Projekt 33716/01

Automatisiertes Aquaponik-System zur nachhaltigen Erzeugung frischer Lebensmittel

Projektdurchführung

Hochschule Neubrandenburg Fachbereich Landschaftswissenschaften und Geomatik
Brodaer Str. 2
17033 Neubrandenburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zielsetzung des Projektes war es, ein kostengünstiges aquaponisches System zu entwickeln, das zukünftig dezentral vielfältigen Einsatz auf kleinem Raum finden kann. Der Anlass des Projektes war es, an der Frage zur Ernährung einer ständig wachsenden Weltbevölkerung Lösungen anzubieten. Aquaponik bietet einen Lösungsansatz, der auch in eng besiedelten Räumen, dicht am Verbraucher unabhängig von typischen Agrarflächen effektiv und kostengünstig Nahrungsmittel zu produzieren. Das Interesse an solchen Systemlösungen ist aktuell sehr groß. Allerdings sind aquaponische und hydroponische Systeme komplizierte und labile Ökosysteme, bei denen die Nährstoffzufuhr durch die Fische und der Verbrauch durch die angebauten Nutzpflanzen sich in einem dynamischen Fließgleichgewicht befinden. Das funktioniert nur mit geeigneter automatisierte Überwachung und Steuerung. Im Vorhaben stand die Frage im Vordergrund, welche Sensortechnik zur Überwachung unbedingt erforderlich ist, um die Anbauweisen automatisiert zu überwachen. Weiterhin sollte geklärt werden, welche Agrarprodukte sich besonders eignen. Kann die Qualität der Produkte mit der von typischen Agrarflächen mithalten, oder ist sie sogar höher einzuschätzen?


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür die Anlage standen Räumlichkeiten in der Universität in Cluj zur Verfügung, dort wurde die aquaponische Anlage aufgebaut und die Qualitätsuntersuchungen von den beiden Bearbeitern durchgeführt.
Ersten Arbeitsschritt bezogen war die generelle Versuchskonzeption mit einem Schwerpunkt der erforderlichen Anlagensteuerung, Aufbau und der Test der Messtechnik war der zweite Arbeitsschritt.
In Folgeschritten wurden die Fischarten ausgewählt, dabei stand der Bezug von lokalen Anbietern im Vordergrund. Für die Auswahl der geeigneten Nutzpflanzenarten wurden Erfahrungswerte aus Literaturquellen und Erfahrungen anderer Projekte berücksichtigt. Kompakte Pflanzenarten mit gutem Verkaufswert sollten vorzugsweise gewählt werden, da bei diesem Aufbau die Pflanzfläche auf wenige Quadratmeter beschränkt war.
Bei der Messtechnik wurde zunächst das Prinzip der Redundanz angewandt, also deutlich mehr Sensoren eingesetzt als für die endgültige Überwachung notwendig sind. Hieraus konnten Ergebnisse für spätere Praxismodule gesammelt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Bei der Fischauswahl wurden Experimente mit Goldfischen in der Erprobungsphase, danach mit Karpfen und Wels gemacht. Wels hat sich als unkomplizierte und gut an Gewicht zunehmende Fischart bestens bewährt und wird für die Folgearbeiten unter den hier vorhandenen Umständen als besonders empfehlenswert eingeschätzt.
Bei den Pflanzenarten wurde mit pikierten Keimlingen gearbeitet, die in Steinwollwürfel gepflanzt und auf die Pflanzflächen gesetzt wurden. Als am besten geeignet hat sich im Laufe der Versuchsdurchgänge Basilikum herausgestellt. Die Jungpflanzen wurden in einer Dichte von etwa 100 Pflanzen auf einem Quadratmeter gepflanzt und beide übereinander angeordneten Pflanzflächen damit bestückt.

Im Projektablauf der zwei Jahre konnten drei Produktionsdurchgänge gepflanzt und bis zur Erntereife gebracht werden. Der Wuchsprozess wurde laufend überwacht. Die Messparameter in den Fischtanks umfassten neben der Wassertemperatur, dem pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, die gelösten Feststoffe (TSS), den Sauerstoffgehalt, sowie Nitrit und Nitratgehalt.
Über den Pflanzflächen wurden die Lichtintensität, die Luftfeuchtigkeit und die Lufttemperatur kontinuierlich gemessen und ggf. angepasst.
Die Jungpflanzen wurden hinsichtlich ihres Wuchsverhaltens biometrisch erfasst und schließlich bei dem Erreichen eines typischen Umfanges von Handelsware geerntet. Bei der Pflanzenqualität dienten neben der reinen Biomasse und dem guten optischen Aussehen, die Indikatoren Vitamin-C-Gehalt sowie Carotinoide und Phenole.
Die zwei Jahre der Untersuchungen bestätigen, dass eine derart kompakte Produktionsanlage nahezu überall möglich ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Projektlabor in Cluj sah seine Aufgabe auch in der Öffentlichkeitsarbeit. Es gab einige Freiwillige, die regelmäßig in die Bonitierungsarbeiten eingebunden waren.
Die Bearbeiter nahmen an folgenden Workshops und Konferenzen teil und verbreiteten damit die wissenschaftlichen und technischen Ergebnisse bereits in der Arbeitsphase
• Plant Control by LED Light, Wageningen University, The Netherlands, Oktober 2017
• Smart Farming World Summit, Moscow, Russia, November 2017
• Vertical Farming Workshop with Zjef van Acker (Belgium), Cluj-Napoca, Romania, Januar, 2018
• Start-up Weekend Cluj - Cluj-Napoca, Romania, January 2018
• MELiSSA Workshop, Rome, Italy, April 2018
• Groie Nest a. Frienden Urban Farming Festival, Ghent, Belgium, May 2018,
• Border Sessions – High tech low tech food, The Hague, The Netherlands, June 2018
• Circular Economy Summer School, Malaga, Spain, July 2018
• Novel Farms, Pordenone, Italy, February 2019


Fazit

In diesem aquaponischen System überzeugte die Fischart Wels mit der besten Qualität und gutem Zuwachs. Mit den Nährstoffen hieraus könnte noch eine noch größere hydroponische Teilanlage mit Kräutern und Gemüse nährstoffversorgt werden. Eine flexible Anpassung der Größe der Anbaufläche ist ein Ergebnis dieser Untersuchung. Eine wichtige Steuerungsgröße ist zukünftig die noch zielgenauere Fütterung der Tiere um negative Auswirkungen auf die Wasserqualität zu vermeiden. Bei den Pflanzen zeigte sich in eingehenderen Nährstoffanalyse ein leichter Magnesiummangel. Die weitgehend automatisierte Steuerung der Anlagen, die sich mit den hier eingesetzten Sensoren als „lernendes System“ bewährte, benötigt dennoch eine gelegentliche manuelle Nachsteuerung und Interpretation der einlaufenden Werte.
Die Verkostung der Endprodukte bestätigte die gute Qualität. Hinsichtlich des Kostenaufwandes, der für solch eine Anlage erforderlich ist, sollten die Produktionsflächen größer gewählt werden. Es bestätigt sich aber, dass diese Anlage etwa für Supermärkte oder Restaurants geeignet sein können. Ein Optimierungspotential steckt weiterhin in der entwicklungsgerechten abgestimmten Fischfütterung.