Vertikale Landwirtschaft - Vertical farming

Salatanbau in einem Indoor Vertical Farming System

Vertical Farming ist die Praxis des Anbaus von Pflanzen in vertikal gestapelten Schichten. Es umfasst oft kontrollierte Umweltlandwirtschaft , die darauf abzielt, das Pflanzenwachstum zu optimieren, und erdlose Landwirtschaftstechniken wie Hydroponik , Aquaponik und Aeroponik . Zu den gängigsten Strukturen für die Unterbringung von Vertical Farming-Systemen gehören Gebäude, Versandcontainer, Tunnel und verlassene Minenschächte. Ab 2020 gibt es das Äquivalent von etwa 30 ha (74 Acres) betriebsfähigem vertikalem Ackerland auf der Welt. Das moderne Konzept der vertikalen Landwirtschaft wurde 1999 von Dickson Despommier , Professor für öffentliche Gesundheit und Umweltgesundheit an der Columbia University, vorgeschlagen. Despommier und seine Schüler entwarfen den Entwurf einer Wolkenkratzer-Farm, die 50.000 Menschen ernähren könnte. Obwohl das Design noch nicht gebaut wurde, hat es die Idee des Vertical Farming erfolgreich populär gemacht. Aktuelle Anwendungen von vertikalen farmings gekoppelt mit anderen state-of-the-art Technologien, wie spezielle LED - Leuchten haben in mehr als 10 - fachen den Ernteertrag geführt als durch traditionelle Anbaumethoden erhalten würde.

Der Hauptvorteil des Einsatzes von Vertical-Farming-Technologien ist der höhere Ernteertrag, der mit einem geringeren Flächenbedarf einhergeht. Ein weiterer begehrter Vorteil ist die erhöhte Fähigkeit, eine größere Vielfalt von Pflanzen gleichzeitig anzubauen, da die Pflanzen während des Anbaus nicht die gleichen Parzellen teilen. Darüber hinaus sind Pflanzen aufgrund ihrer Platzierung in Innenräumen resistent gegen Wetterstörungen, was bedeutet, dass weniger Pflanzen durch extreme oder unerwartete Wetterereignisse verloren gehen. Aufgrund der begrenzten Landnutzung stört die vertikale Landwirtschaft die einheimischen Pflanzen und Tiere weniger, was zu einer weiteren Erhaltung der lokalen Flora und Fauna führt.

Vertical-Farming-Technologien stehen vor wirtschaftlichen Herausforderungen mit hohen Anlaufkosten im Vergleich zu traditionellen Farmen. In Victoria , Australien, würde eine „hypothetische vertikale Farm mit 10 Ebenen“ pro Quadratmeter Ackerland über 850-mal mehr kosten als eine traditionelle Farm im ländlichen Victoria . Vertikale Farmen haben aufgrund des Einsatzes von Zusatzlicht wie LEDs auch einen hohen Energiebedarf. Wenn nicht erneuerbare Energie verwendet wird, um diesen Energiebedarf zu decken, könnten vertikale Farmen außerdem mehr Umweltverschmutzung verursachen als traditionelle Farmen oder Gewächshäuser .

Techniken der vertikalen Landwirtschaft

Indoor Hydroponik von Morus, Japan

Hydrokultur

Hydroponik bezieht sich auf die Technik, Pflanzen ohne Erde anzubauen . In hydroponischen Systemen werden die Wurzeln von Pflanzen in flüssige Lösungen getaucht, die Makronährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Kalium, Kalzium und Magnesium sowie Spurenelemente wie Eisen, Chlor, Mangan, Bor, Zink, Kupfer enthalten. und Molybdän. Darüber hinaus werden inerte (chemisch inaktive) Medien wie Kies, Sand und Sägemehl als Bodenersatz verwendet, um die Wurzeln zu unterstützen.

Zu den Vorteilen der Hydrokultur gehören die Möglichkeit, den Ertrag pro Fläche zu erhöhen und den Wasserverbrauch zu reduzieren. Eine Studie hat gezeigt, dass der hydroponische Anbau im Vergleich zum konventionellen Anbau den Ertrag pro Salatfläche um das 11-fache steigern kann und dabei 13-mal weniger Wasser benötigt. Aufgrund dieser Vorteile ist Hydroponik das vorherrschende Anbausystem in der vertikalen Landwirtschaft.

Aquaponik mit Wels

Aquaponik

Der Begriff Aquaponik wird durch die Kombination zweier Wörter geprägt: Aquakultur , was sich auf die Fischzucht bezieht, und Hydroponik – die Technik, Pflanzen ohne Erde anzubauen. Aquaponics geht einen Schritt weiter, indem es die Produktion von Landpflanzen mit der Produktion von Wasserorganismen in einem geschlossenen Kreislaufsystem integriert, das die Natur selbst nachahmt. Nährstoffreiches Abwasser aus den Aquarien wird durch eine Feststoffentfernungseinheit gefiltert und dann zu einem Biofilter geleitet, in dem giftiges Ammoniak in nahrhaftes Nitrat umgewandelt wird . Während sie Nährstoffe aufnehmen, reinigen die Pflanzen dann das Abwasser, das in die Aquarien zurückgeführt wird. Darüber hinaus verbrauchen die Pflanzen das von den Fischen produzierte Kohlendioxid , und das Wasser in den Aquarien gewinnt Wärme und hilft dem Gewächshaus, die Temperatur nachts zu halten, um Energie zu sparen. Da sich die meisten kommerziellen vertikalen Landwirtschaftssysteme auf die Produktion einiger schnell wachsender Gemüsepflanzen konzentrieren, wird Aquaponik, die auch eine aquakulturelle Komponente umfasst, derzeit nicht so weit verbreitet wie konventionelle Hydroponik.

Aeroponik

Aeroponisch angebauter Schnittlauch

Die Erfindung der Aeroponik wurde durch die Initiative der NASA (der National Aeronautical and Space Administration) motiviert, in den 1990er Jahren einen effizienten Weg zu finden, Pflanzen im Weltraum anzubauen. Im Gegensatz zu konventioneller Hydroponik und Aquaponik benötigt die Aeroponik kein flüssiges oder festes Medium, um Pflanzen zu züchten. Stattdessen wird eine flüssige Lösung mit Nährstoffen in Luftkammern vernebelt, in denen die Pflanzen aufgehängt sind. Aeroponik ist bei weitem die nachhaltigste bodenlose Anbautechnik, da sie bis zu 90 % weniger Wasser verbraucht als die effizientesten konventionellen Hydrokultursysteme und keinen Austausch des Wachstumsmediums erfordert. Darüber hinaus ermöglicht das Fehlen von Wachstumsmedium, dass aeroponische Systeme ein vertikales Design annehmen können, was weiter Energie spart, da die Schwerkraft überschüssige Flüssigkeit automatisch ableitet, während herkömmliche horizontale hydroponische Systeme oft Wasserpumpen erfordern, um überschüssige Lösung zu kontrollieren. Derzeit werden aeroponische Systeme noch nicht in großem Umfang in der vertikalen Landwirtschaft eingesetzt, ziehen jedoch zunehmend Aufmerksamkeit auf sich. Nein

Umweltkontrollierte Landwirtschaft

Controlled-Environment Agriculture (CEA) ist die Veränderung der natürlichen Umgebung, um den Ernteertrag zu steigern oder die Vegetationsperiode zu verlängern. CEA-Systeme werden normalerweise in geschlossenen Strukturen wie Gewächshäusern oder Gebäuden untergebracht, in denen Umweltfaktoren wie Luft, Temperatur, Licht, Wasser, Feuchtigkeit, Kohlendioxid und Pflanzenernährung kontrolliert werden können. In vertikalen Landwirtschaftssystemen wird CEA oft in Verbindung mit erdlosen Landwirtschaftstechniken wie Hydroponik, Aquaponik und Aeroponik verwendet.

Arten von Vertical Farming

Gebäudebasierte Farmen

Vertikaler Bauernhof in Moskau .

Verlassene Gebäude werden oft für die vertikale Landwirtschaft wiederverwendet, wie zum Beispiel eine Farm in Chicago namens „The Plant“, die aus einer alten Fleischverpackungsanlage umgebaut wurde. Manchmal werden jedoch auch Neubauten gebaut, um vertikale Landwirtschaftssysteme zu beherbergen.

Vertikale Farmen in Versandcontainern

Recycelte Versandbehälter sind eine immer beliebter werdende Option für die Unterbringung von vertikalen Landwirtschaftssystemen. Die Versandcontainer dienen als standardisierte, modulare Kammern für den Anbau einer Vielzahl von Pflanzen und sind oft mit LED- Beleuchtung, vertikal gestapelter Hydrokultur , intelligenter Klimasteuerung und Überwachungssensoren ausgestattet. Darüber hinaus können Farmen durch das Stapeln der Versandcontainer noch mehr Platz sparen und einen höheren Ertrag pro Quadratfuß erzielen.

Tiefe Farmen

Eine „Deep Farm“ ist eine vertikale Farm, die aus sanierten unterirdischen Tunneln oder verlassenen Minenschächten gebaut wird . Da Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Untergrund im Allgemeinen gemäßigt und konstant sind, benötigen Tiefbauern weniger Energie zum Heizen. Tiefseefarmen können auch nahegelegenes Grundwasser nutzen, um die Kosten für die Wasserversorgung zu senken. Laut Saffa Riffat , Lehrstuhlinhaberin für nachhaltige Energie an der University of Nottingham , kann eine Tieflandfarm auf derselben Fläche 7- bis 9-mal mehr Nahrungsmittel produzieren als eine konventionelle oberirdische Farm . In Verbindung mit automatisierten Erntesystemen können diese unterirdischen Farmen vollständig autark sein.

Geschichte

Erste Vorschläge

Dickson Despommier , Professor für öffentliche Gesundheit und Umweltgesundheit an der Columbia University , begründete das Konzept der vertikalen Landwirtschaft. 1999 forderte er seine Doktoranden auf, zu berechnen, wie viel Nahrung sie auf den Dächern von New York anbauen könnten. Die Schüler kamen zu dem Schluss, dass sie nur etwa 1000 Menschen ernähren könnten. Unzufrieden mit den Ergebnissen schlug Despommier vor, Pflanzen stattdessen in Innenräumen auf mehreren Ebenen vertikal anzubauen. Despommier und seine Schüler dann ein Design einer 30-stöckigen vertikalen Farm ausgestattet mit künstlicher Beleuchtung, modernen vorgeschlagen hydroponischen und aeroponics , die genügend Nahrung für 50.000 Menschen produzieren könnten. Sie wiesen weiter darauf hin, dass in den oberen Stockwerken etwa 100 Arten von Obst und Gemüse wachsen würden, während in den unteren Stockwerken Hühner und Fische untergebracht würden, die sich von den Pflanzenabfällen ernähren würden. Obwohl die Wolkenkratzer-Farm von Despommier noch nicht gebaut wurde, hat sie die Idee der vertikalen Landwirtschaft populär gemacht und viele spätere Entwürfe inspiriert.

Implementierungen

Entwickler und lokale Regierungen in mehreren Städten haben ihr Interesse an der Errichtung einer vertikalen Farm bekundet: Incheon ( Südkorea ), Abu Dhabi ( Vereinigte Arabische Emirate ), Dongtan ( China ), New York City , Portland , Los Angeles , Las Vegas , Seattle , Surrey , Toronto , Paris , Bangalore ( Indien ), Dubai , Shanghai und Peking . Zwischen 2014 und November 2020 wurden rund 1,8 Milliarden US-Dollar in Start-ups der Branche investiert.

Im Jahr 2009 wurde im Paignton Zoo Environmental Park in Großbritannien die weltweit erste Pilotproduktionsanlage installiert. Das Projekt präsentierte die vertikale Landwirtschaft und bot eine solide Grundlage für die Erforschung einer nachhaltigen städtischen Lebensmittelproduktion. Die Produkte werden verwendet, um die Tiere des Zoos zu füttern, während das Projekt die Bewertung der Systeme ermöglicht und eine Bildungsressource bietet, um für eine Änderung nicht nachhaltiger Landnutzungspraktiken einzutreten, die sich auf die globale Biodiversität und Ökosystemleistungen auswirken .

2010 schlug die Green Zionist Alliance auf dem 36. Zionistischen Weltkongress eine Resolution vor, in der Keren Kayemet L'Yisrael ( Jüdischer Nationalfonds in Israel) aufgefordert wird, vertikale Farmen in Israel zu entwickeln . Darüber hinaus baute ein Unternehmen namens „Podponics“ im Jahr 2010 eine vertikale Farm in Atlanta, die aus über 100 gestapelten „Growpods“ bestand, ging aber Berichten zufolge im Mai 2016 in Konkurs.

2012 wurde in Singapur die weltweit erste kommerzielle vertikale Farm eröffnet , die von Sky Greens Farms entwickelt wurde und drei Stockwerke hoch ist. Sie haben derzeit über 100 neun Meter hohe Türme.

Im Jahr 2012 stellte ein Unternehmen namens The Plant sein neu entwickeltes vertikales Landwirtschaftssystem vor, das in einem verlassenen Fleischverpackungsgebäude in Chicago, Illinois, untergebracht ist. Die Nutzung verlassener Gebäude zur Unterbringung von vertikalen Farmen und anderen nachhaltigen Anbaumethoden ist eine Tatsache der schnellen Urbanisierung moderner Gemeinden.

2013 wurde der Verein für Vertical Farming (AVF) in München (Deutschland) gegründet. Bis Mai 2015 hatte sich der AVF mit regionalen Chaptern in ganz Europa, Asien, USA, Kanada und Großbritannien erweitert. Diese Organisation vereint Züchter und Erfinder, um die Ernährungssicherheit und nachhaltige Entwicklung zu verbessern. Der AVF konzentriert sich auf die Förderung von Technologien, Designs und Unternehmen für die vertikale Landwirtschaft, indem er internationale Infotage, Workshops und Gipfel veranstaltet.

Im Jahr 2015 begann das Londoner Unternehmen Growing Underground mit der Produktion von Blattgrünprodukten unter Tage in verlassenen unterirdischen Tunneln aus dem Zweiten Weltkrieg .

Im Jahr 2016 brachte ein Startup namens Local Roots die "TerraFarm" auf den Markt, ein vertikales Farmsystem, das in einem 40-Fuß-Versandcontainer gehostet wird und Computervision umfasst, die in ein künstliches neuronales Netzwerk integriert ist , um die Pflanzen zu überwachen; und wird von Kalifornien aus fernüberwacht. Es wird behauptet, dass das TerraFarm-System „Kostenparität mit der traditionellen Outdoor-Landwirtschaft erreicht hat“, wobei jede Einheit das Äquivalent von „drei bis fünf Hektar Ackerland“ produziert, 97 % weniger Wasser durch Wasserrückgewinnung verbraucht und das verdunstete Wasser durch die Luft gewonnen wird Konditionierung. Die erste vertikale Farm in einem US-Lebensmittelgeschäft wurde 2016 in Dallas, Texas , eröffnet und ist jetzt geschlossen.

Im Jahr 2017 begann ein japanisches Unternehmen, Mirai, mit der Vermarktung seines mehrstufigen vertikalen Landwirtschaftssystems. Das Unternehmen gibt an, dass es täglich 10.000 Salatköpfe produzieren kann – das 100-fache der Menge, die mit traditionellen landwirtschaftlichen Methoden produziert werden könnte, da ihre speziellen LED-Leuchten die Wachstumszeiten um den Faktor 2,5 verkürzen können. Darüber hinaus kann dies alles mit 40 % weniger Energieverbrauch, 80 % weniger Lebensmittelabfällen und 99 % weniger Wasserverbrauch als bei traditionellen Anbaumethoden erreicht werden. Es wurden weitere Anfragen gestellt, diese Technologie in mehreren anderen asiatischen Ländern zu implementieren.

Im Jahr 2019 arbeitete Kroger mit dem deutschen Startup Infarm zusammen, um modulare vertikale Farmen in zwei Lebensmittelgeschäften im Raum Seattle zu installieren .

Im Jahr 2019 hat das Restaurant im IKEA Einrichtungshaus Malmö in Zusammenarbeit mit Bonbio und Urban Crop Solutions ein einjähriges Pilotprojekt mit einer modularen Indoor-Farm auf Versandcontainerbasis durchgeführt, um frischen Salat direkt vom Parkplatz des Geschäfts in die Restaurantküche zu liefern.

Im Herbst 2021 wird das Vertical Farming-Unternehmen und ETH- Spin-off YASAI Zürichs erste vertikale Farm mit iFarm-Technologie lancieren.

Vorteile

Effizienz

Der Ackerlandbedarf der traditionellen Landwirtschaft ist zu groß und zu invasiv, um für zukünftige Generationen nachhaltig zu bleiben. Angesichts der rasanten Bevölkerungswachstumsraten wird erwartet, dass die Ackerfläche pro Person im Jahr 2050 im Vergleich zu 1970 um etwa 66 % sinken wird. Vertikale Landwirtschaft ermöglicht in einigen Fällen mehr als das Zehnfache des Ernteertrags pro Hektar als herkömmliche Methoden. Im Gegensatz zur traditionellen Landwirtschaft in nicht-tropischen Gebieten kann die Indoor-Landwirtschaft das ganze Jahr über Pflanzen produzieren. Die ganzjährige Landwirtschaft vervielfacht die Produktivität der bewirtschafteten Fläche je nach Kultur um den Faktor 4 bis 6. Bei Pflanzen wie Erdbeeren kann der Faktor bis zu 30 betragen.

Vertikale Landwirtschaft ermöglicht auch die Produktion einer größeren Vielfalt erntefähiger Pflanzen, da isolierte Pflanzensektoren verwendet werden. Im Gegensatz zu einem traditionellen landwirtschaftlichen Betrieb, bei dem pro Saison nur eine Pflanzenart geerntet wird, können in vertikalen Farmen aufgrund ihrer individuellen Landparzellen eine Vielzahl verschiedener Pflanzen gleichzeitig angebaut und geerntet werden.

Laut USDA legen vertikale landwirtschaftliche Produkte im Vergleich zu traditionellen landwirtschaftlichen Produkten nur einen kurzen Weg zurück, um Geschäfte zu erreichen.

Das US-Landwirtschaftsministerium prognostiziert, dass die Weltbevölkerung bis 2050 9 Milliarden übersteigen wird, von denen die meisten in städtischen oder städtischen Gebieten leben werden. Vertical Farming ist die vom USDA prognostizierte Antwort auf die potenzielle Nahrungsmittelknappheit bei steigender Bevölkerungszahl. Diese Anbaumethode ist umweltverträglich, indem die Emissionen gesenkt und der Wasserbedarf reduziert wird. Diese Art der urbanen Landwirtschaft, die einen fast unmittelbaren Transport von der Farm zum Lager ermöglichen würde, würde die Verteilung reduzieren.

In einem Workshop zu Vertical Farming des USDA und des Department of Energy diskutierten Experten für Vertical Farming über Pflanzenzüchtung, Schädlingsbekämpfung und Technik. Die Bekämpfung von Schädlingen (wie Insekten , Vögeln und Nagetieren ) ist in vertikalen Farmen leicht zu bewältigen, da das Gebiet so gut kontrolliert wird. Ohne chemische Pestizide ist der Anbau von Bio-Pflanzen einfacher als in der traditionellen Landwirtschaft.

Witterungsbeständigkeit

Pflanzen, die im traditionellen Freilandanbau angebaut werden, sind von unterstützendem Wetter abhängig und leiden unter unerwünschten Temperaturen, Regen, Monsun, Hagel, Tornado, Überschwemmungen, Waldbränden und Dürre. „Drei kürzliche Überschwemmungen (in den Jahren 1993, 2007 und 2008) kosteten die Vereinigten Staaten Milliarden von Dollar an verlorenen Ernten, mit noch verheerenderen Verlusten im Oberboden. Veränderungen der Regenmuster und der Temperatur könnten Indiens landwirtschaftliche Produktion bis Ende des Jahrhundert."

Das Problem der widrigen Wetterbedingungen ist besonders relevant für arktische und subarktische Gebiete wie Alaska und Nordkanada, in denen eine traditionelle Landwirtschaft weitgehend unmöglich ist. Die Ernährungsunsicherheit ist ein seit langem bestehendes Problem in abgelegenen nördlichen Gemeinden, wo frische Produkte über große Entfernungen transportiert werden müssen, was zu hohen Kosten und schlechter Ernährung führt. Containerbetriebe können das ganze Jahr über frische Produkte zu geringeren Kosten liefern als der Versand von Lieferungen von südlicheren Standorten mit einer Reihe von Betrieben, die an Standorten wie Churchill, Manitoba , und Unalaska, Alaska, tätig sind . Wie bei Störungen des Pflanzenanbaus sind auch lokale Containerbetriebe weniger anfällig für Störungen als die langen Lieferketten, die erforderlich sind, um traditionell angebaute Produkte in abgelegene Gemeinden zu liefern. Die Lebensmittelpreise in Churchill stiegen erheblich, nachdem Überschwemmungen im Mai und Juni 2017 die Schließung der Eisenbahnlinie erzwungen hatten, die die einzige dauerhafte Überlandverbindung zwischen Churchill und dem Rest Kanadas bildet.

Umweltschutz

Bis zu 20 Einheiten Outdoor-Ackerland pro Einheit der vertikalen Landwirtschaft könnten aufgrund der erhöhten Produktivität der vertikalen Landwirtschaft in ihren natürlichen Zustand zurückkehren. Vertical Farming würde die landwirtschaftliche Nutzfläche reduzieren und damit viele natürliche Ressourcen einsparen.

Entwaldung und Wüstenbildung durch landwirtschaftliche Eingriffe in natürliche Biome könnten vermieden werden. Die Produktion von Nahrungsmitteln in Innenräumen reduziert oder eliminiert konventionelles Pflügen, Pflanzen und Ernten durch landwirtschaftliche Maschinen, schützt den Boden und reduziert Emissionen.

Die traditionelle Landwirtschaft ist oft invasiv für die einheimische Flora und Fauna, weil sie eine so große Ackerfläche benötigt. Eine Studie zeigte, dass die Waldmauspopulationen nach der Ernte von 25 pro Hektar auf 5 pro Hektar zurückgingen, wobei schätzungsweise 10 Tiere pro Hektar pro Jahr bei konventioneller Landwirtschaft getötet wurden. Im Vergleich dazu würde die vertikale Landwirtschaft aufgrund ihrer begrenzten Raumnutzung den Wildtieren einen nominellen Schaden zufügen.

Probleme

Wirtschaft

Vertikale Farmen müssen die finanzielle Herausforderung hoher Anlaufkosten meistern. Die anfänglichen Baukosten für eine 60 Hektar große vertikale Farm könnten 100 Millionen US-Dollar übersteigen . Die Belegungskosten in Städten können hoch sein, was zu viel höheren Startkosten – und einer längeren Break-Even-Zeit – führt als bei einem traditionellen Bauernhof in ländlichen Gebieten.

Gegner stellen die potenzielle Rentabilität von Vertical Farming in Frage. Damit vertikale Farmen finanziell erfolgreich sind, müssen hochwertige Pflanzen angebaut werden, da traditionelle Farmen minderwertige Pflanzen wie Weizen zu günstigeren Kosten anbieten als eine vertikale Farm. Louis Albright, Professor für Bio- und Umwelttechnik an der Cornell-Universität, gab an, dass ein Brotlaib, das aus Weizen hergestellt wurde, der in einer vertikalen Farm angebaut wurde, 27 US-Dollar kosten würde. Laut dem US Bureau of Labor Statistics kostete der durchschnittliche Brotlaib im September 2019 jedoch 1,296 US-Dollar, was deutlich zeigt, dass Pflanzen, die in vertikalen Farmen angebaut werden, im Vergleich zu Pflanzen, die in traditionellen Freilandbetrieben angebaut werden, nicht wettbewerbsfähig sein werden. Damit vertikale Farmen profitabel sind, müssen die Betriebskosten dieser Farmen sinken. Die Entwickler des TerraFarm-Systems, das aus gebrauchten 40-Fuß-Schiffscontainern hergestellt wurde, behaupteten, dass ihr System "Kostengleichheit mit der traditionellen Outdoor-Landwirtschaft erreicht hat".

Eine theoretische 10-stöckige vertikale Weizenfarm könnte bis zu 1.940 Tonnen Weizen pro Hektar produzieren, verglichen mit einem weltweiten Durchschnitt von 3,2 Tonnen Weizen pro Hektar (600-facher Ertrag). Gegenwärtige Methoden erfordern einen enormen Energieverbrauch für Beleuchtung, Temperatur, Feuchtigkeitskontrolle, Kohlendioxideintrag und Dünger und die Autoren kamen daher zu dem Schluss, dass sie "mit den aktuellen Marktpreisen wirtschaftlich nicht wettbewerbsfähig sein können".

Laut einem Bericht der Financial Times aus dem Jahr 2020 waren die meisten vertikalen Landwirtschaftsunternehmen mit Ausnahme einiger japanischer Unternehmen unprofitabel.

Energieverbrauch

Während der Vegetationsperiode scheint die Sonne in einem extremen Winkel auf eine vertikale Fläche, so dass den Pflanzen viel weniger Licht zur Verfügung steht, als wenn sie auf flachem Land gepflanzt werden. Daher wäre zusätzliches Licht erforderlich. Bruce Bugbee behauptete, dass der Energiebedarf der vertikalen Landwirtschaft mit traditionellen Farmen, die nur natürliches Licht verwenden, nicht konkurrenzfähig wäre. Der Umweltjournalist George Monbiot berechnete, dass die Kosten für die Bereitstellung von ausreichend zusätzlichem Licht zum Wachsen des Getreides für einen einzelnen Laib etwa 15 US-Dollar betragen würden. Ein Artikel im Economist argumentierte, dass "obwohl Pflanzen, die in einem gläsernen Wolkenkratzer wachsen, tagsüber etwas natürliches Sonnenlicht bekommen, es nicht ausreichen wird" und "die Kosten für den Betrieb künstlicher Beleuchtung die Indoor-Landwirtschaft unerschwinglich machen werden". Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass, wenn nur Sonnenkollektoren verwendet würden, um den Energieverbrauch einer vertikalen Farm zu decken, „die benötigte Fläche der Sonnenkollektoren um den Faktor zwanzig größer sein müsste als die Ackerfläche auf einer mehrstöckigen Indoor-Anlage“. farm“, was mit größeren vertikalen Farmen nur schwer zu bewerkstelligen sein wird. Eine hydroponische Farm, die Salat in Arizona anbaut, würde 15.000 kJ Energie pro produziertem Kilogramm Salat benötigen. Um diese Energiemenge ins rechte Licht zu rücken, benötigt eine traditionelle Freilandsalatfarm in Arizona nur 1100 kJ Energie pro Kilogramm angebautem Salat.

Wie das Buch von Dr. Dickson Despommier "The Vertical Farm" eine kontrollierte Umgebung vorschlägt, werden die Heiz- und Kühlkosten denen jedes anderen mehrstöckigen Gebäudes ähneln. Sanitär- und Aufzugssysteme sind notwendig, um Nährstoffe und Wasser zu verteilen. In den nördlichen kontinentalen Vereinigten Staaten können die Heizkosten für fossile Brennstoffe über 200.000 US-Dollar pro Hektar betragen. Eine 2015 durchgeführte Studie verglich das Wachstum von Salat in Arizona mit konventionellen landwirtschaftlichen Methoden und einer Hydrokulturfarm. Sie stellten fest, dass Heizen und Kühlen mehr als 80 % des Energieverbrauchs in der Hydrokulturfarm ausmachten, wobei das Heizen und Kühlen 7400 kJ pro Kilogramm produziertem Salat benötigte. Laut derselben Studie beträgt der Gesamtenergieverbrauch der Hydrokulturfarm 90.000 kJ pro Kilogramm Salat. Wenn der Energieverbrauch nicht berücksichtigt wird, können vertikale Farmen eine nicht nachhaltige Alternative zur traditionellen Landwirtschaft sein.

Der Energiebedarf des Vertical Farming führt zu einem erheblichen Flächenverbrauch zur Bereitstellung der Energie. Für jeden Hektar Nutzpflanzen, der durch Vertical Farming angebaut wird, wären 5,4 Hektar Sonnenkollektoren erforderlich, um die Energie über Sonnenenergie zu liefern. In der Praxis kann die vertikale Landwirtschaft daher mehr Land benötigen als die traditionelle Landwirtschaft, nicht weniger.

Umweltverschmutzung

Es gibt eine Reihe von miteinander verbundenen Herausforderungen mit einigen möglichen Lösungen:

  • Strombedarf: Wenn der Strombedarf durch fossile Brennstoffe gedeckt wird, kann die Umweltauswirkung ein Nettoverlust sein; Selbst der Aufbau von CO2-armen Kapazitäten zur Stromversorgung der Farmen macht möglicherweise nicht so viel Sinn, wie die traditionellen Farmen einfach zu belassen und gleichzeitig weniger Kohle zu verbrennen. Louis Albright argumentierte, dass bei einer „städtischen Landwirtschaft mit geschlossenem System, die auf elektrisch erzeugtem photosynthetischem Licht“ basiert, ein Pfund Salat dazu führen würde, dass in einem Kraftwerk 8 Pfund Kohlendioxid produziert werden, und 4.000 Pfund Salat würden dem äquivalent sein jährliche Emissionen eines Familienautos. Er argumentiert auch, dass der CO2-Fußabdruck von Tomaten, die in einem ähnlichen System angebaut werden, doppelt so groß wäre wie der CO2-Fußabdruck von Salat. Bei Salat, der in einem Gewächshaus produziert wurde, in dem Sonnenlicht die Pflanzen erreicht, wurden die Kohlendioxidemissionen pro Kopf Salat jedoch um 300 Prozent gesenkt. Da vertikale Farmsysteme bei der Nutzung des Sonnenlichts effizienter werden, werden sie weniger Umweltverschmutzung verursachen.
  • CO2-Emission: Eine vertikale Farm benötigt eine CO 2 -Quelle, höchstwahrscheinlich aus der Verbrennung, wenn sie mit Elektrizitätswerken zusammengelegt wird; die Aufnahme von CO 2 , das sonst abgeworfen würde, ist möglich. Gewächshäuser erhöhen im Allgemeinen den Kohlendioxidgehalt auf das 3- bis 4-fache der atmosphärischen Rate. Dieser Anstieg des CO 2 erhöht die Photosynthese mit unterschiedlichen Raten, durchschnittlich 50 %, was nicht nur zu höheren Erträgen, sondern auch zu einer schnelleren Pflanzenreifung, einem Schrumpfen der Poren und einer größeren Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasserstress (sowohl zu viel als auch zu wenig) beiträgt. Vertikale Farmen müssen nicht isoliert existieren, robustere, reifere Pflanzen könnten in traditionelle Gewächshäuser übertragen werden, wodurch Platz frei wird und die Kostenflexibilität erhöht wird.
  • Ernteschäden: Einige Gewächshäuser verbrennen fossile Brennstoffe ausschließlich zur Erzeugung von CO 2 , beispielsweise aus Öfen, die Schadstoffe wie Schwefeldioxid und Ethylen enthalten . Diese Schadstoffe können Anlagen erheblich schädigen, daher ist die Gasfiltration ein Bestandteil von Hochleistungsanlagen.
  • Belüftung: "Notwendige" Belüftung kann dazu führen, dass CO 2 in die Atmosphäre entweicht, obwohl Recyclingsysteme entwickelt werden könnten. Dies ist nicht auf feuchtigkeitstolerante und feuchtigkeitsuntolerante Polykulturzyklen (im Gegensatz zur Monokultur ) beschränkt.
  • Lichtverschmutzung: Gewächshauszüchter nutzen häufig den Photoperiodismus bei Pflanzen, um zu kontrollieren, ob sich die Pflanzen in einem vegetativen oder reproduktiven Stadium befinden. Als Teil dieser Steuerung bleiben die Lichter nach Sonnenuntergang und vor Sonnenaufgang oder regelmäßig während der Nacht eingeschaltet. Einstöckige Gewächshäuser haben wegen der Lichtverschmutzung Kritik auf sich gezogen , obwohl eine typische städtische vertikale Farm auch Lichtverschmutzung erzeugen kann.
  • Wasserverschmutzung: Hydroponische Gewächshäuser wechseln regelmäßig das Wasser und produzieren Wasser, das Düngemittel und Pestizide enthält, die entsorgt werden müssen. Die Verteilung des Abwassers über benachbarte Ackerland oder Feuchtgebiete wäre für eine städtische vertikale Farm schwierig, während Wasserbehandlungsmittel (natürliche oder andere) Teil einer Lösung sein könnten.

Siehe auch

Verweise