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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Photosynthese von Photosynthese durchführenden Lebewesen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Photosynthese durchführende Lebewesen wie beispielsweise Pflanzen oder Algen nehmen mittels Photosynthese Lichtenergie auf und wandeln diese um.
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Eine Erhöhung der Photosynthese-Tätigkeit führt dabei zu einer Verbesserung der Vitalität der Pflanze oder der Lebewesen und insbesondere bei Pflanzen zu einer Ertragssteigerung, was insbesondere bei Nutzpflanzen von Vorteil ist.
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Herkömmliche Verfahren zur Ertragssteigerung von Pflanzen nutzen weitestgehend Nährstoffe, wie beispielsweise Dünger, die in den Boden der Pflanzen eingebracht oder auf die Oberfläche der Pflanzen aufgebracht werden. Die Zunahme von Düngungen von insbesondere Nutzpflanzen führt jedoch zu Überdüngung von Böden oder auch die Ansammlung von Nitraten im Grundwasser.
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Aus
DE 19 49 001 C3 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung der Luftfeuchte in einer Kammer für Pflanzen mit einem Umluftsystem bekannt, bei der die Regelung durch eine Beeinflussung des Feuchtigkeitsgehalts einer Umluftteilmenge in Abhängigkeit von einer in der Kammer ermittelten Sollwertabweichung der Luftfeuchtigkeit erfolgt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu schaffen, mit dem unter Vermeidung der Verwendung von Dünger etc. die Photosynthese von Photosynthese durchführenden Lebewesen beeinflusst werden kann. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kammer zu schaffen, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße Kammer ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 8.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verbesserung der Photosynthese von Photosynthese durchführenden Lebewesen, insbesondere Pflanzen oder Algen, sind die folgenden Schritte vorgesehen:
- a) Erzeugen einer ersten Atmosphäre mit einer ersten relativen Luftfeuchtigkeit R1 in einem Raum, der zumindest einen Photosynthese ausführenden Bereich der Lebewesen umgibt, sowie Beibehalten der ersten Atmosphäre für einen Zeitraum T1,
- b) Reduzieren der relativen Luftfeuchtigkeit zu einer zweiten Atmosphäre mit einer zweiten relativen Luftfeuchtigkeit R2 in dem Raum und Aufrechterhalten der zweiten Atmosphäre für einen Zeitraum T2,
- c) Wiederholen der Schritte a) und b) zur Anlagerung von Strukturen von Wassermolekülen an Oberflächen der die Photosynthese ausführenden Bereiche der Lebewesen.
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Es hat sich herausgestellt, dass das Aussetzen der die Photosynthese ausführenden Bereiche einer ersten Atmosphäre mit einer ersten relativen Luftfeuchtigkeit und anschließend das Reduzieren der relativen Luftfeuchtigkeit dazu führt, dass zunächst Wassermoleküle an der Oberfläche adsorbiert werden und anschließend desorbiert werden. Bei der Desorption können jedoch Moleküle des Wassers auf der Oberfläche zurückbleiben, die somit bewirken, dass die Oberfläche der die Photosynthese ausführenden Bereiche der Lebewesen für die Adsorption von Wasser aktiviert sind, das heißt, dass die Wahrscheinlichkeit der Adsorption der Wassermoleküle erhöht ist. Dadurch kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden, dass an den Oberflächen der die Photosynthese ausführenden Bereiche der Lebewesen Strukturen von Wassermolekülen hinterlassen werden.
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Es hat sich herausgestellt, dass diese Strukturen zu einer Verbesserung der Photosynthese der Lebewesen führen. Wassermoleküle besitzen grundsätzlich ein elektrisches Dipolmoment. Es ist daher davon auszugehen, dass die Strukturen von Wassermolekülen, die auf den Oberflächen der diese Photosynthese ausführenden Bereiche der Lebewesen aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens adsorbiert worden sind, ebenfalls ein derartiges Dipolmoment aufweisen. Das Dipolmoment polarisiert die Oberfläche der Lebewesen und die darunter liegenden Schichten und wirkt somit auch auf die für die Photosynthese verantwortlichen Chloroplasten der Pflanzen.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit die Photosynthese der Lebewesen beeinflusst werden. Es hat sich herausgestellt, dass durch die Adsorption der Wassermoleküle an den Oberflächen der die Photosynthese ausführenden Bereiche der Lebewesen die Aktivität der Lebewesen in Bezug auf die Photosynthese erhöht werden kann und somit die Vitalität der Lebewesen verbessert werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass nach Schritt c) letztmalig der Schritt a) durchgeführt wird und anschließend in einem Schritt d) die Luftfeuchtigkeit auf eine relative Luftfeuchtigkeit reduziert wird, die einer Standardluftfeuchtigkeit in dem Raum entspricht. Die Standartluftfeuchtigkeit kann gleich der relativen Luftfeuchtigkeit R2 oder unterschiedlich zu dieser sein. Die Standardluftfeuchtigkeit kann beispielsweise der Luftfeuchtigkeit der Umgebung des Raumes entsprechen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit erreicht, dass lediglich Strukturen von Wassermolekülen an der Oberfläche angelagert werden und diese nicht zu einer großflächen Benetzung, einer sogenannten Benetzungskatastrophe, führen.
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Die erste relative Luftfeuchtigkeit R1, die zweite relative Luftfeuchtigkeit R2, der erste Zeitraum T1 und der zweite Zeitraum T2 müssen nicht notwendigerweise bei jeder Wiederholung in Schritt c) die gleichen Werte annehmen, sondern können auch unterschiedlich sein. Auch müssen die relativen Luftfeuchtigkeiten R1 und R2 in Schritten a) und b) nicht notwendigerweise konstant sein. Beispielsweise kann die Luftfeuchtigkeit R2 während der Durchführung des Verfahrensschritts b) sich ändern, sofern gewährleistet ist, dass die zweite relative Luftfeuchtigkeit R2 geringer ist als die erste relative Luftfeuchtigkeit R1.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste relative Luftfeuchtigkeit R1 mindestens 80% beträgt. Vorzugsweise erzeugt die erste relative Luftfeuchtigkeit R1 eine mit Wasser gesättigte oder quasi gesättigte erste Atmosphäre.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Differenz zwischen der ersten relativen Luftfeuchtigkeit R1 und der zweiten relativen Luftfeuchtigkeit R2 mindestens 30% beträgt. Eine derartige Differenz hat sich als besonders vorteilhalft herausgestellt, um zu erreichen, dass die Zeiträume T1 und T2, in denen die Adsorption und Desorption an den Oberflächen erfolgt, ausreichend kurz gehalten werden können, also im Bereich von einigen Sekunden bis mehreren Minuten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Zeitraum T1 größer ist als der Zeitraum T2. Es hat sich herausgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Oberflächen der Lebewesen in besonders vorteilhafter Weise aktiviert werden können, wenn der Zeitraum, in dem diese der ersten Atmosphäre ausgesetzt sind länger ist als der Zeitraum, in dem diese der zweiten Atmosphäre ausgesetzt sind.
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Insbesondere wenn die zweite relative Luftfeuchtigkeit R2 der zweiten Atmosphäre wesentlich geringer ist als die erste Luftfeuchtigkeit R1 der ersten Atmosphäre erfolgt ein Desorptionsvorgang des Wassers an den Oberflächen der Pflanzen sehr schnell im Vergleich zu dem vorangegangenen Adsorptionsvorgang. Daher ist es von Vorteil, wenn der Zeitraum T2 geringer ist als der Zeitraum T1, so dass das Wasser teilweise von der Oberfläche der Pflanzen desorbiert wird, jedoch ausreichend Wassermoleküle zur Aktivierung der Oberfläche verbleiben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass der Raum eine Kammer ist, vorzugsweise eine Pflanzkammer, in der die die Lebewesen in Form von Pflanzen angeordnet sind. Die Pflanzkammer kann beispielsweise ein Gewächshaus sein.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Atmosphäre durch mindestens einen Luftbefeuchter erzeugt wird, der mit dem Raum in Wirkverbindung steht. Beispielsweise kann der Luftbefeuchter in dem Raum angeordnet sein und im Umluftbetrieb betrieben werden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die erste Atmosphäre durch das Einbringen von flüssigem Wasser in den Raum erzeugt wird, wobei die Oberfläche des Wassers mit der Atmosphäre in dem Raum in Kontakt steht. Das Wasser kann beispielsweise mittels Kanälen durch den Raum geleitet werden.
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Das Verfahren sieht ferner vorteilhafter Weise vor, dass in Schritt b) die Reduzierung der relativen Luftfeuchtigkeit durch einen Luftaustausch mit der Umgebung außerhalb des Raumes erfolgt. Dadurch lässt sich die Reduzierung der relativen Luftfeuchtigkeit auf einfache Art und Weise herbeiführen.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Kammer als mobile Kammer ausgebildet ist, die beispielsweise über ein Feld mit Pflanzen bewegt werden kann. Die mobile Kammer kann auf Teilbereiche des Feldes abgesetzt werden, um das erfindungsgemäße Verfahren an den Pflanzen, die in diesem Teilbereich des Feldes angeordnet sind, durchzuführen und somit deren Photosynthese zu erhöhen. Anschließend kann die Kammer in einen anderen Bereich des Feldes gesetzt werden, um das Verfahren an den Pflanzen in diesem Bereich des Feldes durchzuführen.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Kammer mit Luftbefeuchtungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Kammer besteht aus Kammerwänden und einer Kammerdecke, die einen Raum bilden, in dem zumindest ein Photosynthese ausführender Bereich von Lebewesen anordenbar ist, mindestens einem Luftbefeuchter, der mit der sich in dem Raum befindlichen Atmosphäre in Kontakt steht und in dem Raum angeordnete Luft ansaugt, befeuchtet und in den Raum einbläst und einem regelbaren Belüftungssystem zur Veränderung der in dem Raum befindlichen Atmosphäre durch Luftaustausch. Eine derartige Kammer, die beispielsweise eine Pflanzenkammer für Pflanzen sein kann, hat sich als besonders vorteilhaft zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herausgestellt, da in vorteilhafter Weise die in dem Raum befindliche Luft zur Erzeugung der ersten Atmosphäre befeuchtet werden kann und zur Erzeugung der zweiten Atmosphäre belüftet werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Belüftungssystem ein erstes Gebläse zum Ansaugen von Luft aus dem Raum und ein zweites Gebläse zum Einblasen von Umgebungsluft in den Raum aufweist. Durch das Vorsehen eines ersten und zweiten Gebläses kann in besonders vorteilhafter Weise und sehr schnell die in dem Raum befindliche Luft ausgetauscht werden, um die zweite Atmosphäre zu erzeugen.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Belüftungssystem in den Kammerwänden angeordnete Belüftungsöffnungen mit die Belüftungsöffnungen verschließenden Belüftungsklappen aufweist. Über diese Belüftungsöffnungen kann der Raum in vorteilhafter Weise mit der Umgebung zum Luftaustausch in Verbindung gebracht werden.
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Vorzugsweise weist die Kammer ein zentrales Steuerungssystem auf, das den Luftbefeuchter und das Belüftungssystem steuert. Das Steuersystem kann Sensoren aufweisen, die in dem Raum und in der Umgebung angeordnet sind und Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit messen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Kammer ist vorgesehen, dass die Kammerwände und/oder die Kammerdecke des Raumes zumindest teilweise lichtdurchlässig sind. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass Licht zu dem die Photosynthese ausführenden Bereich von Lebewesen, die im Raum angeordnet sind, gelangen kann. Zusätzlich oder alternativ kann ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten der Lebewesen vorgesehen sein.
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Die Kammer kann als mobile Kammer ausgebildet sein, wobei das Belüftungssystem und Luftbefeuchtungssystem an den Kammerwänden und/oder der Kammerdecke angeordnet ist, so dass diese mit den Kammerwänden und der Kammerdecke gemeinsam transportiert werden kann. Beispielsweise kann die Kammer in Leichtbau ausgebildet sein, so dass diese in vorteilhafter Weise durch mehrere Personen getragen werden kann. Eine mobile Kammer kann in vorteilhafter Weise für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an auf dem Feld angeordneten Pflanzen verwendet werden, indem diese zunächst auf einen Bereich des Feldes abgesetzt wird und nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einem anderen Bereich des Feldes getragen wird.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgende Figur die Erfindung näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kammer 1, die beispielsweise ein mobiles Gewächshaus sein kann. Die Kammer 1 besteht aus Kammerwänden und einer Kammerdecke 5, die einen Raum 7 bilden, in dem Photosynthese ausführende Lebewesen 9 angeordnet werden können. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform, bei der die Kammer 1 ein mobiles Gewächshaus ist, sind die Lebewesen 9 Pflanzen, die im Raum 7 angeordnet sind.
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In dem Raum 7 sind ferner zwei Luftbefeuchter 11 angeordnet, die mit den in Raum 7 befindlichen Atmosphären in Kontakt stehen. Über die Luftbefeuchter 11 wird Luft aus dem Raum angesaugt, befeuchtet und in den Raum eingeblasen. Die Luftbefeuchter können im Umluftbetrieb betrieben werden.
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An den Kammerwänden 3 ist ferner ein regelbares Belüftungssystem 13 angeordnet, das aus vier Gebläsen 15a, 15b besteht. Die ersten Gebläse 15a saugen Luft aus dem Raum 7. Die zweiten Gebläse 15b blasen Umgebungsluft in den Raum. Mittels des Belüftungssystems 13 lässt sich in vorteilhafter Weise die zweite Atmosphäre in dem Raum 7 erzeugen.
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Die Kammerdecke 5 und/oder die Kammerwände 3 sind vorzugsweise lichtdurchlässig ausgebildet, so dass Licht von außen an die Pflanzen 9 gelangen kann. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Beleuchtungssystem in dem Raum 7 angeordnet sein, dass die Pflanzen beleuchtet.
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Über ein zentrales Steuersystem 17 können das Belüftungssystem 13 und die Luftbefeuchter 11 gesteuert werden. Hierzu weist das zentrale Steuersystem 17 mindestens einen Sensor 19 in dem Raum 7 und einen Sensor 21 in der Umgebung auf, über die beispielsweise die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit in dem Raum 7 und in der Umgebung gemessen werden können.
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Mittels der erfindungsgemäßen Kammer 1 lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise durchführen. Hierzu wird mittels der Luftbefeuchter 11 zunächst eine erste Atmosphäre mit einer ersten Luftfeuchtigkeit R1 in dem Raum 7 erzeugt. Nachdem die erste Atmosphäre für einen Zeitraum T1 in dem Raum 7 vorgeherrscht hat, werden die Luftbefeuchter 11 ausgeschaltet und mittels des Belüftungssystems eine zweite Atmosphäre R2 in dem Raum 7 erzeugt werden. Nach einem Zeitraum T2, in dem die zweite Atmosphäre in dem Raum 7 vorherrscht, wird erneut mittels der Luftbefeuchter 11 die erste Atmosphäre erzeugt. Diese Schritte werden mehrfach wiederholt. Hierbei ist der Zeitraum T2, in dem die zweite Atmosphäre vorliegt kürzer als der Zeitraum T1 in dem die erste Atmosphäre vorliegt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass sich Strukturen von Wassermolekülen an Oberflächen der Pflanzen anlagern. Bei der Erzeugung und dem Vorliegen der zweiten Atmosphäre werden diese teilweise desorbiert, wobei jedoch Wassermoleküle zurückbleiben. Bei dem erneuten Erzeugen der ersten Atmosphäre und der Vorliegen der ersten Atmosphäre können sich hieran weitere Wassermoleküle anlagern, so dass die Anzahl der angelagerten Wassermoleküle stetig erhöht wird. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen von Schritten werden dann die Pflanzen wieder der Umgebungsluft ausgesetzt. Durch das Anlagern von Strukturen von Wassermolekülen an der Oberfläche der Pflanzen wird die Photosynthese der Lebewesen verbessert, da die Wassermoleküle aufgrund eines Dipolmoments, das die Wassermoleküle aufweisen, auf die für die Photosynthese verantwortlichen Bereiche der Pflanze einwirken.
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Die Kammer 1 kann als mobile Kammer ausgebildet sein, wobei das Belüftungssystem 13 und die Luftbefeuchter 11 an den Kammerwänden 3 und/oder der Kammerdecke 5 angeordnet ist, so dass diese mit den Kammerwänden 3 und der Kammerdecke 5 gemeinsam transportiert werden können. Die mobile Kammer kann in vorteilhafter Weise für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an auf dem Feld 10 angeordneten Pflanzen verwendet werden, indem diese zunächst auf einen Bereich des Feldes 10 abgesetzt wird und nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einem benachbarten Bereich des Feldes 10 getragen wird.
