Der Klimawandel stellt die Landwirtschaft vor große Herausforderungen, da die Häufigkeit und Schwere von Unwetterereignissen zunimmt. Nach Angaben der Vereinten Nationen ist die Temperatur der Erde um 1,1 Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Niveau gestiegen, was zu drastischen Veränderungen bei Wetterereignissen wie Hitzewellen, Dürren und Überschwemmungen führt. Diese wachsenden klimatischen Herausforderungen könnten die traditionelle Landwirtschaft aufgrund ihrer Abhängigkeit von natürlichen Ressourcen und ihrer Anfälligkeit für extreme Wetterereignisse bedrohen und zu geringeren Ernteerträgen, Bodendegradation und Wasserknappheit führen, was sich letztlich auf die Ernährungssicherheit in der ganzen Welt auswirkt. Daher muss der Agrarsektor Innovationen entwickeln, um widerstandsfähige Praktiken einzuführen, die sich an diese Herausforderungen anpassen lassen. Ein Bereich, der vielversprechende und innovative Lösungen bietet, sind neue Gewächshaustechnologien, die Innovationen in den Bereichen KI, Robotik, Solarpanels und Wasserentsalzung umfassen.
In diesem Artikel gibt Alcimed einen Überblick über drei innovative Gewächshäuser und ihren Nutzen bei der Bewältigung des Klimawandels und der Verbesserung der Pflanzenproduktion. Unser Ziel ist es, die weitere Entwicklung von Lösungen anzuregen, die die Ernährungssicherheit mit Blick auf den Klimawandel gewährleisten.
Das Meerwasser-Gewächshaus ist eine innovative Technologie, die Meerwasser und Sonnenlicht nutzt, um der Wasserknappheit und den hohen Temperaturen entgegenzuwirken, mit denen Landwirte in trockenen Küstenregionen häufig zu kämpfen haben. Die Technologie nutzt eine einzigartige Entsalzungsmethode, um die Temperatur im Gewächshaus zu regulieren. Das geschlossene Kreislaufsystem ähnelt dem natürlichen Wasserkreislauf, wobei Meerwasser in das Gewächshaus geleitet wird, um die Luft zu kühlen und zu befeuchten, die dann verdunstet und zu Süßwasser kondensiert, das anschließend zur Bewässerung verwendet wird. Die daraus resultierende kühlere und feuchtere Umgebung ermöglicht eine ganzjährige Pflanzenproduktion mit höherem Ertrag und höherer Qualität bei geringerem Wasserbedarf und reduzierter Transpiration zwischen den Pflanzen.
Ein Unternehmen namens „Seawater Greenhouse“ entwickelt diese Gewächshäuser für heiße Küstenregionen und hat weltweit fünf aktive Projekte. Ihr erstes Pilotprojekt begann 1992 auf Teneriffa auf den Kanarischen Inseln und zeigte das Potenzial der Technologie für andere trockene Regionen. Bei einem ihrer Projekte im Oman wurde festgestellt, dass das Meerwasser-Gewächshaus im Vergleich zu herkömmlichen Gewächshäusern vier- bis achtmal weniger Wasser verbraucht. Dadurch werden der Verbrauch und die Abhängigkeit von Süßwasserquellen erheblich verringert. Das Unternehmen strebt außerdem eine „Nulleinleitung“ an, indem es die verbleibende Sole in Salz umwandelt, was im Vergleich zu herkömmlichen Entsalzungstechniken nachhaltiger und umweltfreundlicher ist. Trotz des Potenzials der Technologie ist sie in einigen Regionen aufgrund von Konflikten mit bestehenden Politiken und Partnerschaften auf Herausforderungen gestoßen. So wurde beispielsweise die Finanzierung des ersten Pilotprojekts von Interessengruppen abgelehnt, die befürchteten, dass das Projekt in direktem Wettbewerb mit den europäischen Erzeugern stehen könnte, die im Rahmen der Gemeinsamen Agrarpolitik ein Monopol besitzen. Die Überwindung solcher lokaler politischer und wirtschaftlicher Hindernisse wäre für die Einführung dieser Technologie von entscheidender Bedeutung.
Gewächshäuser, die extremen Wetterbedingungen ausgesetzt sind, verursachen oft hohe Energiekosten aufgrund der Temperaturregelung. Um die Energieeffizienz dieser Gewächshäuser zu verbessern, wird die Solarenergie zur Stromerzeugung erforscht. Eine vielversprechende Lösung sind transparente Solarpanels, die sowohl ultraviolettes als auch infrarotes Licht einfangen und in Strom umwandeln können, während sie gleichzeitig als wirksamer Isolator zur Aufrechterhaltung der Temperatur im Gewächshaus dienen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarpanels, die undurchsichtig sind, lassen sie sichtbares Licht durch, so dass der Bedarf an zusätzlicher Beleuchtung minimiert werden kann. Darüber hinaus kann die saubere, von der Sonne erzeugte Energie die Abhängigkeit vom Stromnetz und dessen Verbrauch für die Beheizung oder Kühlung des Gewächshauses verringern, insbesondere in extremen Umgebungen, in denen die Stromnetze aufgrund von Unterbrechungen der Versorgung und der Stromübertragungen anfällig sind.
Ein Beispiel ist das von der Murdoch University in Perth, Australien, entwickelte ClearVue-Gewächshaus. Es ist das erste Gewächshaus aus klarem Solarglas, das transparente Sonnenkollektoren verwendet. Dieses Gewächshaus kann die Temperaturen stabil halten und die Pflanzen vor extremen Wetterbedingungen schützen. Durch die Nutzung der Sonnenenergie kann es die Abhängigkeit von herkömmlichen Energiequellen verringern, die Betriebskosten senken und gleichzeitig höhere Ernteerträge von bis zu 20-30 % erzielen. Dies kann für Landwirte nützlich sein, um die Auswirkungen extremer Wetterbedingungen auf ihre Ernten abzumildern und gleichzeitig einen Beitrag zu nachhaltigen landwirtschaftlichen Praktiken zu leisten. Der derzeitige photovoltaische Wirkungsgrad dieser Technologie liegt jedoch nur bei 1 %, verglichen mit herkömmlichen Solarzellen, die über 20 % erreichen können. Daher sind weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Steigerung des Wirkungsgrads wichtig, da die potenziellen Vorteile den Grundstein für widerstandsfähigere, klimafreundliche Gewächshäuser in der Zukunft legen würden.
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Mit der zunehmenden Häufigkeit extremer Wetterbedingungen wird der Einsatz fortschrittlicher Methoden in der Landwirtschaft, wie z. B. der Künstlichen Intelligenz (KI), für das Erntemanagement immer beliebter. KI in der Landwirtschaft kann wertvolle Erkenntnisse liefern, z. B. Wettervorhersagen und Vorhersagen über den zu erwartenden Ernteertrag, Schätzung der optimalen Pflanz- und Erntezeiten, Aufspüren von Pflanzenkrankheiten usw. So können Landwirte unerwartete Situationen vorhersehen und rechtzeitig datengestützte Entscheidungen treffen, um mögliche Auswirkungen ungünstiger Wetterbedingungen auszugleichen. Darüber hinaus kann KI Präzision und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft fördern, indem sie Ressourcen effizienter nutzt und gleichzeitig höhere Erträge und Qualität erzielt.
Im Jahr 2015 hat das kalifornische Start-up Iron Ox eine autonome Indoor-Farm mit einer Fläche von 8.000 Quadratmetern in Betrieb genommen, die KI und Robotik zur Optimierung der Anbaubedingungen einsetzt. Die Farm sammelt kontinuierlich Daten, um präzise Input-Anpassungen zu ermöglichen und so die Genauigkeit der Ertragsvorhersage, die Produktivität der Pflanzen und die Wachstumseffizienz zu verbessern. Darüber hinaus fungieren Roboter als Landwirte und kümmern sich um die Bedürfnisse der einzelnen Pflanzen. Dieses Maß an Präzision trägt zu einer effizienteren Ressourcennutzung, zur Verringerung von Abfällen und zu höheren Ernteerträgen bei. Die Einführung von KI, insbesondere in kleineren landwirtschaftlichen Betrieben, steht jedoch aufgrund von Problemen bei der Datenintegration und dem Mangel an qualifizierten Arbeitskräften noch vor Herausforderungen. Dennoch ist die Zukunft von KI und Robotik in der Landwirtschaft vielversprechend, da sie den Landwirten helfen kann, Umweltkontrollen präzise anzupassen und die Widerstandsfähigkeit von Gewächshäusern gegenüber wechselnden Wetterbedingungen zu erhöhen.
Innovationen sind in der Landwirtschaft von entscheidender Bedeutung, um die Auswirkungen der sich ändernden und extremeren Wetterbedingungen abzumildern. Dank dieser Technologien können Gewächshäuser die Nutzung von Ressourcen, die durch den Klimawandel gefährdet sind, besser optimieren und ein robusteres, nachhaltiges Lebensmittelsystem aufbauen. Um diese Technologien zu verbreiten, müssen jedoch die oben genannten Herausforderungen berücksichtigt werden. Sind Sie daran interessiert, neue Technologien für Ihre Nachhaltigkeitsbemühungen zu erforschen? Alcimed kann Sie bei Ihren Projekten begleiten. Zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren!
Über die Autorin,
Charmaine Ng, Consultant in Alcimeds Life Sciences Team in Singapur
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