem jahrelangen Erfahrungswissen eines Landwirts. 

Oshima ans Telefon zu bekommen, ist nicht einfach. Ständig reist er durch die Welt, denn es gibt viele Unternehmer, die sich für das System der nordamerikanischen Pioniere interessieren. „Unsere Farmen sehe ich manchmal nur noch über die Kameras“, erzählt Oshima und lacht. Im Gegensatz zur niederländischen Brightbox ist in den USA alles viel größer. 16 Regale, Tower genannt, ragen bis zu zwölf Stockwerke hoch.

Die Kennzahlen der vertikalen Landwirtschaft sprudeln nur so aus Oshima heraus, so oft scheint er sie vor Investoren schon gepitcht zu haben: „Der Wachstumszyklus vom Saatgut bis zur Ernte dauert nur 12 bis 16 Tage gegenüber 30 bis 40 Tagen auf dem freien Feld. Im Jahr sind das bis zu 30 Produktionszyklen gegenüber ein bis zwei Ernten auf dem Feld“, erzählt er. „Der Anbau gelingt ohne Erde. Die Wurzeln der Setzlinge werden während des Wachstums regelmäßig mit Wasser besprüht. Im Wassernebel stecken die Nährstoffe.“

Datenanalyse, wie sie Aerofarms betreibt, ist auch für den Besten ein wichtiges Thema. Seine Forschungen befassen sich unter anderem damit, Lichtrezepte für den optimalen Anbau zu entwickeln. „Rotes Licht sorgt für schnelles und höheres Wachstum. Ein hoher Blauanteil lässt die Salate etwas kleiner wachsen. Dafür erhöht es den Anteil von Vitaminen und wertvollen Inhaltsstoffen. Je nach Intensität und Zusammensetzung des Lichts verändert sich auch der Geschmack“, sagt er. „Mehr blaues Licht gibt Basilikum zum Beispiel eine deutlich schärfere Note.“

Seit 2015 arbeitet den Besten bereits an dem Projekt. Wo das Ganze hinführen wird? „Das vorherzusagen wäre Wahrsagerei“, betont er. „Wir stehen noch am Anfang, seit etwas mehr als zehn Jahren wird das Vertical Farming gerade mal industriell genutzt. Das ist eine Winzigkeit.“ Dann schließt er die Türen der Brightbox und fährt die Rolladen runter. Das Licht bleibt an. Selbstverständlich.

Auf dem Weg zum Parkplatz sieht Jasper den Besten am Rand der Brightbox einen Salatkopf liegen, den er einige Zeit zuvor aus der Nährstofflösung herausgenommen hatte. Zurückpacken kann er ihn nicht mehr. Die andere Option wäre wegwerfen. Das aber kommt nicht infrage. „Gutes Essen landet nicht im Müll“, sagt er und packt das Gemüse auf seine Laptoptasche. „Dann gibt es heute Abend eben Salat.“


Erhellend

Seit Dezember 2017 prüft TÜV SÜD in einem neuen Horticulture-Labor im chinesischen Shenzhen künstliche Lichtquellen, die für das Pflanzenwachstum eingesetzt werden. „In unserem Labor wollen wir den Einfluss von Lichtsystemen bzw. deren emittierendes Lichtspektrum auf das Pflanzenwachstum überprüfen“, sagt TÜV SÜD-Experte Marvin Böll. „Das Ziel ist eine Klassifizierung, die es dem Endkunden vereinfacht, ein passendes Produkt für seinen jeweiligen Anwendungsfall auszuwählen.“

Mit der Arbeit im Labor soll geprüft werden, ob die künstlichen Leuchten alle gesetzlichen Anforderungen der jeweiligen internationalen Märkte erfüllen. „Das ist etwa für Kunden interessant, die von konventionellen Leuchten auf LED-Systeme umrüsten wollen“, sagt Böll. Dass er mit seinen Kollegen an der Zukunft der Ernährung arbeitet, ist für ihn dabei eine Besonderheit. „Aufgrund diverser Faktoren wie Klimawandel oder Knappheit an landwirtschaftlicher Nutzfläche wird es notwendig, Alternativen zur traditionellen Nahrungsmittelgewinnung zu finden. Wir wollen helfen, entsprechende Lösungen zu finden.“