DE2820339A1 - Anlage und verfahren zur verbesserung der speicherung biochemischer energie durch die nutzung der sonnenenergie und/oder sonstiger elektromagnetischer strahlungsenergie in pflanzen - Google Patents
Anlage und verfahren zur verbesserung der speicherung biochemischer energie durch die nutzung der sonnenenergie und/oder sonstiger elektromagnetischer strahlungsenergie in pflanzenInfo
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Description
. Dr.techn. Othmar RUTHNER in Vf i e η
Anlage und Verfahren zur Verbesserung der Speicherung biochemischer Energie durch die Nutzung der Sonnenenergie
und/oder sonstiger elektromagnetischer Strahlungsenergie in Pflanzen.
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Verbesserung der Speicherung biochemischer Energie in Pflanzen
durch die Nutzung der Sonnenenergie oder sonstiger elektromagnetischer Energie in Pflanzen, wobei die Photosynthese
durch Sonnenlicht oder künstliches Licht oder deren Kombination in dreidimensionalen Raumgitterkulturen mit
Pflanzen- und Lichtgittern stattfindet.
'wildwachsende Pflanzen bestreiten ein äußerst
ökonomisches Lebenssystem. Sie befinden sich mit ihrer Umwelt in einem ökologischen Gleichgewicht. Der Mensch
hat seit Jahrtausenden durch Züchtung und Kulturtechnik die genetische Information einer Pflanze zu Gunsten seines
Lebensunterhaltes so weit abgeändert, daß die entstandene Kulturpflanze ihm in weit höherem Ausmaße biochemische
Energie in Form von Nahrungsmittel liefert. Jedoch für die stets steigende Menschenanzahl reichen für die Zukunft die
traditionellen landwirtschaftlichen Methoden nicht mehr aus, um die erforderlichen Nahrungsmittel zu beschaffen. Auch die
Belastung der Infrastruktur durch die Eutrophie, Umweltverschmutzung, Lagerung, Transporte sowie Verpackung, Konservierung,
etc. nimmt ständig zu.
Schon seit langem werden Pfianzenkulturen unter dem Schutz von Glashäusern durchgeführt. Diese kultürmethoden
finden in horizontlaer Ebene statt. Man arbeitet dabei zumeist mit Erdsubstraten.
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Mit Hilfe phytotechnologischer Verfahren ist es möglich geworden» unabhängig vom Standort und den jeweiligen
Jahreszeiten Jede beliebige Menge biochemischer Energie in Stoffora mit Hilf· von Pflanzen in Form von Primär- und Sekundürprodukten
zu erzeugen. Hierbei wird die genetische Information zur Erreichung eines bestimmten Produktionszieles
während ihres Wachstumsverlaufes innerhalb der genetischen Streubreite ökologisch manipuliert. In letzter Zeit werden
auch hydroponische Kulturverfahren angewendet, wobei nur wenige Umweltfaktoren kontrolliert werden» welche sich zumeist
auf Wasser, Nährstoffe, Wärme und Belüftung beschränken. Die zusätzlichen eingesetzten Beleuchtungseinrichtungen
ermöglichen in erster Linie eine photoperiodische Steuerung des Wachstumsverlaufes der Pflanz«, sodaß z.B. zu bestimmten
Zeiten Zierpflanzen zum Blühen gebracht werden (Chrysanthemenkultur), während die Photosynthesereaktion nur in bescheidenstes
Ausmaß erreicht wird. Dies liegt vor allem an den Grenzen der Beleuchtungsmöglichkeiten, wie Lampenabstände
und Wirtschaftlichkeit, eto.
Durch Einführung eines dreidimensionalen Licht-
und Pflanzengitters zu« kontinuierlichen Pflanzenbau ist es möglich geworden, auch eine Photosynthese wirkungsvoll und
wirtschaftlich zu betreiben, wobei durch Veränderungen der beiden Gitter «ine Beeinflussung des Wachstums erreicht
wurde. Nach modernen Erkenntnissen ist das Wachstum einer Pflanz· jedoch von einer Vielzahl von Umweltfaktoren abhängig,
welche laut Mitcherlich-Gesetz in einem Mindestmaß vorhanden
sein müssen, um die Nutzung der Pflanz· verbessern zu können.
Aufgabe der Erfindung ist «s, eine Anlage zu schaffen,
bei welcher die das Pflanzenwachstum beeinflussenden
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Faktoren so gesteuert bzw. verändert werden, daß der Photosyntheseprozeß einem optimalen Wert zugeführt wird. Dies
wird erfindungsgeaäß dadurch erreicht» daß die bekannten Pflanzengitter und Lichtgitter mit mindestens einea MeB*
gitter und einem Umweltfaktorengitter zu einem Multigittersystem zusammengefaßt werden, wobei das Meßgitter mit Einrichtungen zur Beeinflussung der Umweltfaktoren im Bereich
der Fiünze ausgestattet werden, wodurch die Bildung von
Photosyntheseprodukten zur Energiespeicherung einen Maximalwert zugeführt, hingegen die energiemindernden Atmungsprozesse auf ein Minimum reduziert werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung arbeitet
die Pflanze vorzugsweise auf Photosynthese, wobei im Kulturraum der Kohlenaäuregehalt erhöht und der Sauerstoffgehalt erniedrigt wird, und falls erforderlich der Sauerstoffgehalt im Sproßraum während der Dunkelperiod· erhöht,
hingegen die Temperatur erniedrigt wird.
Weiters ist es erfindungsgemäß möglich, daß durch die Regulation des Lichtgitters und der Temperatur des
Kulturraumes sowohl die Dunkelatmung, als auch die Lichtatmung weitgehendst eingeschränkt wird.
Erfindungsgemäß sollen die Atmungsprozesse nur soweit stattfinden, als die Pflanz· zur Aufrecht erhaltung
ihres eigenen Lebenssystems benötigt, keinesfalls jedoch die Produktionsleistung der Bildung an Primärprodukten, vorzugsweise Kohlenhydrate, Polysaccaride etc. bzw. Sekundärprodukten wie Vitamine, Alkaloide, Steroide etc. vermindert
werden. Auch soll erfindungsgemäß dem eigentlichen Lebenssystem der Pflanze soviel Energie zugeführt werden, daß sie
imstande ist, durch zusätzliche Energie- und Nahrungszufuhr ein Optimum an Produktionsleistung zu erbringen. Die durch
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Lichteinstrahlung freiwerdende Wärmeenergie soll erfindungsgemäß nur insoweit zu einer Temperaturerhöhung genützt
werden, als es einer optimalen Photosynthese entspricht, wobei Hei weiterem Anstieg der Temperatur die Wärme mittels
einer Klimaanlage aus dem System ausgetragen wird. Sollten die in heißen Klimazonen notwendigen Kühleinrichtungen des
Kulturraumes höher« Kosten als die Kosten zur künstlichen Gitterbeleuchtung verursachen, so wird das Pflanzengitter
gegenüber der Lichteinstrahlung erfindungsgemäß ganz oder teilweise abgeschirmt, abgeschaltet oder wärmeisolierend
abgedichtet.
Die dreidimensionale Pflanzenproduktion im Multigittersystem
kann auch nach einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung unterirdisch erfolgen, wobei das Sonnenlicht
bevorzugt mittels Lichtleitersysteae oder über eingebaute
lichtdurchlässige öffnungen bzw. verstellbar« Fensterbänder (Lichtbänder) in den Kulturraum gebracht wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird während der Photosynthese der Sauerstoffgehalt im Kulturraum
möglichst niedrig gehalten, wonach die säuerstoffangereicherte
Luft des Kulturraumes zur Kohlensäureerzeugung durch Verbrennung von Brennstoffen wie Pflanzenresten oder Abfallstoffen
und/oder vorzugsweise von Kohlenwasserstoffen wie Methan, Propan, Butan etc. verwendet wird, wobei das dabei
entstehend« Kohlensäure- und Wasserdampfgemisch wieder in den Kulturraum zur Erhöhung der Photosyntheseleistung zurückgeführt
wird.
Erfindungsgemäß wird dem Kulturraum während der Dunkelperiod«
normal« Außenluft in vorzugsweise gekühltem Zustand zugeführt. Vorzugsweise wird mittels einer Kühlanlage
die Kulturraumatmosphäre abgekühlt, wodurch die biochemische
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AO
Reaktionsgeschwindigkeit der Veratmung der Pflanze wesentlich
herabgesetzt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hiand der Fig. 1
bis 9 näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines
Hultigittersystems, die i
Fig. 2 eine schematische Vergrößerung^ der Darstellung
nach Fig. 1, die Fig. 3 eine schematische Frontansicht der Fig. 2,
die
Fig. 4 ein Ertrag-Zeitdiagramm, die Fig. 5 ein COg-Aufnahme- bzw. Abgaiediagramm, die
Fig. 6 das Gaswechsel-Beleuchtungsdiagramm von
Pflanzen, die
Fig. 7 die Photosynthese und Atmung während der
Fig. 7 die Photosynthese und Atmung während der
Tag- und Nachtperioden» die
Fig. 8 den Verlauf des Lichtkompensationspunktes
verschiedener Pflanzen über einen längeren
Zeitraum und die
Fig. 9 die Schattenbildung in einem dreidimensionalen
Fig. 9 die Schattenbildung in einem dreidimensionalen
Kulturraue als Funktion der Zeit.
In Fig. 1 ist mit 6 eine beispielsweise transpaVente
AußenumhUllung bezeichnet, welche einen Kulturraum umgibt,
Die Außenumhüllung 6 wird von einem mit 4 bezeichneten Baugitter getragen, welches sich in einer stabilen Metallkonstruktion,
z.B. aus lotrechten und horizontalen miteinander verschweißten Stahlprofilen manifestiert. Im
Kulturraum befindet sich eine bewegliche, endlose motorisch angetriebene Umlaufbahn. Die Umlaufbahn wird aus zwei umlaufenden
Ketten gebildet, zwischen welchen in wählbarem Abstand Träger in Form von Pflanzenbehältern (Gehänge mit
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Wurzelraum) pendelnd angebracht sind, in denen in regelmäßigem
Abstand Pflanzen eingefügt sind, sodaß die Pflanzen selbst iaaer in senkrechter Lafce ausgerichtet, zyklisch
oder kontinuierlich durch den Kulturraum geführt werden,
Zweckmäßigerweise werden die Ketten nur von oberen Transport- und Tragrollen angetrieben bzw. getragen, die in
entsprechenden, an von lotrechten Profilen gebildeten Seitenelementen des Baugitters 4 angebrachten Lagerungen gelagert
sind, wobei die Lagerungen entlang den Seitenelementen verschiebbar sind, sodaß der Abstand zwischen den
aufeinanderfolgenden Rollen verändert werden kann. Es entstehen Schlangen, welche frei nach unten durchhängen
und in ihrer Anzahl beliebig bzw. entsprechend der zur Verfügung stehenden Länge des Kulturraumes wählbar sind. Lediglich
an den unteren «endestellen der Schlangenzone sind Umlenkrollen zur Rückführung der Umlaufbahn vorgesehen.
Die konstanten Schlangenlängen sind durch einen Zahnantrieb gegeben. Die auf diese Weise im Kulturraum geführten
Pflanzen bilden somit ein bewegliches Pflanzengitter 1,
dessen Gitterkonstante bedingt durch das Wachstum der Pflanzen veränderbar ist. Die im Baugitter 4 inkludierten
Deckenelemente und/oder Seitenelemente tragen in regelmäßigen Abständen Kabel oder Stangen, an welchen in regelmäßigen
horizontalen und vertikalen Abständen Beleuchtungskörper angeordnet sind, wodurch zwischen den Umlaufbahnen
der Pflanzen ein konstant stabiles Lichtgitter 2 besteht, welches in seiner Beleuchtungsstärke durch regelbare Schaltungen
beliebig veränderlich ist. Der Kulturrauu kann somit
3e nach Bedarf stärker oder weniger stärker ausgeleuchtet
werden. Dies 1st besonders dann erforderlich, wenn eine Veratmung der Primär- oder Sekundärprodukte der Pflanze
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verhindert werden soll· Die Beleuchtungsstärke kann dem
Kompensationspunkt, welcher später erläutert wird, weitfj·-
hendst angepaßt werden.
Innerhalb des Pflanzengitters 1 ist ein weiteres Gitter in Form eines Meßgitters 3 vorgesehen, welches ebenfalls
an den Decken- und/oder Seitenelementen befestigten Kabel oder Stangen fix oder beweglich angeordnete Meßeinrichtungen
aufweist. Das Meßgitter 3 ist stabil, verfügt über konstante Gitterabstände zwischen den in lotrechten
und horizontalen Reihen angeordneten Meßeinrichtungen, die so beschaffen sind, daß sie den gesamten Kulturraum
hinsichtlich Beleuchtungsstärke, CO2-, und H20-Gehalt etc.
überprüfen, wobei gleichzeitig die Gasreaktionen der Photosynthese bzw. des Atmungsprozesses kontrolliert werden.
Ein weiteres Gitter ist innerhalb des Pflanzengitters 1 in Form eines Umweltfaktorengitters 5 vorgesehen,
welches aus beispielsweise an den Seitenelementen befestigten Einrichtungen in Fora von gitterartig angeordneten
Rohren mit Auslaßöffnungen zur Abgabe von Wasser, Nährlösungen, Hydrosole, Aerosole, Sauerstoff, Kohlensäure etc.,
wodurch die atmosphärische Beschaffenheit des Kulturraumes und im speziellen der Bereich der Pflanzen selbst hinsichtlich
Temperatur, Feuchte usw. beeinflußt wird, wobei die Aktivierung dieser Einrichtungen bevorzugt durch elektrische
Steuerung bzw. Regelung erfolgt.
Das Baugitter 4, das ίflanzengitter 1, das Lichtgitter
2, das Meügitter 3 und das Umweltfaktorengitter 5
bilden erfindungsgemäß als funktioneile Einheit ein MuItigittersystem
7, welches eine Reihe von später genannten Vorteilen mit sich bringt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen einen vergrößerten Ausschnitt
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des Multigittersystems 7 nach Fig. 1 in Perspektive bzw.
in Frontansicht. Es wirken somit ein veränderliches, umlaufendes Pflanzengitter 1, ein konstant und veränderlich
stabiles Lichtgitter 2, ein konstant, stabiles Meßgitter
3, ein konstant stabiles bzw. teilweise bewegtes Baugitter
4, sowie ein konstant stabiles Umweltfaktorengitter 5 so zusammen, daß der Wachstumsverlauf der Pflanzen im Raumgitter
vorrangig durch die Umweltfaktoren Licht, Wärme, Kohlensäure-, Sauerstoff- und Wasserdampfgehalt geregelt
werden kann.
Die Kombination des Pflanzengitters 1 mit dem Lichtgitter 2 und den übrigen Gittern erbringt eine Reihe von
Vorteilen;
1) Weitgehende Nutzung des ^bstandgesetzes (quantitative
Lichtnutzung, räumliche Addition der Beleuchtungsstärken). Das Lichtgitter 2 ermöglicht im Rahmen der Abstandsgesetze
eine beträchtliche Steigerung der Beleuchtungsstärke. Die Lampenanzahl kann weitgehend reduziert werden. So ist es
2 z.B. möglich, vertikale Kulturflächen bis zu 8 ■ pro
Lamp· (400 Watt), Jedoch in Gitter installiert «it 20.000 - 30.000 Lux auszuleuchten, was einer enormen Energie- und
Kosteneinsparung gleichkommt. Die Pflanzengitterabstände
sind Je Beleuchtungsstärke genau berechenbar und unterliegen
ökophysiologischen Gesetzmäßigkeiten.
2) Für die photoperiodischen Beleuchtungseffekt· ist die
zeitlich« Lichtsteuerung stets gegeben.
3) Die Lichtqualität kann durch Einsatz vor Lampen beliebiger
Wellenlänge so geändert werden, daß speziell· Photoeffekt· erzielt werden (z.B. Phytochroa 730 üffekt), wobei
di· Anzahl dieser Lampen beschränkt bleiben kann, da die Pflanz· im Gitter konstant an denselben vorbeigeführt
werden.
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4) Da die Lichtquellen in einem Raumgitter angeordnet sind, wird die Pflanze von allen Seiten be- und durchstrahlt,
sodaß eine Lichtsättigung rasch erreicht und Schattenbildungen durch Blätter, etc. weitgehendst
unterbleiben.
5) Die Beleuchtungszeit ist unabhängig von der Jahreszeit und kann bis zu täglich 24-stündiger Beleuchtung ausgedehnt
werden.
6) Die Beleuchtungsstärke wird über dem Kompensationspunkt
der Photosynthese und des Atmungsprozesses gehalten, um die Veratmung weitgehends zu verringern, wobei eine automatische
Kontrolle des Kohlensäure- und Auerstoffgasgehaltes der Kulturatmosphäre erfolgt.
7) Verhinderung der Lichtatmung bei zu starker Lichteinstrahlung
durch CO2- und Sauerstoffkontrolle der Meßgittereinrichtungen
des Meßgitters 3.
8) Die Bewegung des Pflanzengitters 1 im Lichtgitter 2 erbringt ein· stete Schwankung der Beleuchtungsstärke
an der Pflanz« als asicher, was einer Lichtberieselung derselben gleichkowat und für den Transport der Assimilate
z.B. in den Chloroplasten von Bedeutung ist.
9) Das Lichtgitter 1 erbringt eine relativ gleichmäßige Bestrahlung der Pflanze und damit eine gleichmäßige
morphologische Gestalt, bzw. Struktur.
10) Das bewegte Pflanzengitter 1 schafft eine gegenseitige Beschattung, sodaß tfärme und Lichtstauungen im Kulturraum
vermieden werden.
11) Das Pflanzengitter 1 erzeugt im Kulturraum durch die
Transpiration bzw. tfasserverdunstung einen Kühleffekt, der einer Waldkultur entspricht und Kühlkosten z.B. in
heißen ariden Zonen senkt.
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12) Das Lichtgitter 2 ermöglicht die wahlweise Bildung von Lichtdichte, LichtverieLlung, Schaffung bestimmter Lichtmittelwerte
und Lichteffekte, welche z.B. den Stofftransport in den Pflanzen beeinflussen.
13) Uie Pflanzengitter 1 können mit regelbaren Umlaufgeschwindigkeiten
von wahlweise O bis vorzugsweise 5 m oder höher pro Minute bewegt werden. Dies ist für die
Arbeitstechnik (Errte, etc.) notwendig.
14) Das Pflanzengitter 1 ermöglicht, daß zu bestimmten Tageszeiten
die Aberntung erfolgt. Bekanntlich ist der Gehalt an Primär- und Sekundürprocukten an bestimmten Tageszeiten
verschieden.
15) Über das Uaweltfaktorengitter 5 können ergänzend sämtliche
andere, den Pflanzenwuchs beeinflussenden Umweltgrößen Im Bereich der Pflanze wie Feuchtigkeit (Auslaßöffnungen
f. Wasser, z.B. als Schutz bei zu großer Wärmeentwicklung), Gaszusammensetzung der Luft (CO2-*
O2-, Aerosolgehalt usw.), sowie die chemische Beschaffenheit
der Stoffe im Wurzelraum (Substrat, Nährlösung, Düngung usw.) vorteilhaft beeinflußt werden.
Das Multigittersystem 7 nach Fig. 1 bis 3 ermöglicht
die Sonneneinstrahlung in die Kulturräume so zu kompensieren, daß sie optimal die Photosynthese beeinflussen kann.
In einem weitgespannten Rahmen erfolgen die Regelung, wobei das Lichtgitter 2 entweder vollkommen ausgeschaltet,
die Photosynthese somit ausschließlich von der Sonne bewerkstelligt wird, oder aber über alle möglichen Zu- und
Einschaltvariationen die Einstrahlung der Sonne kombiniert mit dem Lichtgitter 2 für die Photosynthese zur Wirkung
kommt, bzw. die Sonneneinstrahlung vollkommen ausgeschaltet wird. Entscheidend für die Wahl der Jeweiligen Mischungsvarianten ist die Pflanzenart, z.B., ob Sonnen- oder
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Schattenpflanzen, die Lage des Koapensationspunktes sowie
nicht zuletzt die Kosten· Hiebei ist zu berücksichtigen, daii nur zu oft die Kühlkosten in heißen Zonen die Beleuchtungskosten
bei weitem übersteigen können.
Durch obige wechselseitige Kombination der Gittersysterae
ist es möglich, die Pflanze, außer ihrem eigenen lebenssystementsprechenden Energiebedarf, zusätzlich
mit Energie zu füttern. Es wird besonders darauf geachtet, daß die entstandenen Pflanzenprodukte (Primär- und Sekundärprodukte)
nicht nur rasch gebildet, sondern auch nicht veratmet, d,h, somit erhalten bleiben. Es ergibt sich somit
eine kontinuierlich produzierende Kulturanlage, welche gestaatet, an Jedem beliebigen geographischen Ort gleichgültig
ob in ariden, heißen Wüsten oder im kätten Polargebiet ober— oder unterirdisch die Pflanzenproduktion optimal
zu gestalten, zu verbessern bzw. zu stabilisieren. Hiebei wird es erfindungsgemäß ermöglicht, durch die Kombination der
eingesetzten Gittersysteme, insbesondere durch die entsprechende Veränderung der jeweiligen Gitterkonstanten, die
Abstandgesetze des Lichtes nützend, mit einem Bedarfsminimua
an elektrischer Energie die Photosynthese zu bewerkstelligen.
Die Fig. 4 zeigt den Wachstumsverlauf einer Pflanze,
welche unter natürlichen Umweltbedingungen nach der Zeit t«j, eine Masse m^ erlangt hat, während dieselbe Pflanze unter
den Bedingungen gemäß der Erfindung schon nach der kürzeren Zeit t2 eine höhere Masse m2 erbringt. Die Differenzen
Δ t » t- - tp und Am ■ m- - a«. werden erfindungsgemäß einem
maximalen Wert zugeführt.
Aus der Fig. 5 ist die COp-Aufnähme einer Pflanze
als Funktion der Temperatur ersichtlich, wobei der Anteil der Photosynthese und der Atmung der Pflanze getrennt dargestellt
sind. Die Differenz der beiden Werte ergibt die
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strichliert eingezeichnete Nettophotosynthese, welche etwa
in der Mitte der Kurve ein Optimum besitzt. Durch Erfassung des COg-Gehaltes mittels der im Meßgitter 3 enthaltenen
Sensoren ist es z.B. möglich, über das Lichtgitter 2 und das Umweltfaktorengitter 5 die Nettophotosynthese positiv zu
beeinflussen.
Zur Erläuterung des Kompensationspunktes dient die Fig. 6. Dabei sind die Sauerstoff- bzw. Kohlensäure-Aufnahme
und-abgaben einer Pflanze als Funktion der Beleuchtungsstärke dargestellt, wobei das Beispiel einer Sonnenpflanze
(volle Linie) und einer Schattenpflanze (strichliert) gewählt wurde. Oberhalb des Kompensationspunktes
KgQ einer Sonnenpflanze bzw. K2 einer Schattenpflanze
gibt die Pflanze Sauerstoff ab und nimmt Kohlensäure für die Photosynthese auf, während die Pflanze unterhalb des
Kompensationepunktes Sauerstoff unerwünscht veratmet und Kohlensäure abgibt. Auch dieser wichtige Zusammenhang für
den vorteilhaften Verlauf des Wachstums ist mit den Einrichtungen dee Multigittersysteais positiv und optimal beeinflußbar.
In Fig. 7 ist der natürliche periodische Verlauf dieser Gaswechselleistung einer Pflanze nach Fig. 6 in
Diagrammfora seitabhängig dargestellt. Am Tage findet die Photosynthese statt, wobei Kohlensäure aufgenommen und Sauerstoff
von der Pflanze abgegeben wird. Gleichzeitig findet aber auch ein Atmungsprozeß (Lichtatmung) statt, d.h.
Sauerstoff wird aufgenommen und Kohlensäure abgegeben, wobei dieser Prozeß beträchtliche Werte annehmen kann, wenn
er unkontrolliert stattfindet, arfindungsgemäß kann dieser
unerwünschte Atmungsprozeß kontrolliert und auf ein Minimue
reduziert werden, wobei die Beeinflussung durch die obigen
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Einrichtungen des Multigittersystems derart erfolgt, daß z.B. dem Kulturraum nach Bedarf Sauerstoff entnommen und
Kohlensäure zugeführt wird· In der Macht findet ebenfalls eine Atmung (Dunkelatmung) der Pflanze statt, welche ebenfalls
kontrolliert und auf ein Minimum reduziert werden kann.
Die Fig. 8 zeigt den jahreszeitlichen Verlauf des Kompensationspunktes verschiedener Pflanzen. Wie daraus
zu erkennen ist, wird besonders im Frühjahr zu Beginn der Belaubung mit einer starken Veränderung des Lichtkompensationspunktes
zu rechnen sein, und die Regelung des Lichtgitters 2 muß dementsprechend erfolgen.
Die Fig. 9 zeigt die zeitliche Zunahme der Schattenbildung
im dreidimensionalen Kulturraum, welche aus konstanten Schattenkomponenten (Wurzelraua, Gehänge und Trager,
Konstruktion, dem Umlauf mit Ketten, Rädern etc., der Stahlkonstruktion und der Hülle 6) einerseits und der zunehmenden
Schattenkomponente selbst zustandekommt. Auch hier ist es mit Hilfe der Einrichtungen des Meßgittersystems
3 möglich, die Schattenbildung im gewünschten Maß· zu kontrollieren, indem beispielsweise, entsprechend der gemessenen
Beleuchtungsstärke eine Regelung der Beleuchtungsstärke dee Lichtgitters 2 in der betreffenden Schattenzone
erfolgen wird, und somit auch der jeweiligen Intensität des Sonnenlichtes angepaßt werden kann.
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4*
Leerseite
Claims (1)
- K 83 p 73 MERTENS & KEIL8. Mai 1978 PatentanwälteDDipl.Ing. Dr.techn. Othmar RUTKNER in \i i e η Patentansprüche:1. Anlage zur Verbesserung der Speicherung biochemischer Energie in Pflanzen durch die Nutzung der Sonnenenergie oder sonstiger elektromagnetischer Energie in Fflanzen, wobei die Photosynthese durch Sonnenlicht oder künstliches Licht oder deren Korabination in dreidimensionalen Rauragitterirulturen mit Pflanzen- und Lichtgittern stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß die bekannten Pflanzengitter (1) und Lichtg-itter (2) mit mindestens einem Heßgitter (3) und einem Uurweltraktorengitter (5) zu einem Hultigittersystem (7) zusammengefaßt werden, wobei das Meßgitter (3) mit Heßeinrichtungen und das Umweltfaktorengitter (5) mit Einrichtungen zur Beeinflussung der Umweltfaktoren im Bereich der Pflanze ausgestattet v/erden, v/odurch die Bildung von Photosyntheseprodukten zur Energiespeicherung einem Maximalwert zugeführt, hingegen die energiemindernden Atmungsprozesse auf ein I-Iinimum reduziert v/erden.2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Multigittersystem (7) ein Baugitter (4) enthält, welches aus den beweglichen Umlaufbahnen, den stabil konstanten Konstruktionsteilen sowie der Außenumhüllung (6) gebildet wird.3. Anlage nach /.nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kulturraum lichtdurchlässige Öffnungen bzw. verstellbare Fensterbonder (Lichtbänder) eingebaut sind.4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtgitter (2) Lampen mit verschiedenen Vellenlän-- 1 809847/0807BAD ORiQfNALgen eingebaut sind (z.B. für Phytochromeffekte), wobei die Anzahl dieser Lampen beschränkt bleiben kann, da die Pflanzen im Gitter konstant an denselben vorbeigeführt werden.5. Verfahren zur Verbesserung der Speicherung biochemischer jinergie in Pflanzen unter Verwendung einer Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biochemische Energiespeicherung durch funktionell abhängige Verschiebung des Aufbaues der Gittersysteme bzw, der jeweiligen Gitterkonstanten erfolgt, wobei die Veränderung der Abstände im Lichtgitter (2) zu Additionen der Beleuchtungsstärken führt und damit im Pflanzengitter wirkungsvolle bzw. hohe Photosynthesewerte erbracht werden.6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Beleuchtungsstärke bevorzugt über dem Kompensationspunkt von Photosynthese und dem Atmungsprozeß liegt.7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlensäure-, Sauerstoff- und Feuchtigkeitsgehalt der ivulturraumatmosphäre mittels Meßeinrichtungen des Meßgitters (3) registriert wirdm wob·! die Gasreaktion sowohl der Photosynthese als auch des Atmungsprozesses durch räumlich fix· und/oder beweglich angeordnete Meßeinrichtungen des Meßgittersystems (3) kontrolliert werden.8. Verfahren mch Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanze vorzugsweise auf Photosynthese arbeitet, wo· bei im Kulturraue der Kohlensäuregehalt erhöht und der Sauerstoffgehalt erniedrigt wird, und falls erforderlich der Sauerstoffgehalt im Sproßraua während der Dunkelperiode erhöht, hingegen die Temperatur erniedrigt wird.9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Regulation des Lichtgitters (2) und der Tem-8098 47/0 807peratur des Kulturraumes sowohl die Dunkelatmung, als auch die Lichtatmung v/eitgehendst eingeschränkt wird.10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Atmungsprozess· nur soweit stattfinden, als die Pflanze zur Aufrechterhaltung ihres eigenen Lebenssystems benötigt, keinesfalls jedoch die Produktionsleistung der Bildung an Primärprodukten vorzugsweise Kohlehydrate, PoIyaaccaride etc· bzw. Sekundärprodukten wie Vitamine, Alkaloide, Steroide etc. vermindert wird.11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem eigentlichen Lebenssystem der Pflanze soviel Energie zugeführt wird, daß sie imstande ist, durch zusätzliche Energie- und Nahrungszufuhr ein Optimum an Produktionsleistung zu erbringen.12. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eingestrahlte Sonnenlicht weitgehendst zur Photosynthese genützt wird, wobei die im dreidimensionalen Pflanzengitter (1) auftretenden Schattenräume mittels eines Lichtgitters (2), welches durch Meßeinrichtungen eines Meßgitters (3) kontrolliert wird, die erforderliche Beleuchtungsstarke durch Nachregelung des Lichtgitters (2) erbracht wird,13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Einstrahlung freiwerdende Wärmeenergie nur insoweit zu einer Temperaturerhöhung genützt wird, als es einer optimalen Fhotoyynthese entspricht, wobei bei weiterem Anstieg der Temperatur die Wärme mittels einer Klimaanlage aus dem Syste« ausgetragen wird.14. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß falls die Kühlkosten für die Kühlung des Kulturraumes höher als die Kosten für die künstliche Gitterbeleuchtung liegen, das Pflanzengitter (1) gegenüber der Lichteinstrhhlung809847/0807ganz oder teilweise abgeschirmt, abgeschaltet oder wärmeisolierend abgedichtet wird.15· Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kultivation der Pflanzen in vollkommen abgeschlossenen Licht- und wäraieisolierten Kulturräumen z.B. unterirdisch erfolgt, insbesondere wenn die Kosten der Wärmeabführung oder Zuführung höher liegen als die Beleuchtungskosten·16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzenproduktion dreidimensional in unterirdischen Räumen erfolgt, wobei das Sonnenlicht mittels Lichtleitersystemen in die Kulturräume gebracht wird.17· Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wachstumsverlauf der Pflanzen im Raumgitter vorrangig durch die Umweltfaktoren Licht, Wärme, Kohlensaurer, Sauerstoff- und Wasserdampfgehalt geregelt wird.18. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Photosynthese der Sauerstoffgehalt im Kulturraum möglichst niedrig gehalten wird, wonach die sauerstoffangereicherte Luft des Kulturraumes zur Kohlensäureerzeugung durch Verbrennung von Brennstoffen wie Pflanzenresten oder Abfallstoffen und/oder vorzugsweise von Kohlenwasserstoffen wie Methan, Propan, Butan etc. verwendet wird, wobei das dabei entstehende Kohlensäure- und Wasserdampfgemisch wieder in den Kulturraum zur Erhöhung der Photosyntheseleistung zurückgeführt wird.19.Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Dunkelperiode in den Kulturraum normale Außenluft, jedoch vorzugsweise in gekühltes Zustand rüokgeführt wird.20. !erfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,- 4 809847/0807daß mittels einer Kühlanlage die Kulturrauraatmosphäre abgekühlt wird, wodurch die biochemische Reaktionsgeschwindigkeit der Veratmung herabgesetzt wird.21. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet» daß die Aktivierung der Einrichtungen des
Uinweltfaktorengitters (5) durch elektrische Steuerung bzw. Regelung erfolgt.- 5 -809847/0807
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