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Nahrungsmittelversorgung der Zukunft

Klimawandel fordert neue Wege

Weltpremiere des Antarktis-Gewächshauses EDEN-ISS

Die weltweite Nahrungsmittelproduktion ist eine der zentralen gesellschaftlichen Herausforderungen im 21. Jahrhundert.

Eine steigende Weltbevölkerung bei gleichzeitigen Umwälzungen durch den Klimawandel fordern neue Wege, um Nutzpflanzen auch in klimatisch ungünstigen Regionen kultivieren zu können. Für Wüsten und Gebiete mit tiefen Temperaturen wie auch bei Weltraummissionen zu Mond und Mars ermöglicht ein geschlossenes Gewächshaus von Wetter, Sonne und Jahreszeit unabhängige Ernten sowie weniger Wasserverbrauch und den Verzicht auf Pestizide und Insektizide. Mit dem Projekt EDEN-ISS geht solch ein Modell-Gewächshaus der Zukunft Ende 2017 für ein Jahr unter antarktischen Extrembedingungen in die Langzeiterprobung. Am 07. Juli 2017 wurde das weltweit einmalige Antarktis-Gewächshaus beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Standort Bremen erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt.

"Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts EDEN-ISS betreibt das DLR anwendungsbezogene Forschung, bei der Nahrungsmittelproduktion auf der Erde und in der bemannten Raumfahrt neue Impulse setzt", sagt Prof. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und -technologie. "Dabei treiben wir eine Schlüsseltechnologie voran, die Bewohnern klimatisch anspruchsvoller Regionen, wie zum Beispiel in der Antarktis, eine hochwertige, frische Ernährung ermöglicht ebenso wie Astronauten bei zukünftigen Langzeitmissionen."

Ein Jahr im ewigen Eis

Im Dezember 2017 wird DLR-Wissenschaftler Paul Zabel für ein Jahr mit dem Gewächshaus EDEN-ISS in die Antarktis ziehen und dort zur Überwinterungscrew der vom Alfred Wegener Institut (AWI) betriebenen Antarktisstation Neumayer III gehören. "Gurken, Radieschen, Paprika, Salate und Kräuter gedeihen bereits jetzt beim Testlauf in Bremen", sagt Projektleiter Daniel Schubert vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme. "Unter speziellem künstlichem Licht, wohl temperiert und ohne Erde nur vonausgesuchten Nährlösungen versorgt, können wir die Pflanzen schneller und produktiver als in ihrem natürlichen Umfeld wachsen lassen." Die gesunde Kost und innovative Technik soll ganz praktisch den Speiseplan der Überwinterer auf Neumayer III bereichern und gleichzeitig das Versorgungsszenario einer bemannten Marsmission nachempfinden. "Neben der Erprobung der Pflanzenzucht sind wir auch interessiert, wie die Mannschaft der Station auf die frische Bereicherung des Nahrungsangebots reagiert", so Schubert weiter. "Besondere Freude wird es sicher über die Erdbeeren geben."

Paul Zabel ist schon sehr gespannt auf seinen ausgedehnten Ausseneinsatz, der ihn gefühlt sehr weit von der Heimat in Deutschland wegbringt. "Wir können in der Polarnacht ja keine Sonne sehen, sind tausende Kilometer entfernt ohne schnelle Rückkehrmöglichkeit", sagt Zabel. "Da fühlt man sich tatsächlich ein wenig, als wenn man die Reise auf einen anderen Planeten antritt."

Aussenposten in der Antarktis

Trotz beschwerlicher Bedingungen in der Antarktis leben und arbeiten ganzjährig Wissenschaftler in der Neumayer-Station III. Die Station auf dem Ekström-Schelfeis im atlantischen Sektor der Antarktis ist die Basis für die deutsche Antarktisforschung. Im antarktischen Sommer befinden sich bis zu 50 Menschen an der Station - im Winter wird es leerer: Dann sind normalerweise nur noch neun Personen vor Ort, ein Koch, drei Ingenieure, ein Arzt und vier Wissenschaftler. In dem kommenden Überwinterungsteam wird Paul Zabel als zehntes Mitglied hinzukommen. In der Zeit vom 21. Mai bis zum 22. Juli kommt die Sonne nicht über den Horizont - es herrscht Polarnacht, lediglich mit einer kurzen Dämmerungsphase um die Mittagszeit. Der bisherige Kälterekord an der Neumayer-Station III beträgt minus 50,2 Grad Celsius.

"Die Versorgung mit Proviant erfolgt einmal jährlich um Weihnachten herum mit dem Schiff. Dann werden etwa 60 Tonnen Lebensmittel und Getränke in sechs Containern angeliefert. So weit wie möglich wird Gemüse und Obst für die Isolationsphase im Winter als Tiefkühlware verwendet", sagt der langjährige Stationsleiter Dr. Eberhard Kohlberg. In der sogenannten Sommersaison von November bis Februar erfolgt zusätzlich in 3 bis 4-wöchigen Abständen noch eine Versorgung mit frischem Obst, Gemüse und Salat aus Südafrika auf dem Luftweg. Die letzte derartige Frischproviantlieferung gelangt Ende Februar zur Station. Dann gibt es für Monate keinen frischen Salat oder frische Tomaten und Gurken. Nur ein paar Obstsorten, die länger haltbar sind, reichen bis in den Mai. Lediglich Kartoffeln und Zwiebeln sind länger lagerbar. "Umso mehr wird dann die erste frische Lieferung von Salat und Tomaten im November erwartet", sagt Kohlberg.

Made in Antarctica: Pflanzenzucht ohne Erde mit künstlichem Licht

Aeroponik ist das Zauberwort für Gärtnerei unter antarktischen Bedingungen, die nun den Speiseplan der Crew bereichern soll. Bei dieser Technik werden Pflanzen ohne Erde steril kultiviert und computergesteuert mit einem Wasser-Nährstoffgemisch besprüht. Die Luft im Gewächshaus passen die Forscher ebenfalls den Bedürfnissen der Pflanzen bestmöglich an. "Der CO2-Gehalt wird gesteigert, mit speziellen Filtern reinigen wir die Luft von Pilzspuren und Keimen und betreiben eine Anlage zur LuftsteriliStation mittels UV-Strahlung", so Projektleiter Schubert. "Damit können wir eine rein biologische Züchtung ermöglichen, die ohne Insektizide und Pestizide auskommt." Wie auf einer Raumstation hat das Gewächshaus einen vollständig geschlossenen Luftkreislauf, inklusive einer Schleuse, durch die Paul Zabel Tag für Tag das Gewächshaus betreten wird. Der geschlossene Kreislauf ermöglicht zudem, sämtliches Wasser, das die Pflanzen an die Luft abgeben, wieder aufzufangen und ihnen erneut zuzuführen.

Die künstliche Sonne in der Polarnacht ist ein Cocktail aus blauem, rotem und weissem Licht, der Behälter und Gewächse violett schimmern lässt. Die Pflanzen sind in einem angedeuteten Tag-Nacht Rhythmus 16 Stunden lang beleuchtet und bekommen anschliessend acht Stunden Nachtruhe ohne Licht. Wassergekühlte LED-Systeme, bei denen jede LED und deren Lichtwellenlänge einzeln über einen Computer angesteuert werden kann, lassen jede Pflanzenart individuell am effektivsten wachsen.

Internationale Zusammenarbeit bei EDEN-ISS

Das Projekt EDEN-ISS wird in Zusammenarbeit mit dem Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) im Rahmen einer Überwinterungsmission auf der deutschen Antarktisstation Neumayer III realisiert. Damit das Gewächshaus in der Antarktis funktioniert, arbeiten unter der Leitung des DLR zahlreiche weitere internationale Partner in einem Forschungskonsortium zusammen: Wageningen University and Research (Niederlande), Airbus Defense and Space (Deutschland), LIQUIFER Systems Group (Österreich), National Research Council (Italien), University of Guelph (Kanada), Enginsoft (Italien), Thales Alenia Space Italia (Italien), AeroCosmo (Italien), Heliospectra (Schweden), Limerick Institute of Technology (Irland), Telespazio (Italien) sowie die University of Florida (USA). Finanziert wird das Projekt aus Mitteln des Europäischen Forschungsrahmenprogramms Horizon 2020 unter der Projektnummer 636501.

Neumayer-Station III in der Antarktis

Für ein Jahr wird die Neumayer-Station III des Alfred-Wegener-Instituts die Heimat von DLR-Ingenieur Paul Zabel sein. Ab Dezember 2017 wird er dort für das Projekt EDEN-ISS ein Gewächshaus aufbauen und betreiben.

Quelle: Text Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR , 7. Juli 2017

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