Versalzene Brunnen und steigende Bevölkerungszahlen: Die Landwirtschaft kämpft weltweit damit, immer mehr Menschen zu ernähren. Sind gestapelte Anbauflächen die Lösung?
. Während die Bevölkerung auf der Erde immer weiter wächst und die Vereinten Nationen (UN) einen Anstieg von 7,6 Milliarden Menschen im Jahr 2018 auf rund 9,8 Milliarden im Jahr 2050 vermuten, ändert sich die Größe des Globus nicht. Für die Ernährung der Menschheit wird diese Entwicklung zu einem Riesenproblem, weil die Landwirtschaft vielerorts bereits heute an ihre natürlichen Grenzen stößt: Die Anbauflächen lassen sich aus einer Reihe von Gründen praktisch kaum weiter ausdehnen. Entscheidende Ressourcen wie Wasser sind bereits heute nicht nur in Entwicklungsländern, sondern auch in Europa vielerorts knapp. Die Hektar-Erträge von Weizen, Mais und Reis lassen sich ebenfalls nicht beliebig weiter steigern. Es sei denn, man stapelt die Flächen, die sich kaum weiter ausdehnen lassen, einfach übereinander – ähnlich wie Wohnungen in einem Hochhaus. „Vertical Farming“ oder „Landwirtschaft in der Vertikalen“ heißt dieses Konzept, das vor allem in großen Städten einen weiteren Vorteil bietet: Tomaten, Radieschen und Gurken müssen nicht mehr von weither transportiert werden, sondern wachsen in der Nachbarschaft. Das soll den Energieverbrauch und die Kosten für den Transport senken.
Wenn in den Etagen von Hochhäusern Tomaten, Auberginen, Paprika, Bohnen, Kohl und Salat wachsen oder Kühe grasen, Schweine grunzen und Hühner gackern, klingt das faszinierend. Obendrein wird die Idee des Vertical Farmings vor allem „im Land der unbegrenzten Möglichkeiten“ und dort in einer der bekanntesten Metropolen der Welt vorangetrieben: Dickson Despommier von der Columbia Universität in New York und seine Studenten entwickelten die Idee der „Farmscraper“, also Farmen im Hochhaus, zwischen den Skyscrapern, bereits 1999. Der inzwischen emeritierte Professor ist auch heute noch ein vehementer Verfechter dieser Idee.
Neue Anbaumethoden sparen viel Wasser ein
Allerdings gibt es bis heute ein großes Manko: Farmscraper mit Nutzpflanzen, Milchkühen und Hühnern gibt es bisher nur im Computer. Weder in New York, noch in anderen Großstädten steht bisher eine dieser gläsernen Pyramiden mit 30 Stockwerken, die Dickson Despommier entworfen hat. Die in solchen Farmscrapern geplanten Techniken werden dagegen bereits heute in kommerziellen Gewächshäusern eingesetzt, in denen Gemüse- oder Arzneipflanzen wachsen. Bei diesen Hydrokulturen – auch Hydroponik genannt – wird auf Erde verzichtet. Substrate wie Mineralwolle oder Kokosfasern geben den Wurzeln Halt. Dieses Material wird von Wasser umspült, das alle Nährstoffe enthält, die die Pflanze benötigt.
Die Methode spart erhebliche Mengen Wasser – und löst unter Umstände drängende Probleme. So gilt zum Beispiel die Provinz Almeria im Süden Spaniens als Gemüsegarten Europas. Von dort werden unter anderem das ganze Jahr über Freiland-Tomaten in die Großmärkte Mitteleuropas geliefert. „Um ein Kilogramm Tomaten zu ernten, werden 184 Liter Wasser verbraucht“, erklärt Werner Kloas, der sich am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und der Humboldt-Universität in Berlin ebenfalls mit Tomaten-Kulturen beschäftigt. Da die wenigen Niederschläge im trockenen Süden Spaniens für die riesigen Mengen an Tomaten bei Weitem nicht reichen, werden die Felder mit Grundwasser versorgt. Das aus dem Untergrund entnommene Wasser wird in der Natur aber nur zum Teil durch Niederschläge ersetzt, der Rest kommt als Salzwasser aus Schichten unter dem Grund des Mittelmeers. Mit der Zeit versalzen also die Brunnen, der Region droht eine Öko-Katastrophe.
Dabei lässt sich der Verbrauch von 184 Litern für ein Kilogramm Freiland-Tomaten auf 30 bis 50 Liter reduzieren, wenn man die Pflanzen im Gewächshaus anbaut. „Setzt man moderne Tropfenbewässerung ein, sind sogar 15 Liter drin“, nennt Werner Kloas eine weitere Wasser-Sparmöglichkeit. Obendrein steigen im Gewächshaus die Erträge, weil dort das Ökosystem gut kontrolliert wird, während im Freiland Stürme, Frostperioden, Dürren und Schädlingsplagen die Ernten erheblich dezimieren können. Werden dann noch kühlere Perioden mit einer Zusatzheizung überbrückt und dunkle Zeiten mit LED-Licht aufgehellt, verlängern sich die Anbauzeiten erheblich. „Im Gewächshaus sind dann fünf- bis zehnmal höhere Erträge als im Freiland drin“, erklärt Werner Kloas.
Solche Zahlen müssen noch lange keine goldenen Zeiten für das Vertical Farming bedeuten. Die Hydroponik-Kultur spart zwar nicht nur Wasser, sondern auch Platz: Dicht gepackt wachsen die Pflanzen in Boxen eng nebeneinander und werden übereinander gestapelt. Allerdings wird das Ausweiten in die Höhe auch teuer. „Während die Baukosten für einen Quadratmeter eines Gewächshauses in der Ebene bei 200 bis 400 Euro liegen, kann dieser Preis bei einem Farmscraper leicht auf das Fünf- bis Zehnfache steigen“, befürchtet Werner Kloas. Noch schwerer wiegt wohl der Anstieg der Energiekosten: Weil das Sonnenlicht in die unteren Etagen kaum oder gar nicht vordringt, muss dort auch im Hochsommer künstlich beleuchtet werden. Forscher am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben einmal ausgerechnet, dass eine Beleuchtung mit sparsamen LEDs den Supermarkt-Preis für ein Kilogramm Vertical Farming-Tomaten auf knapp zehn Euro vervierfachen würde.
Werner Kloas schlägt daher vor: Statt Farmscraper lieber horizontale Gewächshäuser im Umland der Ballungszentren bauen. Deren höhere Erträge verringern den Verbrauch von Fläche ebenfalls. Auch die Transportkosten würden sinken.
Diese sehr gute Bilanz lässt sich mit einer Kombination noch einmal stark verbessern, die Werner Kloas und seine Kollegen in den letzten Jahren am IGB entwickelt haben. Dabei koppelt der Forscher in einem Gewächshaus den Anbau von Tomaten mit der Zucht der im Süßwasser lebenden Tilapia-Buntbarsche. Die Fische scheiden dabei das in höheren Konzentrationen giftige Ammonium aus, das Mikroorganismen in einem Bio-Filter in Nitrat umwandeln. Diese Verbindung ist nicht nur für Tomatenpflanzen ein wertvoller Dünger, der in der konventionellen Landwirtschaft bisher mit hohen Energiekosten aus der Luft gewonnen wird. Beim Wachsen produzieren die Pflanzen Sauerstoff. Diesen atmen die Fische ein, während sie Kohlendioxid ausatmen, das die Tomaten zum Wachsen brauchen. Fängt man mit Kühlfallen dann noch die Luftfeuchtigkeit wieder ein, die von den Tomaten verdunstet wurde, entsteht ein gutes Kreislaufsystem, bei dem nur noch das Fischfutter fehlt. Das besteht aus Fliegenmaden, die etwa auf Bioabfällen aus dem Gewächshaus oder auch auf verdorbenen Lebensmitteln wachsen. Am Ende kommen sowohl für die Tomaten wie auch für die Fische Spitzenwerte heraus. So braucht man gerade einmal 100 Liter Wasser, um ein Kilogramm Tilapien zu züchten, während ein Kilo Hühnerfleisch 3000 und eine Kilo Schweinefleisch 4000 Liter Wasser verbraucht. Obendrein hofft Werner Kloas, die Erträge an Fischfleisch zu verfünffachen, wenn er die Tilapien durch Afrikanische Welse ersetzt. Liegt die Zukunft also vielleicht eher bei Tomatenfischen?
Von Roland Knauer