Gemüse angebaut in einer 245 Meter tiefen verlassenen Mine! Durchbrüche in der Schlüsseltechnologie-Forschung zu Pflanzenfabriken
Können Gemüse mehr als 200 Meter unter der Erde angebaut werden? Anfang April wuchsen im verlassenen Stollen in einer Tiefe von 245 Metern in der Stadt Daye, Provinz Hubei, Reihen von üppigem grünem Kopfsalat.
Dies ist ein vorläufiges Ergebnis des Forschungsprojekts „Forschung zu Schlüsseltechnologien für Pflanzenfabriken in stillgelegten Minen“ , das gemeinsam von der Universität für Technologie Hubei und der Wuhan Hugong Furi Energy Technology Co., Ltd. im Rahmen des Wissenschafts- und Technologieamtes der Provinz Hubei durchgeführt wurde. Das Versuchsfeld befindet sich in der Gruppe Daye Nonferrous Mine Tongluoshan , neben dem alten Kupferbergwerk-Stätte Tongluoshan in der Stadt Daye, die eine über dreitausendjährige Bergbaugeschichte aufweist .
"In Minen unter Tage kann nicht nur Salat angebaut werden; theoretisch lässt sich dort jede Pflanze anbauen, die man kultivieren möchte!" sagte Professor Zeng Wei, Projektleiter für Forschung und Entwicklung sowie Direktor des Forschungszentrums für kohlenstoffarme Wirtschaft und Technologie der Technischen Universität Hubei.
Technische Mittel zur Schaffung einer Wachstumsumgebung
Der Gehalt an Schwermetallen liegt weit unter den Sicherheitsstandards
Das Pflanzenwachstum erfordert natürliche Bedingungen wie Temperatur, Licht, Wasser, Dünger und Kohlendioxidgas. Wie können diese unterirdisch erfüllt werden? Aus landwirtschaftlicher Sicht bietet der Schacht im Bergwerk ganzjährig konstante Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen. Als Beispiel dient das unterirdische Niveau in einer Tiefe von 245 Metern in der Kupfermine Tonglushan in Daye: Die Temperatur bleibt konstant zwischen 25°C und 28°C, die Feuchtigkeit wird auf 70 bis 80 % gehalten, was eine hervorragende Umgebung für das Pflanzenwachstum schafft. Darüber hinaus liegt die Konzentration von Kohlendioxid zwischen 700 und 800 ppm, also doppelt so hoch wie an der Oberfläche. Kohlendioxid wird als „Luftdünger für Pflanzen“ bezeichnet.
Das dringendste Problem, das in verlassenen Minen gelöst werden muss, ist die Beleuchtung. „Die Forschungsrichtung unseres Teams ist Solarenergie, Photovoltaik und Kohlenstoffarmut. Im allgemeinen sichtbaren photovoltaischen Bereich macht nur 10% des Spektrums das für Pflanzen erforderliche effektive aus. Durch Bereitstellung der notwendigen Beleuchtung, die auf die Wachstumseigenschaften verschiedener Pflanzen zugeschnitten ist, kann der Anbau verschiedener Pflanzen unter Tage Realität werden. ", sagte Zeng Wei.
"Derzeit wächst unser Salat sehr gut, und seine Wachstumsdauer ist im Vergleich zum Freilandanbau um 20% bis 40% verkürzt." Zeng Wei erläuterte: " Unterirdischer Salat" wird durch Hydrokultur angebaut, wobei die Nährstoffversorgung über eine integrierte Wasser-Dünger-Maschine erfolgt . "Da die Hauptquelle für Schädlinge und Krankheiten beim Freilandanbau aus dem Boden stammt, während die Nährlösung der Hydrokultur in unterirdischen Pflanzenfabriken behandelt und ersetzt werden kann, können unterirdische Gemüse ohne den Einsatz von Pestiziden produziert werden."
Da keine Energie zur Temperaturregelung erforderlich ist, können die Produktionsenergiekosten im Vergleich zu bodengestützten Pflanzenfabriken um mehr als 60 % gesenkt werden.
"Unsere Mine erstreckt sich über Hunderttausende von Quadratmetern. Wenn wir eine dreistöckige vertikale Landwirtschaft umsetzen, entspricht dies der Hinzufügung von über tausend Mu Ackerland", sagte Zeng Haipeng, der Bergwerksleiter der Tonglushan-Mine.
Anfangs war das Team besorgt, dass die Gesteinsschichten im Bergbaugebiet mit Schwermetallen kontaminiert sein könnten. „Doch für den Anbau von Gemüse wird kein Grundwasser verwendet, sondern aufbereitetes Leitungswasser.“ Nach Tests durch das Lebensmittelqualitätsüberwachungs- und Testzentrum des Ministeriums für Landwirtschaft und ländliche Angelegenheiten (Wuhan) wurde festgestellt, dass der Salat keine Pestizidrückstände enthielt und giftige Schwermetalle wie Quecksilber und Arsen nicht nachweisbar waren. Darüber hinaus lag der Gehalt an Schwermetallen, die für lokale Gewässer typisch sind, wie Blei, Cadmium und Chrom, sogar um eine Größenordnung unter den internationalen Lebensmittelsicherheitsstandards. „Leitungswasser lässt sich leicht aufbereiten; die Hydrokultur vermeidet Schwermetallkontaminationen im Boden und ist damit sicherer als der Anbau im Freiland“, sagte Zeng Wei.
Die Wiederverwendung verlassener Minen kann das Beschäftigungsproblem der Bergleute lösen
Der Bau von unterirdischen Pflanzenfabriken in verlassenen Minen ist vielversprechend
Die Idee, „unterirdisches Gemüse
Die Stadt Huangshi, in der sich Daye befindet, ist eine nationale Stadt mit erschöpften Ressourcen. Seit den 1960er und 1970er Jahren sind die Mineralressourcen extrem knapp geworden, was zu gestiegenen Förderkosten geführt hat. „Alte Minen sind im Untergrund bis zu Tiefen von 700 bis 800 Metern ausgehöhlt und bergen ein hohes Risiko für geologische Katastrophen. Um Einstürze und Erdrutsche zu verhindern, belaufen sich die Investitionen zum Schließen jedes Bergwerks auf mehrere hundert Millionen Yuan.
"Die Schließung eines Bergwerks verursacht nicht nur hohe Kosten, sondern führt auch zu massiver Arbeitslosigkeit unter den Bergarbeitern", sagte Zeng Wei. Am Beispiel der Tonglushan-Mine: Sobald sie geschlossen wird, wären drei- bis viertausend Bergarbeiter von Entlassungen betroffen. Wenn jedoch die Entscheidung getroffen wird, die Industrie zu transformieren und zu modernisieren, kann dies nicht nur das Problem der Wiedereingliederung einer großen Anzahl von Bergarbeitern lösen , sondern es können auch bestehende Ressourcen wie Stromversorgung, Belüftung, wasserwirtschaftliche Gleise und Kommunikationsinfrastruktur weiterhin genutzt werden.
Eine Minen-Pflanzenfabrik ist ein systematisches Ingenieurprojekt, das verschiedene Disziplinen wie Landwirtschaft, Energie, Maschinenbau, Optik und Elektrotechnik umfasst . Die Arbeit unter Tage erfordert strenge Sicherheitsvorschriften , wodurch Automatisierung und intelligentes Anpflanzen eine wichtige Option für die Bergbaulandwirtschaft darstellen . Zu diesem Zweck umfasst das Projektteam der Universität für Technologie Hubei Professoren aus mehreren Fakultäten, darunter die Fakultät für Elektrotechnik und Elektronik, die Fakultät für Maschinenbau, die Naturwissenschaftliche Fakultät sowie die Fakultät für Wirtschaft und Management. Das Projekt erhielt zudem starke Unterstützung von der Akademie der Landwirtschaftswissenschaften Hubei, der Firma Wuhan Hugong Furi Energietechnologie, dem Gut Babylon in Guangdong und dem Kupferbergwerk Lushanshan der nichtmetallischen Rohstoffe Daye, wo sich das Projekt befindet, was die integrierten Effekte der Zusammenarbeit zwischen Industrie und Hochschule sowie die interdisziplinäre Integration vollständig demonstriert.
"Gemüse wird auf beiden Seiten der bestehenden Minenschienen gepflanzt, alle Automatisierungseinrichtungen werden installiert, was das Problem löst, dass feste Schienen benötigt werden, um intelligente Roboter bei mechanischen Arbeiten zu unterstützen." Zeng Wei sagte, dass die automatisierte Ernteausrüstung derzeit ihre Forschung im Wesentlichen abgeschlossen hat und entsprechende Versuche im Labor durchgeführt wurden.
Während der beiden nationalen Sitzungen im Jahr 2022 schlug der Akademiker Yuan Liang von der Chinesischen Akademie für Ingenieurwissenschaften vor: Im Jahr 2020 hat China 12.000 Kohleminen geschlossen. Bis 2030 müssen über 15.000 verlassene Minen stillgelegt werden, wobei geschätzt 7,2 Milliarden Kubikmeter unterirdischer Raum nutzbar sein wird. „Wenn das Untergrund-Anbau-Modell von Pflanzenfabriken entwickelt werden kann, wird dies einen erheblichen Beitrag und eine große Unterstützung für die rote Linie des Landes von 1,8 Milliarden Mu Ackerland leisten“, sagte Zeng Wei.
"Salat ist lediglich die erste Sorte für Versuche. Als Nächstes werden wir Anbauversuche mit hochwertigen Gemüsesorten, Heilkräutern und Blumen durchführen und gleichzeitig ein Modell für den Anbau in stillgelegten Minen einführen, das eine Mehrspektrum-Kombination und vertikale Landwirtschaft umfasst, bei der essbare Pilze mit geringer Lichtintensität und hoher Atmung sowie Pflanzen mit hoher Lichtintensität und starker CO₂-Aufnahme sich gegenseitig unterstützen", sagte Zeng Wei.