Die unkonventionellen Formen der Landwirtschaft sind im Kommen. INFARM, Scale-up und beinahe-Unicorn aus Berlin, ist bereits stark in NRW vertreten – auch mit einer Niederlassung. Begonnen hat die INFARM Erfolgsstory 2016 mit einem Pilot-Projekt bei der METRO, in der Berliner Fillale in Friedrichshain – als erster Großhandel in ganz Europa. Dort wurden Kräuter in einem transparenten Gewächshaus hydroponisch angebaut, mit Erfolg!  Mittlerweile gibt es seit gut einem Jahr die INFARM Kräuter-Kleingärten auch in NRW: bspw. bei ausgewählten ALDI Filialen, darunter in Neuss, Dormagen und Steinbach und bereits seit 2019 in Edeka-Filialen in Münster.

Noch einmal zur Erinnerung: In einem Hydroponik-System werden die Wurzeln von Wasser umspült und mit Nährstoffen versorgt, während in einem Aeroponik-System das Wurzelsystem in der Luft wächst und mit einer Nährstofflösung benetzt werden.

Aquaponik-Systeme hingegen verbindet die Kombination der Aufzucht von Pflanzen im Wasser (Hydroponik) mit der Zucht von Fischen im Wasser (Aquakultur). Dabei wird das Wasser der Fische durch einen Bakterienfilter pflanzenverfügbar gemacht und als Dünger für sie genutzt. Durch diese gemeinsame Wasserkreislaufverbindung profitieren Fische und Pflanzen voneinander. Hier geht's zum Übersichtsartikel.

Derzeit forschen verschiedenste Universitäten und Forschungsinstitute an neuen Indoor Farming Technologien.

Darunter das Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und angewandte Ökologie IME.
Hier hat das Institut im Rahmen des Projekts "OrbiPlant®" ein innovatives, automatisiertes Pflanzenfarming-System für vertikale Indoor-Farmen entwickelt. In der automatisierten Pilotanlage werden auf einer Anbaufläche von 24 m² Pflanzen angebaut. Im Vergleich zu anderen Indoor-Vertical-Farming-Methoden bietet OrbiPlant® ein integriertes, wellenförmiges Fördersystem, das die einzelnen Pflanzen fixiert und kontinuierlich neu ausrichtet. Auf diese Weise wird die Produktion bestimmter Pflanzenhormone erhöht, was zu schnellerem Blattwachstum und höherem Biomasse-Zuwachs führt. Außerdem verfügt das System über ein aeroponisches Bewässerungssystem. Die modulare LED-Technologie sorgt für eine ideale Belichtung, während die zusätzliche CO2-Ferilisation sowohl die Qualität als auch die Erntegröße erhöht.
Der Anbau von mehr als 80 verschiedenen Pflanzen, darunter Salat, Kräuter und Kartoffeln, wurde bereits im patentierten System getestet. Beobachtungen ergaben, dass insbesondere einige Salatsorten im Vergleich zum Gewächshausanbau eine höhere Biomasse und einen zeitigeren Ertrag erzielten.

Auch im Institut für Technische Gebäudeausrüstung der TH Köln werden im Rahmen des GreenING Lab neue Technologien und Konzepte für Indoor Farming entwickelt. Das GreenING Lab befasst sich mit den Ein­satzmöglichkeiten von Biosystemen in gebäudetechni­sche Anwendungen. Diese neuen Möglichkeiten sollen genutzt werden, um quantifizierbare Biosysteme zu entwickeln, die die Gesundheit und den Komfort unserer urbanen Lebensräume erhöhen. Hierbei können Indoor Farmen eine bedeutsame Rolle spielen.

 

In den meisten vertikalen Farmen in NRW werden derzeit Microgreens angebaut – Keimlinge von frischem Gemüse, die bereits wenige Tage nach der Aussaat geerntet und verzehrt werden. Da die Keimlinge weniger Platz, Pflege und technologische Ausstattung benötigen, sind sie für junge Unternehmen ein guter Start in die urbane Landwirtschaft. Und auch für Konsumenten sind Microgreens interessant, denn sie enthalten 40-mal mehr Vitalstoffe als herkömmliches Gemüse. 

Auf Aquaponik spezialisiert ist Aixponic aus Aachen. In ihrer Versuchsanlage aus 5m3 Wasser- und 25m2 Aufbaufläche erzeugte das Team in den letzten Jahren bereits mehrere hundert Kilogramm Fisch und Gemüse. Dieses Jahr erfolgte aus der Testanlage dann die Inbetriebnahme einer 500m2 großen Anlage, die in Zukunft weitaus größere Projekte erlauben wird. Zunächst werden Dorade und Wolfsbarsch angeboten, künftig sollen aber weitere Fischarten folgen. Wie es für Aquaponik typisch ist, wachsen hier natürlich auch Pflanzen; zurzeit Seespargel und Algen. Jede Anlage kann circa sieben Tonnen Fisch pro Jahr erzeugen und garantiert maximales Tierwohl sowie die Schonung natürlicher Ressourcen. Die Fische werden biologisch gefüttert, leben in Wasser mit Ozeanqualität und werden ohne den Einsatz von Medikamenten aufzogen.

Stadtfarm ist ein Start-up aus Bonn, das es sich zur Aufgabe gemacht hat, regionale und vor allem nachhaltig produzierte Microgreens anzubauen. Die kleine vertikale Farm befindet sich in Bonn – Bad Godesberg. Die Microgreens werden jeden Tag neu angesetzt und können daher täglich geerntet und direkt ausgeliefert werden, natürlich auf extrem kurzen Transportwegen, da die Farm eben mitten in der Stadt angesiedelt ist und Betriebe wie Einzelhandel oder Restaurants in der Stadt beliefert. Das Team hat eine vertikale Hydroponik-Anbautechnik in flutbaren Regalen entwickelt, die den Platzbedarf auf ein Minimum reduziert. Jedes Regal benötigt nur 2 Quadratmeter Platz, kann aber aufgrund der Regalböden bis zu 12 Quadratmeter Fläche bieten. Die Pflanzen werden mit Hilfe von künstlichem Licht gezüchtet, und können unabhängig von Jahreszeit und Wetter wachsen und geerntet werden.

Angebaut werden Erbsen-, Senf-, Radieschen-, Schnittknoblauch-, Senfkohl- und Sonnenblumen-Microgreens. 

Eine weitere vertikale Indoor-Farm betreibt blattsache. Diese befindet sich im Herzen der Stadt Düsseldorf, genauer in Flingern.

Das vertikale Hydroponik-System des Start-ups imitiert die natürlichen Wachstumsprozesse durch den optimalen Boden, und die ideale Licht-, Luft- und Wasserzufuhr mit erlesenem Bio-Saatgut aus ökologischem Anbau. Angebaut werden Zuckererbsen-, Radieschen-, Rotklee-, Baby Brokkoli-, Daikon Rettich-und Purpur Rettich-Microgreens.

Stadt Greens
Auch Stadt Greens befinden sich in Düsseldorf. Das Start-up baut ebenfalls in einer vertikalen Indoor-Farm Microgreens aus aus biologischer Herkunft und ohne die Verwendung von Chemie und Pestiziden an: Erbse, Radieschen, Weizengras, Sonnenblume und Brokkoli.
Die Microgreens werden innerhalb von 24 Stunden nach Bestellung geliefert; und das ausschließlich innerhalb von Düsseldorf und der naheliegenden Umgebung, um maximale Frische und minimale Transportwege zu garantieren. Die Verpackungen der Greens sind außerdem biologisch abbaubar, kompostierbar und werden aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.

Nexus Farms
Das Team von Nexus Farms hat sich auf die Realisierung von urbanen Farmprojekten in Köln spezialisiert und in diesem Zuge eine vertikale Farm im Grünhaus des Wandelwerks, einem ehemaligen Autohaus in Köln Ehrenfeld, errichtet. Angebaut werden unter anderem Sonnenblumen-, Erbsen-, Senf- , Brokkoli- , Radieschen- oder Roter Amaranth-Microgreens. Substrat und Saatgut sind biozertifiziert, die Verpackungslösungen nachhaltig. Die Microgreens von Nexus Farms finden sich in den Gemüsekisten von Himmel & Ääd oder bei den Marktschwärmereien in der Kölner Südstadt und der Schälsick. Die langfristige Vision: eine kommerzielle Aquaponik-Farm.

UrbanGreen Bonn
Diese vertikale Indoor-Farm in Gründung plant derzeit den Vertrieb von Microgreens an die Gastronomie. Mittelfristig soll das Sortiment um Salat, Mangold und Spinat erweitert werden. Den Anbau dieser Gemüsesorten hat das Start-up bereits erprobt, für die Umsetzung – und die damit verbundenen Investments in Technologie – werden Investoren gesucht.
Außerdem sollen auch Pilze mit ins Sortiment genommen werden, hier muss aber noch an den Prozessen gefeilt werden.  

Ihr Bäcker Schüren
Kein Start-up, aber einer der großen Innovationstreiber in NRW ist Roland Schüren mit Ihr Bäcker Schüren. Seit 2019 baut er in Hilden seine ersten Pflanzen in einer IndoorFarm von InFarm an. Die Indoor-Farm ist der Vorläufer eines 1.000 Quadratmeter grossen, vierstöckigen Vertical Farming Projekts am neuen Standort des E-Auto-Ladepark Hilden zwischen der A3 und A46.  

Auch in Wuppertal tut sich seit Neuestem etwas: in Sachen Aquaponik.

Im Rahmen der Arrenberg Farm entstand in den letzten Monaten die „Farmbox“, eine kleine Anlage, bestehend aus einem Schiffscontainer mit aufgesetzem Gewächshaus. Hier entstehen verschiedenste Lebensmittel, wie Tomaten, Paprika, Chilis, Bohnen und Kräuter, aber auch Fische werden im Tank des Containers gezüchtet: der afrikanische Buntbarsch.

Das Start-up Organifarms aus Konstanz, das seit 2020 Fellow der Impact Factory in Duisburg ist, spezialisiert sich darauf, Vertical Farming Systeme mithilfe von Farmrobotern zu optimieren. 

Die Farmroboter, deren Protoypen gerade entwickelt werden, sollen die Ernte, Pflege und Bestäubung von Obst- und Gemüse in Vertical Farming Systemen automatisieren und somit einen effizienten Anbau ermöglichen. 

Dazu arbeitet das Team an einer panoptischen Bildsegmentierung, durch die der Roboterarm kollisionsfrei und präzise gesteuert werden kann. Mithilfe dieser neusten Erkenntnisse aus Machine Learning und Computer Vision, sowie einer optimierten Verfahrenstechnik ermöglicht Organifarms eine vollautomatisierte, sichere Ernte der Pflanzen sowie eine erhöhte Erntegeschwindigkeit.

Hortiya
Das Berliner Start-up Hortiya, Alumni der Impact Factory in Duisburg, hat eine smarte, cloudbasierte Lösung zur Steigerung der Ressourceneffizienz im Pflanzenanbau entwickelt. Sensoren analysieren und kontrollieren die Photosythese-Leistung der Pflanzen. Diese Daten lassen Rückschlüsse auf den Lichtbedarf der Pflanzen zu und Hortiyas SVL-Technologie liefert den Pflanzen dann anhand der Daten die richtige Menge Licht zur richtigen Zeit. Ziel ist es, mit gezieltem Energieeinsatz höhere Erträge erzielen.

 

ARIDGREEN aus Frankfurt – seit ihrem Pitch bei der FoodTech Night in Mönchengladback 2019 Teil unseres Netzwerks – hat ein Smart-Farming-System entwickelt, das die Lebensmittelproduktion in Vertical Farming Systemen beschleunigen und vereinfachen, sowie Betriebskosten einsparen soll. 

Hier geht es jedoch nicht um einen Roboter, sondern ein intelligentes Überwachungssystem für die Pflanzen. 

Das Smart-Farming-System kann die Bio-Obst und -Gemüseproduktion erhöhen und spart dabei gleichzeitig eine Menge Ressourcen. (bspw. 72% weniger Wasser als traditionelle landwirtschaftliche Methoden). Zusätzlich kann es Solar- und Windenergie produzieren, Regenwasser sammeln und ist gleichzeitig mit einer Smartphone App steuerbar.

 

Wie funktioniert das Ganze?

Mit künstlicher Intelligenz (KI): ein von Machine Learning abgeleiteter Algorithmus für das Pflanzenwachstum wird aus dem Wachstumsmuster der Pflanze, den Vitalstatistiken der Erde im Topf und anderen Umweltparametern generiert. Dieser Algorithmus wird über die Zeit des Anbaus kontinuierlich verfeinert, wenn neue Daten in der Cloud-Datenbank gesammelt werden, die ein Sensorsystem aufzeichnet. Das Sensorsystem schickt die Daten in die Cloud, weshalb sie jederzeit und von jedem Ort aus mit mobilen Geräten oder Computern abgerufen werden können.

Diese mit KI generierten Parameter kann das zukünftige Pflanzenwachstum auf der Grundlage des aktuellen Nährstoffgehalts im Boden, des Feuchtigkeitsgehalts im Boden und anderer Umgebungsparameter vorhersagen. Der KI-Algorithmus informiert dann den Gärtner über den Gesundheitszustand der Pflanzen und gibt die entsprechenden Schritte vor, um die Pflanzen gesund zu erhalten.

 

Im letzten Blogbeitrag haben wir bereits die vielen Vorteile von Vertical Farming-Methoden beschrieben; von höherer Ernte über deutlich weniger Wasserverbrauch und kürzere Transportwege bis hin zu geringerem Platz, den die Pflanzen zum Wachsen benötigen. 

Doch so viele Vorteile es auch geben mag, vertikale Farmen weisen auch eine Handvoll Nachteile auf – wo gibt es also Verbesserungspotenzial und und Innovationsbedarf?

 

Der größte Nachteil der vertikalen Farmen ist der hohe Stromverbrauch für Beleuchtung und Klimatisierung der Pflanzen. Um weiterhin erfolgreich und vor allem nachhaltig zu sein, müssten sie klimaneutral werden. Die Versorgung mit nachhaltiger Energie ist dafür das A und O, die Farmen müssen mit nachwachsenden Energieträgern versorgt werden, um zu einer ressourcen-verträglichen Produktion zu kommen. Und viele von ihnen haben dies mit erneuerbarer Energie durch Solarpanels auf den Farmen bereits in Angriff genommen, so die Farmbox in Wuppertal. Dadurch lassen sich die benötigten Energiemengen genau kalkulieren und teilweise sogar zeitlich steuern; zu genau den Zeiten, an denen die Pflanzen das Licht am meisten brauchen. 

Sollte die Energie, sprich die Bewässerungsanlage oder der Strom, jedoch jemals ausfallen, kann dies natürlich auch zu fatalen Konsequenzen für das Wachstum der Pflanzen führen. Die verbundene Technik muss also mehrfach abgesichert werden.

 

Neben dem hohen Energiebedarf steht die vertikale Landwirtschaft vor zusätzlichen Herausforderungen: bisher ist nur eine relativ geringe Anzahl von Nutzpflanzen für Vertical Farming geeignet, darunter Microgreens, Kräuter und einige, wenige Gemüsesorten. Es können also heutzutage noch keine sättigenden, kalorienreichen Lebensmittel wie Mais oder Weizen in vertikaler Landwirtschaft angebaut werden, dies bestätigt Kristin Jürkenbeck, die an der Universität Göttingen zur Nachhaltigkeit von Lebensmitteln und Agrarprodukten forscht. Mit fortschreitender Technologie werde sich diese Möglichkeit jedoch mit hoher Wahrscheinlichkeit erhöhen.

Hinzu kommt, dass die vertikale Landwirtschaft bzw. die Wachstumsbedingungen der Pflanzen in vertikaler Landwirtschaft für einige Menschen zu unnatürlich sind – Wurzeln, die mit Nährstoffen besprüht oder in Nährstofflösungen hängen, LED-Licht zur Photosynthese: “Es gibt Konsumentengruppen, die eine Natürlichkeitspräferenz bei Lebensmitteln aufweisen”, erklärt Jürkenbeck. 

 

In einem Interview mit Bioland stellt auch Heike Mempel, Professorin für Gewächshaustechnik an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, und damit Fachfrau in diesem Gebiet, ihre Sichtweise auf die Zukunft der vertikalen Landwirtschaft dar: Kommt unser Gemüse in Zukunft aus vertikalen Farmen oder weiterhin vom Feld? 

 

Sowohl als auch, behauptet Mempel: „Ich glaube, dass wir ein Miteinander von der ganz klassischen Landwirtschaft oder dem Gartenbau, den Gewächshäusern und dem Vertical Farming bekommen. Es gibt Bereiche, in denen Vertical Farming gegenüber den anderen Methoden Vorteile hat, und dann gibt's wieder andere Bereiche, wo die klassische Landwirtschaft die bessere Wahl ist. Vertical Farming ist somit Teil der zukünftigen pflanzenbaulichen Produktion.“

Kommt unser Gemüse künftig im großen Stil aus der Stadt?
Insgesamt können vertikale Farmen und Automatisierungstechnologien mit nur einem Zehntel der Ressourcen die Effizienz und den Ertrag der Landwirtschaft deutlich steigern.

Künftig müssen Nutzungskreisläufe optimiert und aufeinander abgestimmt werden, um noch nachhaltiger zu Landwirtschaften.

Mit einem Blick auf den ökologischen Fußabdruck könnte sich Vertical Farming lohnen – sowohl ökologisch als auch ökonomisch.
Derzeit ist diese Art der Landwirtschaft allerdings noch nicht besonders bekannt, daher wird erst die Zeit zeigen, wie weit sich dieses Geschäftsmodell entwickelt. Die Start-ups aus der Region machen hier schon einmal einen guten Anfang.

Die Technologien werden außerdem eingesetzt, um Konsumenten die Zucht von Salaten und Microgreens etc. zu Hause zu ermöglichen. Auch hier ist viel Bewegung im Markt - ein genauerer Blick folgt in dem nächsten Artikel.
Schaut euch doch bis dahin hier einmal alle Start-ups aus unserem Netzwerk an, die sich auf Pflanzenzucht und Landwirtschaft spezialisiert haben.