Innovative CEA-basierte Pflanzenproduktion - Von der Gewächshaus-basierten Anwendung bis zum Vertical Farming

  • Andreas Reimann Fraunhofer IME, Forckenbeckstr. 6, 52074 Aachen
  • Simon Vogel Fraunhofer IME, Forckenbeckstr. 6, 52074 Aachen
  • Thomas Rademacher Fraunhofer IME, Forckenbeckstr. 6, 52074 Aachen
  • Jürgen Drossard Fraunhofer IME, Forckenbeckstr. 6, 52074 Aachen
  • Johannes Buyel Fraunhofer IME, Forckenbeckstr. 6, 52074 Aachen
Schlagworte: Pflanzenproduktion, biopharmazeutische Produktion,, CEA, Gewächshaus, Vertical Farming

Abstract

Im Gegensatz zur Freilandkultivierung schafft „controlled environment agriculture“ (CEA) durch Einstellung spezifischer abiotischer Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchte, CO2-Gehalt, Licht und Nährstoffkonzentration kontinuierliche und reproduzierbare Bedingungen für die Kultivierung von Pflanzen. Die häufigste Anwendung von CEA findet sich in Gewächshäusern, die jedoch aufgrund der Glasstruktur äußeren Veränderungen, wie z.B. tageszeit- und jahreszeitabhängigen Sonnenständen, unterliegen. Wird eine konstante Kultivierungsumgebung unter Ausschluss externer Störfaktoren benötigt, kommen geschlossene Pflanzenwuchskammern (sog. Phytotrone) zum Einsatz, die sich insbesondere in der Art der verfügbaren Beleuchtungsquelle (z.B. Natriumdampflampe vs. LED) und der Nettokultivierungsfläche unterscheiden. Aktuelle Entwicklungen verfolgen die vertikale Kultivierung von Pflanzen über mehrere Ebenen im geschlossenen Produktionssystem, was zu einer signifikanten Erhöhung der Produktionseffizienz bei verringertem Flächenbedarf führt und die Möglichkeit für eine lokale Pflanzenproduktion in urbanen Ballungszentren eröffnet.
Auf Basis eigener Forschungsansätze aus dem Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME in Aachen werden exemplarisch verschiedene pflanzenbasierte Anwendungen aus den Bereichen der biopharmazeutischen Produktion (MA et al., 2015) sowie der Nahrungsmittelproduktion im Gewächshaussystem bis zum innovativen orbitropalen Vertical Farming System vorgestellt.
Der Kultivierungsmaßstab kann hierbei je nach Bedarf von der Einzelpflanze mit Multiparametertestung bis zur Produktion homogener „Pflanzenbatches“ im Pilotmaßstab variieren. Darüber hinaus wird ein Ausblick auf das neue Fraunhofer IME Innovationsraumkonzept „VertiPROD“ gegeben, das den Fokus auf einen holistischen Ansatz zur Erforschung einer biobasierten vertikalen Produktion unter Berücksichtigung eines zirkulären Stoffmanagements im urbanen Umfeld legt.

Veröffentlicht
2018-12-19