Moderne Landwirtschaft: Nicht zwangsweise auf dem Acker

Eine Initiative in Singapur zielt darauf ab, vertikale städtische Farmen zu entwickeln, die eine Internet-of-Things-as-a-Service (IoT-as-a-Service)-Plattform nutzen. Dadurch soll die Lebensmittelproduktion in städtischen Zentren verbessert und die Produktivität der Ernte gesteigert werden.

Singapur, das für seine fortschrittlichen Smart-City-Modelle weltbekannt ist, hat Pionierarbeit bei der Entwicklung eines semantischen 3D-Modells geleistet. Dieses umfasst unter anderem Gebäude, Infrastruktur und Grundstücksattribute in städtischen Regionen. „Urbane Bauernhöfe werden zu einem wichtigen Bestandteil von Singapurs „30 by 30″-Vision. IoT-Technologien hingegen werden ein wichtiger Motor für Smart Farming sein”, sagt Susan Loh, Vizepräsidentin für Marketing und Geschäftsentwicklung bei SPTel, dem Unternehmen hinter der Initiative. „Es wird für den langfristigen Erfolg dieses städtischen Landwirtschaftsprogramms in Singapur entscheidend sein, dass die intelligenten städtischen Bauernhöfe das Internet der Dinge nutzen können, um die Ernteerträge zu steigern.”

Das Agrartechnologieunternehmen AbyFarm betreibt eine dieser intelligenten, pestizidfreien und ökologisch nachhaltigen vertikalen städtischen Farmen auf dem Dach eines Parkhauses in der Region Ang Mo Kio. Laut Phoebe Xie, Mitbegründerin von Abyfarm, werden IoT-Technologien zur Überwachung und Automatisierung von Prozessen eingesetzt. Tausende von Datenpunkten werden dabei genutzt, um den gesamten Wachstumszyklus der Pflanzen zu verstehen und optimale Umgebungen zu schaffen. So sollen die Erträge und die Qualität der Pflanzen gesteigert werden.

IoT-Sensoren, die mit der IoT-a-a-S-Plattform von SPTel verbunden sind, erleichtern die Geräteverwaltung und die Datenerfassung. Größen wie Licht-, Luft- und Wassertemperatur, pH-Wert, Luftfeuchtigkeit und Nährstoffe werden gemessen, so dass ein Agrarwissenschaftler den Zustand der Feldfrüchte bestimmen und eventuelle Krankheiten erkennen kann.

Die IoT-as-a-Service-Plattform von SPTel soll städtischen Landwirtschaftsbetrieben dabei helfen, IoT-Lösungen in ihre Prozesse einzubinden. Auch soll sie die Herausforderung meistern, Geräte von verschiedenen Anbietern verwenden zu müssen, um z. B. die Umweltbedingungen zu überwachen. Die Plattform ist in der Lage, mehrere Sensoren und Anwendungen zu verwalten, unabhängig von den Anforderungen an den Gateway-Einsatz.

Mit der Plattform von SPTel können urbane Farmen auch problemlos weitere IoT-Sensoren anschließen, wenn sie wachsen, und dabei die zentrale Kontrolle behalten. Darüber hinaus können diese Betriebe die IoT-Plattform mit inselweiter Reichweite nutzen, da sie sich auf das über ganz Singapur verteilte Netzwerk sicherer Hubs von SPTel verlassen können.

„Die IoT-as-a-Service-Lösung von SPTel für die Datenerfassung und -analyse ermöglicht es uns, mehrere Sensoren gleichzeitig zu verfolgen. Dadurch werden wir eine selbstregulierende und nachhaltige urbane Farm, die sich auf IoT-, Automatisierungs- und Blockchain-Technologien für die Aufzeichnung von Ernten verlässt, die eine Rückverfolgbarkeit vom Hof bis zum Tisch ermöglichen und die Lebensmittelsicherheit erhöhen”, betont Phoebe Xie von Abyfarm. „AbyFarm ist bereit, intelligente und nachhaltige Farmen in Singapur Realität werden zu lassen.”

Singapurs Ministerium für Nachhaltigkeit und Umwelt hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2030 30 % des Nahrungsmittelbedarfs selbst zu erzeugen. Die als „30 für 30″ bekannte Strategie erfordert eine Kombination von verschiedenen Faktoren. Dazu gehören zum Beispiel angemessene Flächen für die urbane Landwirtschaft und eine erhöhte Lebensmittelproduktion. Diese hängt von der Einführung und Nutzung verschiedener Technologien ab, wie sie in der Initiative für intelligente urbane Farmen eingesetzt werden.

Inspiration für die Welt

Die Landwirtschaft ist ein Bereich, in dem Regierungen normalerweise investieren. Doch wenn die Regierung damit beschäftigt ist, zurückzublicken oder zu versuchen, in die Vergangenheit zurückzukehren, können private Unternehmen einspringen und fortschrittliche Lösungen vorschlagen. Dies ist in Singapur durch seine vertikalen Farmen der Fall. Die Regierung hat den Verzehr von frischen und biologischen, lokal angebauten Lebensmitteln gefördert. Allerdings wird auf der Insel nur 1 % des gesamten Territoriums bewirtschaftet, so dass das Land gezwungen ist, jährlich etwa 10 Milliarden US-Dollar auszugeben und 90 % der verbrauchten Lebensmittel zu importieren. Die Steigerung der lokalen Produktion ist ein wirtschaftliches Problem, das die hochtechnisierte urbane Landwirtschaft zu lösen versucht.

Es wird viel über VertiVegies gesprochen, eine der ersten vertikalen Farmen auf der Insel, nach Sky Greens, der ersten der Welt. Doch sie hat nicht nur überzeugt. Ende 2019 hat Sustenir seine Aktivitäten auf Hongkong ausgeweitet. Vor einem Jahr wurde ein neues Unternehmen mit dem Namen Unfold gegründet, das 30 Millionen US-Dollar (41,2 Millionen Euro) in die Entwicklung von Fortschritten in der vertikalen Landwirtschaft investiert und aus einer Partnerschaft zwischen Temasek Holdings Pte und der Bayer AG hervorgegangen ist.

Auf der ganzen Welt sind Investoren und Unternehmer begeistert von dem Potenzial der vertikalen Landwirtschaft, das globale Lebensmittelsystem zu revolutionieren. Daher haben einige Vertical-Farming-Unternehmen beträchtliche Summen aufgebracht. Plenty, ein in San Francisco ansässiges Start-up und die am besten finanzierte vertikale Farm, hat 401 Millionen Dollar an Finanzmitteln gesammelt. Zu den Geldgebern gehören beispielsweise SoftBank, Alphabet-Chef Eric Schmidt und Amazon-CEO Jeff Bezos. Die US-Start-ups AeroFarms und Bowery Farming liegen mit 238 Mio. Dollar beziehungsweise 167,5 Mio. Dollar an Finanzmitteln nicht weit dahinter.

Während diesen Unternehmen und ihren Erfolgen viel Aufmerksamkeit zuteilwurde, gibt es Dutzende anderer Unternehmen in diesem Sektor, die ihre eigenen Ansätze für die vertikale Landwirtschaft entwickeln. Ansässig sind diese auch in Brasilien. Pink Farm, BeGreen und MightyGreens sind Namen, die einem immer wieder einfallen, wenn das Thema erwähnt wird.

Unter vertikaler Landwirtschaft verstehen wir jedes Gebäude oder jeden Raum, in dem es möglich ist, Lebensmittel anzubauen, die höher als ein Stockwerk sind. Durch den Einsatz von LED-Beleuchtung, die genau auf die Bedürfnisse der Pflanzen zugeschnitten ist, fortschrittlichen hydroponischen Anbausystemen und vertikal gestapelten Schalen, die weder dem Wetter noch den Jahreszeiten ausgesetzt sind, können diese Farmen Erträge erzielen, die Hunderte Male höher sind als auf der gleichen Fläche traditionellen Ackerlands. Nicht zufällig wird der Markt für vertikale Landwirtschaft laut einem Bericht von IDTechEx bis 2030 voraussichtlich mehr als 1 Milliarde Dollar betragen.

Vertikale Farmen könnten also die Zukunft der Landwirtschaft sein. Denn wenn die Landwirtschaft auch in zukünftig die Welt ernähren soll, muss sie sich stärker an der Produktion orientieren. Das ist bereits im Gange.

Aeroponik kann einen zusätzlichen Anstoß geben

In einer interdisziplinären Studie, die Biologie und Ingenieurwesen miteinander verbindet, werden Schritte zur Beschleunigung des Wachstums der vertikalen Landwirtschaft dargelegt. Eingeschlossen ist dabei die Verwendung von Aeroponik, bei der mit Nährstoffen angereicherte Aerosole anstelle von Erde verwendet werden, berichtet Science Daily. Die Studie wurde vom John Innes Center, der Universität Bristol und dem Anbieter von Aeroponik-Technologie LettUs Grow durchgeführt. Sie zeigt künftige Forschungsbereiche auf, die erforderlich sind, um das nachhaltige Wachstum der vertikalen Landwirtschaft mit Aeroponik-Systemen zu beschleunigen.

Laut den Autoren der Studie sprechen sechs Gründe für den Übergang zu vertikalen Aeroponik-Farmen.

1. Der aeroponische Anbau kann produktiver sein als der hydroponische oder der Bodenanbau, und das zu wesentlich geringeren Kosten.
2. Die Beziehung zwischen dem Aeroponic-Anbau und dem Tagesrhythmus der Pflanzen.
3. Die Wurzelentwicklung einer Vielzahl von Pflanzen unter aeroponischen Bedingungen.
4. Der Zusammenhang zwischen der Größe und Ablagerung von Aerosoltröpfchen und der Leistung der Pflanzen. Aeroponik wird mit sehr wenig Wasser, Automatisierung und High-Tech-Systemen in Verbindung gebracht.
5. Aeroponische Methoden beeinflussen die mikrobiellen Interaktionen mit Pflanzenwurzeln.
6. Die Art des Recyclings von Wurzelexsudaten (von Pflanzenwurzeln abgesonderte Flüssigkeiten) in Nährlösungen geschlossener aeroponischer Systeme.

„In Anbetracht der Tatsache, dass 80 % der landwirtschaftlichen Flächen weltweit von mäßiger oder starker Erosion betroffen sind, ist die Möglichkeit, Pflanzen in einem Direktsaatsystem mit minimalem Dünger- und Pestizideinsatz anzubauen, von Vorteil. Denn sie bietet die Chance, Pflanzen in Gebieten anzubauen, die mit Bodenerosion oder anderen Umweltproblemen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Wasser, konfrontiert sind”, erklärt Bethany Eldridge, Forscherin an der Universität Bristol. Sie befasst sich mit den Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und Umwelt und gehört zu den Autoren der Studie.

Hinzu kommt, dass der Wasserbedarf in den Städten in den nächsten 30 Jahren um schätzungsweise 50 Prozent steigen wird. Hydroponische und vertikale Anbautechnologien mit geschlossenen Wasserkreisläufen haben den Vorteil, dass sie enorme Einsparungen beim Wasser- und Flächenverbrauch ermöglichen. In Zukunft könnten jedoch noch weitere Einsparungen erforderlich sein.

Bei der Aeroponik werden die Pflanzenwurzeln in einem geschlossenen, dunklen Raum aufgehängt und mit einer gesprühten oder vernebelten Nährlösung versorgt. Obwohl sie sehr wenig Wasser und Arbeit verbraucht, haben einige Probleme ihre Einführung seit ihrer Erfindung in den späten 1950er Jahren behindert. Einige davon, wie zum Beispiel das Kostenproblem, sind inzwischen gelöst. Andere bleiben bestehen. Wie die Tatsache, dass die Aeroponik keinen einfachen Wechsel zwischen verschiedenen Pflanzenarten ermöglicht, bemerkt Joseph (JC) Chidiac. Er ist Gartenbauingenieur bei Cultivation Bioengineering in Colorado, USA. Außerdem gibt es immer wieder Probleme mit Komponenten, wie zum Beispiel verstopfte Düsen beim Sprühen von Nährlösungen auf die Pflanzenwurzeln in einem aeroponischen System.

„Aber wir treten in ein neues technologisches Zeitalter ein, und der Einsatz von Präzisionssensoren, Aktuatoren und Software zusammen mit neuen Düsen und Zerstäubern trägt dazu bei, den Fortschritt zu erleichtern”, sagt Seth Swanson, Direktor für globale Pflanzenwissenschaften bei AEssenseGrows in Kalifornien.

Viele setzen darauf, dass der Einsatz der Aeroponik zunehmen wird, weil sie „direkte Anwendungen” bietet, um die Nachfrage der weltweiten Verbraucher nach Transparenz und Effizienz und mehr in unserem globalen Lebensmittelsystem zu unterstützen. Tatsächlich wird laut Allied Market Research erwartet, dass die Aeroponik in den nächsten sechs Jahren mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 25,6 % wächst.