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Die Erfindung offenbart eine Pflanzsäule für aeroponische Pflanzenkulturen und ein Verfahren zum Bepflanzen von Pflanzsäulen
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Der Bedarf an Lebensmitteln wächst mit der steigenden Weltbevölkerung. Gleichzeitig sorgen dynamische Klimabedingungen für sich stetig verändernde Wachstumsbedingungen bis zum völligen Wegfall der konventionellen Landwirtschaft durch Dürren. Die konventionelle Landwirtschaft ist zudem ökologisch und meistens auch ökonomisch nicht nachhaltig. Sie geht einher mit einem steigenden Landverbrauch, mit einem starken Einfluss auf die Biodiversität durch den Anbau von Monokulturen unter Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitte. Zudem sind traditionelle Landwirtschaftsbetriebe in ländlichen Gebieten und häufig auch im Ausland angesiedelt, so dass hohe Transportkosten, Transportverluste und mit dem Transport verbundene klimaschädigende Emissionen damit verbunden sind. Ein weiterer Nachteil konventioneller Landwirtschaft ist, dass diese an Pflanz- und Erntezyklen gebunden sind, so dass, insbesondere in der Winterzeit, die Versorgung mit gesunden Lebensmitteln nur durch einen hohen logistischen Aufwand zu gewährleisten ist. Lebensmittel werden dann vermehrt über lange Transportstrecken importiert oder entstammen aus wenig effektiven Gewächshauskulturen.
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Diese extensive Landwirtschaft kann in eine nachhaltigere Landwirtschaft gewandelt werden, indem die Produktion nahe am Verbraucher stattfindet, der Flächenverbrauch durch vertikale Pflanzungen in der Höhe reduziert, und vollständig auf den Einsatz von Pflanzenschutzmittel verzichtet wird. Hierbei kann die aeroponische Pflanzenkultur einen wichtigen Beitrag leisten.
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„Aeropononics“ bezeichnet eine Anbaumethode für Pflanzen, wie Feldsalat, Salat oder anderer Gemüsesorten, bei der die Pflanzen in einer Luft- und Nebelumgebung angebaut werden ohne die Verwendung von Boden. Fein zerstäubte Wassertropfen in dampf- und nebelförmiger Form versorgen die Pflanzen mit Feuchtigkeit und Nährstoffen. Im Vergleich zu klassischen Hydrokulturen, bei denen das Wurzelwerk der Pflanzen sich im Wasser befindet, ist der Wassereinsatz bei einer aeroponischen Kultur deutlich reduziert. Einsparungen von mehr als 90% gegenüber konventionellem Anbau können erzielt werden.
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Aeroponische Pflanzsysteme dienen dem Anbau von Nutzpflanzen in einem geschlossenen, klimatisierten Raum. Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff Nutzpflanze alle Pflanzenarten, die üblicherweise dem menschlichen und/oder tierischen Genuss dienen. Beispiel für geeignete Nutzpflanzen sind Salate, wie Feldsalat oder Kopfsalat, Erdbeeren, Auberginen, aber auch exotische Früchte und Nutzpflanzen, die typischerweise nur in bestimmten Weltregionen wachsen, die ein geeignetes Klima aufweisen.
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In vielen Fällen werden Nutzpflanzen im Raum vertikal hängenden oder stehenden Pflanzsäulen auf mehreren Ebenen angepflanzt, um eine optimale Raumausnutzung zu gewährleisten. Häufig werden die Pflanzsäulen auch als Pflanztubus oder als Tubus bezeichnet, wobei diese Begriffe synonym angewandt werden. Die Begriffe Raum oder Pflanzhalle bezeichnen die Gebäudehülle mit allen für den Betrieb des Pflanzsystems benötigten Vorrichtungen.
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Die Patentschriften
WO 2018/035314 A1 und
US 2014000162 A1 offenbaren Pflanzsysteme, die besonders geeignet für den aeroponischen Anbau von Pflanzen sind. Die Schriften zeigen vertikale Pflanzsäulen, die sich um ihre eigene Achse drehen. Die Systeme der genannten Patentschriften offenbaren ferner Beleuchtungssysteme auf Basis von LED oder anderer geeigneter Beleuchtungsquellen, deren Wellenlängen so ausgewählt sind, dass diese das Pflanzenwachstum in der jeweiligen Wachstumsphase optimal anregen. Die gesamte Pflanzung findet in einem geschlossenen, klimatisierten Raum statt. Die genannten Patentschriften
WO 2018/035314 A1 und
US 2014000162 A1 offenbaren aber starre Pflanzsäulen zur Bestückung mit Pflanzen.
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Pflanzsäulen sind dadurch charakterisiert, dass sie eine runde Struktur aufweisen, die in der Regel in gewissen Grenzen einen gleichmäßigen Außendurchmesser über die gesamte Länge der Pflanzsäule aufweisen. Es sind aber auch Pflanzsäulen bekannt, die eine mehreckige Außenstruktur oder eine sich verjüngende Säulenstruktur aufweisen. Diese werden im Sinne dieser Erfindung ebenfalls unter dem Begriff der Pflanzsäule subsumiert. Kennzeichnend ist, dass der wesentliche Anteil des verwertbaren Nutzteils der Nutzpflanzen von der Außenkontur in den offenen, die Pflanzsäule umgebenden Raum hineinwächst, während der wesentliche Teil des Wurzelwerks sich in den hohen Innenraum der Pflanzsäule erstreckt oder in eine geschlossen oder vorzugsweise teilgeschlossene, zum Beispiel eine gitterförmige Tasche aufgenommen wird, die Bestandteil der Pflanzsäule ist.
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Es sind aus dem Stand der Technik Pflanzsäulen aus einem flexiblen Stoff- oder Kunststoffmaterial bekannt, in die zum Beispiel Pflanztaschen eingelassen sind, die die Pflanzlinge aufnehmen und in denen die Pflanzen heranwachsen. Diese weisen aufgrund Ihrer Flexibilität des Materials der Pflanzsäule eine geringe Stabilität auf. Insbesondere, wenn die Pflanzen unterschiedlich heranwachsen, führt dies zu Verwerfungen und Unwuchten der Pflanzsäule. Typischerweise weisen die Pflanzsäulen eine Außenhülle auf, die einen hohlen Innenraum umschließt. Die Außenhülle weist Aufnahme oder Öffnungen auf, die mit Nutzpflanzen bepflanzt werden.
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Die fehlende Eigenstabilität des Pflanzsäulenmaterials erschwert die Handhabung der Pflanzsäule, wenn diese abgenommen und zum Beispiel abgeerntet werden soll. Die flexiblen Pflanzsäulen kollabieren und beschädigen dann die aufgenommenen Pflanzen.
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Die nächstliegende Alternative wäre, das flexible Material zu versteifen oder als Grundmaterial ein festes, weitgehend unflexibles Material, wie Metall oder Kunststoff zu verwenden, das aber den Nachteil aufweist, dass die Pflanzsäule ein hohes Gewicht aufweist. Dies erschwert die Handhabung. Ein weiterer Nachteil aufgrund des hohen Gewichts ergibt sich daraus, dass das Transportsysteme zu Zweck des Transports oder Haltesysteme zur Befestigung der Pflanzensäulen auf die hohen Gewichte der Pflanzsäulen ausgelegt werden müssen. Dies verursacht hohe Investitionen in die mechanische und elektrische Ausrüstung der Anlage. Pflanzsäulen können sich um mehrere Meter vertikal in die Höhe erstrecken, so dass erhebliche Gewichte entstehen können.
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Diesem Gewichtaufbau versuchen viele Hersteller von Pflanzensystemen mit Pflanzsäulen zu umgehen, in dem sie gitterförmige Pflanzsäulen konstruieren. Diese sind zwar leichter, aber aufgrund ihrer Struktur teuer in der Herstellung. Der wesentliche Nachteil der gitterförmigen Pflanzsäulen ist ihre offene Struktur. Die Flächen der gitterförmigen Pflanzsäulen sind ungeeignet als Leitflächen für die Befeuchtung, z.B. durch Nebel und verhindern die Ausbildung eines das Pflanzenwachstum förderndes Mikroklima.
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Steife oder gitterförmige Pflanzsäulen stellen eine Herausforderung dar, wenn diese im ungenutzten Zustand gelagert werden sollen. Diese nehmen viel Raum weg oder müssen aufwendig zum Zweck der Lagerung demontiert werden. Flexible Pflanzsäulen erweisen sich für die Lagerung als vorteilhaft, da dieses zusammengefaltet und somit platzsparend gelagert werden können.
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Auch aus Sicht der Arbeitssicherheit stellen schwere Pflanzsäulen ein hohes Risiko dar. Lösen sich Pflanzsäulen im Fehlerfall aus Verankerung oder Befestigungen, so können die über mehrere Meter in die Höhe erstreckende Pflanzsäulen ohne weiteres eine Person erschlagen. Zudem weisen die Pflanzsäulen keine Dämpfungsflächen auf, die einen Aufschlag nach einem Absturz dämpfen könnte.
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Die aufblasbaren Hüllen können über eine Pumpe oder aus einem Gastank befüllt bzw. aufgeblasen werden.
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Die Erfindung betrifft eine Pflanzsäule für eine aeroponische Pflanzenkultur, die sich vertikal in einen Raum erstrecken und die bekannte Nachteile der aus dem Stand der Technik überwindet.
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Die erfindungsgemäße Lösung wird anhand der Figuren erläutert.
- 1 zeigt eine erfindungsgemäße Pflanzsäule 101.
- 2 zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Pflanzsäule 101.
- 3 zeigt eine planliegende, geöffnete Pflanzsäule 101.
- 4 zeigt Aufnahme und Fixierung der Pflanzen in der Pflanzsäule 101.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Pflanzsäule 101 wird erreicht, dass in den flexiblen Korpus des Pflanzsäulenmaterials geschlossene Hüllen 103 eingebracht sind, die über ein Ventil mit einem Gas aufgeblasen werden können. Über das Ventil oder mehrere Ventile kann Gas in die aufblasbare Hülle eindringen und auch wieder abgelassen werden. Vorzugsweise hat die aufblasbare Hülle auch ein Sicherheitsventil, dass einen Überdruck, der ein sicheres Ablassen bei Überschreitung eines Grenzdrucks gewährleistet. Damit wird ein Platzen und Überlastung der Nähte verhindert. Das Sicherheitsventil bzw. die Sicherheitsfunktion kann Bestandteil des Ventils sein, dass zum Aufblasen der aufblasbaren Hülle benutzt wird.
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Vorzugsweise sind diese aufblasbaren Hüllen 103 auf der Pflanzsäule so angeordnet, dass diese zu einer Versteifung der gesamten Pflanzensäule 101 beitragen. Abschnitte, definiert durch die aufblasbaren Hüllen 103 und Pflanzabschnitte 104, die zum Beispiel Taschen zur Aufnahme der Pflanzen aufweisen, wechseln sich ab. Die aufblasbaren Hüllen 103 können sich abschnittsweise über die gesamte vertikale Länge der Pflanzsäule 101 erstrecken. Die aufblasbaren Hüllen 103 können nur begrenzte Abschnitte der Pflanzsäule 101 ausbilden und zum Beispiel zueinander versetzt radial um die Pflanzsäule 101 angeordnet sein.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Pflanzsäule 101, die aufblasbare Hüllen 103 aufweist, die sich entlang der vertikalen Länge der Pflanzsäule 101 erstrecken. In den Pflanzabschnitten 104 wachsen Nutzpflanzen 102 heran. Die Pflanzsäule 101 ist mit einer Aufhängung 104 versehen, die geeignet ist diese an einem Transportsystem oder an einem Träger zu befestigen. Bevorzugt ist die Aufhängung 104 schlauchförmig ausgeführt und dient als Zuführkanal für Feuchtigkeit und Nährstoffe.
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2 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Pflanzsäule 101. Die äußere Hülle mit den aufblasbaren Hüllen 103 und den Pflanzabschnitten 104 umschließen einen hohlen Innenraum 105, der dazu dient die Wurzeln 106 der Nutzpflanzen 102 aufzunehmen. Dieser hohle Innenraum 105 dient ferner dazu, die Wurzeln 106 der Nutzpflanzen 102 mit Feuchtigkeit und Nährstoffen zu versorgen. Feuchtigkeit und Nährstoffe werden bevorzugt vernebelt oder in Form von feinen Tröpfchen eingebracht und zum Beispiel durch einen Ventilator durch den Hohlraum bewegt. Die Feuchtigkeit mitsamt den Nährstoffen schlägt sich dann an den Wurzeln nieder und Feuchtigkeit und Nährstoffe werden von der Nutzpflanze 102 über die Wurzeln 106 aufgenommen.
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Die Wurzeln 106 der Nutzpflanzen 102 können in ein Trägersubstrat 107 verankert sein. Das Trägersubstrat 107 kann aus Geweben oder Vliese synthetischen oder pflanzlichen Fasern bestehen, aus Steinen, wie Tonsteinen, Kohle oder verkohlte Pflanzenteil oder allen anderen geeigneten Materialien, außer Erde. Es ist gekennzeichnet dadurch, dass zwischen Elementen des Trägersubstrats 107 Hohlräume vorliegen, die von den Wurzeln 106 der Nutzpflanze 102 durchdrungen werden. Das Trägersubstrat 107 kann dabei in Haltevorrichtungen 108, wie Netze, Sieben oder Taschen, die Öffnungen aufweisen, gehalten werden. Die Öffnungen der Haltevorrichtung 108 ist dabei in Richtung des des Hohlraums 105 der Pflanzsäule 101 orientiert, so dass über die Öffnungen die in dem Hohlraum 105 strömende Feuchtigkeit mitsamt der Nährstoffe aufgenommen werden kann. Das Trägersubstrat 107 dient zur mechanischen Verankerung der Wurzeln 106 der Nutzpflanze 101 und dient gleichzeitig zur Vergrößerung der Oberfläche, an der sich die im Hohlraum 105 strömende Feuchtigkeit mitsamt der Nährstoffe niederschlagen kann. Vorzugsweise ist das Trägersubstrat 107 so ausgestattet, zum Beispiel durch das Aufbringen von Beschichtungen, dass die Feuchtigkeit sich nur an der Oberfläche des Trägersubstrats anlagert und nicht von diesem aufgenommen wird. Bei Verwendung poröser Materialien ist darauf zu achten, dass diese die Feuchtigkeit leicht aufnehmen und wieder abgegeben.
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Die erfindungsgemäße Pflanzsäule 101 weist vorzugsweise eine Längsnaht mit einer Vorrichtung auf, die dazu dient, den Hohlraum 105 umschließenden Tubus der Pflanzsäule 101 zu öffnen, damit dieser plan ausgebreitet werden kann. Die Vorrichtung kann ein Reißverschluss, eine Hakenreihe, ein Klettverschluss oder eine Naht sein, deren Faden oder vernähte Schnur während des Öffnens entfernt oder durchtrennt und zum Schließen wieder neu vernäht bzw. verbunden wird. Die Möglichkeit, die Pflanzsäule 101 plan auszubreiten vereinfacht die Handhabung bei der Bepflanzung mit den Nutzpflanzen 102. Bevorzugt sind die aufblasbaren Hüllen 103 im planen Zustand der Pflanzsäule 101 nur soweit aufgeblasen, dass die Struktur der Pflanzsäule eine gewisse Stabilität aufweist. Die aufblasbaren Hüllen 103 können während der Bepflanzung alternativ auch nicht befüllt sein.
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4a zeigt, wie die Nutzpflanze 102 mitsamt dem Pflanzubstrat 107 in die Aufnahme 108 eingesetzt wird. Nachdem alle Nutzpflanzen 102 in die Aufnahmen 108 eingebracht sind, werden die aufblasbaren Hüllen 103 weiter aufgeblasen, wobei diese Kragen ausbilden, die in den Pflanzbereich hereinragen und die äußere Oberfläche des Pflanzsubstrats 107 teilweise überdecken. Die Kragen der aufblasbaren Hüllen 103 dienen dazu, dass Pflanzsubstrat 107 mitsamt der Nutzpflanze 102 in der Aufnahme 108 zu fixieren. Dies erfinderische Lösung führt dazu, dass die Bepflanzung ökonomisch und schnell erfolgen kann, da keine weiteren Befestigungselemente benötigt werden. Mit einem einzigen Aufblasvorgang können eine Vielzahl von Nutzpflanzen in einem Arbeitsgang fixiert werden.
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Die Pflanzsäule 101 kann hängend an einem Transportsystem durch den Raum der Pflanzhalle transportiert werden. Alternativ kann die Pflanzsäule 101 ortsfest an der Decke und/oder Boden der Pflanzhalle befestigt sein. In einer weiteren Ausführung kann ein Transportsystem auf dem Boden der Halle montiert sein, an dem die Pflanzsäulen 101 befestigt sind. Die Pflanzsäule 101 wird durch ein Beleuchtungssystem beleuchtet. Dieses Beleuchtungssystem weist eine Steuerung auf, die die Beleuchtungsintensität und die spektrale Zusammensetzung des Lichts auf die vorliegende Pflanzenwachstumsphase abstimmt. Bevorzugt dreht sich die Pflanzsäule 101 um die eigene Achse, um eine gleichmäßige Beleuchtung durch das ortsfest angeordnete Beleuchtungssystem sicher zu stellen. Das Beleuchtungssystem weist bevorzugt LED („Light Emitting Dioden“) auf, wobei das Beleuchtungssystem verschiedene LED mit verschiedenen spektralen Emissionen umfasst.
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Die Pflanzsäule 101 befindet sich während der Wachstumsphase der Nutzpflanzen 102 in einem geschlossenen, klimatisierten Raum.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018/035314 A1 [0007]
- US 2014000162 A1 [0007]
