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»InFARMING«©

© Jochen Euler

Landwirtschaft auf dem Dach der Forschung

"Die Zahl dicht besiedelter Ballungszentren wächst. Weltweit lebt mehr als die Hälfte aller Menschen in Städten. Unbebaute Flächen und Grün sind hier rar. Fassaden und Dächer können in Städten als landwirtschaftliche Nutzflächen dienen. »inFARMING«© heißt das Konzept, das Landwirtschaft in urbane Räume integriert und für das Fraunhofer UMSICHT Konzepte, Materialien und Anbauprozesse entwickelt. Im Fraunhofer - inHaus-Zentrum in Duisburg soll dazu ein Prototyp entstehen.


Die Stadtfarm der Zukunft: Auf dem Flachdach des fünfgeschossigen Bürogebäudes steht ein Gewächshaus zur Gemüsezucht. Die Gebäudefassade ist vollständig mit Moos bewachsen, um Feinstaub zu binden.

Das Wasser wird in einem geschlossenen Kreislauf wiederverwertet, der pflanzliche Abfall und die überschüssige Wärme, z. B. aus den Gebäuden, als Energie genutzt. Das Haus steht mitten in der Großstadt. - Noch nicht real, aber reales Ziel der gebäudeintegrierten urbanen Landwirtschaft, dem »inFARMING«©. Eine mögliche Antwort auf den Mangel an Ressourcen und ländlicher Anbauflächen infolge der schnell wachsenden Weltbevölkerung und zunehmenden Verstädterung. Fraunhofer UMSICHT hat sich zum Ziel gesetzt, Konzepte für gebäudeintegrierte Landwirtschaft auf Gebäudedächern zu entwickeln und entsprechende Techniken und Anbauprozesse zu optimieren. Auf der Konferenz »Greener Cities« in Vietnam stellte das Institut das Thema kürzlich vor.

In Deutschland gibt es rund 1.200 Millionen Quadratmeter an Flachdächern von Nicht- Wohngebäuden. Rund 360 Millionen Quadratmeter können davon für den Anbau von Pflanzen in Gewächshäusern genutzt und so rund 28 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr gebunden werden. Das entspricht etwa 80 Prozent der jährlichen CO2-Emissionen von industriellen Betrieben in Deutschland. Von den 11,2 Millionen Hektar Ackerfläche in Deutschland werden rund 120 000 Hektar (2008) für den Gemüseanbau verwendet. Dies entspricht einer Produktion von 3,5 Millionen Tonnen Gemüse.

In Deutschland sind laut Angaben des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung und des Umweltbundesamtes bereits 50 Prozent der Siedlungs- und Verkehrsfläche versiegelt. Täglich kommen etwa 110 Hektar dazu.

Die herkömmliche konventionelle Landwirtschaft ist sehr ressourcenintensiv, neben der benötigten Fläche werden weltweit rund 70 Prozent des verfügbaren Trinkwassers verbraucht. Darüber hinaus trägt der Energieverbrauch in der Landwirtschaft mit etwa 14 Prozent zu den weltweiten CO2-Emissionen bei. Aus heutiger Sicht ist auch kein plausibler Weg zu sehen, um zukünftig potentiell zehn Milliarden Menschen auf den Ernährungsstand zu bringen, auf dem sich heute die reiche Welt, und damit circa 1,5 Milliarden Menschen, befindet.

»inFARMING«© bietet Ideen und Wege an, deren konkrete Vorteile in weniger Treibhausgasemissionen, einem geringeren Flächenverbrauch und - versiegelung durch Landwirtschaft, minimierten Transportkosten, innerstädtischen Grünflächen und frischeren Produkte, regional und kontrolliert direkt beim Verbraucher erzeugt, liegen.

Prototyp für das »inFARMING«© entsteht in Duisburg
Das Fraunhofer-inHaus-Zentrum in Duisburg ist die in Europa führende Innovationswerkstatt für intelligente Raum- und Gebäudesysteme. Hier wird gerade zusammen mit dem amerikanischen Partner BrightFarm-Systems ein Prototyp für das »inFARMING«© entwickelt. Die Forscher arbeiten an langfristigen Entwicklungsstrategien für die vertikale Landwirtschaft. Als eines der an diesem Thema forschenden Fraunhofer-Institute optimiert UMSICHT Prozesse bei der Wasser- und Energieversorgung. Im Fokus stehen die integrierte Energieversorgung durch Abwärmenutzung, Photovoltaik oder auch Kleinstwindkraftanlagen auf den Dächern.

Im Bereich der Wasserversorgung werden die Wasserkreisläufe geschlossen, Schmutzwasser wird mittels Pflanzen gereinigt und wieder genutzt.»Zudem entwickeln wir passende Materialien und Werkstoffe zur Isolierung und zum Brandschutz oder besonders leichte Materialkomponenten.


Ebenso integrieren wir vermehrt Biokunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Weitere Schwerpunkte werden Konzepte zur optimalen Flächennutzung und Ernteunterstützung sowie zur Nachhaltigkeitsbewertung sein. Gerade für Supermarktbetreiber kann das »inFARMING«©-Konzept ein interessanter Ansatz für die Planung zukünftiger Filialen sein«, beschreibt Projektleiter Dipl. Ing.Volkmar Keuter die Aktivitäten des Instituts.

Aber auch international stößt das Konzept auf breites Interesse. Bei der Konferenz »Greener Cities« in Vietnam (Saigon, Hanoi) im Dezember 2010 im Rahmen der Deutsch-Vietnamesischen Zusammenarbeit präsentierte Fraunhofer UMSICHT sein Know-how in diesem Bereich. »Gerade in den entstehenden Megacities in Asien spielt die urbane Landwirtschaft unter dem Aspekt der Ernährungssicherheit und -gesundheit eine immer größere Rolle, die integrierte Nutzung der Ressourcen eines Gebäudes führen zu neuen Ideen und Möglichkeiten«, erklärt Simone Krause, Projektmitarbeiterin bei UMSICHT. Rund 120 Teilnehmer aus Forschungsinstituten, öffentlichen Einrichtungen und Universitäten nahmen an den Konferenzen teil. Stadtentwicklung, Umweltschutz in Städten, soziale Aspekte von Grünflächen und städtische Nutzungskonzepte waren Themen dieses erfolgreichen Austauschs mit dem Land Vietnam.

Wissenschaftler aus den Bereichen Ernährung, Energie- und Wasserwirtschaft, Ingenieure und Architekten haben bereits verschiedene Ansätze der gebäudeintegrierten Landwirtschaft umgesetzt wie zum Beispiel in Greenpark Venlo (Venlo), Science Barge (Hudson River), Green Port (Shanghai) oder Greenport India (Bangalore)."
So die Presseerklärung von Fraunhofer – Umsicht.

Bei der Kick-off-Veranstaltung des Fraunhofer-Institutes zum Thema LED-Pflanzen-Licht, lernte ich den Projektleiter »inFARMING«©, Dipl. Ing. Volkmar Keuter kennen. Schlagartig stiegen die Erinnerungen an Prof. Meir Schwarz auf, als er uns vor Jahren den "Erwerbsgartenbau im anorganischen Substrat" vorgestellt hatte.

Eine meiner ersten Fragen an Volkmar Keuter war dann auch, wie groß ist eigentlich die Akzeptanz für solche innovativen Projekte in der Wirtschaft und in der Bevölkerung, haben sich die skeptischen, zurückhaltenden Vorbehalte von vor 30 / 40 Jahren so verändert, dass »inFARMING«© heute nicht nur in der Forschung möglich ist?

Auch wenn die Fraunhofer-Gesellschaft grundsätzlich (nur) angewandte Forschung betreibt, die anschließend vermarktet werden soll/muss, könnten wir hier viele Beispiele anführen, in denen unter anderem die Wirtschaft innovative Ideen verhindert hat, weil die wirtschaftlichen Interessen andere Schwerpunkte festgelegt hatten.

Aber unser Gespräch in Oberhausen mit Volkmar Keuter von Fraunhofer – Umsicht lässt doch einen Hoffnungsschimmer am Horizont aufsteigen!



Hauptkomponenten


"Die Ernährung von Menschen bei wachsender Weltbevölkerung und einem immer höheren Qualitäts- und Erwartungsniveau ist ohne eine extrem effiziente und hoch produktive Landwirtschaft nicht denkbar. Qualitativ hochwertige Ernährung durch Nahrungsmittel mit hoher Nährstoffdichte, unter Einschluss von Fleisch- und Milchprodukten sowie hoch veredelten Lebensmitteln, erfordert ein Mehrfaches an Biomasseinput als rein pflanzliche Ernährung. Hinzu kommen große Energie-und Ressourceninputs in den Bereichen Dünger, Mechanisierung, Kühlung, Transport etc..

Aus heutiger Sicht ist kein tragfähiger Weg zu sehen, um potenziell 10 Milliarden Menschen auf den Ernährungsstand zu bringen, auf dem sich heute die reiche Welt, und damit ca. 1,5 Milliarden Menschen, befindet (UN-2009). Auch eine Reduzierung des Fleischkonsums kann diese Entwicklung und damit verbundene Problematiken nur zeitlich hinauszögern und trifft auf Akzeptanz- und Umsetzungsprobleme in der Praxis. Die beschriebene Problematik verschärft sich beim Blick auf die zur Verfügung stehenden Böden und deren Qualität. Sollte es gelingen, 10 Milliarden Menschen auf ein hohes Wohlstandsniveau zu bringen, wird dies mit gigantischem Flächenverbrauch verbunden sein. Bedarf besteht neben den notwendigen Biomasseanbauflächen auch für Wohnbebauung, öffentliche Einrichtungen und Infrastruktur aller Art. Angesichts der Tatsache, dass die Siedlungsschwerpunkte der Menschen eher in fruchtbaren Flusstälern als in Wüsten und Bergregionen liegen, werden es gerade die landwirtschaftlich gut nutzbaren Flächen sein, die verloren gehen.

Daher ist es das Gesamtziel von »inFARMING«© vorhandene Technologien zu Gewächshäusern mit neuen Konzepten, innovativer Prozesstechnik und Materialforschung zu verbinden um den spezifischen Anforderungen gebäudeintegrierter Landwirtschaft zu begegnen und technisch, ökonomisch und ökologisch vorteilhafte Umsetzungen zu entwickeln und letztendlich auch zu realisieren.



Forschungsansätze


In Abgrenzung zum Skyfarming, das den Neubau von Hochhäusern zum alleinigen Zweck der Agrarproduktion vorsieht und nach derzeitigem Forschungsstand erst in 10-15 Jahren realisierbar sein wird (Sauerborn-2010). Aus Aktivitäten beim »inFARMING«© können dennoch Technologien entstehen die im Skyfarming Verwendung finden können.

Durch die Zielsetzungen des Forschungsvorhabens »inFARMING«©, dass sich insbesondere auf die Nutzung von Dächern und Fassaden konzentriert, lassen sich voraussichtlich
  • Probleme in Zusammenhang mit der Ressourcennutzung (Wasserverbrauch, Monokulturen, Grünlandumbruch, Erosion) reduzieren
  • Flächenverbrauch und -versiegelung eindämmen
  • Treibhausgase und andere Einträge in die Umwelt minimieren
  • Stoffkreisläufe in der Stadt schließen (Stickstoff- und Phosphatnutzung aus
    Kläranlagen, Regenwasser für Bewässerung vom Dach)
  • Transportkosten und transportbedingte Verluste verringern und frischere Produkte regional und kontrolliert beim Verbraucher erzeugen."


Allein die nachfolgende Tabelle lässt auch Skeptiker aufhorchen:


»inFARMING®« Projekte



Zum Schluss noch ein paar statische Zahlen, die aufhorchen lassen und selbst den kritischsten Leser überzeugen sollten:
  • 45 % des Verkaufpreises entfallen bei Obst und Gemüse auf die Transportkosten, darum sollte Gemüse, auch der Qualität und Frische wegen in einem Umkreis bis max. 20 km vom Verbraucher angebaut werden.
  • Ganzjähriger Anbau, bei gleichbleibender Qualität und geringerem Chemikalieneinsatz
  • Sehr hohe Erträge: bei Hydrokulturen 10-20 mal höher als bodenbasierte Landwirtschaft
  • Nutzung von Abwärme für den Betrieb im Winter, um Kosten und CO2 Emissionen zu reduzieren
  • 1.000 m2 rooftop Farming - Dachgewächshaus
    Produziert 45.000 kg Gemüse pro Jahr (4.000 Menschen), Einzelhandelserlös etwa 300.000 â‚  (NYC)
  • Bindung von etwa 8ot Kohlendioxid pro Jahr, auf Deutschland bezogen: knapp 28 Mio. Tonnen CO2 jährlich (18 % des ges. Verkehrs) bei Nutzung bestehender Flachdächer


(22.07.2011)

Update: 07.09.2015 15:53:02