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Science
05/15/2020

Bodybuilding für Salat: Pflanzenfabrik mit intelligenter Steuerung

An der Fachhochschule Burgenland wird an einem autonomen Steuerungssystem für die Landwirtschaft der Zukunft gearbeitet.

von Patrick Dax

Vertikale Landwirtschaft oder Vertical Farming, wie es im Englischen heißt, soll den Anbau von Pflanzen und Gemüse in Städten ermöglichen. Das soll nicht nur lange Transportwege überflüssig machen, sondern durch den technologisch unterstützten Anbau auch Ressourcen schonen.

Konkret werden dabei in übereinandergestapelten Regalen Pflanzen, wie etwa Salat oder Zwiebel, angebaut. "Man ist nicht mehr auf die Zulieferkette angewiesen und kann viel vor Ort produzieren", sagt Markus Tauber, Leiter des Forschungscenters Cloud und CPS Security an der FH Burgenland.

Dort wurde vergangene Woche eine "Pflanzenfabrik" in Betrieb genommen. Gemeinsam mit dem Austrian Institute of Technology AIT, der TU Wien und dem Industriepartner Phytoniq wird an der Fachhochschule in Eisenstadt an einem automatisierten, cloud-basiertem Steuerungssystem für die vertikale Landwirtschaft geforscht.

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Künstliche Intelligenz

"Diese Art der Produktion von Pflanzen ist nur durch Digitalisierung möglich", sagt Tauber. Die Steuerung der aeroponischen Anlage, bei der die in der Luft hängenden Wurzeln mit Nährstoffen besprüht und die Pflanzen von oben mit Licht bestrahlt werden, stelle hohe Anforderungen. Die richtige Frequenz des Lichts sei ebenso von Bedeutung wie die Geschwindigkeit des Windes und die Abstimmung der Nährstofflösung. All das und auch weitere Systemeinstellungen könnten am besten mithilfe künstlicher Intelligenz aufeinander abgestimmt werden, erläutert der Wissenschaftler.

Smart gemacht werden soll das System etwa durch Regelkreise nach dem Vorbild der Kampf-oder-Flucht-Reaktion (fight-or-flight response) aus der Neurobiologie. Wenn etwa die Pflanze sehr hoch, aber zu dünn sei, müsse durch höhere Windgeschwindigkeit die Widerstandskraft erhöht werden, erläutert Tauber. Er nennt das "Bodybuilding". Auch neuronale Netze und maschinelles Lernen sollen bei dem Steuerungssystem zum Einsatz kommen. Zu selbstlernenden Systemen, die sich optimieren und anpassen, wird an der Fachhochschule auch bereits im Bereich der vernetzten Fabrik für die Industrie 4.0 geforscht. "Das ist eng verbunden", sagt der Forscher. Dabei sei auch die Sicherheit der cloud-basierten Systeme ein wichtiger Punkt.

"Versuchslabor im Kleinformat"

In Eisenstadt werden nun Rettich- und Salatsprossen gezüchtet und mit Lösungen für die Steuerung der Anlage experimentiert. "Wir sind jetzt nicht mehr auf Modellierungen und Annahmen angewiesen, sondern haben ein Versuchslabor im Kleinformat, wo wir Dinge wirklich ausprobieren können", sagt Tauber.

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Gebaut wurde der Bewässerungsroboter in der 2,5 x 3 x 2,5 Meter großen "Pflanzenfabrik" von der im burgenländischen Oberwart ansässigen Firma Phytoniq, die seit 4 Jahren Betriebsstätten für das Indoor-Farming entwickelt. Für die vernetzte automatisierte Steuerung solcher Anlagen brauche man als Industrieunternehmen Partner in Forschung und Entwicklung, sagt Firmengründer Martin Parapatits. "Solche Fragestellungen können wir selber nicht beantworten."

Die vertikale Landwirtschaft war bisher vor allem in Südostasien, den USA und Kanada Thema. Auch auch in Europa nehme das Interesse zu. "Es wird sukzessive mehr", sagt Parapatits. Im heurigen Jahr eröffnete Phytoniq am Firmensitz in Oberwart auch eine eigene Betriebsstätte. In der Anlage, die über eine Crowdfunding-Plattform mitfinanziert wurde, werden auf 1230 Quadratmetern Wasabi, Microgreens und ab Herbst auch Safran angebaut.

"Verbrauchen mehr CO2 als wir ausstoßen"

Durch den Einsatz vernünftiger hocheffizienter Kühlungstechnologien und Wärmerückgewinnung und modernster LED Technik könne beim Anbau des japanischen Meerrettichs auf der Energieseite viel eingespart werden, sagt der Gründer. In Österreich könnten solche Anlagen darüber hinaus zu 100 Prozent mit erneuerbarer Energie versorgt werden. Bei der eigenen Anlage in Oberwart liegt die Eigenversorgung durch die hauseigene Photovoltaikanlage bei 40 bis 50 Prozent. Der Rest kommt von Anbietern erneuerbarer Energien. "Da Pflanzen auch CO2 verbrauchen, verbrauchen wir mehr CO2 als wir ausstoßen", sagt Parapatits.

Durch das beim Anbau zum Einsatz kommende Bewässerungssystem könnten 90 bis 95 Prozent an Wasser und 85 Prozent an Düngemitteln gespart werden, rechnete Parapatits vor. Außerdem könne man in die Höhe bauen und auch ganzjährig anbauen und damit übers Jahr mehr produzieren.

Das Potenzial für eine solche Art der Landwirtschaft sei groß, sagt der Gründer. In Österreich liege der Selbstversorgungsgrad bei landwirtschaftlichen Produkten bei 54 Prozent. Der Rest werde quer durch die Welt ins Land gebracht. Indoor-Farming könne bei der Versorgung einen wichtigen Beitrag liefern. "Es ist eine perfekte Ergänzung für die konventionelle, heimische Landwirtschaft."

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