Das Habitat Augsburg e.V.

Aeroponik

Problemstellung

Bis zum Jahr 2064 sollen circa 9,7 Mrd. Menschen auf der Erde leben. Um auch künftig ausreichend Nahrungsmittel in guter Qualität produzieren zu können und den voranschreitenden Klimawandel auszubremsen, werden neue Anbaumethoden benötigt.

Idee

Die vielversprechendsten Ansätze heißen Vertical Farming, Aquaponik oder die Aeroponik - eine Form der Hydroponik. Daten zufolge die AgriHouse (Gesellschaft der NASA) erhoben hat, kann ein aeroponischer Aufbau den Wasserverbrauch um bis zu 98 Prozent verringern.

Aeroponik Anzucht im Habitat

Funktionsweise

Beleuchtung

Eine der wichtigsten Komponenten ist hier Licht, um überhaupt die Photosynthese durch Spaltung der Wassermoleküle zu ermöglichen. Pflanzen haben im Gegensatz zum Menschen eine viel höhere Lichtempfindlichkeit und die Photosynthese ist am effizientesten bei blauem und rotem Licht. Die Pflanzenpigmente können dabei nur spezifische Wellenlängen verarbeiten, genauer gesagt, das Spektrum das sich zwischen 400 und 700 Nanometern bewegt.

Bewässerung

Die Wurzeln der Pflanzen werden mehrfach die Stunde mit einem nährstoffreichen Wassernebel besprüht. Da die Pflanze durch die Vernebelung auch permanent mit Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid versorgt wird, wirkt sich auch positiv auf das Wachstum aus. Die Wachstumszyklen sind im Gegensatz zu einer reinen hydroponischen Anlage kürzer.

Nährstoffversorgung

Da ein hydroponischen System durch das Fehlen von Substrat keinen Nährstoffträger enthält, bedeutet die falsche Dosierung von Nährstoffen den sofortigen Verlust der Pflanzen. Deswegen ist die richtige Dosierung das A und O.

Sensorik

Die Auswertung der Sensorik und die Automatisierung von Kompensationsmaßnahmen (Nährstoffgehalt, Temperatur, Feuchtigkeit, PH-Wert, usw.) wird in der Versuchsanlage von einer im Habitat entwickelten Steuerelektronik übernommen. Die Idee dahinter ist es, einen möglichst einfach zu verändernden Prototypen zu bauen mit dem experimentiert werden kann. Hierzu setzen wir auf einen Raspberry Pi Zero mit einem selbst entwickelten Hat-Modul, einer Kamera und eigener Software zur Ansteuerung. Der Fokus liegt bei allem auf Verwendbarkeit von Laien. Man sollte also nicht Programmieren können müssen um das Modul zu verwenden und Elektronikkenntnisse sollten sich auf ein Minimum beschränken.

Automatisierung

Da die Verlustwahrscheinlichkeit bei fehlender oder falscher Einstellung der Nährstoffe und des pH-Werts in einem aeroponischen System sehr hoch ist, ist ein automatisiertes System der sicherste Weg, um Verluste so gering wie möglich zu halten. Hierbei werden Daten wie der pH-Wert des Wasser, Raum-, und Wassertemperatur, Nährstoffgehalt, und Sprühzyklen abgebildet. Der komplette Automationsyzklus wird mit unserem Sensor/Aktuator-Modul abgebildet. Alle Messungen werden protokolliert und automatisch ausgewertet, um Verbesserungen des Regelkreises möglichst einfach und zeitnah umsetzen zu können.

Versuchsanlage #1 (Q1 2021)

Aeroponik Versuchsaufbau #1

Über Versuchsanlage #1 werden erste Erfahrungen mit den diversen Komponenten und Parametern eines Aeroponik-Systems gesammelt. Im Gegensatz zu den langfristig angestrebten horizontalen Modulen in Wannen-Bauweise wird hier mit Röhren gearbeitet. Diese Bauweise ermöglicht es uns, pro Rohr einzelne Bauteile oder Parameter zu verändern und die Ergebnisse zu dokumentieren.

Versuchsanlage #2 (Q3 2021)

Mit Versuchsanlage #2 beginnt die Entwicklung vollständiger Aeroponik-Module zum Einsatz in Produktionsanlagen auf Basis von Hochregal-Lagern. Für Bestückung und Ernte sollen die Module per Lagerroboter oder Stapler aus dem Regal entnommen und später wieder eingesetzt werden können. Wichtig ist hierbei die Vermeidung manueller Arbeitsschritte. Aus diesem Grund wird das Augenmerk bei der Entwicklung von Anlage #2 auf Steckverbindungen für Energieversorgung, Frisch- und Abwasser-Leitungen liegen.

Versuchsanlage #3 (Q1 2022)

Der Proof of Concept unseres modularen Systems erfolgt in Anlage #3. Diese soll in einer offenen Ausstellung in den leerstehenden Scheibengasbehältern auf dem Augsburger Gaswerk-Gelände über die Hintergründe des gesamten Projekts aufklären und das Problembewusstsein in der Bevölkerung stärken.

Gleichzeitig dient diese Anlage als Versuch für die Skalierbarkeit des entwickelten Systems. Ziel ist die Anlage open Source für den industriellen Einsatz nutzbar zu machen. Auch hier liegt das besondere Augenmerk auf der Produzierbarkeit mit einfachen Fertigungsmethoden.