Pflanzenzucht in der Antarktis: Gewächshaus wurde ins ewige Eis transportiert

Das Forschungsabenteuer Pflanzenzucht in der Antarktis hat Fahrt aufgenommen: Am 8. Oktober 2017 verließ der Spezial-Gewächshaus-Container auf einem Frachtschiff den Hamburger Hafen in Richtung antarktisches Ekström-Schelfeis. 

Rund elf Wochen dauert nun die Reise. Kurz vor Weihnachten wird das Team des Forschungsprojekts EDEN-ISS das Hightech-Gewächshaus an der Neumayer-Station III des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Empfang nehmen.

BILD: Im antarktischen Winter ist die Umgebung extrem und lebensfeindlich. Dafür hat das EDEN ISS-Gewächshaus eine besonders effektive Isolierung. 

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erforscht im Projekt gemeinsam mit internationalen Partnern den vollständig autarken Gemüseanbau für die Nahrungsmittelversorgung in klimatisch anspruchsvollen Regionen sowie für zukünftige bemannte Missionen zu Mond und Mars.

Reiche Ernte beim Testlauf Von Ende Juni bis Ende August 2017 gediehen bereits Gurken, Tomaten, Radieschen, Paprika, Salate und Kräuter prächtig beim Testlauf des insgesamt zwölf Meter langen Containergewächshauses.

„Wir konnten während des Probelaufs am DLR-Standort Bremen reichhaltig ernten“, sagt Projektleiter Daniel Schubert vom DLR-Institut. „Jetzt sind wir zuversichtlich, dass auch unter den harschen Bedingungen in der Antarktis alles gut funktionieren wird.“

Insgesamt hatten die Forscher während der Testphase über 40 Kilogramm Frischgemüse produziert. Das faszinierende dabei: Wasser verlässt das autarke Gewächshaussystem nur in den geernteten Früchten. Alles andere wird recycelt und den Pflanzen erneut zugeführt.

Unter speziellem künstlichem Licht, wohl temperiert, ohne Erde und nur von ausgesuchten Nährlösungen versorgt, können die Pflanzen schneller und produktiver als in ihrem natürlichen Umfeld wachsen. 

Ab Ende Dezember 2017 beginnt das eigentliche Pflanzenzucht-Experiment in der Antarktis. Dann wird DLR-Wissenschaftler Paul Zabel für ein Jahr mit dem Gewächshaus EDEN-ISS in die Antarktis ziehen und dort in der der vom AWI betriebenen Antarktisstation leben.

„Trotz beschwerlicher Bedingungen in der Antarktis wohnen und arbeiten ganzjährig Wissenschaftler in der Forschungsstation. Im antarktischen Sommer befinden sich bis zu 50 Menschen an der Station. Im Winter sind dagegen normalerweise nur noch neun Personen vor Ort: ein Koch, drei Ingenieure, ein Arzt und vier Wissenschaftler“, sagt der langjährige Stationsleiter Dr. Eberhard Kohlberg.

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Satellit „Eu:CROPIS“ wird zwei Gewächshäuser für Mars und Mond betreiben

Die Umsetzung einer Weltraummission ist wie ein Rennen in Etappen – nur wenn erste Modelle eines Satelliten erfolgreich getestet wurden, fällt der Startschuss für den Bau des eigentlichen Flugmodells.

Für den Satelliten Eu:CROPIS des Deutschen Eu:CROPISZentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), der zwei Gewächshäuser im All unter Mond- und Marsbedingungen betreiben wird, ist dieser nächste Meilenstein nun erreicht: Der Bau des Flugmodells kann beginnen.

Die Ziellinie liegt dabei bereits fest – in der zweiten Jahreshälfte 2017 sollen der Satellit und seine wissenschaftliche Nutzlast mit der Falcon 9 von Space-X in Richtung All starten.

„Bis Frühjahr 2017 werden wir im DLR Bremen das Flugmodell bauen und ausgiebig für den Flug testen“, erläutert Ingenieur Hartmut Müller, Projektleiter für den Bau des Satelliten am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme.

Mikroorganismen und Augentierchen als Helfer

Der Satellit Eu:CROPIS soll während seiner Mission in 600 Kilometern Höhe rotieren und dabei in seinem Inneren für sechs Monate zunächst die Schwerkraft von Mond und anschließend sechs Monate lang Mars-Gravitation erzeugen. Dabei sollen Tomatensamen unter den überwachenden Augen von 16 Kameras keimen und kleine Weltraum-Tomaten entwickeln.

Die entscheidenden Helfer, die dies ermöglichen, fliegen mit ins All: Zum einen wird ein ganzes Konsortium von Mikroorganismen in einem Rieselfilter dafür sorgen, dass aus künstlichem Urin ein bekömmlicher Dünger für die Tomaten entsteht, zum anderen sind Augentierchen – der Einzeller Euglena – mit an Bord, um das geschlossene System zusätzlich vor überschüssigem Ammoniak zu schützen und zudem Sauerstoff zu liefern.

LED-Licht wird für Augentierchen und Tomatensamen einen Tag- und Nachtrhythmus liefern, ein Drucktank für irdische Atmosphäre sorgen.

Tomaten für die Astronauten-Crew Eu:CROPIS

„Wir simulieren und testen letztendlich Gewächshäuser, die auf Mond oder Mars im Inneren eines Habitats stehen könnten und für eine Crew vor Ort frische Lebensmittel liefern, indem sie in einem geschlossenen System Abfälle kontrolliert in Dünger umwandeln“, sagt DLR-Biologe Dr. Jens Hauslage, der die Mission wissenschaftlich leitet. In einem Mondhabitat zum Beispiel wäre das Gewächshaus im Inneren – dort, wo auch die Astronauten sich in einer erdähnlichen Atmosphäre aufhalten.

Einer der Abfälle, die mit großer Regelmäßigkeit entstehen würde: der Urin der Astronauten. Anpassen müssten sich die Pflanzen dabei an die verminderte Schwerkraft – auf dem Mond herrscht etwa ein Sechstel der Erdanziehungskraft, auf dem Mars etwas ein Drittel.

„Ein Komposthaufen zum Recycling wäre aber nicht kontrollierbar für eine Raumstation oder ein Habitat – deshalb verwenden wir unseren Rieselfilter C.R.O.P., der wie normaler Boden funktioniert, allerdings unter kontrollierten Bedingungen.“

Bevor Eu:CROPIS auf die Reise geschickt wird, werden die Lavasteine des Rieselfilters deshalb zunächst mit getrockneter Erde „infiziert“. Durch diese Impfung ziehen verschiedene Organismen in die löchrige, große Oberfläche der Lavasteine ein und nutzen diese als Habitat. Im All wird dann alle zwei, drei Tage künstlicher Urin versetzt mit Wasser über dieses Habitat rieseln, in dem ein wahrer Wettbewerb der Mikroorganismen um diese Nahrung entsteht. Das schädliche Ammoniak wird dabei über Nitrit zu Nitrat abgebaut und als Dünger zu den Tomatensamen geleitet.

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Landwirtschaft im Hochhaus ohne Ackerboden

Ackerflächen mitten in der Stadt, direkt vor Ort, gibt es längst nicht mehr – stattdessen werden Lebensmittel über weite Strecken hin zum Verbraucher transportiert. Mit der „Vertical Farm 2.0“, die Ingenieure des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit internationalen Partnern entworfen haben, wäre Pflanzenanbau in Großstädten möglich – auf mehreren Etagen, mit extrem kurzen Transportwegen und ganz ohne Ackerboden. EDEN%2dLabor

Salat, Tomaten, Gurken und Kräuter könnten dabei das gesamte Jahr über gezüchtet und geerntet werden. „In unserer Produktionsfabrik würden wir die Pflanzen unter genau kontrollierten und optimalen Bedingungen züchten“, erläutert Conrad Zeidler vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme. „Dabei unterscheidet sich unser Salat oder unsere Tomate im Geschmack nicht von den Lebensmitteln, wie man sie heute in Supermärkten kauft.“

Pro Stockwerk könnten innerhalb eines Jahres fast 630.000 Kilogramm Salat oder über 95.000 Kilogramm Tomaten gezüchtet werden. Dabei würde die Grundfläche des Gewächshauses lediglich 74 mal 35 Meter in Anspruch nehmen. Auf jeder etwa sechs Meter hohen Etage könnte das Gemüse je nach Pflanze auf verschiedenen Regal-Ebenen wachsen, so dass pro Stockwerk 5000 Quadratmeter Anbaufläche für Salat oder 1700 Quadratmeter Fläche für Tomaten entstehen.

Versorgt würden die Pflanzen mit exakt dosierter Nährstofflösung und LED-Licht. Das optimale Licht, das bestmögliche Bewässerungssystem oder die ideale Anordnung der Pflanzen testen die DLR-Wissenschaftler derzeit bereits in ihrem EDEN-Labor.

Die „Vertical Farm“ besteht aus insgesamt fünf Etagen: Vier Etagen sind für die Pflanzenkultivierung vorgesehen, in der untersten Etage wäre unter anderem das Logistikzentrum angesiedelt, die Verwaltung sowie die Kühlräume für eine mehrtägige Lagerung. Im Inneren des Gebäudes – im sogenannten Kern – würde Technik wie Aufzüge oder Tanks untergebracht. 

Maßgeschneidert für verschiedene Standorte

„Wichtig ist uns, dass unser Gewächs-Hochhaus modular aufgebaut ist, das heißt, man kann es an die Bedürfnisse des jeweiligen Standortes anpassen“, sagt Projektleiter Conrad Zeidler. Wenn in Tokio der Bedarf nach Salat am größten ist und in Moskau die Tomaten sehr begehrt sind, soll sich das Konzept der „Vertical Farm“ mühelos an die Wünsche der Verbraucher anpassen lassen. Gleich bleibt dabei aber immer das Prinzip, dass Parameter wie Luftfeuchtigkeit, Licht oder auch Nährstoffe optimal eingestellt werden. „Dadurch wachsen die Pflanzen schneller und sind somit produktiver. Selbst den Geschmack können wir durch die Einstellung der Parameter beeinflussen.“

Die Nährstoffe erhält die Pflanze in flüssiger Form, so dass keine Erde notwendig ist. „Wir haben also einen sauberen und von der äußeren Welt abgeschlossenen Kreislauf, daher sind auch keine Pestizide und chemischen Insektizide erforderlich.“

Das verwendete Wasser wird in einen Kreislauf eingespeist und kann so sparsam verwendet werden. Mit einem solchen in sich geschlossenen Gewächshaus auf mehreren Etagen machen sich die Wissenschaftler auch von Wetter und Jahreszeit unabhängig. Die größte Herausforderung ist zurzeit noch der hohe Energieaufwand, den die LED-Leuchten verursachen: „Diese Energie gibt es auf den Äckern von der Sonne umsonst“.

Quelle (Text/Foto) und vollständiger Artikel mit Bildern hier: http://www.dlr.de/dlr/presse/desktopdefault.aspx/tabid-10172/213_read-16071/year-all/#/gallery/21412