mini|Designbeispiele für Farmscraper
Vertikale Landwirtschaft (engl. vertical farming) ist ein Begriff der Zukunftstechnologie, die eine tragfähige Landwirtschaft und Massenproduktion pflanzlicher und tierischer Erzeugnisse im Ballungsgebiet der Städte in mehrstöckigen Gebäuden (sogenannten Farmscrapers) ermöglichen soll.
Sie ist damit eine Sonderform der urbanen Landwirtschaft (engl. urban agriculture oder urban farming). Basierend auf Kreislaufwirtschaft und Hydrokulturen unter Gewächshausbedingungen sollen in Gebäudekomplexen auf mehreren übereinander gelagerten Ebenen ganzjährig Früchte, Gemüse, essbare Speisepilze und Algen erzeugt werden. Die Befürworter der vertikalen Landwirtschaft argumentieren damit, dass die traditionelle landwirtschaftliche Produktion in einen naturbelassenen Ursprungszustand zurückgeführt werden soll und sich Energiekosten für den Transport von den Erzeugern bis zu den Konsumenten dadurch reduzieren lassen. Außerdem wird durch die Kreislaufwirtschaft der Treibhauseffekt des atmosphärischen Kohlendioxids minimiert. Kritiker merken jedoch an, dass Mehrkosten für die künstliche Beleuchtung und andere operative Arbeiten in der vertikalen Landwirtschaft anfallen, die den Nutzeneffekt durch die räumliche Nähe von Produktion und Konsum wieder nivellieren.Nelson, B. (2008). Could vertical farming be the future? MSNBC. mini|Wie funktioniert vertical farming? Erklärvideo (1 min 48)
Hintergrund Dickson Despommier, Professor für Umweltgesundheit und Mikrobiologie an der Columbia University in New York City, entwickelte zusammen mit seinen Studenten 1999 die ersten Gedanken zur vertikalen Landwirtschaft. Die ursprüngliche Idee sollte 50000 Bewohner Manhattans mit 13 Acres (umgerechnet 5,26 Hektar) Nutzpflanzen auf Dachgärten versorgen. Seine Studentengruppe kalkulierte, dass mit dieser zur Verfügung stehenden Fläche nur etwa 2 % der 50000 Bewohner hätten ernährt werden können. Unzufrieden mit diesen Ergebnissen schlug Despommier vor, die Kulturen in einer vertikalen Anordnung anzubauen, um Platz zu sparen. Von diesem Stadium aus gewann das Projekt an eigener Triebkraft und geriet ins öffentliche Interesse. Im Jahr 2001 waren die ersten Planskizzen dieses Vorhabens bereits ausgereift und heute arbeiten weltweit Wissenschaftler interdisziplinär an einer Weiterentwicklung dieses Projektes. In einem Interview mit Miller-McCune.com beschrieb Despommier die Hauptfunktionen der vertikalen Landwirtschaft wie folgt:
mini|150px|Grundstruktur der Flavone
Die Architektenentwürfe stammen von Chris Jacobs (United Future). Die Aufmerksamkeit der Massenmedien wurden unter anderem durch einen Artikel von Lisa Chamberlain im New York Magazin und The New York Times, Time Magazine, U.S. News & World Report, Popular Science, Scientific American und dem Maxim Magazine geweckt.
Bislang wurde die vertikale Landwirtschaft nur im kleinen Maßstab realisiert, erst seit 2009 existieren einige praxisausgereifte Konzepte für die vertikale Pflanzenproduktion, hauptsächlich Hydrokulturen.verticalfarm.com
Geschichtliche Entwicklung mini|Vertikale Landwirtschaft in der DDR: Das „Schweinehochhaus“ bei Maasdorf war ein sozialistisches Prestigeobjekt und der Versuch, auf wenig Fläche effizient Schweine zu züchten.
Traditioneller Etagenanbau Die Indigenen Amazoniens betrieben bereits vor der europäischen Kolonisierung Etagenanbau im tropischen Regenwald, wobei bis zu 30 Meter hohe Nutzbäume (z. B. Paranüsse) die oberste Ebene bildeten, Sträucher und Stauden die mittlere und die untere Ebene Gemüse und Wurzelfrüchte wie Maniok, Süßkartoffeln und Yams (siehe Stockwerkanbau).
Erste Turmgewächshäuser in den 1960er Jahren Pionier der modernen vertikalen Landwirtschaft war der Wiener Erfinder und Maschinenbauingenieur Othmar Ruthner, dessen Turmgewächshäuser bereits 1964 für die Wiener Internationale Gartenschau (WIG 64) – Bild des Turmgewächshauses auf der WIG 64 und 1965 im Forschungsgarten der Bayer-Werke in Leverkusen – Bild des Turmgewächshauses bei Bayer in Leverkusen errichtet wurden. Nach dem gleichen Prinzip wurde 1965 in der Schweiz ein Turmgewächshaus in Rüfenach in Betrieb genommen.
Weitere Entwicklung mini|Tilapia-Buntbarsche im Gewächshaus der US-Firma Growing Power mini|Das VertiCrop-System 1978 veröffentlichte der Physiker und Systemanalyst Cesare Marchetti den Artikel „1012 - A check on the carrying capacity of Earth“C. Marchetti: Ten to the Twelfth. A check on the carrying capacity of Earth (PDF; 361 kB), 1979. und führt als Alternative zur Nahrungsmittelkrise die Planung von autarken Gartenstädten an.
Formen der urbanen Landwirtschaft werden seit 1993 unter anderem von der US-Organisation Growing Powergrowingpower.org betrieben. Eine Sonderform ist „Aquaponics“ als symbiotisches Kreislaufsystem zwischen Pflanzen und Nutzfischen wie Tilapia-Buntbarschen. Ammoniak der Fischausscheidungen wird unter dem Fischtank auf einem Kiesbett bakteriell in Nitrat und andere Stickstoffverbindungen aufgeschlossen. Wasserlinsengewächse sorgen für eine zusätzliche biologische Reinigung. Mit dem aufbereiteten Wasser werden Salat und Tomaten bewässert und das überschüssige Wasser gelangt wieder zurück in den Fischtank.
2000 entwarf das niederländische Architektenbüro MVRDV ein Konzept zur Schweinezucht auf mehreren Ebenen mit dem Namen Pig City.Seite bei MVRDV
Im Jahr 2003 sollte das Deltapark-Projekt in Rotterdam realisiert werden. Grundidee hierzu war der Import von Futtermitteln aus Übersee, die direkt in Hafennähe in eine Kreislaufwirtschaft für Tier- und Pflanzenproduktion eingeschleust werden sollten. (PDF; 3,4 MB) Untergebracht werden sollte das Projekt in einem 1000 × 400 Meter großen mehrgeschossigen Gebäudekomplex mit einer Windkraftanlage zur Energieerzeugung auf dem Dach. Die 5. bis 7. Etage waren als Gewächshäuser vorgesehen und deren Abfallprodukte für die Tierproduktion und Mast. In der 4. Etage sollten Champignons in Abwesenheit von Sonnenlicht gezüchtet werden, in der 1. bis 3. Etage Schweinemast und intensive Hühnerhaltung. Das Erdgeschoss war für die Schlachtereien und Verladestationen vorgesehen, hier sollten auch die importierten Futtermittel aus den Silos in die Mastställe transportiert werden. Im Kellergeschoss sollten Fischbassins für die Aquakultur angelegt werden, wobei Schlachtabfälle als Futter verwendet werden. Schweinegülle und Hühnermist sollten zu organischem Pflanzendünger verarbeitet und das von den Tieren ausgeatmete Kohlendioxid für die Anreicherung der Umgebungsluft in den Gewächshäusern werden. Die Abwärme der Tiere und das aus dem Schweinemist gewonnene Biogas sollte den Gebäudekomplex mit Wärmeenergie versorgen. Die Realisierung des Projektes scheiterte am Widerstand der Bevölkerung gegen diese Form der industrialisierten Landwirtschaft.
Zur Zeit der Nahrungsmittelkrise in den Jahren 2007 und 2008 wurden diese Konzepte wieder neu aufgenommen, da stark steigende Lebensmittelpreise vor allem in den Entwicklungsländern zu sozialen Spannungen führten. VertiCrop High Density Vertical Growth Systems ist ein Nutzungssystem der Firma Valcent und wurde 2009 erfolgreich in Großbritannien eingeführt;Vertical crop system is piloted, BBC News, 29. September 2009. dort wird in einem zur Beleuchtungskostenersparnis und besseren Belüftung um eine Achse rotierenden System auf mehreren Ebenen übereinander Gemüse angebaut. Vertical Hydroponicsvertigro.com wird von der Firma Verti-Gro angeboten. Die Stadt Masdar in den Vereinigten Arabischen Emiraten fördert diese nachhaltigen Konzeptemasdaruae.com und hat mit Dickson Despommiers und seinem Unternehmen Vertical Farm Technologiesverticalfarm.com eine Absichtserklärung zum Bau einer vierstöckigen vertikalen Farm unterzeichnet.
2022 wurden in Dubai mit dem Emirates Crop One die mit 330,000 m2 weltweit große Verticale Farm eröffnet.
In Nordkorea wurde am 10. Oktober 2022 die Gewächshausfarm Ryongpho mit einer Fläche von 234 Hektar eröffnet. Die neue Gewächshausfarm Kangdong hat eine Fläche von 215 Hektar und wurde am 24. März 2024 eröffnet.Colin Zwirko: North Korea opens massive greenhouse complex, but makes false claims about size nknews vom 18. März 2024.
Vorteile Einige Vorteile werden von Despommier angeführt. Viele dieser Vorteile beruhen darauf, den Maßstab der Wachstumsbedingungen in Hydro- oder Aerokulturen auszubauen. Andere beziehen sich darauf, dass vertikale Landwirtschaft den Nutzen erneuerbarer Energien (z. B. Wind- oder Solarenergie) oder Recycling von Abfällen oder optimierte Wasseraufbereitung ausbaut.
Ernährung der steigenden Weltbevölkerung Nach Schätzungen werden bis zum Jahr 2050 80 % der Weltbevölkerung (ca. 7 Mrd. Menschen) in urbanen Ballungsräumen leben. Für den Bedarf von zusätzlich 3 Mrd. Menschen müssten sich die traditionellen Landnutzungsverfahren auf neu erschlossenes Land ausweiten. Um Ressourcen für die Ernährung der Weltbevölkerung zu schaffen, ist eine zusätzliche landwirtschaftliche Nutzfläche von 10 Milliarden Hektar nötig, dies würde in etwa der Ausdehnung von Brasilien entsprechen.The Farmer in the High-Rise, Plenty Magazine in Nach Meinungen verschiedener Wissenschaftler ist eine derartige Erhöhung nicht realisierbar und würde zu massiven Umweltschäden führen. Vertikale Landwirtschaft könnte durch ressourcenschonende Nutzung und Kreislaufwirtschaft diesem Abhilfe schaffen.
Steigerung in der Nutzpflanzenproduktion mini|Innenansicht Gewächshaus Im Gegensatz zu konventionellen Landbaumethoden ermöglicht die vertikale Landwirtschaft ganzjährige Ernten. Eine saisonunabhängige Pflanzenproduktion erhöht die Produktivität abhängig von der Nutzpflanzenart um Faktor 4 bis 6. Bei Erdbeeren würde sich sogar ein Faktor 30 ergeben.
Außerdem wird die gleiche Infrastruktur für die Produktion gleichzeitig für den Konsum genutzt. Weite Transporte oder Kühlung entfallen. Dies führt zu weitaus weniger Verderb oder Verlusten durch Ernteausfälle. Forschungsarbeiten ergaben, dass bis zu 30 % der geernteten Früchte durch Verderb nicht mehr verwendet werden können. Despommier schlägt die Nutzung von Zwergwuchs-Sorten (z. B. von der NASA entwickelter Zwergweizen, kleiner in der Größe jedoch gehaltvoller in der Nährstoffzusammensetzung), ganzjährigen Nutzpflanzen und „stacker“ Pflanzen vor. Für einen 30-stöckigen Gebäudekomplex auf einer Nutzfläche von 2 Hektar könnten ähnliche Erträge wie auf 970 Hektar Außenbewirtschaftung im traditionellen Ackerbau erzielt werden.
Schutz vor wetterbedingten Ernteausfällen Feldbaukulturen in Außenbewirtschaftung sind oft starken abiogenen Faktoren geologischer und meteorologischer Natur wie Dürre, Frost, Starkniederschlägen (z. B. Monsun), Erdbeben, Hagelstürmen, Tornados, Waldbränden etc. ausgesetzt. Der Schutz von Feldfrüchten gewinnt angesichts des globalen Klimawandels an Bedeutung. “Drei große Überschwemmungen in den USA (1993, 2007 und 2008) verursachten Kosten in Milliardenhöhe durch komplette Ernteausfälle und den Verlust von fruchtbarem Oberboden. Gravierende Änderungen im Niederschlagsmuster und die Erhöhung der Durchschnittstemperaturen könnten am Ende des Jahrhunderts in Indien die landwirtschaftliche Erzeugung um 30 % reduzieren.”Michael Pollan. September 9, 2009. “Big Food vs. Big Insurance.” nytimes.com Vertikale Landwirtschaft schafft eine kontrollierte Umgebung für das Pflanzenwachstum und macht die Produktion unabhängig von äußeren Umwelteinflüssen.
Ressourcenschonung Jeder Hektar Nutzfläche einer vertikalen Farm könnte die Rückführung von 10 bis 20 Hektar in naturbelassenes Brachland ermöglichen.A Farm on Every Floor, The New York Times, August 23, 2009. Vertikale Landwirtschaft reduziert den Bedarf an Neuerschließung von Farmland und schont natürliche Ressourcen, welche von Entwaldung, Desertifikation, Versalzung, Nährstoffauslaugung, Übernutzung und Umweltverschmutzung bedroht werden.