In die Tiefe gehen: Erforschung der Grenzen der unterirdischen Anbauforschung

Da die Weltbevölkerung weiter wächst und der Klimawandel traditionelle landwirtschaftliche Praktiken zunehmend bedroht, wird die Suche nach innovativen und nachhaltigen Methoden der Lebensmittelproduktion immer wichtiger. Ein vielversprechender Forschungsbereich liegt unter unseren Füßen: der unterirdische Anbau. Dieser Artikel taucht in die Welt der Forschung zum unterirdischen Anbau ein und untersucht seine potenziellen Vorteile, Herausforderungen, modernsten Techniken und globalen Anwendungen für eine sicherere und nachhaltigere Lebensmittelzukunft.

Warum unterirdischer Anbau? Globale Herausforderungen angehen

Der unterirdische Anbau, auch als subterraner Anbau oder Deep Farming bekannt, bietet mehrere überzeugende Vorteile gegenüber der konventionellen Landwirtschaft, insbesondere angesichts drängender globaler Herausforderungen:

• Raumoptimierung: Städtische Zersiedelung und begrenzte Ackerflächen sind wesentliche Einschränkungen für die Lebensmittelproduktion. Unterirdische Anlagen können ansonsten ungenutzte Räume wie verlassene Minen, Tunnel und Keller nutzen und so die Raumeffizienz maximieren.
• Klimaresilienz: Unterirdische Umgebungen bieten ein stabiles und kontrolliertes Klima, das Pflanzen vor extremen Wetterereignissen wie Dürren, Überschwemmungen und Temperaturschwankungen schützt. Dies ist besonders wichtig in Regionen, die mit zunehmender Klimavariabilität konfrontiert sind.
• Wassereinsparung: Unterirdische Anbausysteme können den Wasserverbrauch durch geschlossene Bewässerungskreisläufe und reduzierte Verdunstung erheblich senken. Dies ist in wasserarmen Regionen von entscheidender Bedeutung.
• Schädlings- und Krankheitskontrolle: Die kontrollierte Umgebung unterirdischer Anlagen minimiert das Risiko von Schädlingen und Krankheiten und reduziert so den Bedarf an Pestiziden und Herbiziden.
• Verlängerte Anbausaisons: Unterirdische Umgebungen ermöglichen den ganzjährigen Anbau von Pflanzen, unabhängig von den äußeren Wetterbedingungen, und gewährleisten so eine konstante Lebensmittelversorgung.
• Reduzierte Transportkosten: Unterirdische Farmen können näher an städtischen Zentren angesiedelt werden, was die Transportkosten und die mit der Lebensmittelverteilung verbundenen Emissionen reduziert.

Wichtige Forschungsbereiche im unterirdischen Anbau

Die Forschung zum unterirdischen Anbau umfasst eine breite Palette von Disziplinen, darunter Pflanzenwissenschaften, Ingenieurwesen, Umweltwissenschaften und Wirtschaft. Einige wichtige Forschungsbereiche sind:

1. Optimierung der Umgebungskontrolle

Die Aufrechterhaltung optimaler Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht und Luftzirkulation ist für den erfolgreichen unterirdischen Anbau entscheidend. Die Forschung in diesem Bereich konzentriert sich auf:

• Beleuchtungssysteme: Entwicklung energieeffizienter LED-Beleuchtungssysteme, die auf die spezifischen Bedürfnisse verschiedener Pflanzen zugeschnitten sind. Die Forschung zur Bestimmung optimaler Lichtspektren, Intensität und Photoperiode zur Maximierung des Pflanzenwachstums und des Nährstoffgehalts ist im Gange. Zum Beispiel experimentieren Forscher in Japan mit Kombinationen aus rotem und blauem Licht, um das Wachstum von Salat in unterirdischen Anlagen zu optimieren.
• Klimakontrollsysteme: Entwurf und Implementierung von Klimakontrollsystemen, die stabile Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsniveaus aufrechterhalten und gleichzeitig den Energieverbrauch minimieren können. Geothermie und Abwärmenutzung werden als nachhaltige Energiequellen für die unterirdische Klimakontrolle erforscht. In Helsinki, Finnland, nutzt ein unterirdisches Rechenzentrum Abwärme zur Beheizung von Gewächshäusern und demonstriert damit einen Ansatz der Kreislaufwirtschaft.
• Luftqualitätsmanagement: Gewährleistung einer angemessenen Belüftung und CO2-Konzentration für optimales Pflanzenwachstum. Die Forschung untersucht den Einsatz von Biofiltern zur Entfernung von Schadstoffen und zur Verbesserung der Luftqualität in unterirdischen Umgebungen.

2. Nährstoffliefersysteme

Eine effiziente Nährstoffversorgung ist für ein gesundes Pflanzenwachstum in unterirdischen Umgebungen unerlässlich. Die Forschung konzentriert sich auf die Optimierung von hydroponischen und aeroponischen Systemen für unterirdische Anwendungen:

• Hydroponik: Entwicklung von Nährlösungen, die auf die spezifischen Bedürfnisse verschiedener Pflanzen zugeschnitten sind, und Optimierung der Nährstoffzufuhrmethoden, um Abfall zu minimieren und die Aufnahme zu maximieren. Beispielsweise erforscht die Universität von Nottingham in Großbritannien den Einsatz nützlicher Mikroben zur Verbesserung der Nährstoffaufnahme in hydroponischen Systemen.
• Aeroponik: Optimierung aeroponischer Systeme für eine effiziente Nährstoffversorgung und Wurzelbelüftung. Die Forschung untersucht den Einsatz von Ultraschallverneblern, um einen feinen Nebel aus Nährlösung zu erzeugen, der die Nährstoffaufnahme maximiert und den Wasserverbrauch minimiert. Forscher in Singapur sind Pioniere bei vertikalen aeroponischen Systemen für die unterirdische Produktion von Blattgemüse.
• Nährstoffrecycling: Entwicklung geschlossener Nährstoffrecyclingsysteme zur Minimierung von Abfall und zur Reduzierung der Umweltauswirkungen des unterirdischen Anbaus. Dazu gehören Techniken wie die anaerobe Vergärung zur Rückgewinnung von Nährstoffen aus organischen Abfällen.

3. Pflanzenauswahl und -züchtung

Die Identifizierung und Züchtung von Pflanzen, die gut an die Bedingungen des unterirdischen Anbaus angepasst sind, ist entscheidend für die Maximierung von Erträgen und Nährstoffgehalt. Die Forschung in diesem Bereich konzentriert sich auf:

• Screening von Nutzpflanzen: Identifizierung von Pflanzensorten, die in Umgebungen mit wenig Licht gedeihen und gegen Schädlinge und Krankheiten resistent sind, die in unterirdischen Anlagen häufig vorkommen. Blattgemüse, Kräuter und Pilze sind oft gut für den unterirdischen Anbau geeignet.
• Zuchtprogramme: Entwicklung neuer Pflanzensorten, die speziell an die Bedingungen des unterirdischen Anbaus angepasst sind. Dies beinhaltet die Auswahl nach Merkmalen wie Schattentoleranz, Krankheitsresistenz und hohem Nährstoffgehalt. Forscher in den Niederlanden entwickeln Salatsorten speziell für vertikale Anbausysteme.
• Optimierung der Pflanzdichte: Bestimmung der optimalen Pflanzdichte für verschiedene Kulturen in unterirdischen Umgebungen, um die Erträge zu maximieren, ohne die Pflanzengesundheit zu beeinträchtigen.

4. Automatisierung und Robotik

Automatisierung und Robotik können die Effizienz und Produktivität von unterirdischen Anbaubetrieben erheblich verbessern. Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung automatisierter Systeme für:

• Pflanzung und Ernte: Entwicklung von Robotersystemen zum Pflanzen, Umpflanzen und Ernten von Pflanzen, um Arbeitskosten zu senken und die Effizienz zu steigern. Unternehmen wie Iron Ox entwickeln Roboter für die Automatisierung von Gewächshäusern und vertikalen Farmen.
• Überwachung und Steuerung: Entwicklung von Sensornetzwerken und Steuerungssystemen zur Überwachung der Umgebungsbedingungen und zur automatischen Anpassung von Beleuchtung, Temperatur und Nährstoffzufuhr nach Bedarf. Dies ermöglicht eine präzise Kontrolle über die Anbauumgebung und die Optimierung des Ressourceneinsatzes.
• Datenanalyse: Nutzung von Datenanalysen zur Identifizierung von Trends und zur Optimierung von Anbaupraktiken. Dazu gehört die Analyse von Sensordaten, um potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und die Ressourcenzuweisung zu optimieren.

5. Wirtschaftliche und soziale Überlegungen

Die Forschung untersucht auch die wirtschaftlichen und sozialen Auswirkungen des unterirdischen Anbaus, einschließlich:

• Kosten-Nutzen-Analyse: Bewertung der wirtschaftlichen Machbarkeit von unterirdischen Anbaubetrieben unter Berücksichtigung von Faktoren wie Baukosten, Betriebskosten und potenziellen Einnahmen.
• Marktanalyse: Identifizierung potenzieller Märkte für unterirdisch angebaute Produkte, einschließlich städtischer Verbraucher, Restaurants und Lebensmittelgeschäfte.
• Soziale Folgenabschätzung: Bewertung der potenziellen sozialen Vorteile des unterirdischen Anbaus, wie z. B. Schaffung von Arbeitsplätzen, verbesserte Ernährungssicherheit und geringere Umweltbelastung.
• Politik und Vorschriften: Entwicklung von Politiken und Vorschriften zur Unterstützung der Entwicklung des unterirdischen Anbaus und zur Gewährleistung seines sicheren und nachhaltigen Betriebs.

Globale Beispiele für Initiativen zum unterirdischen Anbau

Der unterirdische Anbau gewinnt weltweit an Bedeutung, und verschiedene Initiativen zeigen sein Potenzial:

• Growing Underground (London, UK): Dieses wegweisende Projekt verwandelt verlassene Luftschutzbunker aus dem Zweiten Weltkrieg in unterirdische Farmen, in denen Blattgemüse und Kräuter für lokale Restaurants und Supermärkte angebaut werden. Sie nutzen hydroponische Systeme und LED-Beleuchtung, um das ganze Jahr über Pflanzen zu produzieren.
• SubTropolis (Kansas City, USA): Dieser riesige unterirdische Industriepark beherbergt mehrere Unternehmen, darunter eine Pilzfarm. Die stabile Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Kalksteinmine bieten eine ideale Umgebung für den Pilzanbau.
• The Plant (Chicago, USA): Obwohl nicht vollständig unterirdisch, ist The Plant eine vertikale Farm in einem ehemaligen Fleischverarbeitungsbetrieb. Sie integriert Aquaponik und andere nachhaltige Technologien zur Lebensmittelproduktion in einer städtischen Umgebung und zeigt das Potenzial zur Integration von unter- und oberirdischen Anbautechniken.
• Deep Farm Institute (Finnland): Dieses Forschungsinstitut widmet sich der Entwicklung und Förderung nachhaltiger unterirdischer Anbautechnologien. Sie forschen zu verschiedenen Aspekten des unterirdischen Anbaus, einschließlich Beleuchtung, Klimakontrolle und Nährstoffversorgung.
• Verlassene Minen (verschiedene Standorte): Es gibt zunehmend Bemühungen, verlassene Minen für den unterirdischen Anbau umzuwidmen. Die stabile Temperatur und Luftfeuchtigkeit von Minen bieten eine ideale Umgebung für den Anbau einer Vielzahl von Pflanzen, und dies kann auch zur Wiederbelebung ehemaliger Bergbaugemeinden beitragen. Beispielsweise werden in einigen Regionen Osteuropas verlassene Salzminen auf ihr Potenzial für den Pilzanbau untersucht.

Herausforderungen und Chancen

Obwohl der unterirdische Anbau zahlreiche Vorteile bietet, steht er auch vor mehreren Herausforderungen:

• Hohe Anfangsinvestitionen: Der Bau unterirdischer Anlagen kann teuer sein und erfordert erhebliche Vorabinvestitionen in Infrastruktur, Beleuchtung und Klimakontrollsysteme.
• Energieverbrauch: Die Bereitstellung von künstlicher Beleuchtung und Klimakontrolle kann energieintensiv sein, was die Betriebskosten erhöht und möglicherweise einige der Umweltvorteile zunichtemacht.
• Technische Komplexität: Die Verwaltung von unterirdischen Anbaubetrieben erfordert spezielles Wissen und Fachkenntnisse in Bereichen wie Hydroponik, Aeroponik und Umweltkontrolle.
• Öffentliche Wahrnehmung: Einige Verbraucher zögern möglicherweise, unterirdisch angebaute Lebensmittel zu kaufen, da sie diese als unnatürlich oder ungesund empfinden.

Trotz dieser Herausforderungen sind die Chancen für den unterirdischen Anbau erheblich. Mit fortgesetzter Forschung und Entwicklung, technologischen Fortschritten und zunehmendem öffentlichen Bewusstsein hat der unterirdische Anbau das Potenzial, eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der globalen Ernährungssicherheit und Nachhaltigkeit zu spielen.

Die Zukunft des unterirdischen Anbaus

Die Zukunft des unterirdischen Anbaus ist vielversprechend, und es zeichnen sich mehrere Trends ab:

• Zunehmende Automatisierung: Die zunehmende Einführung von Automatisierung und Robotik wird die Effizienz und Produktivität von unterirdischen Anbaubetrieben weiter verbessern, die Arbeitskosten senken und die Erträge maximieren.
• Fortschrittliche Beleuchtungstechnologien: Die Entwicklung energieeffizienterer und spektral optimierter LED-Beleuchtungssysteme wird den Energieverbrauch weiter senken und das Pflanzenwachstum verbessern.
• Integration mit erneuerbaren Energien: Die Integration von unterirdischen Anbaubetrieben mit erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Geothermie wird ihre Umweltauswirkungen weiter reduzieren.
• Integration der vertikalen Landwirtschaft: Die Kombination von unterirdischem Anbau mit Techniken der vertikalen Landwirtschaft wird die Raumeffizienz maximieren und hochproduktive städtische Farmen schaffen.
• Gemeinschaftsbasierte Initiativen: Die Entwicklung von gemeinschaftsbasierten unterirdischen Farmen wird den lokalen Zugang zu frischen, gesunden Lebensmitteln ermöglichen und nachhaltige Lebensmittelsysteme fördern.

Handlungsempfehlungen für Interessengruppen

Egal, ob Sie Forscher, Unternehmer, politischer Entscheidungsträger oder einfach eine an nachhaltiger Lebensmittelproduktion interessierte Person sind, hier sind einige umsetzbare Erkenntnisse, die Sie berücksichtigen sollten:

• Für Forscher: Konzentrieren Sie sich auf die Entwicklung energieeffizienter Beleuchtungssysteme, die Optimierung von Nährstoffzufuhrmethoden und die Züchtung von Pflanzen, die speziell an die Bedingungen des unterirdischen Anbaus angepasst sind. Arbeiten Sie mit Industriepartnern zusammen, um Forschungsergebnisse in praktische Anwendungen umzusetzen.
• Für Unternehmer: Erkunden Sie das Potenzial des unterirdischen Anbaus in Ihrer Region. Identifizieren Sie Möglichkeiten, verlassene Räume wie Minen, Tunnel und Keller für die Lebensmittelproduktion zu nutzen. Konzentrieren Sie sich auf die Produktion hochwertiger Pflanzen, die direkt an Verbraucher oder an lokale Restaurants und Lebensmittelgeschäfte verkauft werden können.
• Für politische Entscheidungsträger: Entwickeln Sie Politiken und Vorschriften zur Unterstützung der Entwicklung des unterirdischen Anbaus. Schaffen Sie Anreize für Unternehmer und Forscher, in unterirdische Anbautechnologien zu investieren. Fördern Sie das öffentliche Bewusstsein für die Vorteile von unterirdisch angebauten Lebensmitteln.
• Für Einzelpersonen: Unterstützen Sie lokale unterirdische Farmen durch den Kauf ihrer Produkte. Informieren Sie sich und andere über die Vorteile des unterirdischen Anbaus. Setzen Sie sich für Politiken ein, die nachhaltige Lebensmittelsysteme unterstützen.

Fazit

Der unterirdische Anbau stellt eine vielversprechende Grenze in der nachhaltigen Landwirtschaft dar und bietet das Potenzial, kritische Herausforderungen im Zusammenhang mit Ernährungssicherheit, Klimawandel und Ressourcenknappheit anzugehen. Durch die Nutzung von Forschung, Innovation und Zusammenarbeit können wir das volle Potenzial des unterirdischen Anbaus erschließen und ein nachhaltigeres und widerstandsfähigeres Lebensmittelsystem für die Zukunft schaffen.

Die Erforschung des unterirdischen Anbaus geht nicht nur darum, Pflanzen an unkonventionellen Orten anzubauen; es geht darum, unsere Beziehung zu Lebensmitteln und der Umwelt neu zu überdenken. Es geht darum, innovative Lösungen zu finden, um eine nachhaltige Zukunft für kommende Generationen zu sichern. Indem wir tiefer in die Möglichkeiten eintauchen, die unter unseren Füßen liegen, ebnen wir den Weg für eine sicherere und reichhaltigere Lebensmittelzukunft für alle.