Ernährung und Klimawandel: Geht uns bald das Gemüse aus?

Ein bisschen Folie und eine Nährlösung: Reicht das, um Salat zu züchten? Pflanzenforscher Markus Dorn entwickelt ein spezielles Gewächshaus, das an unwirtlichen Orten funktionieren soll.

Markus Dorn rüstet sich für Zeiten, in denen das Gemüse fehlt. Der Pflanzenwissenschaftler und sein Team vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) tüfteln an mobilen Gewächshäusern der besonderen Art – um im Notfall auch an unwirtlichen Orten frische Nahrungsmittel produzieren zu können. Das Besondere hinter der Technik, mit der Dorn experimentiert: Die Pflanzen benötigen keine Erde und keinen Niederschlag.

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Spezielle, klein verpackbare Boxen sollen spontan überall aufgestellt werden können und Nahrung produzieren. Auch da, wo sonst nichts mehr wächst. „Der Bedarf an solchen mobilen Anbausystemen wird da sein und in den nächsten Jahren noch steigen“, ist sich Dorn sicher. Allein ist er nicht mit seiner Einschätzung.

Dürren, Hitze, Starkregen: Landwirtschaft wird durch den Klimawandel instabil

Der Weltklimarat fasst in seinem sechsten IPCC-Sach­stands­bericht zusammen: Je stärker die globale Erderwärmung ausfällt, desto häufiger und intensiver finden Extrem­wetter­ereignisse statt. Dazu zählen etwa Starkregen und heftige tropische Wirbel­stürme. Jedes zusätzliche Grad Celsius mehr Erwärmung bedeutet, dass Extrem­nieder­schläge um 7 Prozent zunehmen. Es wird regional aber auch stärkere, häufigere und längere Perioden der Trockenheit, Dürre und Hitze geben.

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Das wirkt sich dann auch negativ auf die Ernährungssicherheit aus, wie internationale Forschende im Sonderbericht über Klimawandel und Landsysteme (SRCCL) vom Juli 2020 zusammengefasst haben. Realistische Zukunftsszenarien skizzieren verschiedene durch den Klimawandel hervorgerufene Problemlagen und Effekte, die zu Nahrungsmittelknappheit führen können:

So könnten weniger Nutzpflanzen wegen veränderter Niederschlagsmuster und erhöhter Temperaturen für die Nahrungsmittelproduktion verfügbar sein. Die Pflanzen, die es auch unter erschwerten Bedingungen schaffen, sind weniger produktiv. Schädlinge und Krankheiten machen ihnen aber verstärkt zu schaffen. Es fehlen auch Insekten als Bestäuber. Schimmelpilze fühlen sich immer wohler in Lebens- und Futtermitteln. Mehr CO2 in der Atmosphäre verringert zudem den Proteingehalt vieler Nutzpflanzen – ihr Nährwert nimmt ab. Überschwemmungen führen dazu, dass Lebensmittel nicht mehr transportiert werden können. Ganze Märkte und Produktionsketten wären gestört, Nahrung würde deutlich teurer – was am Ende auch im Supermarkt zu spüren ist.

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Vor allem tropische Regionen könnten davon im Besonderen getroffen sein. Aber auch für Deutschland werden solche Effekte durch den Klimawandel befürchtet. In einem Sachstandsbericht des Bundesumweltministeriums von 2019 ist zu lesen, dass es „neue Herausforderungen durch veränderte jahreszeitliche Witterungsverläufe“ geben könnte. Stärkere Ertragsschwankungen erhöhten das Produktionsrisiko, „erhöhter Druck durch Schadorganismen ist möglich“, auch mit „Ertragsausfällen durch Extremwetterereignisse“ sei zu rechnen. Erträge könnten vor allem in Regionen, die schon heute trockene, heiße Sommer haben, zurückgehen: etwa im äußersten Westen und Südwesten Deutschlands und in Gebieten im Süden Ostdeutschlands.

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Mobile Gewächshäuser für Hungerkatastrophen

Nur bleibt für die Umstellung oft gar nicht die Zeit. „Im Zusammenhang mit solchen Krisen ist die lokale Landwirtschaft und Infrastruktur besonders kritisch zu sehen“, sagt auch Pflanzenforscher Dorn. Spezielle Gewächshäuser sind aber auch nicht die Allgemeinlösung, um die großen Probleme der Landwirtschaft im Klimawandel zu lösen. Vielmehr müssten sich gefährdete Regionen umstellen, indem sie auf ausreichende Wasserversorgung achten und frühzeitig auf andere Fruchtarten umstellen, empfiehlt etwa der Bericht aus dem Umweltbundesamt.

Die mobilen Gewächshäuser hingegen sind als eine Hilfe von vielen in großen humanitären Katastrophen angedacht – etwa, um in Flüchtlingscamps Gemüse zur Verfügung zu stellen. „Meistens wird in solchen Notfallsituationen Nahrung gespendet“, erklärt Dorn. „Aber wenn man zusätzlich ein System hat, wo frische Nahrung vor Ort produziert werden kann, ist das auf jeden Fall ein positiver Beitrag.“

So könnte das aussiehen: Die mobil entfaltbare Pflanzenanbaueinheit (Mepa) des DLR soll es ermöglichen, frische Nahrung in humanitären Notsituationen zu produzieren. Das Bild zeigt so ein solarbetriebenes Anbausystem im Modell. Pro Einheit auf einer sieben Quadratmeter großen Aufzuchtfläche soll pro Erntezyklus ein Ertrag von 85 Salatköpfen mit rund 42 Kilogramm entstehen.

So könnte das aussiehen: Die mobil entfaltbare Pflanzenanbaueinheit (Mepa) des DLR soll es ermöglichen, frische Nahrung in humanitären Notsituationen zu produzieren. Das Bild zeigt so ein solarbetriebenes Anbausystem im Modell. Pro Einheit auf einer sieben Quadratmeter großen Aufzuchtfläche soll pro Erntezyklus ein Ertrag von 85 Salatköpfen mit rund 42 Kilogramm entstehen.

Erste vielversprechende Versuche laufen bereits, zwei Salatsorten und Kräuter mit weniger großem Wurzelwerk konnten hochgezogen werden, berichtet der Wissenschaftler. Bislang aber erst mal unter Laborbedingungen. Aber auch Tests unter realen Bedingungen sind für die nähere Zukunft geplant. Dabei wird eine spezielle Folie, die vom Aufbau einer Luftmatratze ähnelt, in einer ebenfalls ausrollbaren Anbaubox mit Pumpen und Filtern am Krisenort entfaltet. Darin hängen die Wurzeln der Pflanze, nur eine spezielle Nährlösung fließt durch das Konstrukt. „Irgendwann bilden sie dann ein Wurzelgeflecht, worüber sie sich ernähren“, erklärt Dorn. „Es braucht dann keine Erde, damit die Pflanze wächst.“ Auch auf die Luft außerhalb des Gewächshauses sei das System nicht angewiesen.

Gurken und Tomaten aus der Antarktis? Technisch ist das möglich

Es ist sehr herausfordernd, unter diesen klimatischen Bedingungen Pflanzen zu züchten. Im Grunde ähnelt das den Bedingungen einer Mission zum Mond oder Mars.

Markus Dorn,

Pflanzenforscher

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Es wird noch eine andere Anbaumethode getestet – auf der Neumayer-Station des Alfred-Wegener-Instituts, mitten in der Antarktis. Das Projekt ist schon etwas weiter fortgeschritten, und es können bereits einige Gemüsesorten an diesem wirklich unwirtlichen Ort produziert werden. Neun bis zehn Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen überwintern dort jedes Jahr bei Minusgraden zu Forschungszwecken, selbst per Flugzeug nicht mehr erreichbar, in kompletter Dunkelheit. Frisches Gemüse bekommen sie trotzdem. Rucola, Paprika, Gurken und Tomaten werden in einem speziellen Container angebaut.

Die Pflanzen brauchen auch in diesem Fall keine Erde, sondern hängen in Boxen in der Luft. Darin werden sie durch Hochdruckdüsen mit Wasser und Nährstoffen besprüht und von der Decke aus künstlich belichtet. „Es ist sehr herausfordernd, unter diesen klimatischen Bedingungen Pflanzen zu züchten. Im Grunde ähnelt das den Bedingungen einer Mission zum Mond oder Mars“, erklärt Dorn. Eigentlich sei die Forschung auch nur für Weltraummissionen gedacht gewesen. Nun könnte die Technik aber mit dem Klimawandel auch auf der Erde von Nutzen sein.

Trotz erster Erfolge bei Tests im Labor und in der Antarktis seien aber noch einige Herausforderungen zu meistern, bis solche Gewächshäuser wirklich großflächig eingesetzt werden könnten, berichtet Dorn. Man arbeite beispielsweise noch daran, wie eine größere Bandbreite an Pflanzen mit mehr Wurzelwerk in mehreren Wachstumszyklen angebaut werden könne – und das egal an welchem Ort. „Denken wir an extreme Klimabedingungen wie in der Sahara“, erklärt Dorn. Anders als im Labor oder Container müsste ein mobiles Gewächshaus in solchen Regionen noch viel mehr geschützt werden. Vor Wind, Stürmen – und vor allem Trockenheit.

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