Vertical Farming im Überblick (GUIDE)

Was ist Vertical Farming?

Vertical Farming ist die kommerzielle vertikale Kultivierung von Pflanzen.

Das Konzept wurde ab 1999 durch Professor Dickson Despommier⁴Wikipedia-Autoren. (2012). Dickson Despommier. de.wikipedia.org. an der Columbia University entwickelt.⁵Cooper, A. (2017, June 14). Going Up? Vertical Farming in High-Rises Raises Hopes. Pacific Standard. Sein richtungsweisendes Konzept beschreibt erstmalig den durch Sensortechnik kontrollierten Anbau von Nutzpflanzen in Hochhäusern.⁶Despommier, D. D. (2010). The Vertical Farm: Feeding the world in the 21st century.

Mittlerweile ist aus dem Konzept ein sich dynamisch entwickelnder Markt geworden, indem Start-ups und Konzerne die vertikale Landwirtschaft in die Praxis umsetzen und vor neuen Herausforderungen stehen.

Definition

In der Fachliteratur wird Vertical Farming unterschiedlich definiert. Eine mögliche Definition lautet wie folgt:

„Vertical farming is the practice of growing crops in vertically stacked layers. It often incorporates controlled-environment agriculture, which aims to optimize plant growth, and soilless farming techniques such as hydroponics, aquaponics, and aeroponics.“ ⁷Jeff Birkby 2016

Der Begriff „Vertical Farming“ ist vor allem in Europa gebräuchlich. In Asien ist hingegen der Begriff „plant factory“ üblich. Weitere international synonym verwendete Termini sind z. B. city farm, skyfarm, farmscraper, zero-acreage farming und indoor-farm.⁸Butturini, M., & Marcelis, L. (2020). Vertical farming in Europe. In Elsevier eBooks (pp. 77–91).

Wie funktioniert Vertical Farming?

Für den vertikalen Anbau von Nutzpflanzen werden erdlose Methoden wie die Hydroponik, die Aeroponik und die Aquaponik angewendet. Alle drei Methoden versorgen die Pflanzen mit einer Nährlösung – also mit Wasser und darin gelösten Nährstoffen. Ein hydroponisches System fixiert die Pflanze und versorgt die Wurzeln mit Nährlösung.

Die Versorgung über eine Nährlösung ermöglicht den effizienten und intensiven Anbau von Nutzpflanzen. Die Systeme sind platzsparend konzipiert und die Pflanzenstände minimiert. Pflanzen sind optimal mit Wasser und Nährstoffen versorgt. Die Folgen sind ein schnelles Wachstum und höhere Erträge pro Flächeneinheit.⁹Barbosa, G. L., Gadelha, F. D. A., Kublik, N., Proctor, A. E., Reichelm, L., Weissinger, E., Wohlleb, G. M., & Halden, R. U. (2015). Comparison of Land, Water, and Energy Requirements of Lettuce Grown Using Hydroponic vs. Conventional Agricultural Methods. International Journal of Environmental Research and Public Health, 12(6), 6879–6891.

Vorteile von Vertical Farming

Die Vorteile von Vertical Farming basieren auf der Kultivierungsmethode – die den vertikalen Anbau erst ermöglicht. Somit gibt es z. B. Schnittmengen mit den Vorteilen der Hydroponik. Im Folgenden sind die wichtigsten ökonomischen, ökologischen, sozialen und politischen Vorteile beschrieben.

Ökonomische Vorteile

Das Ernteprodukt weist höchste Qualität auf, kann gut vermarktet und exportiert werden. Die Erträge sind aufgrund fehlender Umwelteinflüsse kalkulierbar. Ebenso ist der Bedarf an Pflanzenschutzmitteln geringer. Wasser und Nährstoffe können auf die Pflanze abgestimmt, eingespart und recycelt werden.

Die lokale Produktion ermöglicht kurze Transportwege zum Endverbraucher und die Produktion ehemals importierter Nahrungsmittel.¹⁰Benke, K. K., & Tomkins, B. (2017). Future food-production systems: vertical farming and controlled-environment agriculture. Sustainability : Science, Practice and Policy, 13(1), 13–26.

Ökologische Vorteile

Chemische Pflanzenschutzmittel werden vermindert eingesetzt. Der Einsatz fossiler Energieträger kann durch kurze Transportwege reduziert werden. Der Energiebedarf kann aus erneuerbarer Energie gedeckt werden. Wasser wird um ein Vielfaches eingespart. Böden werden nicht überdüngt und Nitrat nicht ausgewaschen. Durch den vertikalen Zugewinn an Fläche können ehemalige Kulturflächen renaturiert werden.¹⁰Benke, K. K., & Tomkins, B. (2017). Future food-production systems: vertical farming and controlled-environment agriculture. Sustainability : Science, Practice and Policy, 13(1), 13–26.

Soziale & politische Vorteile

Neuer Arbeitsplätze in den Bereichen Ingenieurwesen, Biochemie, Biotechnologie, Bauwesen, Wartung, Forschungs- und Entwicklungsmöglichkeiten entstehen. Der Leerstand in Städten kann durch vertikale Farmen reduziert werden. Eine verbesserte Produktivität kann zukünftig zu niedrigeren Lebensmittelpreisen führen.¹⁰Benke, K. K., & Tomkins, B. (2017). Future food-production systems: vertical farming and controlled-environment agriculture. Sustainability : Science, Practice and Policy, 13(1), 13–26.

Politische Vorteile ergeben sich für politische Entscheidungsträger. Sie können Klimaziele mithilfe vertikaler Farmen erreichen. Des Weiteren kann die Nahrungsmittelsicherheit gesteigert¹⁰Benke, K. K., & Tomkins, B. (2017). Future food-production systems: vertical farming and controlled-environment agriculture. Sustainability : Science, Practice and Policy, 13(1), 13–26. und Importe reduziert werden.

Herausforderungen & Probleme

Die größte Herausforderung vertikaler Farmen besteht in ihrer Rentabilität. Nur wenige vertikale Farmen sind aufgrund ihres hohen Energiebedarfes rentabel. Hohe Investitionskosten erschweren zudem den Markteintritt für Start-ups. Gründe hierfür sind städtische Grundstückspreise und ein hoher Material- und Technikaufwand. Ebenso mangelt es an qualifizierten Arbeitskräften.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, kohlenhydratreiche Pflanzen rentabel vertikal zu kultivieren. Derzeit werden hauptsächlich Kräuter, Blattgemüse und Erdbeeren angebaut. Weltweit arbeiten Firmen und Forschungseinrichtungen an Lösungen.

Vertical Farming: Ein wachsender Markt!

Der globale Markt für Vertical Farming wird voraussichtlich von 4,21 Milliarden $ im Jahr 2021 auf 5,04 Milliarden im Jahr 2022 wachsen. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate beträgt damit 19,72 %. Bis 2026 soll der Markt durchschnittlich im Jahr mit 23,15 % auf 11,58 Milliarden $ anwachsen.¹¹ReportLinker. (2022, June 14). Vertical Farming Global Market Report 2022. GlobeNewswire News Room.

Im Jahr 2021 war Nordamerika der bedeutendste Markt. Europa wird jedoch zukünftig wahrscheinlich der am schnellsten wachsende Markt sein.¹¹ReportLinker. (2022, June 14). Vertical Farming Global Market Report 2022. GlobeNewswire News Room.

Unternehmen in der vertikalen Landwirtschaft

In den USA sind global die meisten vertikalen Farmen lokalisiert. In Europa sind die Niederlande, Deutschland, Frankreich & das Vereinigte Königreich in der vertikalen Landwirtschaft bedeutend. Japan, China, Südkorea, Singapur und Thailand sowie Taiwan sind Branchenführer in Asien.

Die Unternehmen in dem Sektor agieren als Nahrungsmittelproduzenten, Technologieanbieter und Berater. Im Folgenden sind einige Firmen aus dem Vertical-Farming-Sektor aufgeführt. Die Liste wird noch weiter vervollständigt.

Firma	Sitz	Typ
Nordic Harvest	Dänemark	PFAL
Jones Food Company	UK	PFAL
Kalera AS	Deutschland	PFAL
Future crops	Niederlande	PFAL
Grönska Stadsodling	Schweden	PFAL, In-Store-Farms
Growing Underground	UK	PFAL
Infarm	Deutschland	PFAL, In-Store-Farms
Harvest London	UK	PFAL
Growy	Niederlande	PFAL
Create to Plate	UK	PFAL

Vertikale Farmen: Typen & Beispiele

Vertikale Farmen werden unterschiedlich typologisiert. Im Folgenden sind die wichtigsten Typen aufgeführt. Ihre Typologie ist dabei nicht immer trennscharf.

Plant factory with artificial lighting (PFAL)

PFAL meint „Plant factory with artificial lighting“ und wurde maßgeblich von Toyoki Kozai geprägt.¹²Kozai, T. (2015). Plant Factory: an indoor vertical farming system for efficient quality food production. In Academic Press eBooks. Hierbei handelt es sich um eine lagerhausähnliche Struktur mit künstlicher Beleuchtung. Häufig verfügen PFALs über eine Wärmeisolierung bis hin zu kontrollierten Umweltfaktoren (CEA).

Mit ca. 6500 m² Anbaufläche betreibt Aerofarms in Newark, New Jersey (USA), eine der größten PFAL weltweit. Die größte vertikale Farm in Europa wird hingegen derzeit in Dänemark vom Unternehmen Nordic Harvest betrieben. Hier werden Nutzpflanzen auf 14 Etagen das ganze Jahr über kultiviert.

Die zweitgrößte Farm wird seit 2018 von der Jones Food Company in North Lincolnshire (UK) betrieben. 17 Ebenen ergeben eine Anbaufläche von ca. 5120 m². Bei voller Produktivität soll die Farm mithilfe von Robotern jährlich 400 Tonnen Blattgemüse produzieren.¹³Butturini, M., & Marcelis, L. (2020). Vertical farming in Europe. In Elsevier eBooks (pp. 77–91).

Controlled Environment Agriculture (CEA)

Controlled Environment Agriculture (CEA) meint die Kultivierung von Pflanzen unter Kontrolle aller Umweltfaktoren. Unter anderem werden Licht, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO₂ automatisch gesteuert und angepasst.¹⁴Gómez, C., Currey, C. J., Dickson, R. W., Kim, H., Hernández, R., Sabeh, N., Raudales, R. E., Brumfield, R. G., Laury-Shaw, A., Wilke, A. K., López, R. G., & Burnett, S. E. (2019). Controlled environment food production for urban agriculture. Hortscience, 54(9), 1448–1458. Das Resultat sind optimale Wachstumsbedingungen, eine hohe Produktionseffizienz und eine hohe Pflanzenqualität sowie die ganzjährige Nahrungsmittelproduktion.

Container-Farm

Für Container-Farmen werden Schiffscontainer genutzt und mit vertikalen Systemen ausgestattet. Die Farmen sind mobil und verfügen häufig über Controlled-Environment-Agriculture-Technik. Das Start-up Agricool mit Sitz in Paris (Frankreich) wurde 2015 gegründet und entwickelt Containerfarmen die über vertikale aeroponische Systeme Erdbeeren, Kräuter und Blattgemüse produzieren.

Gewächshaus

Neben PFALs bzw. Farmen mit kontrollierten Umweltfaktoren (CEA) werden auch Gewächshäuser für die vertikale Kultivierung genutzt. Künstliches Licht als Kostenfaktor entfällt, jedoch erhalten tiefliegende Pflanzenbestände kaum Licht. Das Unternehmen Sky Greens in Singapur löst das Problem durch vertikal rotierende Ebenen.

In-Store-Farm

Bei In-Store-Farms handelt es sich um vertikale Produktionseinheiten am „Ort des Konsums“. Sie verfügen über künstliche Beleuchtung. Blattgemüse und Kräuter werden vor Ort in Restaurants oder Supermärkten produziert. Ein bekanntestes Beispiel ist die Firma „Infarm“ aus Berlin. Sie haben bereits in Supermärkten von Rewe, Edeka und der Metro AG ihre gläsernen Schränke aufgestellt.

Appliance-Farm/Smart Garden

Eine Appliance-Farm bzw. ein Smart-Indoor-Garden ist ein Plug-and-Play-System für den Endverbraucher – ein häufig als smart bezeichneter vertikaler Indoor-Garten. Die Zielgruppe solcher Systeme sind Haushalte und Büros. Mit wenig Aufwand kann der Endverbraucher zu Hause Kräuter, Blattgemüse und kleines Fruchtgemüse hydroponisch kultivieren und ernten.

Vertical Farming Systeme

Kommerzielle Farming-Systeme für den vertikalen Anbau von Nutzpflanzen sind zahlreich. Das System beschreibt die Anordnung der Pflanze innerhalb einer vertikal angeordneten Infrastruktur. Die wichtigsten System-Typen können in zwei Kategorien unterteilt werden: Vertikale Systeme die ausschließlich künstliches Licht nutzen (PFAL) und Systeme, die (zusätzlich) das Sonnenlicht nutzen (Gewächshaus und Outdoor).¹⁵Beacham, A. M., Vickers, L. H., & Monaghan, J. (2019). Vertical farming: a summary of approaches to growing skywards. Journal of Horticultural Science & Biotechnology, 94(3), 277–283.

In einer Pflanzenfabrik mit künstlichem Licht (PFAL) können Pflanzenlampen an den System-Typ angepasst werden. Häufig werden regalartige Systeme verwendet, in denen die Systeme übereinander gestapelt werden. Jede Ebene wird künstlich beleuchtet. Ebenfalls kann vertikal auf unterschiedlichen Etagen angebaut werden. Die Etagen sind räumlich getrennt. Daraus ergeben sich zwar phytosanitäre Vorteile, jedoch auch höhere Kosten sowie eine geringere Platzersparnis. Vertikale Wand- und Röhrensysteme werden ebenfalls eingesetzt und finden häufig in Container-Farmen Anwendung.

Vertikale Systeme im Gewächshaus umfassen vor allem Säulen- und pyramidenartige Systeme. Diese Anordnungen ermöglichen eine relativ gleichmäßige Exposition der Pflanzen zum Licht. Zusätzlich zum Sonnenlicht wird häufig Assimilationslicht verwendet. In warmen Klimaten werden diese Systeme auch Outdoor betrieben. Des Weiteren betreibt z. B. Sky Greens in Singapur ein System, welches aus rotierenden Anbauflächen besteht. Die Etagen rotieren mit 1 mm/s und ermöglichen somit eine gleichmäßige Sonneneinstrahlung aller Anbauflächen.

Forschung: Vertical Farming in Deutschland

Die Arbeitsgruppe „Growing Knowledge“ von der Hochschule Osnabrück erforscht klimaresiliente Agrarsysteme für urbane Räume. Das Team aus interdisziplinären Mitarbeitern entwickelt und erforscht Vertical Farming Technologien mit dem Ziel, die Ressourceneffizienz und die Qualität gemüsebaulicher Erzeugnisse zu steigern.

Des Weiteren forscht im Bereich „urban agriculture“ die Humboldt-Universität zu Berlin, die Teil des Forschungs- und Innovationsnetzwerkes „FoodBerlin“ ist – einem Netzwerk für nachhaltige Ernährungssysteme der Region Berlin-Brandenburg.

Neben Hochschulen und Universitäten sind Forschungseinrichtungen wie das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik, das Frauenhofer Aachen und das Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau, an Forschungsprojekten beteiligt.

Sind Pflanzen aus vertikaler Landwirtschaft Bio?

Eine häufig gestellte Frage ist die Frage nach der Bio-Zertifizierung der in vertikalen Farmen produzierten Lebensmittel. Erzeugnisse aus vertikalen Farmen dürfen nicht als „BIO“ gekennzeichnet werden. Die Bio-Zertifizierung erfordert eine bodenbezogene Produktion. Das bedeutet jedoch nicht, dass Obst und Gemüse aus vertikalen Farmen geringe Qualitäten aufweisen.¹⁶Bundesinformationszentrum Landwirtschaft: Vertical Farming – Landwirtschaft in der Senkrechten. (n.d.).

Literaturverzeichnis

• 1
  Duden.de. (2023). Farm. Duden.
• 2
  farm. (2023)
• 3
  farming. (2023).
• 4
  Wikipedia-Autoren. (2012). Dickson Despommier. de.wikipedia.org.
• 5
  Cooper, A. (2017, June 14). Going Up? Vertical Farming in High-Rises Raises Hopes. Pacific Standard.
• 6
  Despommier, D. D. (2010). The Vertical Farm: Feeding the world in the 21st century.
• 7
  Jeff Birkby 2016
• 8
  Butturini, M., & Marcelis, L. (2020). Vertical farming in Europe. In Elsevier eBooks (pp. 77–91).
• 9
  Barbosa, G. L., Gadelha, F. D. A., Kublik, N., Proctor, A. E., Reichelm, L., Weissinger, E., Wohlleb, G. M., & Halden, R. U. (2015). Comparison of Land, Water, and Energy Requirements of Lettuce Grown Using Hydroponic vs. Conventional Agricultural Methods. International Journal of Environmental Research and Public Health, 12(6), 6879–6891.
• 10
  Benke, K. K., & Tomkins, B. (2017). Future food-production systems: vertical farming and controlled-environment agriculture. Sustainability : Science, Practice and Policy, 13(1), 13–26.
• 11
  ReportLinker. (2022, June 14). Vertical Farming Global Market Report 2022. GlobeNewswire News Room.
• 12
  Kozai, T. (2015). Plant Factory: an indoor vertical farming system for efficient quality food production. In Academic Press eBooks.
• 13
  Butturini, M., & Marcelis, L. (2020). Vertical farming in Europe. In Elsevier eBooks (pp. 77–91).
• 14
  Gómez, C., Currey, C. J., Dickson, R. W., Kim, H., Hernández, R., Sabeh, N., Raudales, R. E., Brumfield, R. G., Laury-Shaw, A., Wilke, A. K., López, R. G., & Burnett, S. E. (2019). Controlled environment food production for urban agriculture. Hortscience, 54(9), 1448–1458.
• 15
  Beacham, A. M., Vickers, L. H., & Monaghan, J. (2019). Vertical farming: a summary of approaches to growing skywards. Journal of Horticultural Science & Biotechnology, 94(3), 277–283.
• 16
  Bundesinformationszentrum Landwirtschaft: Vertical Farming – Landwirtschaft in der Senkrechten. (n.d.).