DE102020005173A1

DE102020005173A1 - Ökologisch und ökonomisch optimierte Nahrungsmittelproduktion

Info

Publication number: DE102020005173A1
Application number: DE102020005173.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Fehrmann; Armin Fehrmann; Ronny Fehrmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ökologisch und ökonomisch optimierten pflanzlichen Nahrungsmittelproduktion bei dem Schlämme und Sedimente aus natürlichen und/oder künstlichen Gewässern und Gülle in organische und mineralische Bestandteile getrennt und Wasser entzogen wird, das Wasser mit Nährstoffen bedarfsgerecht aufbereitet und einer Farming-Anlage zur Versorgung von Pflanzen zugeleitet wird, die Farming-Anlage mit künstlichem Licht sowie mit einer Heizung und Kühlung unter Verwendung von Solarstrom, Biogasenergie und/oder Energie aus der Verbrennung von organischen Substanzen versorgt wird und bei der Energieerzeugung anfallendes CO2abgeschieden und als Photosynthesegas in die Farming-Anlage geleitet wird.

Description

Aufgrund des Rückgangs an Ackerflächen verbunden mit Bevölkerungszuwachs, Naturkatastrophen, Dürren, Hochwasser und weiteren negativen Einflüssen, wird es für den konventionellen Landbau immer schwieriger zu bestehen und die Versorgung der Menschheit mit Lebensmitteln zu sichern.
Urban Agriculturing und Urban Farming stehen für eine Entwicklung, wo es nicht mehr um das persönliche Erlebnis des Gärtnerns geht, sondern um essentielle Fragen der zukünftigen Ernährung. High-Tech Farmen werden zunehmend in den Städten unter Nutzung von Energie, Wasser, Nährstoffe und optimalen Wachstumsbedingungen pflanzliche und tierische Nahrungsmittel produzieren.
Beispielhaft soll auf die KR 10 2017 007 2977 A , die ein Vertical-Farming-System zur Pilzerzeugung und die WO 2019/173 876 A1 , die eine komplexe, rechnergesteuerte und mit Solarstrom versorgte Farming-Anlage beschreibt, hingewiesen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche pflanzliche Nahrungsmittelproduktion ökologisch und ökonomisch zu optimieren.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Verfahren zur ökologisch und ökonomisch optimierten pflanzlichen Nahrungsmittelproduktion sieht folgende wesentliche Verfahrensschritte vor:

a) Gülle aus der Tierhaltung und Schlämme und Sedimente aus natürlichen und/oder künstlichen Gewässern werden in organische und mineralische Bestandteile getrennt und Wasser wird entzogen,
b) das Wasser mit Nährstoffen wird bedarfsgerecht aufbereitet und einer Farming-Anlage zur Versorgung von Pflanzen zugeleitet,
c) die Farming-Anlage wird mit künstlichem Licht sowie mit einer Heizung und Kühlung unter Verwendung von Solarstrom, Biogasenergie und/oder Energie aus der Verbrennung von organischen Substanzen, insbesondere Holzhackschnitzel versorgt und
d) bei der Energieerzeugung anfallendes CO₂ wird abgeschieden und als Photosynthesegas in die Farming-Anlage geleitet.

Die aus der Trennung der Gülle und der Schlämme und Sedimente gewonnenen organischen und mineralischen Bestandteile werden ebenfalls einer Weiterbearbeitung unterzogen.
So werden die organischen Bestandteile der Schlämme und Sedimente und der Gülle vermischt und in Fermentern zu Biogas vergoren. Dies kann auch unter weiterem Zusatz von abgestorbenen oder abgeernteten Pflanzen der Farming-Anlage vorgenommen werden.
Natürlich ist es auch möglich, zumindest Teile dieser organischen Substanzen gleich zur Bodenverbesserung im Umfeld der Farming-Anlage einzusetzen. Ebenso lassen sich die anfallenden Gärreste als Naturdünger in der Landwirtschaft und in Gärten einsetzen. Im Ergebnis werden die organischen Substanzen vollständig verwertet unter Nutzung kurzer Wege und damit nahezu schadstofffrei.
Die ursprünglich in der Gülle und den Schlämmen und Sedimenten enthaltenen mineralischen Bestandteile werden bevorzugt als Deponieabdeckungen eingesetzt.
Dabei hat es sich bei einer Ausführung bewährt, die mineralischen Bestandteile wie Sande und Kies mit einer Korngröße kleiner 0,02 mm und einem Trockensubstanzanteil zwischen 30 - 60 % unter Zusatz von Beimengungen von Tonmineralien und/oder Kalk und Flugasche oder Flugasche allein als Schicht auf die Deponie aufzubringen und auf eine Schichtdicke von 300 mm - 600 mm zu verdichten. So wird eine Oberflächenabdichtung ohne Bindemittel wie Zement oder Natriumsilikat (=Gelbbinder) erzielt.
Eine Alternative für die Verwertung von abgetrennten mineralischen Stoffen besteht in der Verwendung als Mineraldünger aufgrund der enthaltenen Substanzen wie Ton, Kalk, Kalzium usw. in der Landwirtschaft bzw. im Gartenbau.
Die Gülle aus der Tierhaltung, die Schlämme und die Sedimente aus natürlichen und/oder künstlichen Gewässern und soweit eingesetzt organische Substanzen zur Verbrennung (z. B. Holz, Strohballen) werden bevorzugt auf dem Schiffsweg zur Farming-Anlage transportiert.
Mit der Verwendung von Holzschnitzel aus Bäumen, die von Borkenkäfern und anderen Schädlingen befallen sind, können auch diese Rohstoffe noch einer sinnvollen Verwertung zugeführt werden.
Bei der Verbrennung anfallendes CO₂ wird der Farming-Anlage für die Photosynthese zugeleitet.
Überschüssige Energie wird bei einer bevorzugten Ausführung zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt und dieser wird gespeichert.
Das anfallende Wasser enthält Phosphate, Stickstoff und Mineralien, so dass die Nährstoffversorgung der Pflanzen in der Farming-Anlage gesichert ist. Sollte der Gehalt an Phosphaten und Stickstoff oder weiteren Düngemitteln zu hoch sein, wird eine Verdünnung vorgenommen bzw. im umgekehrten Fall eine Ergänzung des Phosphat- bzw. Stickstoffgehaltes oder von weiteren Düngemitteln.
Die Pflanzen selber stehen in einem Substrat in Form einer Nährstoff-Suspension und versorgen sich selbst über ihr Wurzelwerk. Die Pflanzenreste werden wie oben ausgeführt nach der Ernte einer Biogasanlage zugeleitet und so für die Energieerzeugung genutzt, die u. a. für ausreichendes Pflanzenlicht sorgt, vorzugsweise unter Nutzung von LED's.
Die geschilderten Verarbeitungsschritte lassen sich optimal in einer baulichen bzw. territorialen Einheit, d. h. auf einer gemeinsamen Fläche realisieren, ohne dass größere Umweltbelastungen durch Transporte auftreten. Abtransportiert muss lediglich das Erntegut und Gärreste bzw. Deponieabdeckmaterial.
Weiterhin ist vorgesehen, dass

- die Koordinierung der Energieerzeuger (Solarstrom, Biogas, Verbrennung) rechnergesteuert auf der Grundlage von Programmen und/oder Messergebnissen vorgenommen wird,
- die Steuerung der Trennung der Gülle und der Sedimente und Schlämme sowie die Nährstoffzufuhr rechentechnisch realisiert wird, wobei entsprechende Messstellen vorgesehen sind, die ihre Messergebnisse an den/die Rechner zur Verarbeitung weiterleiten,
- der Wasserstand bei der Pflanzenversorgung und/oder der CO₂ Gehalt in der Farming-Anlage gemessen und bei Bedarf nachgeregelt wird.

Da die Farming-Anlage hochgradig automatisch arbeitet, ist es notwendig, dass Abweichungen von vorgegebenen Grenzwerten genutzt werden, um Anlagenfehler zu signalisieren, damit entsprechende menschliche Eingriffe in den Funktionsablauf vorgenommen werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 1020170072977 A [0003]
WO 2019/173876 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur ökologisch und ökonomisch optimierten pflanzlichen Nahrungsmittelproduktion bei dem e) Schlämme und Sedimente aus natürlichen und/oder künstlichen Gewässern und Gülle in organische und mineralische Bestandteile getrennt und Wasser entzogen wird, f) das Wasser mit Nährstoffen bedarfsgerecht aufbereitet und einer Farming-Anlage zur Versorgung von Pflanzen zugeleitet wird, g) die Farming-Anlage mit künstlichem Licht sowie mit einer Heizung und Kühlung unter Verwendung von Solarstrom, Biogasenergie und/oder Energie aus der Verbrennung von organischen Substanzen versorgt wird und h) bei der Energieerzeugung anfallendes CO₂ abgeschieden und als Photosynthesegas in die Farming-Anlage geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Farming-Anlage eine Vertikal-Farming-Anlage ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Bestandteile der Schlämme und Sedimente sowie der Gülle miteinander vermischt und in Fermentern einer Biogasanlage zu Biogas vergoren werden ggf. auch unter Zusatz abgestorbener oder abgeernteter Pflanzen der Farming-Anlage.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass organische Substanzen und/oder Gärreste aus den Fermentern als Bodenverbesserer außerhalb der Farming-Anlage eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Schlämmen, Sedimenten und der Gülle getrennten mineralischen Bestandteile zur Deponieabdeckung eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mineralische Bestandteile mit einer Korngröße kleiner 0,02 mm und einem Trockensubstanzanteil von 30 - 60 % unter Zusatz von Beimengungen von Tonmineralien und/oder Kalk und Flugasche oder Flugasche allein als Schicht auf die Deponie aufgebracht und auf eine Schichtdicke von 300 mm - 600 mm verdichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Schlämmen und Sedimenten und der Gülle getrennten mineralischen Bestandteile als Bestandteil von Mineraldünger eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Energieerzeugung anfallende CO₂ der Farming-Anlage zur Deckung des Bedarfes der Pflanzen für die Photosynthese zugeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass erzeugte überschüssige Energie in Wasserstoff umgewandelt und gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinierung der Energieerzeuger (Solarstrom, Biogas, Verbrennung), und/oder die Steuerung der Trennung der Sedimente und Schlämme, der Gülle und/oder die Nährstoffzufuhr rechnergesteuert auf der Grundlage von Programmen und/oder Messergebnissen vorgenommen wird und/oder wobei der Wasserstand bei der Pflanzenversorgung und/oder der CO₂ Gehalt in der Farming-Anlage gemessen und bei Bedarf nachgeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Abweichungen von vorgegebenen Grenzwerten genutzt werden, um Anlagenfehler zu signalisieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagentechnik zur Realisierung der Verfahrensschritte in einer baulichen und/oder territorialen Einheit zusammengefasst werden.