Yang Qichang: Was können Pflanzenfabriken uns bringen? | CCTV2 „Chinesisches Wirtschaftsfestival"

Extremwetter und Naturkatastrophen wie hohe Temperaturen, Dürren, Starkregen und Hochwasser beeinflussen kontinuierlich die globale Nahrungsmittelproduktion und -qualität. Die Frage, wie das Ernährungsproblem der Menschen weltweit in Zukunft gelöst werden kann, ist zu einer großen Herausforderung geworden, der sich die gesamte Menschheit stellen muss. Das Aufkommen von Pflanzenfabriken bietet uns einen vielversprechenden Lösungsweg.

Mit welchen magischen Technologien simulieren Pflanzenfabriken natürliche Umgebungen und was macht die von ihnen angebauten Kulturen besonders? Wie entwickelt sich der Stand der Pflanzenfabriken in China derzeit? Am 9. Oktober 2022 lud die chinesische Wirtschaftsvorlesungsreihe Yang Qichang, Forscher am Institut für urbane Landwirtschaft der Chinesischen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften und Chefwissenschaftler intelligenter Pflanzenfabriken, ein, um Ihnen detailliert zu erläutern, was uns Pflanzenfabriken bringen können.

Yang Qichang, Forscher am Institut für urbane Landwirtschaft der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften und leitender Wissenschaftler für intelligente Pflanzenfabriken. Er hat sich lange mit wissenschaftlicher Forschung im Bereich der Gewächshauslandtechnik beschäftigt und zahlreiche innovative Ergebnisse in intelligenten Pflanzenfabriken, vertikaler intelligenter Landwirtschaft, kostengünstigen Lösungen sowie der industriellen Produktion von Blattgemüse erzielt, wodurch er einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung eines Kern-Technologiesystems für Pflanzenfabriken mit eigenständigen chinesischen Patentrechten geleistet hat.

植物工厂无需泥土不洒农药，不受自然环境影响，通过模拟植物所需的光照、温度、营养等要素，在完全工厂化的条件下进行连续生产。它可以建在、荒漠、戈壁、海岛、水面、摩天大楼等各种地点，甚至在地球以外也能大显身手，是航天工程星际探索中实现食物自己的重要手段。作为设施农业的高级阶段，植物工厂不仅能为保障居民菜篮子的供应提供有效补充，也能成为农民致富和产业振兴的重要抓手。

Pflanzenfabriken gelten als eine Umwälzung traditioneller landwirtschaftlicher Methoden und repräsentieren die zukünftige Richtung der Landwirtschaft. Sie erfordern eine vollständig kontrollierbare Umgebung und haben drei Kernelemente: Erstens müssen künstliche Lichtquellen das Sonnenlicht ersetzen, und die Nährstofflösungskultur muss den Boden ersetzen; Zweitens eine kontrollierbare Temperatur-, Feuchtigkeits- und Kohlendioxidumgebung; Drittens sind intelligente Geräte erforderlich. Mit diesen drei Kernelementen kann die Lebensmittelproduktion unter Fabrikbedingungen erfolgen.

Zuerst müssen die Samen vorbereitet und dann in ein Loch-Keimlingsbrett gesät werden. Durch einen 2~3-tägigen Keimprozess werden die Samen zu kleinen Sämlingen, die anschließend zur weiteren Aufzucht in den Jungpflanzenraum gebracht werden.

Nach 12 bis 14 Tagen, sobald die Setzlinge gewachsen sind, können sie in Anbauwannen umgepflanzt und in den Anbaubetrieb verbracht werden.

Nach etwa 20 bis 22 Tagen, wenn Blattgemüse wie Salat ein Gewicht von etwa 100 bis 120 Gramm erreicht hat, können es geerntet, verpackt und auf den Markt gebracht werden. Theoretisch können fast alle Kulturen unter Bedingungen einer Pflanzenfabrik produziert werden.

Seit dem 21. Jahrhundert stehen wir vor verschiedenen Herausforderungen, einschließlich des Bevölkerungswachstums, der Verringerung des Ackerlandes und der starken Alterung der landwirtschaftlichen Arbeitskräfte. Diese drei Herausforderungen stellen eine ernsthafte Bedrohung für unsere Ernährungssicherheit und Nahrungsmittelversorgung dar.

Pflanzenfabriken haben einige wirksame Wege für unsere zukünftige Ernährungssicherheit gefunden. Wir können die Produktionskapazität von Lebensmitteln erheblich steigern; im Vergleich zum Land kann der Ertrag pro Flächeneinheit von Pflanzenfabriken mehr als das 40-fache des Landes erreichen.

Wenn wir in Zukunft ein vertikales Agrargebäude von etwa 30 Stockwerken bauen, sagen wir 30×40, dann erreichen wir eine Produktionskapazität von ungefähr dem 1200-fachen.

Eine Pflanzenfabrik entspricht der Lebensmittelproduktion in einer industrialisierten Umgebung und nutzt viele mechanisierte und automatisierte technische Methoden. Dies macht die Arbeit relativ einfach und zieht eine große Anzahl junger Menschen an, sich der Landwirtschaft zu widmen.

Ein weiterer Punkt, der alle sehr beschäftigt, ist die Existenz einiger falscher Ansichten in der Gesellschaft, die behaupten, dass Gemüse aus Pflanzenfabriken oder durch Nährstofflösung-Kultivierung schädlich sei. Tatsächlich haben wir viele Daten getestet: Rückstände von 221 Arten von Pestiziden waren alle null, Rückstände mehrerer Schwermetalle waren ebenfalls null, einige krankheitserregende Mikroorganismen waren ebenfalls null. Daher kann das in unseren Pflanzenfabriken produzierte Gemüse bedenkenlos verzehrt werden.

Pflanzenfabriken sind auch ein sehr wichtiges Unterstützungsmittel für die zukünftige Entwicklung unserer Städte. Wenn wir in Orten wie Gemeinden und Haushalten über gewisse Fähigkeiten zur Selbstversorgung mit Lebensmitteln verfügen und eine Lebensmittelversorgung für einige Tage oder einen kurzen Zeitraum garantieren können, werden wir die Panik bezüglich der Lebensmittel, insbesondere frisches Gemüse, die durch verschiedene Pandemien und Naturkatastrophen verursacht wird, erheblich lindern.

Darüber hinaus können wir in speziellen Umgebungen wie Wüsten und extrem kalten Regionen oder bei der Weltraumforschung auch Pflanzenfabriken einsetzen, um einige unserer Herausforderungen bei der Lebensmittelversorgung zu lösen.

In den frühen Phasen von Pflanzenfabriken waren die angebauten Kulturen hauptsächlich Gemüse, Blumen, Früchte, funktionelle Pflanzen usw. Wie kam man auf die Idee, Reis anzubauen? Yang Qichang sagte: „Einmal hatte der Akademiker Qian der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einige sehr zwergartige Reissorten und wünschte sich besonders, diese für eine mehrstufige vertikale Kultivierung zu verwenden. Später stellten wir nach unseren Untersuchungen fest, dass Reis unter normalen Freilandbedingungen normalerweise mehr als 120 Tage benötigt, um geerntet zu werden, während wir mit unseren technischen Methoden in einer Pflanzenfabrik-Umgebung Reis bereits in nur 60 Tagen anbauen können. Dies ist ein sehr interessantes Ergebnis."

Unser Labor hat seine Arbeit nun abgeschlossen. Für Weizen können wir die Ernte in etwa 60 Tagen vornehmen, während der ursprüngliche Weizen über 120-150 Tage benötigte. Bei grünen Bohnen können wir jedoch ebenfalls in etwa 60 Tagen ernten. Ebenso beträgt der Zyklus für Sojabohnen, die wir derzeit anbauen, etwa 60 bis 70 Tage, sodass wir sie ebenfalls ernten können.

Die Entwicklung von Pflanzenfabriken in China begann relativ spät, mit ersten Erkundungen um 2002, was weniger als 20 Jahre umfasst. Der Weg Chinas war jedoch glatter, da wir die Ären der Natriumdampf-Hochdrucklampe und der Leuchtstofflampe effektiv übersprungen und direkt in die dritte Ära eingetreten sind, die wir LED-Ära nennen. Etwa 52% der Gesamtkosten einer Pflanzenfabrik entfallen auf den Stromverbrauch; davon entfallen 60% auf Lichtquellen und 35% auf die Klimaanlage.

Daher muss zur Lösung der wichtigsten technischen Engpässe in Pflanzenfabriken zunächst das Energieproblem der Lichtquellen und anschließend das der Klimaanlagen gelöst werden.

Im Jahr 2005, während meines Forschungsaufenthalts an der Martin-Universität in Europa, führte mich ein Kollege eines Tages in ein Labor, das LED-Leuchtplatten mit abwechselnd rotem und blauem Licht verwendete, um sehr schöne Salatpflanzen zu züchten. Das hatte einen großen Einfluss auf mich.

Wir haben festgestellt, dass vor vielen Jahren ein Pflanzenphysiologe eine Kurve zeichnete, die als Absorptionskurve des Pflanzenspektrums bezeichnet wird. Diese Kurve zeigt, dass die Hauptabsorptionsmaxima der Pflanzen im blauen Lichtbereich von 400 bis 500 Nanometern und im roten Lichtbereich von 600 bis 700 Nanometern liegen, wobei die beiden optimalen Spitzen bei 450 Nanometern und 660 Nanometern liegen. Auf dieser Grundlage können wir mit der Entwicklung von LEDs fortfahren.

Später schlugen wir das Konzept der Lichtrezepte vor und erforschten die Auswirkungen von Fernrotem Licht, UV-Licht usw. auf das Pflanzenwachstum, einschließlich der Richtung der Lichteinstrahlung: Welche Wirkung hat die Beleuchtung von unten auf das Pflanzenwachstum?

Derzeit sind die Kosten für Pflanzenfabriken immer noch relativ hoch. Ein Fallbeispiel einer kommerziellen Pflanzenfabrik in Peking mit einer Fläche von 2.400 Quadratmetern verkauft derzeit seine Produkte an bekannte Restaurants und Supermärkte in Peking. Insgesamt liegen die Kosten bei etwa 24 Yuan pro Kilogramm. In Zukunft können die Kosten durch technische Durchbrüche in Pflanzenfabriken weiter gesenkt werden.

Bezüglich des zuvor erwähnten Problems der Lichtausbeute und des Energieverbrauchs haben chinesische Wissenschaftler unermüdliche Anstrengungen unternommen. Wir haben nun den Gesamtenergieverbrauch von ursprünglich 31-42 kWh pro Kilogramm Gemüse auf etwa 8,25 kWh gesenkt. Der internationale Standard liegt derzeit immer noch über 10 kWh. Dieser technologische Durchbruch bietet daher eine hervorragende technische Grundlage für die großflächige Anwendung von Pflanzenfabriken in der Zukunft.

Der theoretische Wert, den wir berechnet haben, kann jedoch weiter sinken, auf etwa 4~5. Das bedeutet, dass in Zukunft 1 kg Gemüse mit nur 4~5 kWh Strom produziert werden kann.

另外我们还有一个很有意思的研究，就是说植物工厂里的从小苗子、长到大苗子这个过程大概有20多天的时间，小苗子很小，如果你在全生育期都用同样的一个光去照的话，其他的地方就是浪费的。如果我们把一个光聚到植物体上去照，它小的时候给它小一点，大的时候光斑大一点，这样的话我们也可以节省50%左右的能耗。

Darüber hinaus haben wir getestet, eine einzelne Laserlinie in eine Fläche umzuwandeln und diese anschließend zu diffundieren. Ihr Energieverbrauch beträgt nur 1/3 bis 1/5 des LED-Verbrauchs, weshalb Laser als eine sehr vielversprechende Lichtquelle der Zukunft gelten.

Durchbrüche in der Technologie von Pflanzenfabriken und das Aufkommen solcher Fabriken haben viele Industriezweige hervorgebracht. Zum Beispiel die Pflanzenbeleuchtungsindustrie: Derzeit macht unsere Pflanzenbeleuchtungsindustrie etwa 80-90 % des weltlichen Anteils aus. Im letzten Jahr exportierten wir Lampen im Wert von ungefähr 450 Millionen US-Dollar; der Inlandsverbrauch an Pflanzenlampen beträgt etwa 2 Milliarden Yuan. Dieses Volumen ist noch nicht groß, wird aber in Zukunft erheblich wachsen.

假想一下，我们未来可能在很多城市建立这种城市的垂直农场，比如说在北京我们建立一栋大概30层左右的垂直农场，一年的产菜的量大概是1.08万吨，就可以供应周围的4万人一年的蔬菜，所以说这个是非常可观的。

Rentner verfügen weiterhin über körperliche Fähigkeiten; in Zukunft können wir vertikale Farmen besuchen, um an Arbeitsaktivitäten teilzunehmen. Einerseits bietet dies körperliche und geistige Bewegung, andererseits bringt es greifbare Erträge. Darüber hinaus kann der Wunsch städtischer Bewohner, Landwirtschaft zu erleben, durch kompakte Heim-Gemüseanbaugeräte erfüllt werden. Dies deckt nicht nur ihren Bedarf an frischem Gemüse ab, sondern fördert auch ein Gefühl von Teilnahme, Eintauchen und Glück.

Artikelquelle: CCTV.com, zusammengestellt und veröffentlicht vom Netzwerk für landwirtschaftliche Beleuchtung.