Das Lichtproblem bei Vertical Agriculture

Seit einiger Zeit ist in den Medien ein neuer Hoffnungsträger zu finden, der verspricht, den Anbau von Nahrungsmitteln zu revolutionieren und das Problem nicht ausreichender und darüber hinaus schwindender landwirtschaftlicher Nutzflächen zu lindern und selbst ausgeprägte Stadtlandschaften urbar zu machen. Diese Lichtgestalt heißt Vertical Farming und erhebt den Anspruch, Nahrungsmittel unter geschützten Bedingungen in speziellen Hochhäusern produzieren zu können. Eine Verwirklichung dieses Konzeptes verspräche nicht nur das Ende des Hungers auf dieser Welt, sondern auch eine Vereinfachung des Anbaus und eine Reduktion des Gift- und Chemieeinsatzes. Ob Letzteres tatsächlich zutrifft, sei für den Augenblick erst einmal dahingestellt. Aber es bestehen berechtigte Zweifel, dass das tatsächlich so einfach ist. Machbar ist es sicherlich.

Worüber deutlich größere Zweifel bestehen, ist die Frage der Rentabilität von Vertical Farming, vor allem, wenn man den Faktor Licht betrachtet. Für alles andere,

also Wasser und Nährstoffe lassen sich Kreisläufe einrichten, und auch die Wärme mag, bei guter Isolierung, halbwegs autark produziert werden. Der Faktor Licht allerdings, muss kontinuierlich neu generiert werden, und die dafür benötigte Energie wird wohl schwerlich intern erzeugt werden können.

Bisher scheint es keine im Internet zugänglichen Berechnungen zu geben, welche die Durchführbarkeit von Vertical Farming, vor allem in Hinblick auf den Lichtfaktor, als wahrscheinlich erscheinen lassen. Man könnte sogar den Eindruck haben, dass das Beleuchtungsproblem extrem unterschätzt wird.

Dafür sind mindestens zwei Ursachen denkbar. Die eine Ursache liegt vielleicht darin, dass davon ausgegangen wird, dass die Erde ein geschlossenes, autarkes System ist und alles, was die Natur zum Leben und Gedeihen braucht über eine Vielfalt an Kreisläufen produziert bzw. regeneriert wird, und dieses System sollte sich in kleinerem Maßstab wohl reproduzieren lassen. Allerdings scheint dabei übersehen zu werden, dass das Licht der Sonne nicht primär dazu da ist, dass wir etwas sehen können, sondern vor allem für den Betrieb dieses Systems unabdingbar ist, und zwar in hoher Intensität.

Die andere Ursache könnte darin liegen, dass sich das menschliche Auge recht problemlos auf sehr geringe Lichtmengen einstellen kann, und uns der Unterschied zwischen einer üblichen Bürobeleuchtung und direktem Sonnenlicht als nicht sonderlich gravierend erscheint.

Doch der Schein trügt, und an dieser Beleuchtungsfrage könnte das ganz schöne Konzept des Vertical Farming letztlich scheitern.

Für ein eher ungünstiges Szenario kann man versuchen, die Freilandbedingungen im geschlossenen System eines Vertical Farming-Gebäudes mit Hausmitteln, also der alltäglichen Technologie zu simulieren. Hier zwei Zahlen, um einen Eindruck von den Dimensionen zu bekommen, um die es geht: An einem sonnigen Tag kann man im Freien eine Lichtstärke von ca. 100.000 Lux messen. Gut ausgeleuchtete Büroräume haben eine Helligkeit von etwa 500 Lux, also 0,5 % davon. Die Leuchte Skylife 1470, die konzipiert ist, in Geschäfts- und Präsentationsräumen Inseln von Sonnenlicht zu imitieren, leuchtet mit 12 Tageslichtleuchtstoffröhren von je 54 W eine Fläche von 2 m² mit einem Spektrum aus, das dem Sonnenlicht recht nahe kommt und weist in ca. 1 m Abstand nach Herstellerangaben eine Helligkeit von 2500 Lux auf.

Mit diesen Angaben haben wir einen ersten Ausgangspunkt, um die Lichtproduktion hochzurechnen. Die gleiche Fläche müsste sich auch mit ca. 20 Röhren ausstatten lassen, und dabei ca. 4000 Lux erzeugen, bei einem Energiebedarf von ca. 500 W/qm. Angenommen, man könnte die Leistung der Röhren beliebig steigern, dann würde man, um 100.000 Lux erzeugen zu können – Linearität vorausgesetzt – einen Energiebedarf von 12,5 kW/m² haben. Die normalen Tageslichtspektrumsröhren kosten ca. 20 EUR/Stück. Was diese Superleuchtröhren kosten würden, lässt sich kaum schätzen, aber bei 25-facher Leistung sind 50 EUR sicher nicht zu wenig. Bei 20 Röhren auf 2 m² ergibt das 500 EUR/m² Materialkosten für eine Lebensdauer von 12.000 Stunden.

Weizen hat eine offizielle minimale Vegetationsdauer von 90 Tagen. Bei einem 15-Stunden-Tag ergibt das umgerechnet 1350 Stunden. Das ergibt Leuchtenkosten von 56 EUR/m² und 3375 EUR Stromkosten bei 0,2 EUR/kWh, zusammen also 3431 EUR. Von 1 m² kann man normalerweise 800g Weizen ernten. Da wir optimale Bedingungen haben, was die Versorgung der Pflanzen betrifft, kann man vielleicht großzügig mit einer Ernte von 2 kg rechnen. Das würde bedeutet, dass die Produktion von 1 kg Weizen etwa 1700 EUR kosten würde, anteilige Kosten für das Gebäude, die Instandhaltung, die aufgewandten Betriebsmittel und die Arbeitszeit nicht mit eingerechnet.

Diese Rechnung ist zugegeben eine sehr ungünstige, aber ist es wirklich möglich, diesen Wert auf ca. 1 EUR zu senken – also um immerhin 99,94 %? Um das herauszufinden, versuchen wir darum jetzt, die derzeit günstigsten Möglichkeiten auszuschöpfen.

In der biologischen Forschung werden manchmal sogenannte Klimakammern eingesetzt. Das sind hermetisch abgeschlossene Räume, in denen man alle Klimafaktoren, also auch das Licht, unabhängig vom tatsächlichen Wetter steuern kann. Mit Hilfe dieser Kammern hat man zum Beispiel erforscht, welche Art von Licht die Pflanzen eigentlich für die Fotosynthese, und damit für ihr Wachstum benötigen. Verantwortlich für die Fotosynthese ist das Chlorophyll, das es in zwei Formen gibt; die eine Form verwertet rotes Licht und die andere blaues. Alle anderen Bestandteile des Sonnenlichtspektrum haben eine eher marginale Wirkung auf die Pflanzen. Diese beiden Lichtfarben machen schätzungsweise etwa 30 % der Sonnenlichtenergie aus, so dass man, wenn man das Licht selektiv nach den Ansprüchen der Pflanzen erzeugen kann, nur etwa 30 % der Energie benötigt, die für die Erzeugung des Sonnenlichtspektrums nötig ist.

Da den Forschern an günstigen, sparsamen und effektiven Beleuchtungsmöglichkeiten gelegen ist, wurden für die Klimakammern spezielle Leuchtmittel entwickelt. Diese gibt es in den verschiedensten Farbzusammenstellungen und Leistungsstufen. Die neueste Entwicklung sind dabei Arrays von leistungsstarken roten und blauen LEDs. Hier wird es dann allerdings schon recht schwierig, die Zusammenhänge von Gesamttageslichtstärke (in lux), dem Anteil an fotosynthetisch wirksamen Licht und und der Maßeinheit für diese Art Lampen (in µmol/m²s) nachzuvollziehen.

Deshalb vertrauen wir mal einem Hersteller, der für eine dieser Leuchten eine Lichtleistung von 1400 μmol/m²s, bei einem Abstand von 35 cm angegeben hat. Der Strombedarf liegt bei umgerechnet 300 W/m² und der Preis für die Leuchte bei ca. 850 EUR. Haltbarkeit: 50.000 Stunden. Wenn wir das jetzt wieder auf das Weizenbeispiel umrechnen, dann haben wir Materialkosten von 23 EUR und Stromkosten von 405 EUR – bei 2 kg Weizen/m² also 214 EUR/kg.

Um 1 EUR/kg zu erreichen, müssten wir die Kosten immer noch um 99,5 % senken. Das erscheint im Augenblick noch ziemlich unmöglich. Dazu müssten allein die Leuchtenkosten um über 99,9 % fallen. Der Wirkungsgrad von LEDs beträgt ca. 15 %. Wenn es gelänge, einen Wirkungsgrad von 100 % zu erzielen, also sämtliche Energie in Licht umzuwandeln (was physikalisch wohl nicht geht), dann hätten wir immer noch Stromkosten von 30 EUR/kg.

Man kann sich die Problematik auch an einem anderen Bild verdeutlichen: Wenn man ein Gebäude mit 10 Stockwerken für Vertical Agriculture hat, dann braucht man für die Pflanzen in diesem Gebäude das Sonnenlicht, das auf eine Fläche fällt, die 10 mal so groß ist wie die Gebäudegrundfläche. Wollte man die benötigte Energie mit Photovoltaik erzeugen (Wirkungsgrad irgendwann in der Zukunft vielleicht bei 30 %) und eine Lichtquelle mit ebenfalls 30 % Wirkungsgrad einsetzen, dann würde man eine Fläche vom etwa 100-fachen der Gebäudegrundfläche benötigen

Oder man überlegt sich, wie viel Energie man braucht, um beispielsweise eine – vergleichsweise kleine – Fläche von einem Hektar künstlich zu beleuchten: Bei 300 W/m² wird eine Leistung von 3 Megawatt benötigt. Mit einem halbwegs modernen Atomkraftwerk mit 300 MW Leistung kann man also etwa 100 ha mit Strom versorgen und damit ca. 1000 Menschen ernähren, durch die erhöhte Leistungsfähigkeit kontrollierter Umweltbedingungen vielleicht auch 4000 Menschen. Um die Bevölkerung von beispielsweise New York City mit dieser Methode zu ernähren, würde man dann etwa 2000 dieser AKWs benötigen.

Obwohl die Zahlen im Wesentlichen die gleichen sind, kann man sie sich vielleicht leichter vorstellen, wenn man die Energiefrage von der anderen Seite aus betrachtet. Wenn man 1 kg Weizen produzieren möchte, dann darf man dafür, um bei den Zahlen dieses Beispiels zu bleiben und wenn man die Kosten für die Leuchtkörper außer acht lässt, nur Energie für 1 EUR verbrauchen (genaugenommen liegt der Erzeugerverkaufspreis von Weizen eigentlich bei nur 20 Cent). Bei optimistischen 2 kg/m² bedeutet das einen akzeptablen Energieverbrauch von 10 kWh/m² in 90 Tagen, oder anders ausgedrückt: Die Beleuchtung für 1 m² darf eine maximale Leistungsaufnahme von 7,4 W haben, muss aber fast so hell wie die Sonne leuchten.

Nun ist Landwirtschaft allerdings der Bereich der Nahrungsmittelproduktion, der den geringsten Umsatz pro m² aufweist. Gemüseanbau, vor allem unter Glas, bringt deutlich höhere Umsätze und ist von seinem Wesen her dem Vertical Farming auch am nächsten. Bei einem gutgehenden Betrieb kann man hier über das Jahr gesehen durch die bessere Beleuchtungssituation, mit einem Ertrag von ca. 100 EUR/m² rechnen. Bei 15 Stunden pro Tag bedeutet das 2 Cent/h, also eine maximale Leistung von 100 W für die Beleuchtung eines m². Das erscheint auf den ersten Blick mit Hilfe von technologischen Fortschritte eher machbar. Dieser Wert dürfte so halbwegs diesseits oder auch jenseits des physikalisch Machbaren liegen, ist also möglicherweise nicht realisierbar. Ein Anstieg der Energiepreise dürfte die Situation eher noch etwas verschärfen, da die Nahrungsmittelpreise wahrscheinlich weniger stark steigen als die Energiekosten

Bei den bisherigen Betrachtungen haben wir die üblichen betriebswirtschaftlichen Aspekte außer acht gelassen, weil die Zahlen so absurd waren, dass diese Arbeit müßig gewesen wäre. Wenn wir Vertical Farming aber in Vertical Horticulture umtaufen, kommen wir in Bereiche, die der Realität ein wenig näher rücken, so dass es Sinn macht, jetzt auch diese Aspekte zu berücksichtigen. Ein großer Posten ist die Hardware, also die Beleuchtungsanlage. Diese liegen pro Jahr bei der besprochenen ausgesprochen günstigen Klimakammertechnologie bei ca. 90 EUR/m². Hinzu kommen die Kosten für Arbeitskräfte, evtl. Heizung, sonstige Betriebsmittel, Grundstück und Gebäudekosten. Man kann also davon ausgehen, dass allein die Kosten, um Vertical Horticulture zu ermöglichen, höher sind als der erzielbare Ertrag, und die zu erwartenden Stromkosten für die Beleuchtung sind mindestens so hoch wie der Ertrag. Das bedeutet, dass Lebensmittel, die auf diese Weise produziert werden, auf jeden Fall ein Vielfaches von konventionell angebauten Nahrungsmitteln kosten würden.

Diese Zahlen sollten eigentlich klar machen, dass das Konzept des Vertical Farming, so brillant und verführerisch es auch erscheinen mag, auf Grund physikalisch-ökonomischer Grenzen nicht sinnvoll realisiert werden kann, zumindest nicht hier auf der Erde. Auf dem Mond sieht die Sache hingegen schon anders aus. Bei astronomischen Transportkosten für Nahrungsmittel würde sich die Produktion von Nahrungsmitteln in unterirdischen Kammern durchaus lohnen, wobei noch hinzukommt, dass dort mangels Atmosphäre Sonnenenergie nahezu unbegrenzt und vergleichsweise billig zur Verfügung steht

Für uns auf der Erde, die wir mit allgegenwärtigem Energiemangel – oder besser gesagt zu hohem Energieverbrauch – zu kämpfen haben, bedeutet das, dass wir uns auf das besinnen müssen, was uns zur Verfügung steht – nämlich die Erdoberfläche. Diese wird immer weiter zugebaut (gern vor allem fruchtbare Flächen) und so stark misshandelt, dass die Fruchtbarkeit und der Humusgehalt stetig sinkt (letzteres scheint übrigens nicht unwesentlich zum Anstieg des atmosphärischen CO2-Gehaltes beizutragen) und die Ernährung von 7 Mrd. Menschen immer schwieriger wird. Noch ließe sich, wenn man global denkt und den unbedingten Willen zur Lösung der Probleme hat, die Weltbevölkerung mit den vorhandenen Möglichkeiten problemlos ernähren. Voraussetzungen dafür sind der globale Wille zur Zusammenarbeit, das Ende von Krieg und Macht- und Geldgier, die Aufwertung landwirtschaftlicher Tätigkeiten und eine nachhaltige Bodenpflege zum Erhalt und nachfolgenden Aufbau der Bodenfruchtbarkeit. Und vielleicht muss man auch die These in Frage stellen, dass nur Gigantomanie in der Landwirtschaft und im Gartenbau und eine Reduzierung des Genpools der Nutzpflanzen durch die Kultivierung von zunehmend weniger Sorten eine effiziente Versorgung mit Nahrungsmitteln gewährleistet werden kann.

Trotzdem kann man die Idee von zumindest Vertical Horticulture nicht zur Gänze abtun, obwohl sie sicherlich nicht in ihrer ursprünglichen Form von mehrstöckigen, abgeschlossenen Gebäuden verwirklicht werden kann. Mit jedem neuen Haus, das wir bauen, versiegeln wir einen Teil der Erde und verlieren wir fruchtbaren Mutterboden im Austausch für Wohnraum. Eine verwirklichbare Vertical Horticulture kann nur dadurch entstehen, das kultivierbarer Raum über den Wohnraum verschoben wird, sei es mit oder ohne Gewächshäuser.

Beispiele dafür wären Wohnpyramiden, deren Stufen von Gewächshäusern bedeckt sind, kaskadierende Erdhäuser  aber auch herkömmliche Gebäude, die auf ihrer Sonnenseite durch Balkone von maximal 3 m Breite und Glasfronten für die Kultivierung von Nutzpflanzen erweitert werden (siehe auch mein Buch über Öko-Habitate). Diese Vorgehensweise schafft Synergien. Eine dicke Erdschicht auf den Dächern sorgt für eine gute Isolierung, die durch Gewächshäuser noch verstärkt wird, dann kann eine gewisse Menge an Nahrungsmitteln dort produziert werden, wo sie benötigt werden, und weniger Mutterboden geht für immer verloren. Und sollte es nötig und profitabel sein, dann kann man im Winter vielleicht mit Zusatzbeleuchtung arbeiten. 

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12 Kommentare zu Das Lichtproblem bei Vertical Agriculture

  1. Petra. sagt:

    Dieser Artikel hier ist auch 2017 noch wichtig: Ein unsäglicher Beitrag auf Xing zu verical farming behauptet: „…Aber das Licht muss nicht unbedingt von der Sonne kommen. Auf diese Weise hat die vertikale Landwirtschaft Pestizide, Dünger, Boden und Wasser losgeworden…“. und auch hier in diesem Beitrag wird recht viel linear gerechnet und die Biologie vergessen. Dabei gibt es in der Biologie doch den erweiterten Emerson-Effekt, der die Wichtigkeit des ganzen Wellenlängenspektrums (nicht nur ein oder zwei Optima) für die Pflanzengesundheit und die Bildung von sekundären Pflanzenstoffen (SPS) deutlich macht. Zudem sind gerade die SPS wichtiger für die Gesundheit des Menschen als die Kalorien in denen sie eingebettet sind bzw. kaum mehr vorhanden sind bei Hybriden und/oder schnellwachsenden Glashauspflanzen. Selbst in der Pharmaindustrie hat sich die Euphorie, biogene Arzneimittel und Nahrungsergänzungsmittel effizienter in Zellkultur oder im Glashaus erzeugen zu können, abgekühlt. So gleicht das Spektrum der gebildeten Cardenolide (herzwirksame Glycoside) einer Zuchtlinie immer nur dem Ursprungsembryo und nicht dem der erwachsenen Pflanze. Auch bleibt in der Pflanzenzüchtung der Gehalt an Glucosinolaten in Brokkoli weit hinter dem von Wildformen zurück. Hat man also die Gesundheit des Menschen und die Nachhaltigkeit im Fokus der Innovation und nicht nur Massenproduktion, dürfte noch viel interdisziplinäre Forschungsarbeit nötig sein, der Kosten/Nutzen-Effekt und die Nachhaltigkeit liegt bei vertical farming wohl leider auf einem anderen Planeten zu verwirklichen sein.

  2. Jensi sagt:

    …..das ist auch heute noch alles ein sehr interessantes Thema!

  3. georg buchsbaum sagt:

    Hallo,
    der Artikel gleicht ein wenig einer Milchmädchenrechnung.
    Mittlerweile sind wir schon bei 50 W m² künstliche Beleuchtung angelangt. Das Ende ist aber noch nicht erreicht. Die Zahlen sind scheinbar Wiederverkaufspreise mit sattem Aufschlag….für 300W LED ist man von 850€ aber sehr weit entfernt!
    LED im Spektralbereich von 430, 450 und 660nm 3W kosten pro stück 0,18 cent bei einer Abnahme von 10.000Stück.
    Für 300 W brauche ich 100 Stück und bin auf kosten von 18 € . jetzt noch ein bisschen Elektronik und Kühlung dazu kommt man ca. auf 30€ für 300W reale kosten, nicht Einkauf im Webshop um 850€….
    Über das abgreifen direkten Sonnenlichts und über die Einleitung ins Gebäude und somit aussenanhalten der wärmenden Infrarotstrahlung etc. wird gar nicht erwähnt und vollkommen außer acht gelassen.
    Durch Rotation ändert sich die Position der Pflanze zum Licht und somit wird die künstliche Beleuchtung noch weiter hint angehalten. Auf Weizen zu rechnen is eben auch so eine Sache…vor allem haben die wenigsten Konzepte einer Vertical-Farm deren viele es gibt, Weizen im Angebot. Wenn es stimmt und LENR funktioniert, dann is der Strom relativ….die Symbiose einer Vertical Farm mit anderen Fabriken oder Gebäuden verbessert die Ökobilanz enorm.

    Wie man die langzeitschäden die durch eine Vertical-Farm verhindert werden können ökonomisch kalkuliert haben die ökonomen noch nicht beantwortet. Die Verseuchung von Böden und Grundwasser lassen wir gerne außen vor.Trinkwasserverbrauch wird gar nicht erwähnt. In Fukushima is ja auch alles in Ordnung ! Die Lösung all unserer Probleme werden Vertical-Farms nicht sein, aber sie können uns helfen.

    Dazu gebe es noch viel zu sagen und ich würde mich freuen, wenn die Autoren den Artikel, auch wenn schon ein Jahr alt noch mal mit tatsächlichen Fakten überarbeiten würden! Vor einem Jahr haben 300W LED auch nur im Einzelhandel 850€ gekostet.

    • Anand sagt:

      Hallo,
      vorab ein Kommentar zur Milchmädchenrechnung. Eine solche ist dann gegeben, wenn man ein bestimmtes positives Ergebnis vor Augen hat und sich den weg dorthin schönrechnet. Zu meinen Zahlen bin ich nicht gekommen, weil ich sie so haben wollte, sondern weil ich als Gartenbauingenieur weiß, welchen Lichtbedarf Pflanzen brauchen, um wirklich produktiv zu sein. Darum habe ich versucht, mir Informationen zu verschaffen, um mir eine halbwegs fundierte Meinung bilden zu können.
      Wie ich in dem Artikel ausgeführt habe, benötigen Pflanzen 100 – 200 mal so viel Licht für die Fotosynthese wie der Mensch für eine halbwegs gute optische Wahrnehmung. Das bedeutet, dass Lichteinleitung von außen für Büroräume funktioniert, aber eine Pflanzenetage genau so viel Sonnenlicht braucht, wie auf diese Fläche fallen würde. Wenn man also ein 20-stöckiges Gebäude für Vertikal Farming hätte, müsste man das Licht, das auf das eigene und 19 angrenzende Gebäude oder das entsprechende Äquivalent an naheliegenden Ackerflächen fällt, verlustfrei auf die 20 Etagen verteilen. Aber dann könnte man auch gleich alle Gebäudedächer oder die Ackerflächen bebauen. Wenn man das Licht also verlustfrei über anderen Gebäuden auffangen und über größere Strecken leiten kann, dann wäre das die einzige Möglichkeit, Vertical Farming von derLichtseite her zu realisieren. Und wenn man Pflanzen rotiert, produzieren sie in der dunklen Phase kaum etwas.
      Was die Leuchten betrifft, so handelt es sich hier um state-of-the-art Pflanzenbeleuchtung mit optimierter Lichtausbeute, um den Strombedarf niedrig zu halten. Bei Massenproduktion lassen sie sich sicherlich deutlich billiger herstellen, wenn auch nicht zu Ramschpreisen oder zum Nulltarif. Allerdings belastet ihre Herstellung auch die Umwelt, die Ressourcen und die Energiebilanz und sie müssen regelmäßig ersetzt werden.
      Wie aber aus dem Artikel hervorgeht, sind die Kosten für die Hardware der geringste Posten. Der deutlich größere Posten sind die Energiekosten, die durch den extrem hohen Lichtbedarf enorm sind, und die Preise für die Energieproduktion werden sicherlich nicht fallen, sondern weiter kräftig steigen, schon allein deshalb, weil immer mehr Menschen auf der Erde immer luxuriöser leben wollen, aber das maximal mögliche Energieangebot beschränkt ist.
      Man darf hier auch nicht zu technologiegläubig werden: Jedes Leuchtmittel hat eine gewisse Effizienz, die aber aus physikalischen Gründen immer unter 100 % bleiben muss und ganz gewiss nicht über 100 % steigen wird, um mehr Licht zu produzieren als an Stromäquivalent hineingesteckt wird, denn sonst hätten wir ein Perpetuum mobile.
      Was den Weizen betrifft, so ist das nun mal eine der Kulturen, die den meisten Platz verbrauchen (für Gemüse wird viel weniger Platz benötigt), und der Name lautet ja Vertical Farming, was ja pflanzliche Landwirtschaft bedeutet. Aber wie ich in dem Artikel ja geschrieben hatte, ist mir klar, dass gärtnerische Kulturen (also Vertical Horticulture) höhere Gewinne bringen und bin darauf in einem der verschiedenen Szenarien auch eingegangen.
      Dass ich auf andere Aspekte von Vertical Farming nicht eingegangen bin, liegt daran, dass sie nicht Thema dieses Artikels waren, denn sonst hätte ich gleich ein Buch schreiben müssen.
      Synergieeffekte will ich gar nicht in Abrede stellen, und sie machen auch den Charme des Konzeptes aus, allerdings kann ich als Gärtner auch sagen, dass die biologisch-ökologische Seite kein Selbstläufer ist, sondern ziemlich viel Lehrgeld beanspruchen wird. Aber machbar ist das von dieser Seite durchaus.
      Was Langzeitschäden angeht, so sind diese die Folge von industriellem Land- und Gartenbau mit Kunstdünger, Gift und Bodenzerstörung. Wenn man auf diese Weise auch Vertical Farms betreibt, dann wird man immer mehr fruchtbaren Boden von herankarren müssen, der dann natürlich woanders fehlt, es sei denn, man industrialisert noch mehr und macht Hydrokultur auf Steinwolle. Wenn man aber Ökosysteme in den Vertical Farms etablieren möchte, dann braucht man ein Wissen und eine Anbautechnik, die auch bei konventionellem Anbau eine Bodenzerstörung verhindern und den Humusaufbau fördern würde. Hier wäre es sinnvoll, erst einmal die traditionelle Landwirtschaft auf Vordermann zu bringen, so dass sie von einem ökologischen Verlustgeschäft zur einem Gewinn wird, den zukünftige Generationen weiter mehren können.
      Fazit: Die einzige Form von Vertical Farming bzw. Horticulture, die ich auf absehbare Zeit machbar und sinnvoll finde, auch wegen Synergieeffekten bzgl. der Gebäudeheizung/-isolierung ist die Nutzung von Gebäudeaußenseiten, die nach Südwesten, Süden, Südosten weisen.

  4. Manuel Rodriguez sagt:

    Dein Energieproblem kann mittels Kernfusion gelöst werden. Ist sie erstmal realisiert, hat man unbegrenzt Strom und kann sogar unterirdische Gewächshäuser bauen.

    • Anand sagt:

      Ja, die Aussicht ist verlockend, aber die Folgerungen sind nur bedingt richtig.
      Erste Voraussetzung ist nach wie vor, dass Leuchtmittel entwickelt werden, die eine enorme Lebensdauer haben und gleichzeitig günstig genug sind, damit eine Lebensmittelproduktion auf diese Weise rentabel wird.
      Die zweite Vorraussetzung, die zu dieser hinzu kommt, besteht darin, dass der durch Fusion erzeugte Strom wesentlich günstiger ist als bei den derzeitigen Stromproduktionsmethoden.
      Der Artikel beschäftigt sich vor allem mit der Frage der Wirtschaftlichkeit der Beleuchtung unter derzeitigen und zukünftig abseh- und einschätzbaren Gesichtspunkten. Wenn diese sich gravierend ändern, wird sich diese Art des Vertical Farmings sicherlich auch durchsetzen.
      Zwei Anmerkungen zur Fusionsenergie, von der ich lange Jahre selbst geträumt habe, kann ich mir allerdings nicht verkneifen:
      1. Nach dem Bisherigen Stand der Praxis und des Wissens produzieren auch Fusionsreaktoren radioaktives Material, wenn auch vergleichsweise wenig.
      2. Für den Fall, dass Fusionsenergie praxisreif und günstig herstellbar wird, prognostiziere ich eine zunehmende Wärmeverschmutzung der Erde; das gilt im Übrigen auch für das Vorhaben, über Sonenreflektoren zusätzliches Sonnenlicht zur Energiegewinnung auf die Erde umzuleiten. In beiden Fällen entsteht auf der Erde mehr Wärme, als wieder an das Weltall abgegeben wird. DAs ist ein Punkt, über den niemand ernsthaft nachzudenken scheint.

      • Manuel Rodriguez sagt:

        „Die zweite Vorraussetzung, die zu dieser hinzu kommt, besteht darin, dass der durch Fusion erzeugte Strom wesentlich günstiger ist als bei den derzeitigen Stromproduktionsmethoden.“

        Nach derzeitigem Wissensstand wird Kernfusion:
        a) machbar sein
        b) ungefähr den selben Strompreis haben wie derzeitiger Strom (0,20 EUR / kwh)

        Deiner Schlussfolgerung, dass aus ökonomischen Aspekten Vertical Farming keine Zukunft hätte, schließe ich mich jedoch nicht an. Zwar weiß ich, dass man mindestens 1000 Watt LEDs braucht und demnach gigantische Stromkosten entstehen, nichts desto trotz gibt es auf der Erde fast 1000 Millardäre, die sich sowas leisten können. Und für diese Zielgruppe gibt es sogenannte Privatbunker wie in [1] gezeigt. Dort ist das Projekt Arche skiziert, ein Schutzbunker für Superreiche mit integriertem Gewächshaus zur langfristigen Nahrungsversorgung.

        [1] Bunker für Superreiche, http://www.youtube.com/watch?v=IzwEwTpVhKk

        • _LM_ sagt:

          Nach derzeitigem Wissensstand wird Kernfusion:
          a) machbar sein

          Ja, in 50 Jahren. Und zwar immer in 50 Jahren, unabhängig davon, welches Jahr wir gerade haben.

  5. Laura sagt:

    Sehr interessant. Wie würde es aussehen, wenn man den Bogen noch weiter spannt und weitere regenerative Energien mit einbezieht? Das Leben von Tieren in einer Vertical Farm, von denen der Abfall zur Biogasgewinnung genutzt wird. Wäre Geothermie, auch wenn dies ebenfalls noch nicht ausgereift ist, auch ein sinnvoller Ansatz ?

    • Anand sagt:

      Wenn man das kostentechnisch betrachtet, ist es egal, ob die Energie regenerativ ist oder nicht. Auch Geothermie kostet Geld, und selbst wenn man Energie irgendwann einmal deutlich günstiger produzieren kann, wird sie immer noch zu teuer für künstliche Beleuchtung sein.
      Im Moment ist es noch so, dass man auf den weltweit vorhandenen Flächen Nahrung für alle produzieren könnte, wenn es ein weltweites Klima der Zusammenarbeit geben würde. Dir direkte Verwendung von Sonnenenergie durch Photosynthese der Pflanzen selbst wird immer die günstigste Methode bleiben. Erst wenn die Weltbevölkerung soweit angewachsen ist, dass wir mit optimierten herkömmlichen Anbaumethoden nicht mehr weiterkommen, oder etwa für Mond-/Mars/Weltraumsiedlungen sind Vertical Agriculture Fabriken sinnvoll.
      Tiere sind beim klassischen Vertical Agriculture Konzept zwar konzipiert, aber sie benötigen noch wesentlich mehr Energie, weil die Pflanzen für ihre Ernährung ja erst angebaut werden müssen. Die Produktion von tierischem Eiweiß verschlingt ein Vielfaches an Fläche im Vergleich zur Produktion von pflanzlichem Eiweiß.
      Was bei Tierhaltung an Mist anfallen würde, wird wahrscheinlich vor allem zur Erwärmung des Gebäudes und zur Düngung benötigt. Zur Beleuchtung wird kaum Energie übrig bleiben.

  6. Moritz sagt:

    Nachtrag.

    Man kann auch einen gewissen mindestenergiebedarf errechnen.
    zb. Weizen (die anderen getreide sind recht ähnlich) hat pro kg einen energiegehalt von ca.13100 kJ, bzw etwa 3,6 kW/h. diese energie muss rein Physikalisch eingebracht werden. Dieser wert ist aber rein technisch nicht zu erreichen, auch schon, weil die Pflanze selbst ja keine Perfekten umwandler sind und auch wieder etwas energie abgeben.

  7. Moritz sagt:

    Deine Stromkosten können nochmal um 75% gesenkt werden, wenn das kraftwerk im Gebäude ist oder sehr nahe ist und wirtschaftlich dazugehört, also die ganze Anlage vom Stromnetz unabhängig ist.
    Denn der tatsächliche strompreis pro kW/h liegt nur bei etwa 5 Cent, jedenfalls am strommarkt. Teuer wird es erst für den Entverbraucher, weil in den 20 Cent sind noch Kosten für das Stromnetz (Infrastruktur und Übertragungsverluste), gewinne für verschiedene unternehmen und zu guter letzt verschiedene Steuern+ Mehrwertsteuer.
    und wenn der strom direkt produziert wird gehts vieleicht sogar auf 4 cent runter, weil man beim kraftwerk selbst keinen Gewinn einrechnen muss.

    Das ist zwar bei weitem nicht genug, aber „kleinvieh macht auch mist“

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