Kommerzielle Gewächshäuser in Europa testen neue Technologien zur Energieeffizienz und Wassereffizienz, um die grüne Wende zu unterstützen.
In der Provinz Almería im Südosten Spaniens bauen die Bauern jährlich schätzungsweise 2,5 bis 3,5 Millionen Tonnen Obst und Gemüse an, in dem Gebiet, das als Almerias Meer aus GewächshäusernIn dieser Region erstrecken sich Gewächshäuser, so weit das Auge reicht, und bedecken eine Fläche von über 40.000 Hektar (400 Quadratkilometern).
Teilweise ist es dieser Produktion zu verdanken, dass Verbraucher auf dem ganzen Kontinent das ganze Jahr über Lebensmittel wie Gurken, Tomaten und Melonen genießen können. Allerdings gibt es einen Haken: Diese Gewächshäuser sind in Bezug auf den Energieverbrauch oder Wasserverbrauch nicht immer sehr nachhaltig.
Serena Danesi ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) in Zürich. Sie ist spezialisiert auf Wärmetechnik und Wärmerückgewinnung und leitete in den letzten vier Jahren den Abonnieren Projekt, das von der EU gefördert wurde, um ein neues, energieeffizienteres und umweltfreundlicheres System zur Kontrolle von Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Gewächshäusern zu entwickeln.
Wenn Europa seine Klimaziele erreichen und den Standard für eine nachhaltige Lebensmittelproduktion setzen will – ein Ziel, das in der EU- Vom Erzeuger auf den Tisch Wenn wir die im Jahr 2020 verabschiedete Strategie verfolgen, wird die Verbesserung der Nachhaltigkeit des Gewächshausanbaus ein zentrales Anliegen sein.
„Wenn wir das ganze Jahr über Gurken, Tomaten und Wassermelonen essen wollen, müssen wir uns darüber im Klaren sein, dass ihr Anbau viel Energie und Wasser verbraucht“, sagt Danesi.
Klimakontrolle
Veränderte Klimabedingungen und die Notwendigkeit einer besseren Kontrolle über die Wachstumsbedingungen der Nutzpflanzen haben in ganz Europa zu einer raschen Ausweitung des kommerziellen Gewächshausanbaus geführt.
Schätzungen zufolge gab es 2018 in Europa 210.000 Hektar (2.100 Quadratkilometer) Gewächshäuser, mit besonders hohen Konzentrationen in Spanien (70.000 ha), Italien (42.800 ha), Frankreich, den Niederlanden sowie in Mittel- und Osteuropa.
Der Energiebedarf von Gewächshäusern unterscheidet sich jedoch je nach Standort. TheGreefa bringt Forscher aus Italien, Frankreich, Deutschland, Spanien, der Schweiz, Polen und Tunesien zusammen, um zu untersuchen, wie ihr vorgeschlagenes System in verschiedenen Klimazonen funktioniert.
„Gewächshäuser in Mitteleuropa brauchen Wärme, weil es dort kalt ist. In Spanien hingegen müssen sie im Sommer gekühlt werden“, sagte Danesi. „Es gibt also in verschiedenen Teilen Europas unterschiedliche Probleme.“
Neben der Temperatur ist auch die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit ein Thema. Wenn Wasser aus Pflanzen verdunstet, was als „Transpiration“ bezeichnet wird, steigt die Luftfeuchtigkeit und kann gefährlich hoch werden. Hohe Luftfeuchtigkeit kann Pilzkrankheiten verursachen, die sich leicht ausbreiten und eine Ernte zerstören können. Darüber hinaus kann die Pflanze bei zu hoher Luftfeuchtigkeit nicht normal transpirieren und stirbt ab.
Wärme durch Feuchtigkeit
Die geniale Lösung der Forscher von TheGreefa ermöglicht es Gewächshausbesitzern, die von den Pflanzen auf natürliche Weise abgegebene Feuchtigkeit zur Wärmeerzeugung zu nutzen. Zudem ist es möglich, aus der überschüssigen Feuchtigkeit reines Wasser zurückzugewinnen und so Wasser und Energie zu sparen.
Eine Salzlösung absorbiert die erhöhte Feuchtigkeit im Gewächshaus und setzt dabei durch eine thermochemische Reaktion Wärme frei.
„Wir können die Luft entfeuchten und gleichzeitig Wärme erzeugen“, sagte Danesi.
Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass durch diesen Absorptionsprozess eine Belüftung überflüssig wird und der Wärmeverlust, der entsteht, wenn zum Entfernen überschüssiger Feuchtigkeit die Fenster geöffnet werden müssen, drastisch reduziert wird.
Sobald die Salzlösung so viel Wasser wie möglich aufgenommen hat, kann sie mithilfe von Wärme aus überschüssiger Solarenergie regeneriert werden. Dadurch werden Salz und Wasser getrennt, und die Salzlösung kann gespeichert und bei Bedarf wiederverwendet werden.
Der dehydrierende Effekt der Salzlösung kann auch zum Trocknen frischer Produkte wie Kräuter und Früchte genutzt werden, um deren Haltbarkeit zu verlängern. Da dies bei niedrigen Temperaturen erfolgt, bleiben Eigenschaften wie Geruch und Geschmack erhalten.
Die Technologie wurde in Gewächshäusern in der Schweiz und in Tunesien getestet. In der Schweiz lag der Fokus auf Heizung und saisonaler Speicherung, während in den südlichen Ländern Energieeffizienz und Wasserrückgewinnung im Vordergrund standen.
„Wir werten jetzt die Ergebnisse aus und haben einige Energieeinsparungen festgestellt“, sagte Danesi. „Im Schweizer Gewächshaus hat unser System den Wärmeenergiebedarf um 50 % gesenkt.“
Obwohl diese Technologie vielversprechend ist, ist sie noch weit davon entfernt, in kommerziellen Gewächshäusern flächendeckend eingesetzt zu werden. Pilotversuche werden zunächst in kleineren Umgebungen durchgeführt, bevor sie in größerem Maßstab durchgeführt werden.
Landwirtschaft setzt auf Solarenergie
Eine weitere Möglichkeit, Gewächshäuser nachhaltiger zu machen, wäre, sich die Tatsache zunutze zu machen, dass diese Strukturen große sonnendurchflutete Flächen einnehmen. Damit sind Gewächshäuser in der einzigartigen Lage, Sonnenlicht zur Erzeugung sauberer Elektrizität zu nutzen.
Eine Herausforderung besteht jedoch darin, dass Solarmodule meist undurchsichtig sind und daher nicht über Nutzpflanzen angebracht werden können, da diese sonst nicht wachsen. Dieser Herausforderung wollte sich der Elektroingenieur Nick Kanopoulos in einem dreijährigen, von der EU finanzierten Projekt namens PanePowerSW das endete im Jahr 2021.
Kanopoulos ist CEO des Start-up-Unternehmens Brite Solar mit Sitz im griechischen Thessaloniki, das auf Solartechnologie der nächsten Generation spezialisiert ist.
„Wir wollten ein für die Landwirtschaft geeignetes Solarpanel bauen, sodass wir auf demselben Land sowohl Getreide als auch Energie produzieren können, ohne dass sich das eine gegenseitig behindert“, sagte er.
Kanopoulos und sein Team entwickelten ein Solarpanel, das mit Nanomaterialien beschichtet ist, die Lichtpartikel im UV-Bereich des Sonnenlichts absorbieren, die weder für Photovoltaikmodule noch für den Pflanzenanbau nützlich sind. Anschließend überträgt es sie im roten und blauen Bereich des sichtbaren Spektrums, was für beide nützlich ist.
Sichtbares Licht kann somit durch die Paneele hindurchdringen und gleichzeitig sowohl die Stromproduktion als auch die Photosynthese steigern, was die Technologie ideal für den Einsatz in Gewächshäusern macht.
Vorteile sauberer Energie
Das Team testete die Module in Gewächshäusern in Griechenland, Spanien, den USA und Singapur sowie im Freilandanbau in Deutschland, Frankreich, den Niederlanden und Rumänien. Die Tests wurden an verschiedenen Nutzpflanzen durchgeführt, darunter Tomaten, Heidelbeeren, Zierpflanzen und Birnbäume. Ihre Ergebnisse zeigten, dass Landwirte ihren Kohlendioxid-Fußabdruck erheblich reduzieren können, indem sie beim Anbau von Nutzpflanzen saubere Energie erzeugen.
Neben der Möglichkeit für Landwirte, ihre eigene Energie zu produzieren, bietet die innovative Gewächshausstruktur noch weitere Vorteile. Sie sammelt Regenwasser, das für die Pflanzen verwendet werden kann, und bietet Schutz vor widrigen Witterungsbedingungen. Außerdem verringert sie die Wasserverdunstung, was zu einer deutlichen Senkung des für die Bewässerung benötigten Wassers um etwa 20 bis 40 Prozent führt.
Kanopoulos‘ Team 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 die Nanobeschichtung mit der Montage von Solarmodulen in einer einzigen Produktionslinie kombinieren könne.
Dadurch können sie mehr Kunden erreichen, sowohl kleine als auch große Landwirte, und sich für eine nachhaltigere Landwirtschaft einsetzen.
„Wir glauben, dass der breite Einsatz dieser Technologie die Landwirtschaft in hohem Maße dekarbonisieren und zu einer nachhaltigen Nahrungsmittelproduktion beitragen wird“, sagte Kanopoulos.