Ackern ohne Erde

Die Weltbevölkerung wächst und wächst, derweil die natürlichen Ressourcen, sie zu ernähren, auf dem Lande an natürliche Grenzen stoßen. Und wenn man in den Städten dafür neue Möglichkeiten schafft? Urban Farming lautet das Zauberwort, das derzeit in vieler Munde ist. Die dabei entwickelten Konzepte bringen Wissenschaftler noch auf ganz andere Ideen.

Während die Bevölkerung auf der Erde immer weiter wächst und die Vereinten Nationen (UN) deren Anstieg von 7,6 Milliarden Menschen im Jahr 2018 auf rund 9,8 Milliarden im Jahr 2050 prognostizieren, ändert sich die Größe des Globus nicht. Für die Ernährung der Menschheit wird diese Entwicklung zu einem Riesenproblem, weil die Landwirtschaft vielerorts bereits heute an ihre natürlichen Grenzen stößt: Die Anbauflächen lassen sich aus einer Reihe von Gründen praktisch kaum weiter ausdehnen, entscheidende Ressourcen wie Wasser sind bereits heute nicht nur in Entwicklungsländern, sondern auch in Europa vielerorts knapp und die Hektarerträge von Weizen, Mais und Reis lassen sich ebenfalls nicht beliebig weiter steigern. Es sei denn, man stapelt die Flächen, die sich kaum weiter ausdehnen lassen, ähnlich wie Wohnungen in einem Hochhaus einfach übereinander.

"Vertical Farming" oder "Landwirtschaft in der Vertikalen" heißt dieses Konzept, das vor allem in großen Städten einen weiteren Vorteil bietet: Tomaten, Radieschen und Gurken müssen nicht mehr von weither transportiert werden, sondern wachsen in der Nachbarschaft. Das senkt den Energieverbrauch und natürlich auch die Kosten für den Transport enorm.

Wenn in den Etagen von Hochhäusern Tomaten, Auberginen, Paprika, Bohnen, Kohl und Salat wachsen oder Kühe grasen, Schweine grunzen und Hühner gackern, klingt das natürlich faszinierend. Obendrein wird die Idee des Vertical Farming vor allem "im Land der unbegrenzten Möglichkeiten" und dort in einer der bekanntesten Metropolen der Welt vorangetrieben: Dickson Despommier von der Columbia Universität in New York und seine Studenten entwickelten die Idee der "Farmscraper" zwischen den Skyscrapern, den Wolkenkratzern, bereits 1999. Ein vehementer Verfechter dieser Idee ist der inzwischen emeritierte Professor bis heute.

Allerdings gibt es bis heute auch ein großes Manko: Farmscraper mit wachsenden Nutzpflanzen, Milchkühen und Eier legenden Hühnern gibt es bisher nur im Computer. Weder in New York, noch in anderen Großstädten steht bisher eine dieser gläsernen Pyramiden mit 30 Stockwerken, die Dickson Despommier entworfen hat. Die in solchen Farmscrapern geplanten Techniken werden dagegen bereits heute in Gewächshäusern eingesetzt, in denen Gemüse- oder Arzneipflanzen wachsen. Diese "Hydroponik" verzichtet auf Erde. Stattdessen geben ein Substrat wie Mineralwolle oder andere lockere Substanzen wie Kokosfasern den Wurzeln Halt. Dieses Material wird von Wasser umspült, das alle von der Pflanze benötigten Nährstoffe enthält.

Diese Methode spart erhebliche Mengen Wasser - und löst so unter Umständen drängende Probleme. So gilt zum Beispiel die Provinz Almería im Süden Spaniens als Gemüsegarten Europas. Von dort werden unter anderem das ganze Jahr über Freilandtomaten mit Lkws in die Großmärkte Mitteleuropas geliefert. Im Supermarkt sieht der Käufer dann aber nur den Euro-Anteil der Kosten für diese Früchte. Der Wasserverbrauch fehlt dagegen: "Um ein Kilogramm Tomaten zu ernten, werden 184 Liter Wasser verbraucht", erklärt Werner Kloas, der sich am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und an der Humboldt-Universität in Berlin ebenfalls mit Tomatenkulturen beschäftigt. Da die wenigen Niederschläge im trockenen Süden Spaniens für solche Mengen bei Weitem nicht reichen, werden die Felder mit Grundwasser versorgt. Das wird in der Natur aber nur zum Teil durch Niederschläge ersetzt, der Rest kommt als Salzwasser aus Erdschichten, die tiefer liegen als der Grund des Mittelmeers. Mit der Zeit versalzen also die Brunnen, der Region droht eine Ökokatastrophe.

Dabei lässt sich der Verbrauch von 184 Litern für ein Kilogramm Freilandtomaten auf 30 bis 50 Liter drücken, wenn man die Pflanzen im Gewächshaus anbaut. "Setzt man moderne Tropfenbewässerung ein, sind sogar 15 Liter drin", nennt Werner Kloas eine weitere Wassersparmöglichkeit. Obendrein steigen im Gewächshaus die Erträge, weil dort das Ökosystem gut kontrolliert wird, während im Freiland Stürme, Frostperioden, Dürren und Schädlingsplagen die Erntemengen erheblich dezimieren können. Werden dann noch kühlere Perioden mit einer Zusatzheizung überbrückt und dunkle Zeiten mit LED-Licht aufgehellt, verlängern sich die möglichen Anbauzeiten erheblich. "Im Gewächshaus sind dann fünf- bis zehnmal höhere Erträge als im Freiland drin", erklärt Werner Kloas.

Solche Zahlen aber müssen noch lange keine goldenen Zeiten für das Vertical Farming bedeuten. Zwar spart die Hydroponik-Kultur nicht nur Wasser, sondern auch Platz: Dicht gepackt wachsen die Pflanzen in Boxen eng nebeneinander, obendrein kann man die Boxen übereinander stapeln. Allerdings ziehen beim Ausweiten in die Höhe auch die Kosten kräftig an. "Während die Baukosten für einen Quadratmeter eines Gewächshauses in der Ebene bei 200 bis 400 Euro liegen, kann dieser Preis bei einem Farmscraper leicht auf das Fünf- bis Zehnfache steigen", befürchtet Kloas. Noch schwerer wiegt wohl der Anstieg der Energiekosten: Weil das Sonnenlicht in die unteren Etagen kaum oder gar nicht vordringt, muss dort auch im Hochsommer künstlich beleuchtet werden. Forscher am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR haben einmal ausgerechnet, dass eine Beleuchtung selbst mit sparsamen LEDs den Supermarkt-Preis für ein Kilogramm Vertical Farming-Tomaten auf knapp zehn Euro vervierfachen würde. Werner Kloas schlägt daher vor, statt Farmscrapern lieber horizontale Gewächshäuser im Umland der Ballungszentren zu bauen, deren erheblich höhere Erträge den Verbrauch von Fläche ebenfalls deutlich verringern würden. Im Vergleich zum Lkw-Transport aus dem Süden Spaniens nach Mitteleuropa würden auch die Transportkosten erheblich sinken.

Diese sehr gute Bilanz lässt sich mit einer Kombination aus Flora und Fauna noch einmal stark verbessern, die Kloas und seine Kollegen in den letzten Jahren am IGB entwickelt haben. Dabei koppelt der Forscher in einem Gewächshaus den Anbau von Tomaten mit der Zucht der im Süßwasser lebenden Tilapia-Buntbarsche. Die Fische scheiden dabei das in höheren Konzentrationen giftige Ammonium aus, das Mikroorganismen in einem Biofilter in Nitrat umwandeln. Diese Verbindung aber ist nicht nur für Tomatenpflanzen ein wertvoller Dünger, der in der konventionellen Landwirtschaft bisher mit extrem hohen Energiekosten aus der Luft gewonnen wird. Beim Wachsen produzieren die Tomatenpflanzen reichlich Sauerstoff. Den atmen die Fische ein, während sie Kohlendioxid ausatmen, das die Tomatenpflanzen zum Wachsen brauchen. Fängt man mit Kühlfallen dann noch die Luftfeuchtigkeit wieder ein, die die Tomaten ausdünsten, entsteht ein gutes Kreislaufsystem, bei dem nur noch das Fischfutter fehlt. Das besteht aus Fliegenmaden, die zum Beispiel auf Bioabfällen aus dem Gewächshaus oder auch auf verdorbenen Lebensmitteln wachsen. Am Ende kommen sowohl für die Tomaten wie auch für die Fische Spitzenwerte heraus. So braucht man gerade einmal 100 Liter Wasser, um ein Kilogramm Tilapien zu züchten, während ein Kilo Hühnerfleisch 3000 und eine Kilo Schweinefleisch 4000 Liter Wasser verbraucht. Obendrein hofft Werner Kloas, die Erträge an Fischfleisch zu verfünffachen, wenn er die Tilapien durch Afrikanische Welse ersetzt. Liegt die Zukunft also vielleicht eher bei Tomatenfischen?

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