Umweltfreundlichere Gewächshäuser versprechen eine höhere Energieeffizienz beim Anbau
Der Anbau von Obst und Gemüse in Gewächshäusern könnte dank von der EU finanzierten Forschungsprojekten bald umweltfreundlicher werden.
16 Juli 2024, von Bárbara Pinho
Der Anbau von Obst und Gemüse in Gewächshäusern könnte bald umweltfreundlicher werden. Jährlich werden in der sogenannten "Meeres der Gewächshäuser" von Almería etwa 2,5 bis 3,5 Millionen Tonnen Obst und Gemüse angebaut. In dieser Region erstrecken sich die Gewächshäuser bis zum Horizont und bedecken eine Fläche von mehr als 40.000 Hektar (400 Quadratkilometer).
Dank dieser Produktion können Verbraucher auf dem gesamten Kontinent das ganze Jahr über Produkte wie Gurken, Tomaten und Melonen genießen. Allerdings gibt es ein Problem: Diese Gewächshäuser sind nicht immer sehr nachhaltig in Bezug auf Energie- oder Wasserverbrauch.
Serena Danesi ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Energiesysteme und Fluidtechnik (IEFE) in Zürich, Schweiz. Sie spezialisiert sich auf Wärmetechnik und Wärmeverwertung und hat in den letzten vier Jahren das EU-finanzierte Projekt TheGreefa geleitet, das eine neue, energieeffizientere und umweltfreundlichere Regelung für Temperatur und Feuchtigkeit in Gewächshäusern entwickelt hat.
Wenn Europa seine Klimaziele erreichen und einen Standard für nachhaltige Lebensmittelproduktion setzen will – ein Ziel, das in der 2020 angenommenen EU-Strategie „Vom Hof auf den Tisch“ dargelegt ist –, wird die Verbesserung der Nachhaltigkeit im Gewächshausanbau eine Schlüsselaufgabe sein.
„Wenn wir das ganze Jahr über Gurken, Tomaten und Wassermelonen essen wollen, müssen wir verstehen, dass ihr Anbau viel Energie und Wasser verbraucht“, sagte Danesi.
Klimakontrolle
Die Veränderungen der klimatischen Bedingungen und die Notwendigkeit einer besseren Kontrolle der Anbaubedingungen haben zur schnellen Ausweitung des kommerziellen Gewächshausanbaus in ganz Europa geführt. 2018 wurde geschätzt, dass es in Europa etwa 210.000 Hektar (2.100 Quadratkilometer) Gewächshäuser gibt, mit besonders hoher Konzentration in Spanien (70.000 ha), Italien (42.800 ha), Frankreich, den Niederlanden sowie in Mittel- und Osteuropa.
Der Energiebedarf von Gewächshäusern variiert jedoch je nach Standort. TheGreefa vereint Forscher aus Italien, Frankreich, Deutschland, Spanien, der Schweiz, Polen und Tunesien, um zu untersuchen, wie ihr vorgeschlagenes System in verschiedenen Klimazonen funktioniert.
„Gewächshäuser in Mitteleuropa brauchen Heizung, weil es dort kalt ist. In Spanien hingegen brauchen sie im Sommer Kühlung“, sagte Danesi. „Es gibt also unterschiedliche Herausforderungen für verschiedene Teile Europas.“
Neben der Temperatur ist auch die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit ein Problem. Wenn Wasser durch Pflanzen in einem als Transpiration bekannten Prozess verdunstet, steigt die Luftfeuchtigkeit und kann gefährlich hoch werden. Hohe Luftfeuchtigkeit kann Pilzkrankheiten verursachen, die sich leicht ausbreiten und die Ernte vernichten können. Außerdem kann die Pflanze bei zu hoher Luftfeuchtigkeit nicht richtig transpirieren und stirbt ab.
Wärme aus Feuchtigkeit
Eine geniale Lösung, die von den TheGreefa-Forschern vorgeschlagen wurde, ermöglicht es den Gewächshausbesitzern, die von den Pflanzen freigesetzte Feuchtigkeit zur Wärmeerzeugung zu nutzen. Es wird auch möglich, reines Wasser aus überschüssiger Feuchtigkeit zurückzugewinnen, was sowohl Wasser als auch Energie spart.
Eine Salzlösung absorbiert die erhöhte Luftfeuchtigkeit im Gewächshaus und gibt dabei durch eine thermochemische Reaktion Wärme ab. „Wir können die Luft entfeuchten und gleichzeitig Wärme erzeugen“, sagte Danesi.
Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass dieser Absorptionsprozess die Notwendigkeit der Belüftung eliminiert, wodurch die Menge an Wärme, die beim Öffnen von Fenstern zur Beseitigung überschüssiger Feuchtigkeit verloren geht, drastisch reduziert wird. Sobald die Salzlösung die maximale Menge an Wasser aufgenommen hat, kann sie mit Niedertemperaturwärme, die durch überschüssige Sonnenenergie erzeugt wird, regeneriert werden. Dies trennt das Salz vom Wasser und lässt die Salzlösung für die Lagerung und Wiederverwendung bereit.
Der Entfeuchtungseffekt der Salzlösung kann auch zur Trocknung frischer Produkte wie Kräuter und Obst verwendet werden, um deren Haltbarkeit zu verlängern. Da dies bei niedrigen Temperaturen erfolgt, bleiben Eigenschaften wie Geruch und Geschmack unverändert.
Die Technologie wurde in Gewächshäusern in der Schweiz und in Tunesien getestet. In der Schweiz lag der Schwerpunkt auf Heizung und saisonaler Speicherung, während in südlichen Ländern der Fokus auf Energieeffizienz und Wasserwiedergewinnung lag. „Wir bewerten derzeit die Ergebnisse und sehen einige Energieeinsparungen“, sagte Danesi. „In einem Schweizer Gewächshaus hat unser System den Wärmeenergiebedarf um 50 % reduziert.“
Obwohl dies vielversprechend ist, ist die breite Anwendung dieser Technologie in kommerziellen Gewächshäusern noch weit entfernt. Pilotversuche werden weiterhin im kleineren Maßstab durchgeführt, bevor sie ausgeweitet werden.
Die Landwirtschaft wird solar
Eine weitere Möglichkeit, Gewächshäuser nachhaltiger zu machen, besteht darin, die Tatsache zu nutzen, dass diese Strukturen große, sonnendurchflutete Flächen einnehmen. Dies versetzt Gewächshäuser in eine einzigartige Position, um Sonnenlicht zur Erzeugung sauberer Energie zu nutzen.
Ein Problem dabei ist jedoch, dass Solarmodule in der Regel undurchsichtig sind, sodass sie nicht über den Kulturen platziert werden können, da diese sonst nicht wachsen. Diese Herausforderung nahm der Elektroingenieur Nik Kanopoulos in einem dreijährigen, von der EU finanzierten Projekt namens PanePowerSW an, das 2021 endete.
Nik Kanopoulos ist CEO des Start-ups Brite Solar, das in Thessaloniki, Griechenland, ansässig ist und sich auf Solartechnologien der nächsten Generation spezialisiert hat. „Wir wollten ein Solarmodul entwickeln, das für die Landwirtschaft geeignet ist, sodass wir auf derselben Fläche sowohl Pflanzen anbauen als auch Energie erzeugen können, ohne einander zu stören“, sagte er.
Kanopoulos und sein Team entwickelten ein Solarmodul, das mit Nanomaterialien beschichtet ist, die Lichtpartikel im UV-Bereich des Sonnenlichts absorbieren, die weder für die photovoltaischen Module noch für das Pflanzenwachstum nützlich sind. Anschließend überträgt er diese wieder im roten und blauen Bereich des sichtbaren Spektrums, die für beide nützlich sind.
Auf diese Weise kann sichtbares Licht durch die Module hindurchtreten und sowohl die Stromerzeugung als auch die Photosynthese steigern, was die Technologie ideal für den Einsatz in Gewächshäusern macht.
Vorteile sauberer Energie
Das Team testete die Paneele in Gewächshäusern in Griechenland, Spanien, den USA und Singapur sowie im Freilandanbau in Deutschland, Frankreich, den Niederlanden und Rumänien. Tests wurden an verschiedenen Kulturen durchgeführt, darunter Tomaten, Blaubeeren, Zierblumen und Birnbäume. Ihre Ergebnisse zeigten, dass Landwirte ihren CO2-Fußabdruck erheblich reduzieren können, indem sie saubere Energie erzeugen, während sie gleichzeitig Pflanzen anbauen.
Neben der Möglichkeit, dass Landwirte ihre eigene Energie produzieren können, bietet die innovative Gewächshausstruktur weitere Vorteile. Sie sammelt Regenwasser zur Nutzung bei den Pflanzen und bietet Schutz vor widrigen Wetterbedingungen. Außerdem wird die Wasserverdunstung reduziert, was zu einem erheblichen Rückgang – etwa 20-40% – des für die Bewässerung benötigten Wassers führt.
Das Team von Kanopoulos expandiert derzeit und baut eine Fabrik in Griechenland, um die Produktion von Solarglas zu automatisieren und zu beschleunigen. Er sagte, dass das Unternehmen mit dieser Fabrik in der Lage sein wird, die Anwendung der Nanobeschichtung mit der Montage der Solarmodule in einer einzigen Produktionslinie zu kombinieren.
Dies wird ihnen helfen, mehr Kunden zu erreichen, sowohl kleine als auch große Landwirte, um den Agrarsektor nachhaltiger zu gestalten.
„Wir glauben, dass die breite Nutzung dieser Technologie die Landwirtschaft erheblich dekarbonisieren und zu einer nachhaltigen Lebensmittelproduktion beitragen wird“, sagte Kanopoulos.
[Quelle](https://projects.research-and-...).
Die Forschung in diesem Artikel wurde durch das Horizon-Programm der EU finanziert. Die Ansichten der Interviewten spiegeln nicht unbedingt die der Europäischen Kommission wider. Wenn Ihnen dieser Artikel gefallen hat, teilen Sie ihn bitte in den sozialen Medien.
