Forschung zum Untertage-Anbau: Die Zukunft der Lebensmittelproduktion kultivieren

Da die Weltbevölkerung weiter wächst und Ackerland immer knapper wird, sind innovative Ansätze in der Lebensmittelproduktion von größter Bedeutung. Der unterirdische Anbau, der subterranen Farmen, Wurzelkellerlagerung und andere verwandte Techniken umfasst, stellt eine überzeugende Lösung für eine nachhaltige und effiziente Landwirtschaft dar. Dieser Artikel befasst sich mit dem aufstrebenden Forschungsfeld des unterirdischen Anbaus und untersucht dessen potenzielle Vorteile, Herausforderungen und die bahnbrechenden Innovationen, die seine Zukunft gestalten.

Das Versprechen der subterranen Landwirtschaft

Der unterirdische Anbau bietet eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber traditionellen Anbaumethoden, insbesondere angesichts des Klimawandels und der Ressourcenknappheit.

Verbesserte Umweltkontrolle

Einer der bedeutendsten Vorteile ist die Möglichkeit, eine größere Kontrolle über die Anbauumgebung auszuüben. Subterrane Räume bieten von Natur aus:

• Stabile Temperaturen: Unterirdische Temperaturen sind tendenziell konstanter als Oberflächentemperaturen, was das Risiko von Ernteschäden durch extreme Wetterereignisse wie Frost oder Hitzewellen verringert. Dies ist besonders in Regionen mit unbeständigem Klima von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise werden Wurzelkeller in nördlichen Klimazonen wie Island und Kanada seit Jahrhunderten genutzt, um Ernten über harte Winter zu lagern.
• Feuchtigkeitsmanagement: Kontrollierte Luftfeuchtigkeitsniveaus können das Risiko von Pilzkrankheiten minimieren und das Pflanzenwachstum optimieren. Moderne unterirdische Farmen nutzen oft hochentwickelte Klimakontrollsysteme, um die Luftfeuchtigkeit genau auf die spezifischen Bedürfnisse jeder Kulturpflanze abzustimmen.
• Reduzierung von Schädlingen und Krankheiten: Eine abgeschlossene Umgebung minimiert die Exposition gegenüber Schädlingen und Krankheiten, wodurch der Bedarf an Pestiziden und Herbiziden sinkt. Dies führt zu gesünderen Ernten und einer geringeren Umweltbelastung.

Optimierte Ressourcennutzung

Der unterirdische Anbau kann die Ressourceneffizienz erheblich verbessern:

• Reduzierter Wasserverbrauch: Geschlossene Bewässerungssysteme können Wasser recyceln, was die Wasserverschwendung minimiert und wertvolle Ressourcen schont, insbesondere in ariden und semi-ariden Regionen. Vertikale Farmen, die sich oft unter der Erde befinden, können den Wasserverbrauch im Vergleich zur traditionellen Landwirtschaft um bis zu 95 % senken.
• Energieeffizienz: Geothermische Energie kann zur Temperaturregulierung genutzt werden, was die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert und den CO2-Fußabdruck der Lebensmittelproduktion senkt. In Ländern wie Island, das über reichlich geothermische Ressourcen verfügt, nutzen unterirdische Farmen bereits diese saubere Energiequelle für ihren Betrieb.
• Flächenschonung: Unterirdische Farmen geben wertvolle Oberflächenflächen für andere Nutzungen wie Naturschutz, Wohnungsbau oder Infrastruktur frei. Dies ist besonders in dicht besiedelten städtischen Gebieten relevant, in denen Land ein knappes Gut ist.

Ganzjährige Produktion

Im Gegensatz zur traditionellen Landwirtschaft, die oft durch saisonale Einschränkungen begrenzt ist, ermöglicht der unterirdische Anbau eine ganzjährige Pflanzenproduktion. Dies gewährleistet eine konstante Versorgung mit frischen Produkten, unabhängig von den äußeren Wetterbedingungen. Dies ist besonders wichtig in Regionen mit kurzen Vegetationsperioden wie Skandinavien oder Alaska, wo der Zugang zu frischem Gemüse während der Wintermonate eingeschränkt sein kann.

Techniken des unterirdischen Anbaus: Eine vielfältige Landschaft

Das Feld des unterirdischen Anbaus umfasst eine Reihe von Techniken, jede mit ihren eigenen einzigartigen Vorteilen und Anwendungen.

Subterrane Farmen

Dies sind speziell errichtete Anlagen unter der Erde, oft in umfunktionierten Minen, Tunneln oder Höhlen. Sie nutzen Techniken der kontrollierten landwirtschaftlichen Umgebung (CEA), um die Anbaubedingungen zu optimieren.

• Bergbaubetriebe: Stillgelegte Bergwerke bieten einen leicht verfügbaren und oft riesigen unterirdischen Raum, der für großflächige Landwirtschaft geeignet ist. Die stabilen Temperaturen und die Luftfeuchtigkeit in den Minen machen sie ideal für den Anbau einer Vielzahl von Pflanzen. Beispielsweise gab es in Großbritannien Projekte, die die Umnutzung stillgelegter Minen in Pilzfarmen untersuchten.
• Tunnel und Bunker: Tunnel und Bunker, die ursprünglich für Transport- oder militärische Zwecke gebaut wurden, können für die unterirdische Landwirtschaft angepasst werden. Diese Strukturen bieten eine sichere und kontrollierte Umgebung und schützen die Ernten vor externen Bedrohungen.
• Maßgeschneiderte Anlagen: Zweckgebaute unterirdische Farmen sind speziell für die landwirtschaftliche Produktion konzipiert. Diese Anlagen integrieren oft modernste Technologien wie LED-Beleuchtung, Hydroponik und automatisierte Umweltkontrollsysteme.

Wurzelkellerlagerung

Die Wurzelkellerlagerung ist eine traditionelle Methode zur Lagerung geernteter Feldfrüchte in unterirdischen Räumen, um ihre Haltbarkeit zu verlängern. Diese Technik beruht auf der natürlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsregulierung, um Produkte ohne Kühlung zu konservieren.

• Traditionelle Wurzelkeller: Dies sind typischerweise einfache Strukturen, die in den Boden oder einen Hang gebaut werden. Sie nutzen die natürliche Isolierung der Erde, um eine kühle und feuchte Umgebung aufrechtzuerhalten. Wurzelkeller werden seit Jahrhunderten in verschiedenen Kulturen verwendet und stellen eine lebenswichtige Nahrungsquelle während der Wintermonate dar.
• Moderne Wurzelkeller: Moderne Wurzelkeller können verbesserte Isolierung, Belüftung und Feuchtigkeitskontrollsysteme integrieren, um ihre Wirksamkeit weiter zu erhöhen.

Unterirdische Gewächshäuser

Unterirdisch gebaute Gewächshäuser bieten eine verbesserte Isolierung und Temperaturstabilität, wodurch die Vegetationsperiode verlängert und der Energieverbrauch gesenkt wird. Diese Strukturen können besonders in kalten Klimazonen von Vorteil sein.

• Walipini: Das Walipini, oder unterirdische Gewächshaus, ist eine traditionelle landwirtschaftliche Technik aus den Anden Südamerikas. Es nutzt die natürliche Wärme der Erde, um eine warme und geschützte Umgebung für den Anbau von Pflanzen zu schaffen, selbst in hochgelegenen Regionen mit rauem Klima.
• Erdgeschützte Gewächshäuser: Diese Strukturen sind teilweise oder vollständig unter der Erde vergraben und bieten eine hervorragende Isolierung und Schutz vor den Elementen.

Wichtige Forschungsbereiche im unterirdischen Anbau

Laufende Forschung ist entscheidend, um die Techniken des unterirdischen Anbaus zu optimieren und ihr volles Potenzial auszuschöpfen.

Optimierung der LED-Beleuchtung

Künstliche Beleuchtung ist für unterirdische Farmen unerlässlich, da natürliches Sonnenlicht begrenzt oder nicht vorhanden ist. Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung energieeffizienter LED-Beleuchtungssysteme, die das optimale Spektrum und die optimale Lichtintensität für verschiedene Pflanzen bieten.

• Spektrale Abstimmung: Verschiedene Lichtwellenlängen beeinflussen das Pflanzenwachstum und die Entwicklung auf unterschiedliche Weise. Die Forschung untersucht die optimalen spektralen Verhältnisse zur Maximierung von Ertrag, Nährstoffgehalt und Geschmack.
• Energieeffizienz: Die Entwicklung energieeffizienterer LED-Beleuchtungssysteme ist entscheidend, um die Betriebskosten von unterirdischen Farmen zu senken.
• Lichtverteilung: Die Optimierung der Lichtverteilung im Anbauraum stellt sicher, dass alle Pflanzen eine ausreichende Beleuchtung erhalten.

Nährstoffmanagement und -zufuhr

Ein effizientes Nährstoffmanagement ist entscheidend für die Maximierung der Ernteerträge und die Minimierung der Umweltbelastung. Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung nachhaltiger und präziser Nährstoffzufuhrsysteme.

• Hydroponik und Aeroponik: Diese erdlosen Anbautechniken ermöglichen eine präzise Kontrolle über die Nährstoffzufuhr, minimieren Abfall und maximieren die Nährstoffaufnahme.
• Organische Nährlösungen: Die Forschung untersucht die Verwendung von organischen Nährlösungen aus Kompost, Wurmkompost und anderen nachhaltigen Quellen.
• Nährstoffrecycling: Geschlossene Nährstoffrecyclingsysteme können Nährstoffabfälle minimieren und den Bedarf an externen Zufuhrstoffen reduzieren.

Umweltkontrollsysteme

Hochentwickelte Umweltkontrollsysteme sind unerlässlich, um optimale Wachstumsbedingungen in unterirdischen Farmen aufrechtzuerhalten. Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung effizienterer und nachhaltigerer Systeme.

• Klimamodellierung: Fortschrittliche Klimamodelle können verwendet werden, um die Umweltbedingungen im Anbauraum vorherzusagen und Kontrollstrategien zu optimieren.
• Automatisierung und Sensoren: Automatisierte Systeme und Sensoren können Umweltparameter in Echtzeit überwachen und anpassen, um optimale Wachstumsbedingungen zu gewährleisten.
• Geothermische Integration: Die Integration von Geothermie in Umweltkontrollsysteme kann den Energieverbrauch erheblich senken und den CO2-Fußabdruck von unterirdischen Farmen reduzieren.

Pflanzenoptimierung für unterirdische Umgebungen

Nicht alle Pflanzen sind gleichermaßen für den unterirdischen Anbau geeignet. Die Forschung konzentriert sich auf die Identifizierung und Züchtung von Sorten, die in diesen kontrollierten Umgebungen gedeihen.

• Lichtbedarf: Die Auswahl von Pflanzen mit geringem Lichtbedarf oder die Züchtung von Sorten, die toleranter gegenüber schlechten Lichtverhältnissen sind, ist für unterirdische Farmen von entscheidender Bedeutung. Blattgemüse, Kräuter und Pilze sind aufgrund ihres relativ geringen Lichtbedarfs oft gut für den unterirdischen Anbau geeignet.
• Platzbeschränkungen: In unterirdischen Farmen werden oft vertikale Anbautechniken eingesetzt, um die Raumnutzung zu maximieren. Die Auswahl von Pflanzen, die sich gut für den vertikalen Anbau eignen, ist wichtig.
• Krankheitsresistenz: Die Auswahl krankheitsresistenter Sorten ist unerlässlich, um das Risiko von Ernteverlusten in der kontrollierten Umgebung einer unterirdischen Farm zu minimieren.

Herausforderungen und Überlegungen

Trotz seines immensen Potenzials steht der unterirdische Anbau vor mehreren Herausforderungen, die angegangen werden müssen.

Anfängliche Investitionskosten

Die anfänglichen Investitionskosten für die Errichtung einer unterirdischen Farm können erheblich sein, insbesondere bei zweckgebundenen Anlagen. Die Umnutzung bestehender unterirdischer Räume wie Minen oder Tunnel kann helfen, diese Kosten zu senken.

Energieverbrauch

Obwohl unterirdische Farmen im Vergleich zur traditionellen Landwirtschaft energieeffizient sein können, benötigen sie dennoch Energie für Beleuchtung, Belüftung und Umweltkontrolle. Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Solar- oder Geothermie kann helfen, den CO2-Fußabdruck zu minimieren.

Zugänglichkeit und Logistik

Der Zugang zu unterirdischen Farmen kann eine Herausforderung sein, insbesondere für Großbetriebe. Effiziente Logistik- und Transportsysteme sind unerlässlich, um Ernten und Versorgungsgüter in die und aus der Anlage zu transportieren.

Öffentliche Wahrnehmung und Akzeptanz

Einige Verbraucher zögern möglicherweise, unter der Erde angebaute Lebensmittel anzunehmen, aufgrund von Bedenken hinsichtlich Hygiene oder Sicherheit. Die Aufklärung der Öffentlichkeit über die Vorteile des unterirdischen Anbaus und die Gewährleistung hoher Standards der Lebensmittelsicherheit sind entscheidend für die Akzeptanz durch die Verbraucher.

Globale Beispiele für Initiativen zum unterirdischen Anbau

Initiativen zum unterirdischen Anbau gewinnen weltweit an Bedeutung und demonstrieren die Machbarkeit dieses innovativen Ansatzes zur Lebensmittelproduktion.

• Growing Underground (London, UK): In verlassenen Luftschutzbunkern aus dem Zweiten Weltkrieg unter den Straßen von London gelegen, produziert Growing Underground eine Vielzahl von Blattgemüse und Kräutern mit hydroponischen Techniken.
• Plant Chicago (Chicago, USA): In einer ehemaligen Fleischverpackungsanlage untergebracht, integriert Plant Chicago Aquaponik und andere nachhaltige Anbaupraktiken, um Lebensmittel in einer städtischen Umgebung anzubauen. Obwohl nicht vollständig unterirdisch, nutzt es die Infrastruktur des Gebäudes, um eine kontrollierte Anbauumgebung zu schaffen.
• Deep Roots (Montreal, Kanada): Dieses Projekt untersucht das Potenzial der Nutzung verlassener Tunnel unter dem Stadtzentrum von Montreal für die städtische Landwirtschaft.
• Unterirdische Pilzfarmen (Verschiedene Standorte): Der Pilzanbau eignet sich aufgrund des geringen Lichtbedarfs der Kultur besonders gut für unterirdische Umgebungen. Weltweit gibt es zahlreiche unterirdische Pilzfarmen, oft in umfunktionierten Minen oder Höhlen.

Die Zukunft des unterirdischen Anbaus

Der unterirdische Anbau birgt ein immenses Versprechen für die Zukunft der Lebensmittelproduktion und bietet eine nachhaltige und effiziente Lösung für die Herausforderungen einer wachsenden Weltbevölkerung und eines sich ändernden Klimas. Da die Forschung weiter voranschreitet und Technologien erschwinglicher werden, dürften unterirdische Farmen immer häufiger werden, insbesondere in städtischen Gebieten und Regionen mit begrenztem Ackerland.

Mögliche Anwendungen in der Weltraumforschung

Techniken des unterirdischen Anbaus werden auch für mögliche Anwendungen in der Weltraumforschung untersucht. Die kontrollierte Umgebung einer unterirdischen Farm könnte eine nachhaltige Nahrungsquelle für Astronauten auf Langzeitmissionen zum Mond oder Mars bieten.

Handlungsorientierte Einblicke

Für Einzelpersonen und Organisationen, die sich für den unterirdischen Anbau interessieren, sollten Sie Folgendes berücksichtigen:

• Klein anfangen: Experimentieren Sie mit Wurzelkellerlagerung oder kleinen unterirdischen Gewächshäusern, um Erfahrungen zu sammeln und die Techniken zu verstehen.
• Lokale Ressourcen recherchieren: Identifizieren Sie potenzielle unterirdische Räume in Ihrer Nähe, die für die Landwirtschaft umgenutzt werden könnten, wie verlassene Minen oder Tunnel.
• Mit Experten zusammenarbeiten: Arbeiten Sie mit Forschern, Agraringenieuren und anderen Experten zusammen, um Projekte zum unterirdischen Anbau zu entwickeln und umzusetzen.
• Für politische Unterstützung eintreten: Fördern Sie staatliche Maßnahmen, die die Entwicklung einer nachhaltigen Landwirtschaft, einschließlich des unterirdischen Anbaus, unterstützen.

Fazit

Der unterirdische Anbau ist mehr als nur eine Nischen-Agrartechnik; er stellt einen Paradigmenwechsel in unserer Herangehensweise an die Lebensmittelproduktion dar. Indem sie die Kraft kontrollierter Umgebungen nutzen und die Ressourcennutzung optimieren, können unterirdische Farmen zu einer nachhaltigeren, widerstandsfähigeren und ernährungssicheren Zukunft für alle beitragen.