Aquaponic Solar Gewächshaus

Über das Aquaponic Solar Gewächshaus
About the Aquaponic Solar Greenhouse

Aquaponic setzt sich aus den beiden Begriffen zusammen:
Aquakultur:  Produktion von Nutztieren und -pflanzen in WasserkulturenHydroponic: Pflanzenproduktion in einem erdlosen Substrat

 

Argumente für die Aquaponic

– Symbiose Fisch und Pflanze, Kreislaufsystem

– Ressourcenschonend, wassersparend, Recycling Nährstoffe

– Geringer Flächenverbrauch

– Hochwertige landwirtschaftlichen Produkte über das ganze Jahr

– Keine Überdüngung von Flüssen und Seen

– Höherer Ertrag bei Fisch und Pflanzen durch höhere Temperaturen

 

Argumente für das energie optimierte Gewächshaus

– Energiesparend durch Photovoltaik, Energiespeicher, Luftkollektoren, etc.

– Geringer Wasserverbrauch

– Mehrfachnutzung durch Fisch- und Pflanzenzucht

– Gastronomie integrierbar

– Co² neutrale Lebensmittelproduktion

– Landwirtschaft in der Stadt (Urban Farming)

– Aufwertung Landwirtschaft auf dem Land

– Höherer Ertrag mit geringeren Kosten

 

Projektbeschreibung

Das Aquaponische Solar Gewächshaus ermöglicht die gleichzeitige Produktion von Gemüse, Fisch und solarem Strom. Darüber hinaus ist bei erheblich gemindertem Heizenergiebedarf und mit neuartigen hocheffizienten Beleuchtungstechniken die Erzeugung hochwertiger Lebensmittel das ganze Jahr über mit hohen Erträgen möglich.

Dies bietet nicht nur privaten Betreibern (einzelne Personen oder Gemeinschaften) die Möglichkeit zur Eigenversorgung mit Lebensmitteln, sondern auch dem professionellen Gärtner die Perspektive zur Erschließung neuer Geschäftsfelder.

Das Konzept des Aquaponischen Solar Gewächshauses nutzt neben etablierten Komponenten und Materialien auch bislang am Markt nicht verfügbare Technologien, mit denen die Wachstumsbedingungen der Pflanzen gegenüber konventionellen Gewächshäusern deutlich verbessert werden und gleichzeitig der Energieeinsatz erheblich gemindert wird. Es wird sogar – in unseren Breiten zumindest in den Sommermonaten – solarer Überschussstrom erzeugt, der in das öffentliche Netz eingespeist werden kann.

Darstellung des Reduzierungspotenzials von Klima schädigenden Stoffen/Schadstoffen

Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei dem Gewächshaus um ein integriertes Lebensmittel- und Energiesystem handelt, werden die Lebensmittel unter gleichzeitiger Erzeugung von Energie produziert. Dies führt zu einem sehr niedrigen oder gar negativen CO2-Footprint (CO2-Senke) der produzierten Lebensmittel. Es ist mit diesem Projekt auch beabsichtigt, die CO2-Bilanz des Aquaponischen Solar Gewächshauses zu verifizieren.

Wesentlich trägt auch das Aquaponische System zur Reduzierung klimaschädlicher Stoffe bei. Einzig Fischfutter wird dem System zugeführt, ansonsten sind die Stoffkreisläufe in diesem System geschlossen. Separat betriebene Aquakulturen und hydroponische Systeme werden mit erheblichem Stoff- und Energieaufwand betrieben, was mit hohen klimaschädigenden Emissionen verbunden ist.

Erläuterungen zur Übertragbarkeit/Beispielwirkung, Nachhaltigkeit oder zum Multiplikatoreffekt

Das Aquaponische Solar Gewächshaus wird in diesem Projekt mit seiner Vollausstattung errichtet und betrieben. In dieser Vollausstattung ist das Gewächshaus für den Einsatz in mittleren Breiten, sprich in Mitteleuropa oder ähnlichen Klimabedingungen, geeignet. Es kann sowohl bei hohen sommerlichen als auch bei tiefen winterlichen Temperaturen und Einstrahlbedingungen, ohne großen Aufwand an Zusatzenergie, das Raumklima im Komfortfenster der Pflanzen gehalten werden.

Um dies zu erreichen, ist das Gewächshaus sowohl mit einem Abschattungssystem (PV-Lamelle) gegen hohe sommerliche Einstrahlungen als auch mit der Sulphur-Plasma-Lampe zur Verlängerung der Photoperiode in den kalten und trüben Wintermonaten ausgestattet. Zusätzlich schützt ein temporär geschlossenes Wärmeschutzrollo das Gewächshaus vor zu hohen Wärmeverlusten in winterlichen Nachtstunden.

Abhängig von äußeren Klimabedingungen bzw. vom Breitengrad und der Höhe über dem Meeresspiegel kann nun die ein oder andere Komponente weggelassen werden und das Gewächshaus kann dann bei gleichbleibendem Grundkonzept wirtschaftlich an die jeweiligen klimatischen Rahmenbedingungen oder Pflanzenkulturen angepasst werden.

So wird ein Gewächshaus im Norden (beispielsweise Canada oder Skandinavien) nicht mit einer PV-Lamelle ausgestattet sein. Strom in diesen Breiten kann mit Wasserkraft, Wind oder kleinen KWK-Einheiten sinnvoller erzeugt werden. Jedoch ist dort die Sulphur Plasma Lampe von essentieller Bedeutung, um die Wachstumsperiode der Pflanzen zu verlängern oder gar Photosynthese in den Wintermonaten zu ermöglichen.

Ein Gewächshaus im südlichen Spanien oder dem Südwesten der USA dagegen hat auch im Winter genug Licht und benötigt daher im Allgemeinen keine künstliche Zusatzbeleuchtung. Jedoch sind dort die Abschattung mit der PV-Lamelle und die damit verbundene Reduzierung der Kühllasten und Raumlufttemperaturen von besonderer Bedeutung. In diesen heißen Gegenden kann auch das Wärmeschutzrollo entfallen.

So ist das Aquaponische Solar Gewächshaus mit der Variation seiner Komponenten in allen Klimazonen dieser Welt zur autonomen Lebensmittelerzeugung einsetzbar. Bei hohen solaren Einstrahlwerten wird das Gewächshaus ganzjährig zu einem solaren Kraftwerk.

Ausführungen über den Innovationscharakter

Das Aquaponische Solar Gewächshaus ist in seiner Art neu- und einzigartig. Es ist als Integriertes Lebensmittel- und Energiesysteme (IFES = Integrated Food and Energy System, gemäß Definition der Food and Agriculture Organization (FAO, UN) einzustufen. Die FAO hat 2 Typen definiert.

Typ I: Koexistenz von Energie- und Lebensmittelpflanzen auf demselben Feld (z.B. Erbse und Leindotter)

Typ II: Kreislaufsystem, in dem der Reststoff eines Prozessschrittes der Eingangsstoff des Folgeschrittes ist (z.B. Mais, Viehfutter, Biogasanlage, Garrest zurück auf das Feld)

Beide System nutzen die Photosynthese zur Erzeugung von Biomasse, die wiederum erst in Nutzenergie gewandelt werden muss. Der Wirkungsgrad der Photosynthese (Sonne zu Biomasse) liegt im Mittel bei maximal 1% – also sehr niedrig. Nach der Wandlung eines Teilstroms der Biomasse liegt der Wirkungsgrad der IFES Typ I und Typ II bei maximal 0,2%.

Anmerkung:

– Die solare Einstrahlung liegt häufig bei etwa 1.000 W/m2.

– Die Photosynthese kommt bereits bei etwa 250 bis 350 W/m2 in Sättigung.

– Zuviel Licht hemmt die Photosynthese und damit das Pflanzenwachstum.

– Ein Schutz der Pflanzen vor zuviel Licht erhöht das Pflanzenwachstum (Produktivität).

– Pflanzen können mit Photovoltaik abgeschattet werden.

– Bei wenig Licht muss die Photovoltaik weggeklappt werden, damit die Pflanzen das gesamte Licht bekommen.

– Der Wirkungsgrad der Photovoltaik (Sonne in Nutzenergie) ist 15%!

 

Dies definiert ein neues IFES, wir nennen es Typ III mit einem Wirkungsgrad der etwa 75 Mal höher ist als der der Typen I und II.

Das Aquaponische Solar Gewächshaus ist ein solches IFES Typ III.

Verfasser: Franz Schreier 2012 (ebf-GmbH Bensheim/Germany)