Die Zukunftsinitiative Zineg (Zukunftsinitiative Niedrigenergiegewächshaus) ist ein deutsches Verbundforschungsvorhaben. Das Ziel besteht darin, Energie mit den unterschiedlichen Ansätzen einzusparen. Zu diesem Zweck entstanden an mehreren Standorten (Berlin, Hannover, Schifferstadt, Osnabrück) Versuchsgewächshäuser, in denen verschiedene Technikansätze zum Ressourcenschutz erforscht werden.
Maximale Isolierung und Praxiseignung sind kein Widerspruch
Prof. Dr. Joachim Meyer, Fachgebiet Technik im Gartenbau an der TU München, stellte am 3. Agrarwissenschaftlichen Symposium in Freising die in Schifferstadt betriebene Versuchsanlage mit maximaler Wärmedämmung und CO2-neutraler Wärmeversorgung vor. Die Anlage besteht aus drei hochmodernen doppelschiffigen Gewächshäusern in Doppelfolienbauweise mit einer Gesamtfläche von1000 m2. Die Wärmeversorgung erfolgt CO2-neutral mit einer Pelletheizung. Ein Warmwasser-Pufferspeicher von 15 m3/span>Grösse erlaubt es, den Heizkessel weitgehend unabhängig vom aktuellen Wärmebedarf des Gewächshauses zu betreiben, was längere Laufzeiten im Volllast-
betrieb ermöglicht. Bei Bedarf ist eine hohe Entnahme von Heizleistung möglich, ohne dass zur gleichen Zeit eine bestimmte Energiemenge erzeugt werden muss. Damit reicht eine kleinere Anlage aus, die mit hohem Wirkungsgrad läuft. Die drei Versuchsgewächshäuser wurden praxisnah gebaut:
Gewächshaus 1, Standardvariante,
Doppelfolie
Im Dach befindet sich ein Energieschirm aus Acrylgewebe mit Aluminiumanteil. Das Gewächshaus 1 kann man als Normalvariante ansehen. Mit Zwangslüftungist es nicht unbedingt ein System zur Energieeinsparung, dafür ist die Luftzufuhr auf einfache Art und Weise insektendicht realisiert: Drei Abluftventilatoren in der Stehwand ermöglichen eine insektensichere Zwangslüftung. Auch der Luftschlauch, über den die Luft verteilt wird, ist insektendicht. Diese einfache Lösung eignet sich z. B. für Züchtungsbetriebe, anstelle der oft aufwendigen Technik.
Gewächshaus 2, maximale Isolierstufe (Prinzip Thermoskanne)
Mit zwei hochwirksamen Energieschirmen ist dieses Gewächshaus auf maximale Energieeinsparung ausgelegt. Durcheine aluminisierte Schicht auf der Unterseite der oberen Lage bzw. auf der oberen Seite der unteren Lage (Verdunkelungsgewebe) wird die Strahlung eingefangen und eine hohe Isolierwirkung erzielt.
Gewächshaus 3, Optimum für den Gärtner
Im mit F-Clean-Folie eingedeckten Gewächshaus sind zwei Energieschirme installiert. Der Tagesenergieschirm besteht aus einem lichtdurchlässigen Streifengewebe, die obere Lage aus einem Streifengewebe mit einem Schattierwert von 50 %. Im Haus 3 waren die Erträge am höchsten. Die erhöhte UV-Durchlässigkeit wirkte sich positiv auf die Qualität der Pflanzen aus. Ungewöhnlich für ein Foliengewächshaus ist die weit zu öffnende Dachlüftung am höchsten Punkt des Hauses. Dadurch ist eine gute Belüftung möglich und es gibt keine Probleme mit einer zu hohen Luftfeuchtigkeit. Die Stehwandhöhe von 4,5 m wirkt sich vorteilhaft aus.
Das technische Potenzial zur Energieeinsparung ist mit den genannten Systemen – im Vergleich zu einfachverglasten Gewächshäusern ohne Energieschirm – beachtlich: 80 % bei Haus 3 und sogar 90 % bei Haus 2. Die Unterschiede zwischen den Häusern bewegen sich im erwarteten Rahmen. Das Prinzip Thermoskanne wirkt als Strahlenfalle überragend. Ob es aber auch das beste System für die Praxis ist, bleibt zu klären. Die Erfahrungen zeigen, dass die Temperaturführung schwierig, bei Einbau einer entsprechenden Regelungstechnik aber machbar ist. Das Zineg-Projekt beweist: Es ist möglich, bei vergleichsweise geringen Investitionen hoch isolierte Gewächshäuser zu bauen, die vollwertige Kulturbedingungen ermöglichen.
Produktspezifischer CO2-Fussabdruck
Die ressourcenschonende Produktion ist ein Kernpunkt des nachhaltigen Wirtschaftens. In Unterglaskulturen wird viel unternommen, um den CO2-Ausstoss zu reduzieren. In diesem Zusammenhang ist zuweilen auch vom Product Carbon Footprint (PCF) die Rede. Über den CO2-Fussabdruck bei gartenbaulichen Produkten sprach Alexandra Kreuzpaintner, Fachgebiet Technik im Gartenbau an der TU München. Nach dem Motto «... Nur, was man messen oder zumindest schätzen kann, kann man auch managen!» erklärte sie, weshalb eine automatische Erfassung, Analyse und Bewertung der Daten aus der Produktion erstrebenswert ist. Die Hauptdaten soll dabei der Klimacomputer im Gewächshaus liefern. Es werden der Wasser-, Energie-, Heizmaterial-, Düngemittel, Pflanzenschutzverbrauch und der Nützlingseinsatz erfasst und ausgewertet. Die automatische Prozessdokumentation ermöglicht eine höhere Transparenz und Effizienz des Ressourcenverbrauchs.
Pflanzenbestand als Wärmetauscher in einem Solarkollektorgewächshaus
Prof. Dr. Uwe Schmidt, Fachgebiet Biosystemtechnik an Humboldt Universität in Berlin, erläuterte in seinem Referat den Ansatz, Gewächshäuser mit thermischen Solarkollektoren zur Energiegewinnung zu nutzen. Der Bedarf an fossilen Brennstoffen könnte so durch erneuerbare Energien reduziert werden. Die Idee: Solare Überschussenergie (Wärme), die in geschlossenen Gewächshäusern anfällt, wird gespeichert und zum Beheizen der sogenannten Kollektor- sowieder anderen Gewächshäuser genutzt. Der Pflanzenbestand wird in den Wärmeaustausch miteinbezogen. Er ist Kühlfläche und Absorber zugleich, einerseits weil die Pflanzen einen Teil der solaren Wärme durch Transpiration in Wasserdampf umwandeln und sich dabei selbst sowie ihre Umgebung kühlen. Andererseits weil man die Energie des Wasserdampfes wieder «einfangen» kann.
Die Versuchsanlage (Venlogewächshäuser) in Berlin-Dahlem umfasst ein Kollektorgewächshaus und ein Referenzgewächshaus, je zwei 307 m2 gross und mit 6 m Stehwandhöhe. Die Kühlung des Kollektorgewächshauses erfolgt mit einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe, für die Wärmespeicherung ist ein 300 m3 fassender Wassertank vorhanden. Unter dem Dach befindliche Rippenrohre dienen als Kühlflächen. Einfallende Sonnenstrahlen bewirken eine hohe Temperatur- und Luftfeuchtigkeit. Der Luft im Gewächshaus wird durch eine Wärmepumpe die Wärme entzogen.
Die bislang gemachten Erfahrungen lassen erwarten, dass die Nutzung und Anwendung übertragbar und mit Einschränkung auch für konventionelle Häuser möglich ist. Aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit, so wird vermutet, fand bei den Versuchskulturen (Gurken und Tomaten) aber zum Teil keine Befruchtung statt und es kam es zu Ertragsausfällen. Fazit: Wenn der Temperaturanstieg zu hoch ist, muss gelüftet werden. Es bleibt zu prüfen, wie sich die Kulturen bei aktiver Belüftung entwickeln und wie weit man mit der Temperatur heruntergehen kann.
Wenn zu Beginn der Wachstumsperiode die Heizenergie begrenzt ist, sollte die Isolierung erhöht werden. Vorgeschlagen wird, die Nutzungskonzepte von Kollektor- und konventionellen Gewächshäusern zu kombinieren. Dabei bleibt zu prüfen, ob der Saisonbetrieb auch ökonomisch ist.
Gartenbauliche Kultursysteme und Nachhaltigkeit
Ein Ziel im produzierenden Gartenbau ist der gedrungene und kompakte Wuchs von Topf- sowie Beet- und Balkonpflanzen. Dadurch lassen sich die Flächenproduktivität erhöhen und die Transportkosten begrenzen. Das Wachstum kann durch den Einsatz von Chemikalien reguliert werden, doch sind in Deutschland nur wenige Wachstumsregulatoren zugelassen. Zudem werden diese trotz Zulassung als reizend, gesundheitsschädlich und umweltgefährlich eingestuft, weshalb ein alternativer Ansatz gefragt ist.
Wie Prof. Dr. Brigitte Poppenberger, Fachgebiet Biotechnologie im Gartenbau an der TU München, ausführte, werden Blütezeitpunkt, Fruchtreife oder eben Streckungswachstum von Pflanzenhormonen gesteuert, die auf veränderte Umweltfaktoren reagieren. Wird beispielsweise das Temperatur- bzw. Lichtangebot qualitativ oder quantitativ verändert, wirkt sich das auf den Hormonhaushalt in derPflanze aus – mit entsprechenden Folgen. Beim Anbau unter Glas ist es möglich, das Wachstum der Pflanzen über das Licht und die Temperatur zu beeinflussen. Zum besseren Verständnis dieser Vorgänge untersucht die molekularbiologische Grundlagenforschung, wann und wie welche Hormone auf bestimmte Umweltreize reagieren. Es wird nach Methoden gesucht, um das Streckungswachstum gezielt regulieren zu können.
Wachstumsleistung unter Stressbedingungen
Für den optimalen Betrieb von Niedrigenergiegewächshäusern, wie sie im Rahmen des Zineg-Projekts entwickelt werden, ist es wichtig, die Möglichkeiten und Grenzen der Kultivierung von Pflanzen unter extremen Bedingungen zu kennen. Am Leibnitz-Institut für Gemüsebau- undZierpflanzenbau wird einerseits die Stresstoleranz von Gemüsekulturen bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit sowie andererseits bei sehr niedrigen Temperaturen untersucht. Aufgrund dieser Erkenntnis sollen später Klimaregelstrategien erarbeitet werden, die eine wirtschaftlichere und umweltschonendere Produktion ermöglichen. Vorerst gilt es aber, die unterschiedlichen Wirkungen wie Energieeinsparung, Kulturzeitverlängerung, Qualität- und Ertragsentwicklung abzuklären. Ziel muss es sein, das Vertrauen der Produzenten in verbesserten Klimaregelstrategien zu gewinnen.
Fazit
Maximaler Ertrag unter optimalen Bedingungen, das ist die Devise im produzierenden Gartenbau. Da nur begrenzt Flächen und Ressourcen zur Verfügung stehen, wird eine nachhaltige Produktion immer wichtiger. Die unterschiedlichen Forschungsansätze und die bereits vorliegende Ergebnisse der Zineg-Projekte bieten wertvolle Anknüpfungspunkte für die Pflanzenproduktion. Diese ist an konkreten Umsetzungsmöglichkeiten interessiert. Schon jetzt zeichnet sich ab, dass die besondere Dichtigkeit der Gewächshäuser und der geringe Energieverbrauch ein Umdenken in der Produktion erforderlich machen werden.
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