Es gibt Problemstellungen, die sind vorhersehbar. Der Bevölkerungszuwachs beschleunigt sich immer mehr, so dass 2050 fast 10 Milliarden Menschen auf der Erde leben werden. Sie mit qualitativ hochwertigen Lebensmitteln in ausreichender Menge zu versorgen verlangt neue Lösungsansätze. Hydroponischer Anbau, stadtnaher Anbau, Indoor Farming und Vertical Farming sowie Gewächshausanbau sind Begriffe, die damit verbunden sind.
Besonders die Megacities (Tokio mit 32 Mio Einwohner derzeit) erfordern ein Umdenken. Denn die Versorgung so vieler Menschen auf engem Raum gelingt nur, indem auf großen landwirtschaftlichen Flächen weitab der Städte Gemüse, Obst und Früchte angebaut werden. Der Transport dieser Produkte vom Land in die Stadt verschlingt bei der enormen Menge jeden Tag Unmengen an Treibstoff und trägt damit zur Klimaerwärmung bei.
Weltweit werden zurzeit verschiedene alternative Produktionsmethoden erprobt. Sie sollen die Wege zwischen Produktionsort und Verbraucher verkürzen und auf geringer Fläche einen hohen Ertrag ermöglichen. Dabei steht, neben der kostensenkenden Möglichkeiten, mit planbaren Mengen und Erntezeitpunkten die bislang entstehenden Verluste durch Überproduktion und Transport zu verringern, ein anderer Kostenfaktor im Mittelpunkt. Denn war im Freiland kostenlos zur Verfügung steht, wird ein knappes Gut in geschlossenen Gewächshäusern oder gar Indoor- und Vertical Farming: natürliches Licht.
Keine Grünpflanze kommt ohne Licht aus. Selbst die Zusammensetzung bis hin ins UV-Licht bestimmt maßgeblich mit, wie ertragreich ein Anbau unter künstlicher Beleuchtung ist.
Ein Treiber bei der Entwicklung von Hightech-Gewächshäusern ist zurzeit auch der rapide wachsende Markt der medizinisch wirksamen Pflanzen. Allen voran der medizinische Hanfanbau erfordert hohe Standards in Sachen Hygiene, Reinheit und Verarbeitung (Ernte, Trocknung). Diese Rahmenbedingungen schafft man am besten in von der Umwelt unabhängigen, hermetisch abgeschlossenen Gewächshäusern. Die kontrollierten Lichtverhältnisse, der erhöhten CO2 Gehalt und eine Hygiene, die den Einsatz von Schädlingsbekämpfungsmaßnahmen weitgehen überflüssig macht, erleichtern die Anzucht und das standardisierte Heranziehen bis zur Ernte.
Licht ist der Schlüsselfaktor für Indoor-Farming
Licht ist ein Schlüsselfaktor hinsichtlich Vitalität, Wachstum und Ertrag bei Pflanzen. Unterschiedliche Wellenlängen haben unterschiedliche Wirkung, die im modernen Indoor-Anbau genutzt werden, um zum richtigen Zeitpunkt eine definierte Menge Pflanzen zur Erntereife zu bringen. Dadurch können Bestellungen punktgenau und in der richtigen Menge bedient werden. Verluste durch Überproduktion oder nicht pünktliche Lieferungen werden vermieden.
Verwendete man in der Vergangenheit überwiegend Metallgasdampflampen, werden heute bei der Neuanlage von gewerblichen Gewächshäusern überwiegend LED-Lampen eingesetzt. Durch die Möglichkeit, die Farbtemperatur des abgestrahlten Lichtes (PAR, Photosynthese aktive Strahlung) zu variieren, kann man hervorragend auf die Bedürfnisse unterschiedlicher Pflanzen wie Salate, Kräuter, Tomaten, Erdbeeren und vieles mehr eingehen. Auch die Strahlleistung kann variiert werden zum Nachempfinden natürlicher Tag-Nacht-Zyklen. Daher werden auch bestehende Gewächshäuser zunehmend nachgerüstet. Dabei tauscht man alte Leuchtstoff-Lampen und Metalldampflampen gegen moderne LED-Strahler aus.
Ein Milliarden-Markt steht in den Startlöchern
Man geht davon aus, dass der Markt der Gewächshausbeleuchtung bis ins Jahr 2023 auf ca. 6 Milliarden EUR ansteigen wird. Angesichts dieser Zahl wundert es nicht, dass mehr als ein Dutzend große Firmen sich um die internationalen Kunden bemühen. Europäische Hersteller wie z.B. Osram, Heliospektral, Philips und Hortilux liegen bei diesem Wettrennen an der Spitze und versorgen etwa 40% des Weltmarktes mit hochwertigen LED-Lampen. Asiens LED Riesen wie LG, Nichia, Samsung oder Everlight dominieren wegen ihrer Möglichkeiten zur Massenproduktion die LED-Herstellung.
Um ausreichend Lichtmenge ähnlich der natürlichen Lichtverhältnisse zu produzieren, bedarf es leistungsstarker Lampen. Anders wie Metalldampflampen ist die dabei erzeugte Wärmemenge geringer und belastet das Klima im Gewächshaus (Indoor, Vertical) geringer. Dennoch müssen auch die LED-Lampen Wärme an ihre Umgebung abgeben. Denn eine zu große Erwärmung verkürzt die Lebensdauer der Licht emittierenden Dioden (LED) drastisch. Außerdem verschiebt sich durch zu hohe Temperaturen das Farbspektrum und die Intensität.
Je nach Hersteller und Leistungsklasse wird unterschieden zwischen passiv gekühlten Lampen mit oft auffällig großen Kühlkörperrippen (Oberfläche für den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft) oder aktiver Kühlung mit Gebläsen.
Um den Wärmepfad von dem Ort, an dem das Licht entsteht, bis zur Abgabe der Überschußwärme an die Umgebung zu optimieren, gibt es verschiedene wirkungsvolle Maßnahmen. Dabei wechseln sich Wärmespreizer (sie bringen die punktuell entstehende Wärme möglichst schnell auf eine größere Fläche) und Wärmeleiter ab. Auch ist meist eine galvanische Trennung notwendig, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Mehr dazu findet man auf den Webseiten der einschlägigen Anbieter von wärmeleitenden Produkten.
(Juli 2019, © Gerald Friederici)
Hauptanbieter:
Gavita Holland B.V. / GE Lighting / PARsource / OSRAM / Agrolux / Heliospectra / Signify (Philips Lighting)
Hortilux Schreder B.V. / Fluence Bioengineering / Lumileds / Eye Hortilux / Illumitex / Hubbell / Maxigrow
Bridgelux / LumiGrow / AXP Technology / Evergrow (Shenzhen Sanxinbao Semiconductor Lighting) / Valoya
Oreon / Econolux / Cree /