Pflanzenfabriken, in den Kosten gefangen?

Quelle | 35Dou (ID: vcearth)

Autor | Hu Xiaofeng

Im Jahr 2075, mehr als 50 Jahre von jetzt an, steht die Sonne kurz vor dem Untergang und die Welt ist von Eis und Schnee bedeckt. Die Menschheit hat keine andere Wahl, als das Projekt „Wandering Earth“ zu starten.

—Das ist die Geschichte aus dem Science-Fiction-Film „The Wandering Earth“, in der Menschen, die unter der Erde lebten, sich nur von Regenwürmern ernähren konnten, Tag für Tag, Jahr für Jahr.

Wenn es damals eine landwirtschaftliche Produktionsmethode gegeben hätte, die sich von der Kontrolle durch Klima und Umwelt lösen konnte, unerschütterlich blieb – sei es in Gletschern, Wüsten, unter Naturkatastrophen wie Erdbeben und Schneestürmen oder sogar angesichts der ultimativen Zerstörung der Sonne – und rund um die Uhr, sieben Tage die Woche, ohne Unterbrechung Gemüse und Obst lieferte, hätte die Menschheit überleben können.

Derzeit sind Pflanzenfabriken mit künstlichem Licht genau das und werden zum meistdiskutierten „Hit“-Thema im Bereich des geschützten Gartenbaus. Ein direkter Hinweis darauf ist, dass viele Unternehmen nacheinander große Finanzierungsrunden gesichert haben: Das US-Unternehmen für Indoor-Anbau Gotham Greens hat kürzlich eine Serie-E-Finanzierung in Höhe von 310 Millionen US-Dollar angekündigt; im Januar dieses Jahres sammelte Plenty 400 Millionen US-Dollar in seiner Serie-E-Runde ein; Bowery Farming sammelte im Mai 2021 300 Millionen US-Dollar in seiner Serie-C-Runde ein.

Ideale strahlen in die Realität, doch es bleiben viele Herausforderungen bestehen. Hinter innovativen verbergen sich hohe Bau- und Betriebskosten sowie mögliche Kosten für die Umweltwiederherstellung.

Wenn eine moderne Black Technology, die als globales strategisches Bedürfnis bezeichnet werden kann, direkt vor unseren Augen liegt, werden die Kosten der Grund sein, warum Unternehmen zurückweichen?

Die Antwort lautet nein. Heute laufen die Träumer dieser „ultimativen Landwirtschaftsformen“ noch immer unermüdlich in ihrer endlosen Erforschung der Kostensenkung, Effizienzsteigerung und Szenarioanwendungen.

Betrachtet man die Entwicklung der weltweiten Landwirtschaft, von der traditionellen Freilandwirtschaft über Gewächshäuser bis hin zu Pflanzenfabriken mit höherem technologischem Anteil. Die Geschichte des geschützten Anbaus ist eine Geschichte der Umweltkontrolle.

Bai Baosuo, Gründer von Future Smart Agriculture, analysierte für 35 Dou: „5.000 Jahre landwirtschaftliche Kultur haben Umweltprobleme gelöst und die Industrialisierung des Anbaus durch Umweltkontrolle erreicht, um den Output zu maximieren.“

Derzeit nutzen Pflanzenfabriken Computer und elektronische Sensoren, um Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht, Kohlendioxid und Nährlösung für das Pflanzenwachstum einheitlich, automatisch und mit hoher Präzision zu steuern, wodurch das Pflanzenwachstum innerhalb der Anlage weniger oder gar nicht von natürlichen Bedingungen abhängt. Dies ist die effektivste Anbaumethode zur Regulierung und Kontrolle des Pflanzenwachstumsumfelds.

Plenty Indoor-Pflanzenfabrik, Bildquelle: offizielle Website von Plenty

Derzeit werden Pflanzenfabriken hauptsächlich in Sonnenlicht-Pflanzenfabriken und Kunstlicht-Pflanzenfabriken unterteilt. Der Unterschied von zwei Zeichen bedeutet einen erheblichen Unterschied im Inhalt.

Die sogenannte Sonnenlicht-Pflanzenfabrik ist, wie der Name schon sagt, eine moderne Plantage, die hauptsächlich Sonnenlicht oder kurzfristige künstliche Zusatzbeleuchtung sowie Nährlösungskulturtechnologie für die ganzjährige Pflanzenproduktion in einer halbgeschlossenen Gewächshausumgebung nutzt.

Im Gegensatz dazu arbeitet eine Kunstlicht-Pflanzenfabrik in einer vollständig abgedichteten und kontrollierbaren Umgebung, wobei künstliche Lichtquellen und Nährlösungskulturtechnologie eingesetzt werden. Sie wird kaum von externen klimatischen Bedingungen beeinflusst und ermöglicht die ganzjährige Pflanzenproduktion.

Im Unterbewusstsein der Branche bezieht sich der Begriff Pflanzenfabrik auf eine Kunstlicht-Pflanzenfabrik. Laut Li Shaohua, Forscher am Institut für Botanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, müssen Pflanzenfabriken die folgenden drei Merkmale aufweisen: Erstens, Anbau von Nutzpflanzen in einem Gebäude; Gewächshäuser zählen nicht. Zweitens, künstliche Lichtquellen; natürliches Licht zählt nicht. Drittens, vertikale Landwirtschaft mit mehrschichtigem Anbau, bei der die Produktionsumgebung und -bedingungen alle künstlich gesteuert werden.

Li Peng, stellvertretender Generaldirektor von Sanan Optoelectronics, erklärte, dass Pflanzenfabriken mit künstlichem Licht und sogenannte Sonnenlicht-Pflanzenfabriken „zwei völlig unterschiedliche Prozesse“ sind, wobei der eine hochgradig industrialisiert ist und der andere stark von der natürlichen Umgebung abhängt.

Erstens ist der Anbau mit natürlichem Licht horizontal, während Pflanzenfabriken mit künstlichem Licht einen vertikalen Pflanzmodus mit hoher Raumnutzungseffizienz anwenden. Laut Daten von Dr. Sun Chaohua, F&E-Direktor der BOE Houji Technology (Beijing) Co., Ltd., „kann der vertikale Anbau bis zu 10–14 Ebenen erreichen; bei gleicher Grundfläche kann die tatsächliche Nutzfläche um das 4,2-fache erhöht werden, und die Produktionskapazität pro Quadratmeter beträgt etwa das 5-fache der von Pflanzenfabriken mit natürlichem Licht.“

Zweitens nutzen Pflanzenfabriken mit künstlichem Licht hinsichtlich der Pflanzeneffizienz LED-Lichtquellen, um das gesamte für das Pflanzenwachstum erforderliche Licht bereitzustellen. Im gleichen Zeitraum erhalten die Pflanzen die ausreichendste Lichtversorgung, was zu Wachstumsraten führt, die weitaus schneller sind als die von Sonnenlicht-Pflanzenfabriken, Glasgewächshäusern usw.

Schließlich sind Pflanzenfabriken mit künstlichem Licht kaum von äußeren Umwelt- und Klimabedingungen betroffen, was eine ganzjährige Produktion ohne Unterbrechung ermöglicht. Durch die Vorteile der Wachstumsgeschwindigkeit und der Anzahl der Ebenen sowie aufgrund der Unterschiede in den Wachstumszyklen können Pflanzenfabriken mit künstlichem Licht bei gleicher Grundfläche das 10-fache der Leistung von Gewächshäusern oder sogar mehr erzielen.

Wenn wir die Prognose aus dem Bericht der Vereinten Nationen über weltweite Bevölkerungstrends heranziehen, wird die Weltbevölkerung bis 2050 9,8 Milliarden erreichen. Das bedeutet auch, dass die globale Nahrungsmittelproduktion mehr als verdoppelt werden muss, um mit dem Bevölkerungswachstum Schritt zu halten. In den letzten 50 Jahren ist die Fläche der landwirtschaftlichen Nutzflächen jedoch stabil geblieben, und es ist sicher, dass sich diese Zahl auf absehbare Zeit nicht signifikant erhöhen wird.

In diesem Kontext hat die Existenz von Pflanzenfabriken eine größere strategische Bedeutung. Wie Sun Chaohua erklärte, „Wir müssen Anbautechnologien und -methoden ansammeln, die nicht von der natürlichen Umgebung abhängen; Pflanzenfabriken sind genau unser Vorrat an zukünftiger Technologie und Anbauerfahrung.“

Professor Dickson Despommier, der amerikanische Wissenschaftler, der das Konzept der vertikalen Landwirtschaft erstmals vorschlug, erklärte einmal, dass China eines der Länder ist, in denen die vertikale Landwirtschaft am dringendsten gefördert werden sollte, um das schwierige Problem der Sanierung von Stadtdörfern in der Stadtplanung zu lösen, frische landwirtschaftliche und Nebenprodukte für die städtischen Bewohner bereitzustellen und das städtische ökologische Umfeld zu verbessern.

Derzeit ist China eines der am schnellsten wachsenden Länder bei der globalen Entwicklung von Pflanzenfabriken. Yang Qichang, Vorsitzender der Nationalen Allianz für intelligente Pflanzenfabriken und leitender Wissenschaftler für intelligente Pflanzenfabriken an der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften, gab den Medien bekannt, dass es Ende 2020 in China mehr als 220 Pflanzenfabriken verschiedener Größenordnungen gab.

Es darf jedoch nicht übersehen werden, dass Pflanzenfabriken mit künstlichem Licht immer noch ein Nischenmarkt mit niedrigen Durchdringungsraten sind. Der Grund dafür ist, dass die Schwierigkeit bei der Förderung von Pflanzenfabriken nicht in der Technologie liegt, sondern darin, wie Bau- und Betriebskosten gesenkt werden können. „Die Rechnung geht nicht auf“ ist die direkte Wahrnehmung vieler Praktiker hinsichtlich Pflanzenfabriken.

Pflanzenfabriken erfordern die Pflanzenproduktion in einer geschlossenen Umgebung, weshalb der Aufbau entsprechender Ingenieurleistungen und unterstützender Ausrüstung notwendig ist, einschließlich der äußeren Hüllstruktur, Klimaanlagen, künstlicher Beleuchtungsvorrichtungen, mehrschichtiger Kulturregale, Systeme zur Zirkulation und Steuerung der Nährlösung sowie computergestützter Regelungs- und Steuerungssysteme.

Die Analyse des Qianzhan Industry Research Institute zeigt, dass der Bau einer Pflanzenfabrik mit einer Fläche von unter 1.000 Quadratmetern (einschließlich Innenausbau, Ausrüstung und Einrichtungen) zwischen 15.000 und 20.000 Yuan pro Quadratmeter kostet; bei einer Pflanzenfabrik von 5.000 bis 10.000 Quadratmetern liegen die Kosten pro Quadratmeter zwischen 8.000 und 10.000 Yuan; bei großen Pflanzenfabriken mit mehr als 10.000 Quadratmetern sinken die Baukosten auf 8.000 Yuan pro Quadratmeter.

Das Buch „Pflanzenfabrik-Systeme und Praxis“ stellt fest, dass in Pflanzenfabriken mit künstlichem Licht die künstliche Beleuchtungsausrüstung den größten Anteil an allen Ausrüstungskosten ausmacht, insbesondere in Pflanzenfabriken, die vollständig LED-Lichtquellen einsetzen, wo die LED-Kosten oft etwa die Hälfte der Gesamtausrüstungskosten betragen.

Dies sind nur die hohen anfänglichen Baukosten; die nachfolgenden Wartungs- und Produktionsbetriebskosten sind ebenso bedeutend und sollten nicht unterschätzt werden.

Derzeit umfassen die Produktionsbetriebskosten hauptsächlich Stromgebühren, Kosten für verschiedene Materialien (Nährlösungen, Samen, CO2-Gasdünger), Arbeitskosten, Materialtransportgebühren, Personalkosten usw.

Laut Li Peng machen die Stromkosten derzeit etwa 25 % der Produktions- und Betriebskosten von Pflanzenfabriken aus. „Ein Industriegebäude mit einer Fläche von 10.000 Quadratmetern und einer Höhe von vier bis fünf Metern, das in eine Pflanzenfabrik mit künstlicher Beleuchtung umgewandelt wurde, verbraucht jährlich mehr als 13 Millionen kWh Strom.“ Der hohe Energieverbrauch wird bereits als einer der Hauptengpässe angesehen, die die Entwicklung von Pflanzenfabriken beeinträchtigen.

Andererseits ist es sinnlos, über Kosten zu sprechen, ohne die Produktion zu berücksichtigen. Außenstehende sind der Ansicht, dass die hohen Bau- und Betriebskosten von Pflanzenfabriken im Verhältnis zum Wert der darin angebauten Pflanzen stehen.

Nehmen wir gewöhnlichen Kopfsalat als Beispiel: Yang Qichang führte einmal eine Berechnung für eine Pflanzenfabrik in Peking durch, die Salat anbaut: Die Produktion von 1 Kilogramm Salat erfordert 10 kWh Strom, was 6 Yuan entspricht. In Kombination mit der Ertragsanalyse liegen die Produktionskosten pro Kilogramm Salat bei 21,19 Yuan. Der Marktpreis für Salat liegt jedoch allgemein zwischen 4 und 6 Yuan pro Jin (500 g). Dennoch bieten einige Premium-Supermärkte bestimmte Salatsorten zu höheren Preisen an; beispielsweise werden bei Hema Fresh 200 Gramm Römersalat für 12,9 Yuan und 200 Gramm Rotblattsalat für 7,9 Yuan verkauft.

Das bedeutet auch, dass eine wichtige Entwicklungsrichtung für Pflanzenfabriken darin besteht, hochwertiges Gemüse zu produzieren und an Premium-Supermärkte zu liefern, wenn die Kosten gedeckt werden sollen.

Die Dinge sind nicht unbedingt so, wie sie auf den ersten Blick erscheinen; der Anbau und Verkauf von Gemüse ist nur die Spitze des Eisbergs in Bezug auf den Wert von Pflanzenfabriken. Hinsichtlich der Nutzung umfassen die Typen von Pflanzenfabriken produktionsorientierte, forschungsorientierte und ausstellungsorientierte. Unter diesen geht der Wert der forschungs- und ausstellungsorientierten Typen weit über das hinaus, was durch Geschäftsmodelle gemessen werden kann.

Die Menschen sind wahrscheinlich immer noch erschüttert von der beispiellosen Hitzewelle im August, der schlimmsten seit 61 Jahren. Niemand im gesamten Einzugsgebiet des Jangtse entkam der sengenden Hitze, die Ende Juni begann. Anhaltende hohe Temperaturen und Dürre verursachten schwere Katastrophen in mehreren Provinzen und Städten, darunter Sichuan, Chongqing, Hubei, Hunan, Jiangxi und Anhui. Anhaltende Waldbrände in Bezirken und Kreisen von Chongqing wie Jiangjin, Dazu, Tongliang, Banan und Beibei führten zu enormen Verlusten.

Begleitet wurde dies von einer extrem angespannten Stromversorgung. Aus Notwendigkeit implementierten mehrere Provinzen und Städte Maßnahmen wie Stromrationierung für Bürogebäude, Einstellung des Betriebs von Einkaufszentren und Stilllegung von Fabriken.

In China stammen 75 % des Stroms aus der Kohleverstromung. Der Kohleabbauprozess verursacht Verschmutzung, daher können die Umweltsanierungskosten im Zusammenhang mit dem Stromverbrauch von Pflanzenfabriken nicht ignoriert werden. Angesichts des globalen Energiemangels ist es zudem wichtiger, große Mengen knapper Erdressourcen zu verbrauchen oder technische Reserven aufzubauen, um die Versorgung unter unsicheren zukünftigen Bedingungen sicherzustellen?

Als Reaktion darauf schlug Bai Baosuo, Gründer von Future Smart Agriculture, eine Messmethode vor: Konzentrieren Sie sich nicht nur auf Pflanzenfabriken; berücksichtigen Sie stattdessen umfassend sowohl die Freilandlandwirtschaft als auch Pflanzenfabriken und bewerten Sie den Gesamtenergieverbrauch vom Produktionsort bis zum Tisch.

Wang Xiaoqing, Gründer von Shuimu Jiutian, teilt diese Denkweise. Als er vor acht Jahren in den Agrarsektor einstieg, fiel es ihm schwer zu erkennen, welches Landwirtschaftsmodell das beste war. Daher entwickelte er einen Verifizierungsstandard, der Qualität, Kosten, Ertrag und nachhaltige Entwicklung (mit Indikatoren wie CO2-Fußabdruck, Wasser, Düngemitteln und Pestiziden) umfassend bewertet.

Dr. Sun Chaohua ist der Ansicht, dass die Produktionsmethode von Pflanzenfabriken selbst nahezu umweltfreundlich ist. Sie erläutert dies aus vier Perspektiven:

• Die Nährlösung wird recycelt und bedarfsgerecht zugeführt, wobei Abwasserprobleme selten auftreten;

• Substrate oder Schwämme sind biologisch abbaubar;

• Die Bestrahlung in einer geschlossenen Umgebung verursacht keine Lichtverschmutzung;

• Strukturkomponenten bestehen aus Aluminiumlegierung und Edelstahl, ohne Risiko einer Verschmutzung durch Plastikabbau.

Die landwirtschaftliche Produktion im Freiland hat keine natürlichen Schadstoffe; ihre Verschmutzung stammt hauptsächlich vom intensiven Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden während des Anbaus, was der Bodenumwelt großen Schaden zufügt. Insbesondere liegen Chinas gesamte Düngemittelproduktion und -verbrauch seit langem an erster Stelle weltweit und machen etwa ein Drittel des globalen Gesamtvolumens aus. Daher sind einige Branchenexperten der Ansicht, dass „die diffuse und punktuelle Verschmutzung durch die chinesische Landwirtschaft höher ist als die der Industrie“.

Die Wassersparfähigkeit von Pflanzenfabriken ist besonders herausragend. Laut dem FAO-Bericht „Der Zustand der Ernährung und der Landwirtschaft 2020“ macht die landwirtschaftliche Wassernutzung 70 % des globalen Verbrauchs an Wasserressourcen aus. Pflanzenfabriken können Wasserressourcen recyceln, um Verschwendung zu vermeiden. Dr. Sun Chaohua führte entsprechende Berechnungen durch: Der Wasserverbrauch für einen Kopf Salat während eines Wachstumszyklus beträgt 2 L, während der Anbau im Freiland 222 L erfordert, was bedeutet, dass die Wassersparquote von Pflanzenfabriken 90 % erreichen kann.

Nehmen wir Singapur als Beispiel. Von allen Seiten vom Meer umgeben, leidet Singapur unter extremer Knappheit an Süßwasserressourcen, von denen die meisten aus dem Nachbarland Malaysia importiert werden müssen. Doch dank vertikaler Farmen in seinen Gebäudekomplexen ist Singapur zu einer „Gartenstadt“ mit 50 % Grünflächenbedeckung geworden, einer Agrarmacht, die pro 5 Quadratmeter jährlich 38.000 Köpfe Gemüse produziert. Dies zeigt deutlich, dass die Wassersparfähigkeit moderner Indoor-Anbaumethoden die Vorstellungskraft übersteigt.

Bei Gemüse aus der traditionellen Landwirtschaft sind Verluste durch lange Transportwege und Verschmutzung durch LKW-Abgase auf dem Weg vom Feld zum Tisch unvermeidlich. Es gibt Verluste beim Transport, bei der Reinigung und Verarbeitung, wobei „nur etwa 30 % bis 60 % eines Pfunds Gemüse schließlich auf den Tisch kommen“, während Pflanzenfabriken eine flexible Standortwahl haben, wodurch sie eine große Anzahl leerstehender stillgelegter Fabriken und nachts ungenutzte Energie im Zuge der Urbanisierung revitalisieren und so „lokale Produktion und lokalen Verkauf“ erreichen können. Bai Baosuo schlug ferner vor, dass in Pflanzenfabriken produziertes Gemüse keinen Küchenabfall erzeugt; außer den Wurzelsystemen ist alles verwendbar, mit einer Nutzungsrate von über 95 %.

Insgesamt verbrauchen Pflanzenfabriken hauptsächlich elektrische Energie, aber sie senken den Energieverbrauch in Bereichen wie der Reduzierung von Transportstufen und der Wiederverwendung von Wasser und Düngemitteln.

Unter umfassender Berücksichtigung verschiedener Faktoren könnte das Problem des Energieverbrauchs von Pflanzenfabriken im theoretischen Sinne bis zu einem gewissen Grad gelindert werden. Die entsprechenden Forschungen zu Pflanzenfabriken beginnen mit der Reduzierung des Energieverbrauchs und der Senkung der Kosten, um sie für den Markt akzeptabler zu machen, was auch ein entscheidender Schritt im Entwicklungsprozess von Pflanzenfabriken ist.

35 Doukombiniert Standpunkte verschiedener Akteure der Branche, und es gibt die folgenden Richtungen zur Lösung des Problems des hohen Energieverbrauchs:

Erstens, die Effizienz der photoelektrischen Umwandlung verbessern.Durch die Optimierung des Designs von Lichtquellen, Spektrum, Umgebung usw. wird die Nutzung der Lichtquellen optimiert. Li Peng erwähnte: „Einfach ausgedrückt, wie viel Strom nach der Einspeisung in Licht umgewandelt werden kann; derzeit kann dies 50–60 % erreichen, während es zuvor nur etwa 10–20 % betrug.“

Zweitens: Nutzen Sie Strom in Schwachlastzeiten. Die Strompreise hängen vom Verbrauchsniveau ab; Industriestrom ist nachts günstiger als tagsüber. Pflanzenfabriken durchbrechen den Wachstumsrhythmus der Kulturpflanzen und können den Strom in Schwachlastzeiten nachts nutzen, um Lichtquellen für das Pflanzenwachstum zu ergänzen und anzupassen. Dies senkt nicht nur die Stromkosten der Pflanzenfabriken, sondern trägt auch zur Lastglättung im gesamten Energiesystem bei und verbessert die Energieeffizienz.

Drittens sind auch einige Maßnahmen zur Stromeinsparung erforderlich. Dr. Sun Chaohua analysierte, dass verschiedene Kulturen unterschiedliche Lichtumgebungen benötigen; es ist nicht unbedingt wahr, dass je länger die Photoperiode, desto besser die Wachstumsqualität oder desto schneller die Wachstumsgeschwindigkeit. Pflanzenfabriken können das optimale Gleichgewicht zwischen Licht und Pflanzenwachstum finden und den effizientesten Modus des Stromverbrauchs identifizieren.

Viertens: Die Nutzung sauberer Energie aktiv erforschen. Beispielsweise ist die Anwendung von solarphotovoltaischen Stromerzeugungssystemen, Windenergie, Wasserkraft oder Biomasseenergie und anderen relativ umweltschutzfreundlichen Stromerzeugungsmethoden zu einem heißen Thema in der Forschung zu Pflanzenfabriken geworden.

Zum Beispiel kooperierte die Landwirtschaftliche Wirtschaftsentwicklungszone Pinghu mit der State Grid Pinghu Stromversorgungsgesellschaft. Das Stromversorgungsunternehmen entwickelte maßgeschneidert ein neues integriertes Wasserstoff-Licht-Speicher-Lade-Energiesystem für Dongyu Fruit Industry, ein Unternehmen im Park, um die Kohlenstoffemissionen und Stromkosten der Pflanzenfabriken zu senken. Dem Vernehmen nach umfasst das Projekt den Aufbau eines Wasserstoff-Stromerzeugungssystems und einer Energiespeicherstation. Die Pflanzenfabrik nutzt tagsüber Strom aus Wasserstoff- oder Photovoltaikerzeugung und nachts gespeicherten Strom aus der Energiespeicherstation, wodurch eine emissionsfreie Stromnutzung erreicht wird.

Was das Problem der hohen Baukosten betrifft, sollten nach Möglichkeit gewöhnliche zivile Materialien und Ausrüstungen ausgewählt werden. Tatsächlich sind die aktuellen Baukosten im Vergleich zur Vergangenheit erheblich gesunken.

Li Peng erklärte: „Die aktuellen Kosten könnten nur ein Hundertstel der früheren betragen, wobei die Materialien für die Chipproduktion auf einige Hundertstel des vorherigen Niveaus gesunken sind.“ Bai Baosuo wies ebenfalls darauf hin, dass die Kosten mit der kontinuierlichen Verbesserung der Ausrüstung jährlich um 10–20 % sinken werden.

Es ist zu beachten, dass in den Betriebskosten von Pflanzenfabriken die Arbeitskosten höher sind als die Stromkosten und allgemein 30–40 % der Gesamtkosten ausmachen. Derzeit haben viele Pflanzenfabriken den Arbeitseinsatz durch automatisierte Produktionsmethoden reduziert.

Auf der kürzlich abgeschlossenen 29. chinesischen Landwirtschafts-High-Tech-Messe in Yangling setzten Aussteller aus Pflanzenfabriken ein vollautomatisches vertikales landwirtschaftliches Produktionssystem ein. Es gab keine manuelle Arbeit auf der gesamten Pflanzproduktionslinie; Geräte wie Roboter, Shuttlewagen und Aufzüge erhielten intelligente Rechenanweisungen von Computern und ersetzten die manuelle Arbeit bei Prozessen wie Säen, Umpflanzen und Management, wodurch wirklich eine unbemannte Verwaltung erreicht wurde.

Im Vergleich dazu sind die Arbeitskostenaufwendungen in der traditionellen Landwirtschaft nicht unerheblich, und es bestehen auch Probleme wie eine geringe Arbeitseffizienz des Personals und hohe Ressourcenverschwendungsraten, wodurch es schwierig ist, die Produktionseffizienz durch intelligente Mittel zu steigern.

Zhan Zhuo, General Manager von Sanan Optoelectronics, erklärte in einem Medieninterview: „Wir glauben optimistisch, dass 2025 sehr wahrscheinlich das Gründungsjahr für Pflanzenfabriken sein wird. Dies umfasst zwei Hauptfaktoren: Erstens verbessert sich die Lichtausbeute der LED-Technologie mit einer Rate von 5–8 % pro Jahr; zweitens sind die Kosten für Pflanzenfabriken dank der Verbesserung der gesamten Systemtechnologie in den letzten Jahren erheblich gesunken. Im Gegensatz dazu steigen in der traditionellen Landwirtschaft die Arbeitskosten, die Landkosten sowie die Transport- und Umweltkosten schrittweise an. Es wird erwartet, dass sich die Kosten dieser beiden landwirtschaftlichen Produktionsmethoden bis 2025 nahezu angleichen werden.“

Neben Kostensenkung und Energieeinsparung hat die Erkundung von Anwendungsszenarien und Geschäftsmodellen für Pflanzenfabriken auch Bedeutung für die nachhaltige Entwicklung.

Hinsichtlich der Kulturkategorien beschränken sich produktionsorientierte Pflanzenfabriken nicht auf gewöhnliches Gemüse; stattdessen zielen sie auf den Hochpreissektor ab und produzieren ertragreiche Nutzpflanzen mit hoher Wertschöpfung sowie funktionale Produkte.

Viele Pflanzenfabriken haben inzwischen Technologien für den Indoor-Anbau und Anlagenausstattungen für hochwertschöpfende Kulturpflanzensorten entwickelt, darunter Heidelbeeren, Obstbäume, Paprika, Gurken, Tomaten, Blumen, Teeblätter und spezielle wertvolle Heilkräuter. Die angebauten Kulturkategorien haben sich von Gemüse auf Dendrobium, Anoectochilus roxburghii, essbare Blumen, Obstbäume, Teeblätter usw. ausgeweitet.

Li Peng betonte, dass ein breiteres Anwendungsszenario für Pflanzenfabriken darin besteht, ihre industrialisierten Produktionsmethoden zu nutzen, um die Gleichmäßigkeit des Anbaus, den Ertrag und die Produktionseffizienz zu verbessern, und so eine standardisierte Produktion von Nutzpflanzen wie chinesischen Heilkräutern und Setzlingen zu erreichen.

Einerseits können Pflanzenfabriken die Produktionszeit von traditionellen chinesischen Arzneimitteln verkürzen. „Die Produktion, die im Freien zehn bis mehrere Monate oder sogar zwanzig bis dreißig Monate dauert, kann in einer Pflanzenfabrik mindestens halbiert werden.“ Andererseits haben Pflanzenfabriken einen sehr deutlichen Effekt auf die Erhöhung des Gehalts an Wirkstoffen in traditionellen chinesischen Arzneimitteln. „Durch Umwelt- und Techniksteuerung werden die wirksamen Komponenten in chinesischen Heilkräutern erhöht, was eine gezielte und präzise Produktion chinesischer Heilkräuter ermöglicht.“

Sämlingszucht, Bildquelle: Guangming Mutterhafen

Im Bereich der Züchtung haben Pflanzenfabriken ein großes Potenzial, die Züchtungszyklen von Kulturpflanzen zu verkürzen.Der Hauptgrund für den technologischen Engpass in der Züchtung ist der lange Zyklus; die Kultivierung einer Sorte mit hervorragenden Eigenschaften dauert normalerweise sieben bis acht Jahre oder sogar mehr als zehn Jahre. Pflanzenfabriken simulieren jedoch die natürlichen Eigenschaften verschiedener Regionen durch intelligente Geräte, verbessern die Übereinstimmung und Anpassungsfähigkeit zwischen Samen und Umwelt und können den Zyklus auf zwei bis drei Jahre verkürzen.

Der Wachstumszyklus von Reis, der in Pflanzenfabriken angebaut wird, wird ebenfalls erheblich verkürzt.Zum Beispiel arbeitete das innovative Team des Instituts für städtische Landwirtschaft der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften mit dem Team von Akademiker Qian Qian vom Chinesischen Nationalen Institut für Reisforschung zusammen, um einen wichtigen Durchbruch bei der Ernte von in Pflanzenfabriken gepflanztem Reis in etwa 60 Tagen zu erzielen, was die Hälfte des Wachstumszyklus von etwa 120 Tagen für Reis in Freilandumgebungen entspricht.

Viele Pflanzenfabrik-Unternehmen innovieren auch aktiv in ihren Geschäftsmodellen und erkunden weitere Möglichkeiten.

Future Smart Agriculture zielt auf den geschlossenen Kreislauf der Industrie von Pflanzenfabriken ab. In der Anfangsphase kann sie die Planung und das Design von Pflanzenfabriken übernehmen und ein komplettes Set an Lösungsangeboten für Geräte bereitstellen; nach dem Bau bietet sie das operative Management von Pflanzenfabriken und Beratungsdienste für Fernanbautechnologien an. Sie hat sogar eine Abteilung für frische Produkte eingerichtet, um die Anbindung an Verkaufsplattformen zu unterstützen. Bai Baosuo gab an, dass das Unternehmen in Zukunft auch in die Massenproduktion einsteigen wird und sich derzeit in der Phase der Standortauswahl befindet. Das von Sanan Optoelectronics erweiterte Geschäftsmodell umfasst Markenaufbau, Vertriebskanal-Erweiterung, Integration mit neuen Einzelhandelsformaten und Kombination mit Kulturtourismus.

Gibt es also profitable Pflanzenfabriken auf dem Markt und wie lange dauert es, die Kosten wieder hereinzuholen? Berichten zufolge sind 25 % der Pflanzenfabriken in Japan profitabel und 32,9 % erreichen die Gewinnschwelle. Li Peng ist der Ansicht, dass „bei Pflanzenfabriken mit einer Fläche von mehr als 3.000 Quadratmetern in einem guten Markt etwa 3 bis 4 Jahre benötigt werden, um die Kosten zu decken“.

Die Landwirtschaft muss sich wie die Industrie hin zur fabrikmäßigen Produktion entwickeln. In China haben Getreidekulturen bereits eine teilweise Mechanisierung und Automatisierung erreicht; der nächste Schritt besteht darin, Pflanzenfabriken zu nutzen, um eine fabrikmäßige, mechanisierte, automatisierte und sogar informatisierte Produktion von Gemüse zu erreichen.

Wang Xiaoqing, Gründer von Shuimu Jiutian, schlug vor: Landwirtschaft, Gesundheitswesen und Bildung sind die drei Grundlinien der Gesellschaft; sie können nicht rein kommerziell bewertet werden, sondern sollten wirtschaftlichen Wert, ökologischen Wert und sozialen Wert umfassend berücksichtigen.

Natürlich gibt es noch weitere dringende Probleme: ein starker Bevölkerungszuwachs, eine steigende Nachfrage nach Lebensmittelsicherheit, eine rapide Abnahme der Ackerflächen und ein kontinuierlicher Rückgang der Arbeitskräfte in der Landwirtschaft... Die Menschheit braucht neue Wege zur Produktion von Agrarprodukten, und Pflanzenfabriken sind eine effektive Lösung.

„Sie existiert aus demselben Grund, aus dem sie geschaffen wurde.“ Wie Li Peng sagte, werden Pflanzenfabriken zu einem wichtigen Teil der zukünftigen Landwirtschaft werden.

Vielleicht sind die wandernde Erde und die interstellare Migration weit von uns entfernt, aber vor dem Hintergrund globaler Nahrungsmittelkrisen und sich überschneidender Pandemien sind Pflanzenfabriken mit künstlichem Licht nicht nur eine neue Lösung zur Sicherung der städtischen Versorgung, sondern repräsentieren auch die Produktionsmethode der zukünftigen Landwirtschaft. Ihre größere Bedeutung liegt darin, eines der wichtigen Projekte zu sein, um die Menschheit vor dem Aussterben zu retten.

Daher haben wir selbst heute, wenn die Sonne noch hell scheint und der Himmel weit ist, bereits verrückte Träumer gesehen, die Pflanzenfabriken mit künstlichem Licht als Lebenskapseln entworfen haben, die Naturkatastrophen wie Erdbeben, Schneestürme und extreme Dürre standhalten können.

Sie kann überall produzieren, das ganze Jahr über ohne Unterbrechung.Dies bietet auch einen neuen Raum für die Vorstellungskraft, um das Ernährungsproblem von 9,8 Milliarden Menschen weltweit bis 2050 zu lösen.