Intelligente Gewebeheizung steigert Effizienz von Gewächshäusern
Das für Gewächshäuser verantwortliche Personal muss die Erträge seiner Nutzpflanzen verbessern, um die Ernährungssicherheit zu gewährleisten. Sind höhere Erträge das Ziel, so müssen die Wurzeln der Anbaupflanzen beheizt werden. Mit den vorhandenen Technologien wie etwa Luftkonvektionsheizungen, Warmwasserleitungen und Strahlungsheizungen lässt sich die Energie jedoch nicht direkt zu den Nutzpflanzen bringen. Bei den gebräuchlichen Methoden wird Energie verschwendet, da eher das gesamte Gewächshaus anstelle der Pflanzen erwärmt wird. Dabei gehen bis zu 40 % der eingesetzten Energie verloren. Hohe Kosten in Hinsicht auf die Treibhausgasemissionen sind die Folge. Weitere Nachteile sind erhöhter Schädlingsbefall, hoher Pestizideinsatz aufgrund unnötiger Erwärmung und eine schlechte Auslegung der Heizung sowie eine auf Rundrohre begrenzte mechanische Flexibilität. Das EU-finanzierte Horizont 2020-Projekt AgrowFab verfolgte das Ziel, eine neue Generation intelligenter Gewebe-Heizelementen für Gewächshäuser zu kommerzialisieren, mit denen sich viele dieser Herausforderungen meistern lassen. „Das Produkt ist ein für das ganze Jahr geeignetes Bewirtschaftungssystem für die Mikroumgebung der Wurzeln, in dem Heizung sowie kapillare und düngende Bewässerung vereint sind. Es besteht aus einer innovativen intelligenten Gewebetechnologie, die Wärme als Strahlung im fernen Infrarot abgibt, und einer Steuerungseinheit für die Wurzelumgebung“, erläutert Projektkoordinator Yonatan Elimelech de-Wolff. Heizlösung mit Gewebe Die Projektpartner griffen auf ein sehr kostengünstiges und umweltfreundliches Heizgewebe aus Nylonfasern zurück, die mit einer firmeneigenen nichtmetallischen Kohlenstoffverbindung beschichtet sind, die für elektrische Leitfähigkeit sorgt. Die von einem durch die Fasern fließenden Strom erzeugte Wärme wird als Ferninfrarotstrahlung direkt auf die Pflanzen abgestrahlt, wodurch um sie herum ein Mikroklima erzeugt wird. Yonatan Elimelech de-Wolff: „Unsere Lösung bedeutet unbegrenzte Gestaltungsfreiheit und mechanische Flexibilität. Und sie bietet außerdem die Möglichkeit der Bodensterilisierung, wodurch der Bedarf an Pflanzenschutzmitteln reduziert wird.“ Überdies kann AgrowFab mit erneuerbaren Energiequellen wie Solarmodulen oder Windkraftanlagen betrieben werden. Es kombiniert die vorhergehend genannten Vorteile mit einem geschätzten Umsatzwachstum für die Gewächshausbetriebe um bis zu 30 %. Das Forscherteam entwickelte das AgrowFab-Heizelement, demonstrierte es im Rahmen eines umfangreichen Feldversuchs und optimierte die Steuerungssoftware und den Algorithmus. Das Ergebnis ist ein felderprobtes Komplettsystem auf Basis empirischer Daten, das nun marktreif ist. Weniger Schädlinge, weniger Auswirkungen auf die Umwelt und mehr Gewinn Das Konsortium sah die Endnutzer in den Eigentümern und Betreibern intelligenter Gewächshäuser, welche die Pflanzenproduktivität steigern und im gleichen Zug den Energieverbrauch senken wollen. Weitere Zielkunden waren Hersteller, Betreiber und Gerätehersteller, die Gewächshausbetriebe beliefern, die auf erneuerbare Energien umsteigen wollen. Die Resultate weisen darauf hin, dass AgrowFab die Ernteerträge um 35 % steigert und gleichzeitig den Energieverlust durch eine zielgerichtete, aber schnelle Temperaturführung um mindestens 40 % senkt. Somit bietet das AgrowFab-System ein um 35 bis 45 % schnelleres, wirtschaftliches Heizen als es die aktuell auf dem Markt befindlichen Heizsysteme für Gewächshäuser bewerkstelligen können. „Das System verringert außerdem den Pestizideinsatz um 20 % und es stellt bei hervorragender Gestaltung eine große mechanische Innovation dar“, betont Elimelech de-Wolff. Er schließt mit den Worten: „Unsere Technik, die einen kleinen CO2-Fußabdruck hat, kann mit erneuerbaren Energiequellen kombiniert werden, um mit Umweltpolitik und Umweltvorschriften in Einklang zu gelangen.“
Schlüsselbegriffe
AgrowFab, Heizung, Gewächshaus, Energie, Nutzpflanzen, Anbaupflanzen, Gewebe, Ferninfrarot, Nylonfasern
