FAQ

  

Was ist Hydroponik?

Bei der hydroponischen Pflanzenproduktion werden Setzlinge in Pflanzgefäßen ohne Erde über eine Nährlösung versorgt. Im Gegensatz zum Anbau auf dem Acker wird weniger Fläche benötigt und es versickert kein Bewässerungswasser in den Boden. Zudem verdunstet auch weniger, da die Verdunstung nur über die Blattflächen erfolgt und nicht über den Boden. Das macht die hydroponische Pflanzenproduktion zu einem wassersparenden Anbauverfahren. Zugleich ist diese Form der Pflanzenzucht ein weltweit wachsender Markt, da mit geringerem Wasser- und Flächenbedarf ein höherer Ertrag erzielt werden kann. Das macht dieses Anbauverfahren in Zeiten, in denen Klimawandel und steigende Wasserknappheit neue, ressourcenschonende Produktionsverfahren erfordern, sehr attraktiv.

Was ist das Ziel von HypoWave?

Wir wollen wissenschaftlich untersuchen, inwiefern wir durch den Verzicht auf Trinkwasser und die Nutzung der Nährstoffe aus Abwässern die hydroponische Pflanzenproduktion noch effizienter und ressourcenschonender gestalten können. Im ersten HypoWave-Projekt von 2016 bis 2020 konnten wir über eine Pilotierung und mithilfe ergänzender Machbarkeitsstudien nachweisen, dass die hydroponische Pflanzenproduktion durch Wasserwiederverwendung möglich ist. Die Machbarkeitsstudien zeigten zudem die Wirtschaftlichkeit auf sowie die Rahmenbedingungen, die für die Umsetzung notwendig sind. Für die Machbarkeitsstudien wählten wir verschiedene Regionen in Europa und unterschiedliche Pflanzen aus. Beispielsweise betrachteten wir in Hattorf (Landkreis Gifhorn) Salat, in Raeren/Belgien Schnittblumen und in Albernoa/Portugal Erdbeeren.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen arbeiten wir seit 2021 im zweiten HypoWave-Projekt – HypoWave+ – an der großflächigen Implementierung. In einem Gewächshaus mit einer Fläche von 1 ha werden wir Pflanzen unter hydroponischen Bedingungen aufziehen – mit dem Ziel, sie anschließend zu vermarkten.

Was ist das Ziel von HypoWave+?

Wir wollen wissenschaftlich untersuchen, ob die Produktion von hydroponisch bewässertem Gemüse mittels umweltschonendem Wasserrecycling eine neue nachhaltige Form der regionalen Gemüseproduktion sein kann. Nachdem wir die technische Machbarkeit im Vorgängerprojekt HypoWave nachweisen konnten, erforschen wir die großtechnische Umsetzung auf 1 ha Anbaufläche. Unter Glas, d.h. in einem Gewächshaus, werden wir ca. 600–700 Tonnen Gemüse pro Jahr erzeugen.

Was macht aufbereitetes Abwasser (für die Landwirtschaft) so nachhaltig?

Weltweit gehen 70 Prozent des Wasserverbrauchs auf die landwirtschaftliche Produktion zurück. Ein großer Teil davon ist Trinkwasser. Indem wir aufbereitetes Abwasser verwenden, schonen wir die Ressource Wasser. Zum anderen können die Nährstoffe Stickstoff, Phosphor, Kalium und auch die Mikronährstoffe, die im Abwasser enthalten sind und die Pflanzen für ein gesundes Wachstum benötigen, direkt wieder genutzt werden.

Wie wird ein qualitativ hochwertiges Bewässerungswasser gewonnen?

Im ersten Projekt zwischen 2016 und 2020 wurden verschiedene Verfahrensschritte der Abwasserbehandlung einzeln und in Kombination miteinander untersucht. So konnten je nach gewünschter Wasserqualität verschiedene Behandlungsschritte modular miteinander kombiniert werden, um die spezifisch benötigte Qualität des Bewässerungswassers zu erzielen. Durch diese modularen Kombinationsmöglichkeiten sind wir nun in der Lage, ein pflanzenspezifisches Bewässerungswasser zu gewinnen. Für die anstehende Implementierung konnten wir unser präferiertes Behandlungssystem identifizieren. Das Herzstück bildet dabei ein Aktivkohlebiofilter, der zwar Nährstoffe im Wasser lässt, aber unerwünschte Stoffe wie Schwermetalle, Spurenstoffe und pathogene Keime herausholt.

Was muss bei der Abwasserbehandlung für eine hydroponische Nutzung bedacht werden?

Bereits das Rohabwasser enthält eine geringe Konzentration an Nährstoffen gemessen an dem, was Pflanzen benötigen. Auch wenn es deutlich zu viel ist, um es unbehandelt in ein Gewässer einzuleiten. Gleichzeitig enthält es einen hohen Kohlenstoffanteil, der in der Bewässerung unerwünscht ist, da er z.B. zur Bildung von Biofilmen führt – das sind Schleimschichten, in denen sich Mikroorganismen wie Bakterien oder Algen ansiedeln. Das entwickelte Behandlungsverfahren, dessen Kern der Aktivkohlebiofilter ist, wird nun großtechnisch erprobt und optimiert. So wird es möglich genauere Bemessungsgrundlagen und Hinweise zur Betriebsführung für zukünftige Anwendungen zu geben.

Was wird in den HypoWave-Projekten angepflanzt?

Im ersten Projekt zwischen 2016 und 2020 haben wir Salat angepflanzt. Das war für uns die ideale Versuchspflanze. In HypoWave+ planen wir auf einer 1 ha großen Gewächshausfläche Gemüse anzupflanzen, das im Einzelhandel vermarktet werden soll. Welche Gemüsearten genau in der Pilotanlage gepflanzt werden, wird aktuell noch zwischen den Projektpartnern abgesprochen. In der engeren Auswahl befinden sich Tomaten und Paprikasorten.

Wie kann die Qualität des Gemüses gewährleistest werden und kann es wirklich schadstofffrei sein?

Das ist nach wie vor eine wichtige Forschungsfrage im Projekt, auch wenn wir mit Projektende von HypoWave zeigen konnten, dass wir ein Produkt mit einer Qualität erzeugen konnte, die vergleichbar ist mit der Qualität aus konventionellem Anbau. Voraussetzung dafür war in HypoWave ein sogenanntes Multibarrierenkonzept. Das bedeutet, dass es mehrere Stufen gibt, die Keime und Schadstoffe zurückhalten bzw. eliminieren können. Hierzu zählt das mehrstufige Abwasserbehandlungsverfahren mit speziellen Behandlungsschritten, die allein die Beseitigung von Keimen und Spurenstoffen zur Aufgabe haben. Zudem werden die Pflanzen so bewässert, dass die überirdischen Pflanzenteile mit dem Bewässerungswasser gar nicht in Berührung kommen.

In HypoWave+ wird dieser Aspekt erneut zentral sein. Wir arbeiten mit einem ganzheitlichen Qualitätsmanagement, um schadstofffreies Gemüse zu garantieren.

Wie steht es um Geschmack und Aroma der Produkte, die mit gereinigtem Abwasser gezogen wurden?

Geschmack und Aroma vorherzusagen, ist wohl bei jedem neuen, nicht erprobten Anbau schwierig. Grundsätzlich ist es so, dass es darauf ankommt, optimale Wachstumsbedingungen und damit die nötigen Voraussetzungen für ein gutes Aroma zu schaffen und die Pflanzen mit den nötigen Mengen an Wasser, Nährstoffen, Licht etc. zu versorgen. Den Pflanzen ist es dabei egal, aus welcher Quelle dieselben stammen. In HypoWave konnten wir feststellen, dass sich Geschmack und Aroma durch die Herkunft des Bewässerungswassers nicht negativ verändert, dass jedoch die unterschiedlichen Behandlungsverfahren durchaus zu unterschiedlichen Geschmackserlebnissen führten.

HypoWave und HypoWave+ verfolgen einen transdisziplinären Forschungsansatz. Was heißt das?

Transdisziplinär heißt für HypoWave, dass wir zum einen unsere Forschungsergebnisse über den Zugang verschiedener wissenschaftlicher Disziplinen gewinnen. Unser Forschungsteam besteht u.a. aus Ingenieuren, Agrar- und Politikwissenschaftlern. Darüber hinaus – und das macht das „trans“ entscheidend aus – beziehen wir auch die Erfahrungen und das Wissen unterschiedlicher explizit nicht-wissenschaftlicher Akteure mit ein. Indem wir den Dialog mit erfahrenen Anwendern und potenziellen Akteuren schon im Projekt suchen, können wir frühzeitig vorhandene Erfahrungen in die Forschungsarbeit einfließen lassen. Zugleich hilft es uns, besser zu erkennen, wo es praktische Bedarfe gibt, die für die Herangehensweise wichtig sind – damit ein wissenschaftliches Projekt auch erfolgreich in die Anwendung gehen kann.

Wie gelangt die Projektidee in die Anwendung?

Wenn Forschungsergebnisse am Ende eines Projektes vorliegen, stellt sich immer die Frage: Wie kommt die Projektidee in die Anwendung und wer setzt sie erstmals um? Beim Projekt HypoWave waren unsere Ergebnisse so vielversprechend, dass wir uns als Forschungsteam erhofft haben, die Pilotidee aus dem Versuchslabor selbst in die Anwendung – also auf den Acker – zu bringen. Wir freuen uns, dass wir mit HypoWave+ die technische Innovation aus dem Vorgängerprojekt mit dem erworbenen Wissen um entsprechende Rahmenbedingungen und notwendige soziale Innovationen nun im großen Maßstab selbst umsetzen können.

In welchen Bereichen kann die hydroponische Pflanzenproduktion mit aufbereitetem kommunalem Abwasser konkret Anwendung finden?

Das ist zunächst überwiegend von der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens abhängig und von der Frage, wie die Produktion sich in die bestehenden Handelsketten für Gemüse integrieren lässt. Um hierfür ein Beispiel zu geben: In Deutschland ist es im Freiland grundsätzlich nicht möglich, im Winter Tomaten anzupflanzen. In einem hydroponischen System mit Gewächshaus lassen sich Tomaten hingegen das ganze Jahr über regional produzieren. Das könnte für Anwender*innen eine attraktive Bezugsquelle sein, da es eine ganzjährig verfügbare, regionale Tomatenproduktion garantiert. Darüber hinaus könnte die Abwasserbehandlung, die wir in HypoWave betrachtet haben, auch dort zu einem nachhaltigen Umgang mit den Wasserressourcen beitragen, wo keine Hydroponik möglich ist. Denn das Konzept der modularen Wasseraufbereitung kann auch mit Blick auf andere Einsatzorte wie z.B. die landwirtschaftliche Bewässerung im Freilandbereich, die Bewässerung von Grünflächen oder auch die Bereitstellung von Wasser für die Grundwasseranreicherung genutzt werden.

Was sind die nächsten Schritte im Projekt?

Das aktuelle Projekt (2021–2024) beginnt mit der Planung und der Installation der Anlagen. Hierzu zählen die Abwasseraufbereitung und das Gewächshaus sowie die komplette Infrastrukturversorgung. Im Gewächshaus muss zudem das hydroponische System installiert und betriebsbereit aufgebaut werden. Das Bewässerungswasser wird dafür optimal auf die Pflanzenanforderung eingestellt werden, damit es zuverlässig die Qualitätsanforderungen erfüllt. Das Projektteam wird auch untersuchen, welchen Beitrag eine gute Verknüpfung von Abwasseraufbereitung und Pflanzenproduktion über Sensorik und künstliche neuronale Netze dazu leisten kann. Im Frühling 2022 soll der Pflanzenanbau starten, und im Laufe des Jahres sollen die Produkte in den Einzelhandel kommen. Zum Jahresende 2022 wollen wir ein erstes Halbzeitfazit zum Pilotprojekt und zur Akzeptanz von hydroponisch erzeugten Lebensmitteln ziehen.