Ganzheitliche Optimierung des Energiesystems Vertical Farming durch Integration in Kreislaufwirtschaft (OpEn Farming)

Hintergrund

Die Lebensmittelindustrie ist im Wandel, der Transformationsprozess muss sich den globalen Herausforderungen stellen: Klimawandel und Wetterextreme, Lebensmittelsicherheit, Wasserverbrauch, Stickstoffeintrag in die Natur sowie Abhängigkeit von Phosphat und fossilen Energien, Wettbewerb zwischen Stadt und landwirtschaftlich genutzten Flächen.

Für den Nexus Energie-Wasser-Lebensmittel ist weltweit bis 2030 insgesamt eine Zunahme des Energiebedarfs um 50% (IEA, 2015), des Lebensmittelbedarfs um 50% (FAO, 2012) und des Wasserbedarfs um 30% (IFPRI, 2013) prognostiziert. Beim Thema 'Nachhaltige Ernährung durch innovative Konzepte' wird der wetterunabhängige Anbau von Lebensmitteln am Ort der Nachfrage bei für die Pflanzen opimalen Bedingungen hinsichtlich Beleuchtung, Temperatur und CO₂-Gehalt diskutiert. Die Kulturführung erlaubt durch gezielte Steuerung der Klimaparameter ein hohes Maß an Kontrolle, erfordert jedoch zur Produktion von qualitativ hochwertigen Produkten bei effizientester Ressourcennutzung fundiertes Fachwissen.

Zielsetzungen

In dem oben genannten Kontext steht Vertical Farming (VF) für in der Höhe gestapelte Ebenen zur maximalen Ausnutzung der Bodenfläche. Die Vorteile liegen dabei in der Lebensmittelsicherheit und dem Schutz der Umwelt. VF-Konzepte werden kontrovers diskutiert, da der Energiebedarf und die Kosten für Beleuchtung und Klimatisierung derzeit noch nicht mit traditioneller Landwirtschaft bzw. Gewächshäusern konkurrieren können. Hier setzt das Forschungsprojekt mit folgenden Schwerpunkten an:

• Entwicklung von Gebäudekonzepten für Vertical Farming, die energetisch optimiert, aber auch wirtschaftlich attraktiv sind
• Ganzheitliche Abbildung von thermodynamischen Vorgängen an der Pflanze (Bsp.: Salat, Pak Choi, Basilikum) sowie der Belichtung in die thermische Gebäudesimulation
• Integration des Gebäudes in ein erweitertes Energiesystem einer heterogenen Struktur zur Abbildung einer Kreislaufwirtschaft
• Durchführung einer LCA-Optimierung des Gesamtsystems VF