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MinTHG

MinTHG

Technische Verfahren für geschlossene Pflanzenproduktionssysteme zur Minderung von THG-Emissionen und klimawandelbedingtem abiotischen Stress

Projektkoordinator

Dr. Dennis Dannehl
Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät,
Albrecht Daniel Thaer-Institut für Agrar-und Gartenbauwissenschaften, FG Biosystemtechnik, Berlin 
Dennis.Dannehl@hu-berlin.de

Verbundpartner

DH Licht GmbH
Klasmann-Deilmann GmbH
RAM GmbH

Projekthomepage

www.unter-2-grad.de/projekte/minthg/

Projektbeschreibung in FISA

Zum Forschungsinformationssystem Agrar und Ernährung (FISA)

Ziel

Eine der größten Herausforderung für die Menschheit ist die Folgeneindämmung der weltweiten Klimaveränderungen, die hauptsächlich durch THG-Emissionen verursacht werden. Einen Beitrag dazu sollen intelligent gesteuerte Gewächshaussysteme im Vorhaben MinTHG leisten. Das Hauptziel liegt darin, innovative technische Verfahren für das Gesamtsystem Gewächshaus zu entwickeln, wodurch THG-Emissionen, aber auch der Frischwasser- und Düngerressourcenverbrauch reduziert werden. Unter anderem sollen mikroklimatische Bedingungen und Wachstumssubstrate in semi-geschlossenen Produktionssystemen optimiert werden, um unabhängig von den Klimaveränderungen die Nahrungsmittelversorgung der Bevölkerung mit hochwertigen Produkten zu gewährleisten. Dabei liegt der Fokus auf der Integration eines innovativen Kühlverfahrens (Wasservorhang) zur Energiegewinnung, der Entwicklung neuer pflanzenangepasster CO2-, Energieschirm- und Nährlösungssteuerungsstrategien sowie neuer Substrate für semi-geschlossene Gewächshaussysteme, die unter Berücksichtigung der Reduzierung abiotischer Stressfaktoren vorgenommen werden. Innerhalb der Untersuchungen zu den Veränderungen des Phänotyps in Abhängigkeit der angewendeten Verfahren sind die gemessenen Phytosignale und Laboranalysen Teil des Projekts.

Ergebnisse

In Versuchen wurden ein fadengeführter und freifallender Wasservorhang (B = 2 m) für die Kühlung bzw. Energiegewinnung getestet. Basierend auf den Anemometermessungen wurde ein Luftvolumenstrom von 7.629 m³/h für die freifallende und 2.954 m³/h für die fadengeführte Variante berechnet, wodurch der freifallende Wasservorhang für eine bessere Durchmischung der Gewächshausluft prädestiniert ist. Mit dem freifallenden und fadengeführten Wasservorhang wurden 6,4 kW und 5,0 kW Kälteleistung entsprechend erreicht. Anschließend wurde der Prototyp des Wasservorhangs (16 m) installiert. Mit angeschlossener Wärmepumpenkühlung wurden bis zu 40 kW Kälteleistung erreicht.

Durch den kleiner dimensionierten Wasservorhang konnte die Lichtintensität um 9 % gegenüber dem herkömmlichen Kühlsystem mit installierten Kühlrippenrohren erhöht werden. Allein durch diesen Effekt wurde der Ertrag nach einer 4-wöchigen Ernte um 22 % signifikant erhöht. Durch die semi-geschlossene Gewächshausführung können 54 % des eingesetzten CO2 zur Ertragssteigerung eingespart werden. Weiterhin kann der Wärmeverbrauch im Mittel um 9,4 %/d reduziert werden, wenn die Energieschirmsteuerung nicht nach Lichtsumme, sondern nach der Photosynthese gesteuert wird. Die CO2-Applizierung in verschiedenen Höhen zeigte nicht die erwarteten Effekte. Unabhängig von der Applikationshöhe wurde ein annährend homogener CO2-Anstieg und eine homogene CO2-Verteilung gemessen. Eine CO2-Einsparung durch diese Maßnahme gibt es nicht. Zur CO2-Emmissionseinsparung wurden weiterhin alternative organische Substrate für Steinwolle getestet. Getrocknetes Moos und Holzreststoffe sind geeignet als Ersatzstoffe. Die physikalischen Eigenschaften dieser Substrate liegen in den Optimalbereichen. Die Pflanzenmorphologie und -physiologie der Tomatenpflanzen wurden nicht negativ beeinflusst.

Verwertung

Erfindungen oder Schutzrechtsanmeldungen sind im Rahmen des Projektes nicht geplant, werden aber auch nicht ausgeschlossen. Es sollen Unternehmen der Steuer- und Regeltechnik und Substratherstellerfirmen gefunden werden, die die Neuentwicklungen unter Berücksichtigung der erforschten Wechselbeziehungen zwischen mikroklimatischen Bedingungen, Substraten und den Pflanzen im Rahmen einer Produktentwicklung in ihre Systeme implementieren. Mit den ermittelten Stressgrenzwerten der Gemüsekulturen können zum ersten Mal Phytosignale aktiv in verschiedene Steuer- und Regelstrategien integriert werden, um THG-Emissionen und Wasserressourcen einzusparen und um abiotischen Stresszuständen entgegenzuwirken. Es kann Wissen zur Wirkung der geänderten Mikroklimabedingungen auf Ertrag und Qualität generiert werden.