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TU Berlin

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Forschung

Tomate in gestapeltem Licht

Wenn die Agrarflächen nicht ausreichen, um die Weltbevölkerung zu ernähren, müssen wir Pflanzen stapeln. Wie die Pflanzen dennoch ausreichend Licht erhalten, wird am Fachgebiet Lichttechnik erforscht

Welches Licht eine Tomate braucht, um nährstoffreich und schmackhaft zu werden, das analysieren TU-Wissenschaftler*innen
Lupe

Was hat ein abgedunkelter Raum im Keller eines Gebäudes der TU Berlin mit der Zukunft der Ernährung zu tun? Vielleicht mehr als all die Quadratkilometer voller Gewächshäuser, die in weiten Teilen Hollands die Nacht zum Tag machen. Zwar ermöglichen es diese Gewächshäuser auch in nordeuropäischen Wintermonaten frische Tomaten zu produzieren. Doch für Tim Zander, Tutor des Projekts „Indoor Grow Lab“ des Fachgebietes Lichttechnik, bedeutet das nächtliche Leuchten schlicht „sichtbar verschwendete Energie“. Heißt es doch, dass zumindest ein Teil der Beleuchtung an der Pflanze vorbei in die Umgebung strahlt. Und selbst der Teil des Lichts, der die Pflanzen trifft, bewirkt nicht, was Konsumenten brauchen. „Bei der Pflanzenzucht ist es wie in der Tierzucht: Die Priorität liegt allein auf schnellem Wachstum.“

Im Ergebnis schmecken viele Gewächshaustomaten nach Wasser. Aber der Geschmack ist Nebensache angesichts der grotesken Situation, dass in Europa Übergewicht und Krankheiten wie Diabetes oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die auch auf ungesunde Ernährung zurückzuführen sind, weiter verbreitet sind als Hunger. Auch das hat mit der Beleuchtung der Pflanzen zu tun. Zander drückt es so aus: „Pflanzen speichern Sonnenenergie chemisch und stellen uns dabei netterweise Sauerstoff zur Verfügung.“ Indem unsere grünen Ernährer das CO2 aus der Luft in Kohlenhydrate wie Stärke oder Zucker umwandeln, legen sie Speicher an, von denen wir buchstäblich zehren. Genau darauf zielt die derzeitige Pflanzenbeleuchtung ab: „In der Pflanzenbeleuchtung wird viel mit rotem und blauem Licht gearbeitet. Der Grund ist einfach: Das bringt Masse.“ Doch Kohlenhydrate sind nicht das Einzige, was Pflanzen mithilfe von Licht produzieren, und schon gar nicht das Einzige, was Menschen brauchen. Die Strahlung beeinflusst neben Farbe und Textur viele Inhaltsstoffe der Nutzpflanzen. Bei Zanders Projekt, das von Prof. Dr. Stephan Völker betreut wird, geht es um die Frage, welche Bedingungen in Gewächshäusern herrschen müssen, um Pflanzen mit all dem „auszustatten“, was wir Menschen benötigen. „Wir analysieren Licht, um genau zu verstehen, welche Parameter die Pflanzen brauchen, um nicht nur groß, sondern auch gesund, nährstoffreich und lecker oder dekorativ und medizinisch wirksam zu werden. Und wir konstruieren Leuchten, um genau diese Parameter mit wenig Energieaufwand zu erzeugen, damit sich die Energiebilanz rechnet.“

Hier sind wir bei der zweiten Verschwendung, die Zander am Beispiel Holland festmacht. „Weltweit wird eine Fläche der Größe von Südamerika für Landwirtschaft genutzt. Wenn die Menschheit den Prognosen entsprechend weiterwächst, benötigen wir bis 2050 zusätzlich die Fläche Brasiliens.“ Es wäre nicht nur lebensbedrohlich, so viel Regenwald abzuholzen, es ist nicht möglich, weil es so viel Wald gar nicht mehr gibt.

Wo sollen dann aber die benötigten Flächen herkommen, um ausreichend Nahrung zu erzeugen? Eine mögliche Lösung habe der US-amerikanische Ökologe Professor Dickson D. Despommier bereits 1999 vorgeschlagen. Sie wurde unter dem Namen „vertical farming“ bekannt und ist denkbar einfach: Wer Pflanzen in Etagen übereinander zieht, kann jeden Quadratmeter mehrfach nutzen. In der Realisierung hat die Methode jedoch ihre Tücken. „Es wird künstliche Beleuchtung benötigt“, sagt Tim Zander. Denn die Strahlung der Sonne, mit der Pflanzen ihre Fotosynthese betreiben, kommt ohne unser Zutun vom Himmel. Für Pflanzen, die in Räumen übereinandergestapelt werden, sind Leuchten notwendig, die wiederum Strom benötigen. Und wenn der durch Kohlekraftwerke erzeugt wird, sei die Energie- und Ökobilanz einer solchen geschlossenen agrikulturellen Umgebung ein Desaster.

Die Energie für die Testanlage von Zander und seinem Team wird deshalb aus regenerativen Quellen stammen. So lassen sich die Pflanzen mit guter Energiebilanz beleuchten. Aus 100 Quadratmetern Fläche entstehen bei einer 20-fachen Stapelung 2000 Quadratmeter Nutzfläche, auf der Tomaten nur mit künstlichen Strahlungsquellen unterschiedlicher Wellenlängen kultiviert werden. Das Projekt läuft seit einem halben Jahr, steckt also noch in den Kinderschuhen. Mit etwas Glück können sie in diesem Jahr die erste Ernte einfahren. Es wird das erste Mal sein, dass die Pflanzen mit natürlichem Sonnenlicht in Berührung kommen.

Jochen Müller, "TU intern" Februar 2019

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