Landwirtschaft im Hochhaus
Das sogenannte Vertical Farming könnte die wachsende Weltbevölkerung ernähren – Allerdings wird dazu viel Energie benötigt
Während die Bevölkerung auf der Erde immer weiter wächst und die Vereinten Nationen (UN) einen Anstieg von 7,6 Milliarden Menschen im Jahr 2018 auf rund 9,8 Milliarden im Jahr 2050 vermuten, ändert sich die Größe des Globus nicht. Für die Ernährung der Menschheit wird diese Entwicklung zu einem Riesenproblem, weil die Landwirtschaft vielerorts bereits heute an ihre natürlichen Grenzen stößt: Die Anbauflächen lassen sich aus einer Reihe von Gründen praktisch kaum weiter ausdehnen, entscheidende Ressourcen wie das Wasser sind bereits heute nicht nur in Entwicklungsländern, sondern auch in Europa vielerorts knapp und die Hektar-Erträge von Weizen, Mais und Reis lassen sich ebenfalls nicht beliebig weiter steigern. Es sei denn, man stapelt die Flächen, die sich kaum weiter ausdehnen lassen, ähnlich wie Wohnungen in einem Hochhaus einfach übereinander. „Vertical Farming“oder „Landwirtschaft in der Vertikalen“heißt dieses Konzept, das vor allem in großen Städten einen weiteren Vorteil bietet: Tomaten, Radieschen und Gurken müssen nicht mehr von weit her transportiert werden, sondern wachsen in der Nachbarschaft. Das senkt den Energieverbrauch und natürlich auch die Kosten für den Transport enorm.
Wenn in den Etagen von Hochhäusern Tomaten, Auberginen, Paprika, Bohnen, Kohl und Salat wachsen oder Kühe grasen, Schweine grunzen und Hühner gackern, klingt das natürlich faszinierend. Obendrein wird die Idee des „Vertical Farmings“vor allem im „Land der unbegrenzten Möglichkeiten“und dort in einer der bekanntesten Metropolen der Welt vorangetrieben: Dickson Despommier von der Columbia Universität in New York und seine Studenten entwickelten die Idee der „Farmscraper“zwischen den Skyscrapern bereits 1999. Der inzwischen emeritierte Professor ist auch heute noch ein vehementer Verfechter dieser Idee.
Allerdings gibt es bis heute ein großes Manko: „Farmscraper“im ganz großen Stil mit wachsenden Nutzpflanzen, Milchkühen und eierlegenden Hühnern gibt es bisher nur im Computer. Weder in New York, noch in anderen Großstädten steht bisher eine dieser gläsernen Pyramiden mit 30 Stockwerken, die Dickson Despommier entworfen hat. Die in solchen „Farmscrapern“geplanten Techniken werden dagegen bereits heute in kommerziellen Gewächshäusern
eingesetzt, in denen Gemüseoder Arzneipflanzen wachsen. So etwa bei der Münchner Firma Agrilution, die einen sogenannten Plantcube (zu Deutsch Pflanzenwürfel) entwickelt hat. Der vollautomatische Einbaugarten für die Küche kommt ohne Erde und Sonnenlicht aus und wird per App gesteuert. Andere Firmen wie Growing Underground bauen in London in einem ehemaligen Bunker Salat und Kräuter an. In Paris dient eine frühere Tiefgarage als Anbauort für Pilze, Endiviensalat und Gemüse.
Möglich macht den Anbau unter anderen Bedingungen die „Hydroponik“, bei der auf Erde verzichtet wird. Stattdessen gibt ein Substrat wie Mineralwolle oder andere lockere Substanzen wie Kokosfasern den Wurzeln Halt. Das Material wird von Wasser umspült, das alle von der Pflanze benötigten Nährstoffe enthält. Diese Methode spart erhebliche Mengen Wasser – und löst so unter Umstände drängende Probleme. So gilt zum Beispiel die Provinz Almeria im Süden Spaniens als Gemüsegarten Europas. Von dort werden unter anderem das ganze Jahr über Freiland-Tomaten mit Lkw in die Großmärkte Mitteleuropas geliefert. Im Supermarkt sieht der Käufer dann aber nur den Euro-Teil der Kosten für diese Früchte, der Wasserverbrauch fehlt dagegen: „Um ein Kilogramm Tomaten zu ernten, werden 184 Liter Wasser verbraucht“, erklärt Werner Kloas, der sich am LeibnizInstitut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und der Humboldt-Universität in Berlin ebenfalls mit Tomaten-Kulturen beschäftigt. Da die wenigen Niederschläge im trockenen Süden Spaniens für solche Mengen bei Weitem nicht reichen, werden die Felder mit Grundwasser versorgt. Das aus dem Untergrund entnommene Wasser wird in der Natur aber nur zum Teil durch Niederschläge ersetzt. Der Rest kommt als Salzwasser aus Schichten unter dem Grund des Mittelmeers. Mit der Zeit versalzen also die Brunnen, der Region droht eine Öko-Katastrophe.
Dabei lässt sich der Verbrauch von 184 Litern für ein Kilogramm Freiland-Tomaten auf 30 bis 50 Liter drücken, wenn man die Pflanzen im Gewächshaus anbaut. „Setzt man moderne Tropfenbewässerung ein, sind sogar 15 Liter drin“, nennt Werner Kloas eine weitere Wasser-Sparmöglichkeit. Obendrein steigen im Gewächshaus die Erträge, weil dort das Ökosystem gut kontrolliert wird, während im Freiland Stürme, Frostperioden, Dürren und Schädlingsplagen die Ernten erheblich dezimieren können. Werden dann noch kühlere Perioden mit einer Zusatzheizung überbrückt und dunkle Zeiten mit LED-Licht aufgehellt, verlängern sich die Anbauzeiten erheblich. „Im Gewächshaus sind dann fünf- bis zehnmal höhere Erträge als im Freiland drin“, erklärt Werner Kloas.
Solche Zahlen aber müssen noch lange keine goldenen Zeiten für das „Vertical Farming“bedeuten. Zwar spart die Hydroponik-Kultur nicht nur Wasser, sondern auch Platz: Dicht gepackt wachsen die Pflanzen in Boxen eng nebeneinander, obendrein kann man die Boxen übereinander stapeln. Allerdings ziehen beim Ausweiten in die Höhe auch die Kosten kräftig an. „Während die Baukosten für einen Quadratmeter eines Gewächshauses in der Ebene bei 200 bis 400 Euro liegen, kann dieser Preis bei einem „Farmscraper“leicht auf das Fünf- bis Zehnfache steigen“, befürchtet
Um ein Kilogramm Tomaten zu ernten, werden 184 Liter Wasser verbraucht. Ökologe Werner Kloas kritisiert den Gemüseanbau in Spanien
Werner Kloas. Noch schwerer wiegt wohl der Anstieg der Energiekosten: Weil das Sonnenlicht in die unteren Etagen kaum oder gar nicht vordringt, muss dort auch im Hochsommer künstlich beleuchtet werden. Forscher am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR haben einmal ausgerechnet, dass eine Beleuchtung mit sparsamen LEDs den Supermarkt-Preis für ein Kilogramm „Vertical Farming“Tomaten auf knapp zehn Euro vervierfachen würde.
Werner Kloas schlägt daher vor, statt „Farmscraper“lieber horizontale Gewächshäuser im Umland der Ballungszentren zu bauen, deren erheblich höheren Erträge den Verbrauch von Fläche ebenfalls deutlich verringern. Im Vergleich zum Lkw-Transport aus dem Süden Spaniens noch Mitteleuropa würden auch die Transportkosten erheblich sinken.
Diese sehr gute Bilanz lässt sich mit einer Kombination noch einmal stark verbessern, die Werner Kloas und seine Kollegen in den letzten Jahren am IGB entwickelt haben. Dabei koppelt der Forscher in einem Gewächshaus den Anbau von Tomaten mit der Zucht der im Süßwasser lebenden Tilapia-Buntbarsche. Die Fische scheiden dabei das in höheren Konzentrationen giftige Ammonium aus, das Mikroorganismen in einem Bio-Filter in Nitrat umwandeln. Diese Verbindung aber ist nicht nur für Tomatenpflanzen ein wertvoller Dünger, der in der konventionellen Landwirtschaft bisher mit extrem hohen Energiekosten aus der Luft gewonnen wird. Beim Wachsen produzieren die Tomatenpflanzen reichlich Sauerstoff. Diesen atmen die Fische ein, während sie Kohlendioxid ausatmen, das die Tomatenpflanzen zum Wachsen brauchen. Fängt man mit Kühlfallen dann auch noch die Luftfeuchtigkeit wieder ein, die von den Tomaten verdunstet wurde, entsteht ein gutes Kreislaufsystem, bei dem nur noch das Fischfutter fehlt. Das besteht aus Fliegenmaden, die zum Beispiel auf Bioabfällen aus dem Gewächshaus oder auch auf verdorbenen Lebensmitteln wachsen. Am Ende kommen sowohl für die Tomaten wie auch für die Fische Spitzenwerte heraus. So braucht man gerade einmal 100 Liter Wasser, um ein Kilogramm Tilapien zu züchten, während ein Kilo Hühnerfleisch 3000 und eine Kilo Schweinefleisch 4000 Liter Wasser verbraucht. Obendrein hofft Werner Kloas, die Erträge an Fischfleisch zu verfünffachen, wenn er die Tilapien durch Afrikanische Welse ersetzt. Liegt die Zukunft also vielleicht eher bei Tomatenfischen?