Der Salat der Zukunft kommt von der Server-Farm

Kevin Gray 21.10.2014 Lesezeit 13 Min

Dieses Gemüse hat nie die Sonnegesehen. Es ist in einer Halle unterkünstlichem Lichtge­wachsen. In der Stadt.  Liegt dort die Zukunft der Landwirtschaft?

Um im legendären Media Lab des Massachusetts Institute of Technology (MIT) als Exzentriker durchzugehen, muss man sich wirklich anstrengen. Denn von der Sorte gibt es an diesem Ort augenscheinlich schon genug. Von der Decke hängen Plastikhaie, auf den Tischen stehen Spielzeugroboter, und die Wissenschaftler, die verzückt auf ihr unentzifferbares Tafelgekritzel starren, tragen gerne Hawaii-Hemden und exotische Backenbärte.

Green Sense Farms verspricht, in seinen Hallen nur 0,1 Prozent der Wassermenge zu verbrauchen, die konventionelle Landwirtschaft benötigt.

Doch Caleb Harper gelingt es sogar, in diesem Umfeld aufzufallen. Während seine Kollegen über künstliche Intelligenz forschen, faltbare Autos entwickeln und neue 3D-Bildgebungsverfahren, konzentriert sich Harper auf … Salat.

Er hat das Foyer seines Labors in einen Hightech-Garten verwandelt, der wie aus einem Science-Fiction-Film aussieht. Verschiedene Salatsorten wachsen darin, dazu Brokkoli, Tomaten und Basilikum. Die Pflanzen sind in blau-rotes LED-Licht getaucht und befinden sich in Regalkonstruktionen, die an einer transparenten Außenwand aufgehängt sind, die wiederum die Form eines modernen Bürogebäudes nachempfinden soll. Wenn es nach Harper geht, könnten eines Tages ganze Innenstädte so aussehen, mit Häuserfassaden aus futuristischen Gemüsegärten.
„Ich glaube daran, dass wir die Welt verändern können und die Art, woher wir Menschen unsere Nahrung bekommen“, sagt der 34-jährige Harper, ein groß gewachsener, stämmiger Mann in Cowboystiefeln.

Das Potenzial für urban farming ist enorm, die Ideen für landwirtschaftliche Produktion in der Stadt sind nicht alle Quatsch.

Caleb Harper


Verstand man anfänglich unter urban farming noch das eher skurrile Begrünen von städtischen Brachflächen oder Gemüseanbau auf Industrieruinendächern, hat eine echte Innovationsphase begonnen, die von ernst zu nehmenden Denkern und Machern wie Caleb Harper bestimmt wird.

Als Initiator des CityFARM-Projekts des MIT beschäftigt Harper sich mit der Frage, wie man mit datenwissenschaftlichen Mitteln Ernteerträge steigern kann.
In dem Laborgarten ermitteln Sensoren für jede Pflanze den Bedarf an Wasser, Nährstoffen und CO². Harper experimentiert zudem mit der Lichtzufuhr: um die Wellenlängen zu ermitteln, bei der die Fotosynthese optimal abläuft, aber auch, um den Geschmack der Pflanzen zu verändern.

Harpers Konzept soll nicht nur die ökonomischen Grundlagen der Landwirtschaft revolutionieren, sondern auch der Umwelt helfen. Indem man Licht, Luftfeuchtigkeit und Nährstoffe ganz exakt dosiert, könne man den Wasserverbrauch der Argrarwirtschaft um bis zu 98 Prozent senken, glaubt Caleb Harper. Das Pflanzenwachstum will er ums Vierfache beschleunigen, chemische Düngemittel und Pestizide überflüssig machen und den Nährgehalt des Gemüses verdoppeln. Und laut Harper soll es sogar besser schmecken.

Nahrungsmittel bringen ein Problem mit sich: Bevor sie als Essen auf unseren Tischen landen, wurden die Zutaten oft Tausende von Kilometer weit hertransportiert, Tomaten aus Holland, Salat aus Spanien, exotische Früchte aus Asien. Das Heidelberger Institut für Energie- und Umweltforschung hat den CO²-Ausstoß untersucht, der bei Produktion und Transport einzelner Lebensmittel entsteht, und dabei zeigte sich, dass der carbon footprint von Salat erheblich variiert: Ein deutscher Kopfsalat, der aus der Region stammt und auf dem Wochenmarkt gekauft wurde, hat mit nur wenigen Gramm Kohlendioxid eine vorbildliche Ökobilanz; einer, der aus Spanien herangekarrt wurde, verursacht hingegen einen CO²-Ausstoß von 250 Gramm.

Caleb Harper ist von Beruf eigentlich Architekt, sein Spezialgebiet ist der Bau kontrollierter Umgebungen: Bevor er zum Media Lab des MIT kam, hat er Datencenter und keimfreie Räume für Krankenhäuser entworfen.

Allerdings gibt es zwei Faktoren, die auch die Ökobilanz von heimischem Salat drastisch verschlechtern können. Wenn er im Winter in beheizten Gewächshäusern in Deutschland gezogen wird, fallen 500 Gramm CO² pro Salatkopf an; der britische Wissenschaftler Kevin Frediani rechnet für englischen Winter-Salat gar mit bis zu 1,8 Kilogramm CO².

Der zweite Faktor liegt beim Käufer: Ist der für den Salatkauf ins Auto gestiegen und zum Supermarkt gefahren, rechnen die Heidelberger Wissenschaftler mit 1,5 Kilogramm CO² pro Salatkopf. Um die Umweltschäden zu reduzieren, müsste das Grünzeug also rund ums Jahr unter optimalen klimatischen Bedingungen angebaut und möglichst nah bei denjenigen geerntet und verkauft werden, die es essen.

Und die werden immer mehr. Die UN rechnen damit, dass die Weltbevölkerung bis 2050 um 2,5 Milliarden Menschen anwachsen wird, und 80 Prozent von ihnen werden in Städten leben. Dort stehen die wärmeisolierten Gebäude, in denen man zu jeder Jahreszeit Salat ziehen könnte; dort sind die Märk­te, die man zu Fuß erreicht. Die Stadt ist also vielleicht tatsächlich der vernünftigste Ort, um künftig Landwirtschaft zu betreiben.

Heute werden 80 Prozent der Erdoberfläche, die landwirtschaftlich nutzbar sind, auch dafür verwendet. Viel mehr Äcker kann man nicht erschließen, jedenfalls nicht auf diesem Planeten. Dürreperioden und Überflutungen haben bereits dazu geführt, dass Ernten schrumpfen und Nahrungsmit­telpreise explodieren, und der Klimawandel wird nicht einfach aufhören. Das nötige Mehr an Nahrung für das Mehr an Menschen kann also eigentlich nur aus der Stadt kommen.

Innovative Unternehmen und ökologisch engagierte Wissenschaftler arbeiten längst an Ideen dafür. Die Nutzung von Schiffscontainern als mobiler Glashausersatz wird forciert, ebenso die Weiterentwicklung von computergestützten Steuerungsprogrammen zur
optimalen Pflanzenzucht; es wird mit Aeroponik, Aquaponik und Hydroponik experimentiert, also mit verschiedenen Anbaumethoden ohne Erde; neue Möglichkeiten werden erforscht, wie man Regenwasser effizient sammeln und mit Mikroturbinen Energie gewinnen kann. Das alles geschieht.

Es wird auf dem Gebiet viel gelogen, geblendet und versprochen

Caleb Harper

Allein: Indoor farming in der Stadt rechnet sich bislang nicht im großen Maßstab. Hauptproblem ist nach wie vor der hohe Energieverbrauch. An den Kosten dafür scheiterte etwa zuletzt das so gehypte hydroponische VertiCrop-Projekt in Vancouver, das schlicht pleiteging. „Es wird auf dem Gebiet viel gelogen, geblendet und versprochen“, sagt Caleb Harper, der auf einer Ranch in Texas aufwuchs. „Das hat dazu geführt, dass Risikokapital oft falsch eingesetzt wurde und nun Firmen bankrottgehen.“

Harper ist überzeugt, mit seinem Konzept 80 Prozent der Ener­gie­kosten einsparen zu können. Und anders als die Agrarindustrie, die ihre Saatpatente und Bewirtschaftungsmethoden strikt geheim hält, wird Harper seine Forschungsergebnisse und Methodik völlig offenlegen: Er hat vor, sie jedermann zur Verfügung zu stellen, so wie es das Fab Lab des MIT bereits mit von ihm entwickelten Laserschneidern und 3D-Druckern praktizierte.

Das Saatgut, das Harper verwendet, ist nicht genverändert: Während die Saatgutindustrie Pflanzen entwickelt, die immun sein sollen gegen äußere Einflüsse, gegen Schädlinge und widrige Klimabedingungen, hält Harper diese äußeren Einflüsse einfach raus aus seinen Laborgärten. Harper will nicht die Pflanzen optimieren, sondern die Bedingungen dafür, dass sie besser, schneller und ressourcenschonender wachsen können. Wenn man so will, glaubt Caleb Harper fest an Bio – bloß ohne Natur. Die Natur ist vielleicht nicht effizient genug für die Nahrungsbedürfnisse der Menschheit.

Viele von Harpers Methoden sind gar nicht revolutionär, kleinere Treibhäuser arbeiten bereits mit manchen davon. Neu sind vor allem der intelligente Einsatz von LEDs und die Steuerungsmöglichkeiten. Harpers Laborgarten steckt voller Sensoren, die die Luft und Temperatur messen und einen Rechner mit Daten füttern; Harper hat zudem jede Pflanze markiert, um deren Wachstum nachverfolgen zu können. „Im Laufe der Zeit“, sagt er, „wird das Gewächshaus hier immer intelligenter werden.“

 

Harpers größtes Problem ist das Licht. Zwar hat er ein System entwickelt, mit dem etwa bei grauem Himmel die LED-Leuchten die fehlende Sonneneinstrahlung ausgleichen. Bei Sonne aber heizt sich der Raum wie ein Treibhaus auf. „Pflanzen nutzen nur zehn Prozent des Lichtspektrums. Ich verbrauche zusätzlich Strom, um den Raum zu kühlen – das wirft meine gesamte Energiekalkulation über den Haufen“, sagt er. So kommt es, dass ein Kopf Salat aus seinem Laborgarten bislang den gleichen CO²-Fußabdruck hat wie einer, der von Spanien nach Deutschland transportiert wird, 250 Gramm. Nun fragt sich Harper: „Braucht es überhaupt Sonnenlicht für meine Art des Anbaus?“

Für die Experten des schwedischen LED-Entwicklers Heliospectra oder die des Großherstellers Philips ist die Sonne old school. Heliospectra etwa hat eine LED-Platine mit integriertem Rechner entwickelt, „mit der man die Pflanze befragen kann, wie es ihr geht“, sagt Heliospec­tra-Geschäftsführer Christopher Steele: „Die Pflanze informiert den Computer darüber, welche Licht­frequenz sie gerade benutzt und wie gut ihre Versorgung ist.“

Basilikum etwa, so Steele, vertrage kein blaues Licht, Wachstum wie Geschmack würden dadurch ne­­gativ beeinflusst. Tatsächlich mögen Pflanzen künstliches Licht sogar lieber als das der Sonne. Da LEDs unmittelbar über ihnen montiert werden, müssen die Pflanzen nicht mehr so viel Energie darauf verwenden, Stiele zu bilden und in die Höhe zu wachsen, um sich nach der Sonne und deren Lauf am Himmel zu strecken. Sie wachsen stattdessen in die Breite und entwickeln mehr Blätter.

 

Fünfzig Kilometer außerhalb von Chicago steht in der Kleinstadt Portage, Indiana das derzeit größte vertikale Treibhaus der Welt. Die Pflanzen, die dort wachsen, sehen nie die Sonne: Unter dem rötlichen Licht von 7000 LED-Panels produziert die Firma Green Sense Farms in zwei Gewächshallen Salat und Kräuter. „Unsere schmecken besser und sind knackiger als die herkömmlichen“, sagt Robert Colangelo, der Chef des Unternehmens.

Insgesamt 840 Wannen sind in einer acht Meter hohen Regalkonstruktion übereinandergestapelt, statt in Torf wachsen die Pflanzen in gemahlenen Kokosnussschalen und werden mit nährstoffange­reichertem Wasser getränkt; pro Monat und Wanne werden 150 Salatköpfe geerntet. Aufgrund des vertikalen Aufbaus, sagt Colangelo, sei die Dichte der Pflanzen um das Zehnfache erhöht, während der Ertrag gar um das 20- bis 30-Fache steige. Mit anderen Worten: Green Sense Farms produziert Super­salat, und zwar sehr viel davon.

Die weltweite Agrarwirtschaft, glaubt Robert Colangelo, werde sich bald in zwei Bereiche aufsplitten. Den klassischen Ackerbau auf gro­ßen Freilandflächen werde es weiterhin geben, für Soja, Weizen und Mais etwa, Landwirtschaftsgüter also, die problemlos gelagert und rund um den Globus verschifft werden können. Verderblichere Ware wie Tomaten, Gurken, Sprossen und Salat hingegen würden zukünftig von Farmen wie Green Sense produziert, mit hohen Gewinnen. Colangelos Betrieb, der im April
eröffnet wurde, soll einen Jahres­umsatz von zwei bis drei Millionen Dollar machen. Neben Restaurants beliefert Green Sense Farms auch die Öko-Kette Whole Foods, die die Ware in 48 Läden in acht US-Bundesstaaten im Angebot hat.

„Der nächste Schritt ist die Automation“, glaubt Colangelo. Seine Vorstellung sieht so aus: Zukünftig sollen mit Sensoren aus­gestattete Roboterarme in den Green-Sense-Farms-Hallen Reifes ernten und an dessen Stelle neue Setzlinge pflanzen. So weit sind die neuen Agrar­technologien aber nicht. Noch drängt vielmehr die Frage, welche der zunächst unkonventionell wirkenden Innovationen überhaupt zum Geschäftsmodell taugen.

„Kleine Einheiten haben mit einem Größennachteil zu kämpfen“, sagt Paul Lightfoot, der Chef von Bright Farms: „Ein 10 000 Quadratmeter großer Raum ist nun mal weitaus effizienter zu beheizen als ein 100 Quadratmeter großer.“ Damit meint er in erster Linie Farmcontainer, die neben Supermärkten aufgestellt werden. Sie rechnen sich einfach nicht. Jedenfalls bislang.

Wir verdrängen den ebenso teuren, aber weniger frischen Salat von der Westküste

Paul Lightfoot

Lightfoots Unternehmen entstand im Jahr 2007 aus einer Non-Profit-Organisation namens Science Barge, die am Hudson River in New York den Prototyp einer umweltschonenden städtischen Farm errichtet hatte. Da in den USA 98 Prozent des Supermarktsalats aus Kalifornien und Arizona stammen, ist er aufgrund der langen Transportwege vergleichsweise teuer – das ermöglicht im Umkehrschluss aber auch vergleichsweise hohe Margen, wenn man als Produzent kürzere Wege und damit geringere Transportkosten hat. Bright Farms betreibt bislang fünf hydroponische Treibhausfarmen in Großstädten gerade im Osten der USA, in New York etwa; demnächst liefert eine neue in Washington, D.C. ihre erste Ernte, und in Chicago soll die siebte Farm entstehen.

Die Firma hat sich auf Micro-Greens spezialisiert, Baby-Grünkohl, Rucola, Wasserkresse und diverse Salatmischungen. „Wir verdrängen den ebenso teuren, aber weniger frischen Salat von der Westküste“, sagt Lightfoot. „Unser Hauptaugenmerk liegt nicht auf der Technologie, auch wenn wir jede nutzen werden, die zu unseren Vorstellungen passt – unsere Innovation ist unser Geschäftsmodell.“

Und doch sind es weiterhin vor allem spektakuläre Neuerungen in der Agrartechnologie, die Aufmerksamkeit und Investorengeld an­ziehen. Nirgends ist das unüber­sehbarer als 33 Meter unter den Straßen des Londoner Stadtteils Clapham. Dort hat der Unternehmer Steve Dring mit Partnern der gemeinsamen Firma Zero Carbon Food (ZCF) eine Million Pfund in einen Luftschutzkeller aus dem Zweiten Weltkrieg gesteckt, um den Bunker in eine ökologische Produktionshalle für Grünpflanzen zu verwandeln.

 

ZCF will Gemüse in vertikalen Regalsystemen anbauen und dazu eine „Ebbe und Flut“-Methode anwenden, mit der Pflanzenkästen bewässert werden. Als Nährboden dient auch hier nicht Erde, sondern recycelter zermahlener Teppichboden, der ursprünglich im Olympischen Dorf in Stratford gelegen hat. Als Energiequelle sollen mobile Miniturbinen dienen, die von Abwasser angetrieben werden. „Wir haben nun mal reichlich Regen in London“, sagt Dring. Er will auch eine der eigentlich unliebsamen Eigenschaften der Londoner Tube nutzbar machen: den Wärmestau voll schlechter Luft in den U-Bahn-Stationen. „Wir wollen die Wärme absaugen und in Energie umwandeln“, sagt Dring, „und das Kohlendioxid in der U-Bahn-Abluft würde das Wachstum der Pflanzen sogar noch beschleunigen.“

Weniger visionär, dafür aber auch zumindest auf den ersten Blick exotisch ist die Aquaponik-Farm, die das deutsche Start-up ECF derzeit in Berlin errichtet: ein Glashaus, in dem Pflanzenanbau und Fischzucht zusammen geschehen, in einem geschlossenen Wasser- und Nährstoffkreislauf. Mit 1800 Quadratmetern wird es das in Europa größte seiner Art sein, Anfang 2015 soll es eröffnet werden und dann pro Jahr 25 Tonnen Fisch und 35 Tonnen Gemüse produzieren. Das System wurde vom Berliner Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei entwickelt und soll vor allem als Anschauungs- und Modellprojekt dienen. Doch ob das System nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch funktioniert, muss sich erst erweisen.

An Investmentkapital für Agrar­technologie mangelt es nicht: Auf Kickstarter tummeln sich massenhaft Start-ups, die Apparaturen für den kleinen Stadtbauern von nebenan produzieren wollen, andererseits haben auch Risikokapital-Giganten wie SVG Partners längst ihre Fühler ausgestreckt.

Und doch: Die neuen Agrar-Tech-Start-ups stehen einer gigantischen Lebensmittelindustrie gegenüber, deren bisherige Art des Produzierens und Wirtschaftens eine andere ist. Es bräuchte eine Revolution, und zwar eine nachhaltige, lang andauernde, um die Dinge zu ändern. „Was momentan noch an unserer Herangehensweise als irritierend empfunden wird“, sagt Caleb Harper vom MIT, „ist ausgerechnet die Tatsache, dass wir eben keine langen Transportwege haben, keinen Abfall produzieren und keine Ressourcen verschwenden.“

Was momentan noch an unserer Herangehensweise als irritierend empfunden wird, ist ausgerechnet die Tatsache, dass wir eben keine langen Transportwege haben, keinen Abfall produzieren und keine Ressourcen verschwenden.

Caleb Harper

Trotzdem glaubt Harper an einen grundsätzlichen Wandel. Eines Tages, meint er, werden die Geschmacksunterschiede von Obst und Gemüse nicht mehr aufgrund der Anbauregion entstehen, sondern durch die Anbautechnik in urban farms: Wie wurde die LED-Beleuchtung variiert, der Nährstoffzusatz, der PH-Wert des Wassers? „Es wird dann nicht mehr heißen: ,Die bes­ten Weintrauben kommen aus dieser Gegend oder aus jenem Land‘“, sagt Harper. „Sondern: ,Die besten Weintrauben wachsen in dieser einen Halle in Brooklyn.‘ Das ist schon eine tolle Vorstellung.“

Google prüft derzeit, Harpers Farm-Design für die Cafeteria ihres Hauptquartiers in Mountain View zu adaptieren, um Mitarbeitern dort frische, nahrhafte Agrarprodukte anbieten zu können. Selbst Textilfirmen wurden bei Harper schon mit der Frage vorstellig, ob man mit seiner Methode auch Baumwolle anpflanzen könne. Er ist sich da nicht sicher, glaubt aber, dass es funktionieren könnte. Mit seinem Open Agriculture Project hat Harper bereits wissenschaftliche und staatliche Kooperationspartner in China, Indien, Mittelamerika und den Emiraten gefunden.

Und mit der Michigan State University arbeitet Harper gerade daran, in Detroit eine 4600 Quadratmeter große ehemalige Fertigungshalle eines Autozulieferers in die weltweit größte vertikale Gemüsefabrik umzubauen. Einen besseren Ort dafür, sagt er, könne es gar nicht geben. „Die Leute dort kennen sich schließlich mit Automatisierung besser aus als irgendwer sonst auf der Welt“, sagt Caleb Harper. „Und sie fragen sich: ,Was bloß ist die nächste industrielle Revolution?‘ Nun: Das ist sie.“