WHAT THE TECH?! Ist Vertical Farming die Zukunft der modernen Landwirtschaft?
Wie funktioniert Vertical Farming? Was braucht es dafür?
Viele Experten beschäftigen sich schon seit Jahren mit der Frage, wie sich die Menschheit in der Zukunft ernähren wird. Sicher ist, dass die vorhandenen Ressourcen effizienter genutzt werden müssen, um den Menschen den gleichen, gewohnten Lebensstandard zu bieten, beziehungsweise, um die Versorgungssituation für Menschen in Entwicklungsländern nachhaltig zu verbessern.
Vertical Indoor Farming, bei dem die Produktion auf übereinander angeordneten Flächen in Gebäuden, Containern oder in klimatisierten Supermarktschränken stattfindet, wird für die Sicherung der Ernährung als Zukunftstechnologie angesehen, da sich so auch der städtische Raum nachhaltig für Landwirtschaft nutzen lässt, was zusätzlich Transportzeit und Kosten spart.
Wirtschaftliche Lösungen sind gefragt
Der Ventilatoren- und Motorenspezialist ebm-papst beschäftigt sich schon seit geraumer Zeit mit dieser Thematik. Angeboten werden zum einen eine Vielzahl an energieeffizienten, „intelligenten“ Ventilatoren und Antrieben, die sich für die vielen unterschiedlichen Konzepte eignen. Zum anderen steht der Spezialist aber auch als engagierter Engineering-Partner und Systemanbieter zur Verfügung und bietet Unterstützung bis hin zu kompletten Automatisierungslösungen.
Alle Komponenten sind robust und arbeiten dauerhaft zuverlässig – selbst unter widrigen Umständen. Dabei konzipiert und liefert ebm-papst durchdachte Soft- und Hardwarelösungen, die Vertical Indoor Farming so nachhaltig, wirtschaftlich und ertragreich wie möglich machen.
Was braucht es für effiziente Vertical Farms?
Unabhängig von Pflanzenart und Anbautechnik ist neben der Beleuchtung die passende Klimatisierung dieser vertikalen „Farmen“ ein wesentlicher Faktor. Nur wenn Licht, Nährstoffe, Belüftung, Temperatur und Feuchte stimmen, lässt sich das Potential dieser Technologie nutzen. Grundvoraussetzung dafür sind wirtschaftliche Systeme, die stets bedarfsgerecht und hocheffizient arbeiten, nicht nur bei der Klimatisierung und Nährstoffversorgung, sondern auch beim automatisierten Warenhandling und dem Transport. Nur dann können die Indoor-Farmen wirtschaftlich und nachhaltig arbeiten.
Optimale Luftversorgung und Klimatisierung für jede Anlagengröße
Bei der Belüftung und Klimatisierung gibt es unterschiedliche Konzepte. Bei der sogenannten Tunnelbelüftung wird die Luft durch das Gebäude hindurch geschoben. Verbreitet sind aber auch auf den Dächern installierte zentrale Belüftungseinheiten sowie die zielgerichtete Luftversorgung einzelner Pflanzen oder Etagen über Rohr- und Schlauchsysteme (Bild 1), die ebenfalls entsprechend versorgt werden müssen.
Hier sind unterschiedliche Ventilatoren und Lüfter gefragt: So bewegen kompakte Axialventilatoren große Volumenströme bis 65.000 m³/h und arbeiten auch bei Gegendrücken bis 1.500 Pa zuverlässig (Bild 2). Sie eignen sich also besonders für die Tunnelversorgung.
Ein umfassendes Zubehörprogramm lässt weitere Anpassungen zu, zum Beispiel Schutzgitter. Als Spannungsversorgung sind 5 bis 110 VDC ebenso möglich wie 11 bis 480 VAC. Radialventilatoren überzeugen vor allem bei hohen Gegendrücken bis 5.200 Pa (Bild 3). Ihre Luftfördermengen liegen bei bis zu 30.000 m³/h.
Es gibt sie mit vorwärts oder rückwärts gekrümmten Schaufeln und entsprechend im Spiralgehäuse oder als Freiläufer. Varianten mit Außenläufermotor im Laufrad sind zudem sehr kompakt, benötigen also nur wenig Einbauplatz in den meist auf dem Dach installierten Belüftungseinheiten. Als Spannungsversorgung sind hier 6 bis 72 VDC beziehungsweise 85 bis 480 VAC vorgesehen. Zur Klimatisierung der Supermarktschränke, zur Belüftung einzelner Regale und für die Kühlung der LEDs haben sich Kompaktlüfter bewährt. Sie arbeiten ebenfalls mit einer hoher Energieeffizienz und tragen bei diesem Indoor-Farming-Konzept zu einem wirtschaftlichen Betrieb bei.
Für jedes Ziel den richtigen Antrieb
Die neuen Farming-Konzepte sind auch auf leistungsfähige Antriebssysteme angewiesen. Die vielen verschiedenen Arbeitsprozesse im Vertical Indoor Farming erhöhen zum Beispiel die Komplexität des Warenhandlings. Hier bringt eine effiziente Automatisierung von Logistikprozessen großes Einsparungspotenzial. So verringern dezentrale Antriebslösungen den Aufwand bei Transport- oder Handling-Systemen. Die Bandbreite reicht hier vom automatisierten Warenhandling mit autonom fahrenden Fahrzeugen (Bild 4), über Förderbänder bis hin zu Zugangskontrollsystemen.
Bei all dem kommt es auf gute Regelbarkeit und exakte Positionierung an. Dabei werden zum Beispiel für das Öffnen und Schließen von Schranken, Toren oder Fenstern zuverlässige, kompakte und hochdynamische Antriebssysteme benötigt, die harten Belastungen standhalten.
Systemlösungen spielen dabei eine entscheidende Rolle und flexible, zuverlässige Antriebssysteme mit einem hohen Vernetzungsgrad sind unverzichtbar. Aufgrund der langjährigen Erfahrung bietet ebm-papst für diesen Bereich einen Antriebsbaukasten aus Motor, Getriebe und Elektronik für Systemlösungen an; im Bereich der Getriebe sowohl als Planeten- wie auch als Winkelgetriebe.
Die elektronisch kommutierten ECI-Motoren beispielsweise decken in den Baugrößen 42, 63 und 80 mm den Dauerleistungsbereich von 30 bis 750 Watt ab. Für die notwendige Untersetzung der schnelldrehenden Innenläufer sorgen dann unterschiedliche, auf die Antriebe abgestimmte Getriebe, die sich auch mit den Außenläufermotoren der Baureihe VDC kombinieren lassen. Letztere decken bei kleinstem Bauraum den Leistungsbereich von 5 bis 125 Watt ab und überzeugen ebenfalls durch Langlebigkeit und gute Regeleigenschaften. Durch das modulare Antriebssystem lassen sich für viele Anwendungen Standardlösungen realisieren (Bild 5).
Für den Einsatz als Shuttle-Fahrantrieb geradezu prädestiniert sind beispielsweise die ECI-Innenläufer-Motoren, je nach geforderter Leistung entweder in der Baugröße 63 oder 80. Sie benötigen wenig Bauraum, erreichen mit 24 oder 48 V hohe Drehmomente und sind in der Lage, kurzzeitig die dreifache Nenn-Leistung zu liefern. In Kombination mit den ebenfalls überlastfähigen Optimax-Getrieben entstehen so kompakte, robuste Antriebssysteme, die sich obendrein durch die Wahlmöglichkeiten bei der eingesetzten Motorelektronik anwendungsgerecht ansteuern lassen.
Produktionsüberwachung in Echtzeit
Für eine ertragreiche Ernte gilt es die Wachstumsbedingungen kontinuierlich zu überwachen, um bei Bedarf gezielt Veränderungen einzuleiten oder Probleme rasch zu beseitigen; hier hilft ebm-papst mit digitalen Services. Sensoren und Hubs sorgen dafür, dass alle notwendigen und sinnvollen Daten digitalisiert werden (Bild 6).
Ganz gleich ob es um den Status von technischen Anlagen oder die Überwachung der Luft- und Wasserqualität geht. Damit lassen sich nun alle Daten zur Klimatisierung, Nährstoffversorgung oder Beleuchtung in Echtzeit visualisieren. Per App ist es dann zum Beispiel auch möglich Einstellungen mobil zu testen oder automatisch aktuelle Meldungen auf dem Mobiltelefon zu empfangen. Die eigens entwickelten Cloud-Anwendungen stellen die passenden Informationen und Steuerungsmöglichkeiten bereit, um die Produktion zu optimieren sowie wirtschaftlich und nachhaltig zu gestalten.
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