Vertical Farming: Unabhängig von Klima und Umweltbedingungen Nutzpflanzen produzieren

Resiliente Produktion, verlässliche Zulieferketten und lokale Wertschöpfung rücken vermehrt in den Fokus. Dies stellt insbesondere die Produktion von pflanzlichen Erzeugnissen vor eine besondere Herausforderung. Der herkömmliche Anbau von Pflanzen und Nahrungsmitteln auf dem Feld unterliegt lokal unterschiedlichen Standortfaktoren. Diese werden durch die immer stärkeren Klimafolgeerscheinungen, im Extremfall Dürre, Hitzeperioden oder Starkregen, weiter verstärkt. Daher kann in vielen Teilen der Welt ein Pflanzenanbau unter kontrollierten, künstlich klimatisierten Bedingungen ein Ausweg aus den absehbaren Folgen des Klimawandels sein, die sich jetzt schon abzeichnen. Um die Effizienz zu steigern und die benötigte Fläche zu verringern – dies ist gerade bei stadtnahen oder Urban-Farming-Konzepten entscheidend – findet der Pflanzenanbau vermehrt in Vertical-Farming-Anlagen statt. Vertical Farming bezeichnet die Massenproduktion von Pflanzen auf engem Raum in mehrstöckigen Systemen und ist für verschiedene Einsatzwecke geeignet.

Produktionsoptimiertes Vertical Farming

Das Fraunhofer IPT optimiert Vertical-Farming-Anlagen für die jeweiligen Anwendungszwecke und übersetzt die biologischen Anforderungen in ingenieurwissenschaftliche Kennzahlen. Diese Konstruktions- und Planungsgrößen liefern die Grundlagen zur Konzeption einer Vertical-Farming-Anlage für die jeweiligen Einsatzgebiete. Zur Konzeptionierung zählt dabei ebenso die Definition der technischen Gebäudeausrüstung wie auch das übergeordnete Produktionskonzept. Besonderen Wert legen wir auf die Ressourcen- und Energieoptimierung des Produktionssystems Vertical-Farming-Anlage. Im Gesamtsystem laufen sämtliche Prozessschritte vollständig automatsiert und digitalisiert ab – vom Einsäen bis zur Ernte.

Unser Angebot

  • Anwendungsbezogene Konzepte für Vertical-Farming-Produktionssysteme
  • Erstellung aller notwendigen Planungsunterlagen, einschließlich der technischen Gebäudeausrüstung
  • Entwicklung einer angepassten Automatisierungslösung
  • Flächen- und ressourcenoptimierte Anlagenkonstruktion und Prozessplanung
  • Begleitung des Aufbaus und der Inbetriebnahme
  • Kontinuierliche Optimierung des laufenden Betriebs
  • Erstellen von Studien und Konzepten zum Vertical Farming

User Case »VertiPharm«

© 16 Colours, Agentur für 3D Visualisierung GmbH

Das Fraunhofer IPT hat das Vertical-Farming-System »VertiPharm« am Standort Aachen für einen Anwendungsfall des Fraunhofer IME entwickelt. VertiPharm ist eine vollautomatische Vertical-Farming-Forschungsplattform im Pilotmaßstab, die über zahlreiche digitalisierte und automatisierte Funktionen verfügt:

  • Mehrstöckiges Vertical-Farming
  • Einzelpflanzenhandling
  • Sensorbasierte In-Prozess-Regelung
  • Optimierte Energieeffizienz und Raumausnutzung
  • 2D/3D-Pflanzenscanning (entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IIS)
  • Automatisierte Ernteeinheit
  • Schnittstelle zur an Weiterverarbeitung
  • Zentrale Datenverwaltung

Der Aufbau der vertikalen Farmeinheit besteht aus acht Kultivierungsebenen und bietet rund 550 m2 Netto-Kulturfläche für die kontinuierliche oder chargenweise Kultivierung von Pflanzen unter höchster Reproduzierbarkeit. Verschiedene Parameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, CO2-Konzentration, LED-Beleuchtung und die Zusammensetzung der Pflanzennährlösung können mit einer zentralen Steuerung festgelegt und überwacht werden. Jede Pflanze erhält bei der Aussaat eine eindeutige ID und wird während der gesamten Kulturzeit bis zur Ernte individuell verfolgt. Bewegungs-, Sensor- und Messdaten zeichnet das System kontinuierlich auf und nutzt diese zur In-Prozess-Kontrolle oder zur nachträglichen Analyse von Kultivierungsparametern und Pflanzeneigenschaften.

Die vollautomatische Anlage kann zur Produktion von Food- und Non-Food-Pflanzen für die Gewinnung von Lebensmitteln oder Pharmazeutika, aber auch für Anbau von Nutzpflanzenunterschiedlicher Sorten und Größen genutzt werden. Auf diese Weise lassen sich mit der multifunktionalen Forschungsplattform unterschiedlichste Anwendungen und Fragestellungen, auch aus dem Engineering, erforschen und erproben:

  • Anbau von Nahrungspflanzen
  • Anbau von Arznei-/Spezialitätenpflanzen
  • Kultivierung von Zierpflanzen
  • Anwendungen für Pharmazeutika
  • Pflanzenzüchtung und Pflanzenphänotypisierung
  • Softwareanwendungen, zum Beispiel zur Digitalisierung der Produktion, Künstliche Intelligenz oder zur Augmented-Reality-unterstützten Wartung