Nahrungsmittelproduktion mit modularen CUBES

Gemüse-, Fisch- und Insektenzucht in einem Container, der irgendwo auf dem Land, in der Stadt oder in der Wüste steht? Die herkömmliche Agrarwirtschaft kommt an ihre Grenzen. Anbauflächen werden knapp. Gefragt sind standortunabhängige Systeme, die dem Klimawandel trotzen.

Die Machbarkeitsstudie CUBES Circle reagiert auf die Herausforderungen der Agrarindustrie im 21. Jahrhundert. Die Weltbevölkerung wächst. Fossile und mineralische Ressourcen werden knapper. Zudem werden große Mengen an Nährstoffen, Düngemitteln sowie Schädlings- und Unkrautbekämpfungsmitteln eingesetzt. Forscherinnen und Forscher des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) an der TU Braunschweig und der Humboldt-Universität zu Berlin arbeiten deshalb an einem System zur neuartigen Nahrungsmittelproduktion. Sie planen miteinander verbundene, kommunizierende und standardisierte Produktionscontainer, sogenannte CUBES. „Mit CUBES wollen wir die Nachteile bisheriger Agrarproduktionssysteme überwinden“, erklärt Professor Christoph Herrmann vom IWF.

Die CUBES kann man sich als Container vorstellen, diese können beliebig miteinander kombiniert werden und erfüllen verschiedene Aufgaben
CUBES Circle stellt ein modular aufgebautes Agrarproduktionssystem dar © Architekten/cubescircle.de/HU Berlin/TU Braunschweig

In den CUBES Circle-Produktionssystemen entstehen simultan drei Haupterzeugnisse – Gemüse, Insekten und Fische. Es handelt sich hierbei um ein geschlossenes System, das sich in modularer Bauweise erweitern lässt. „Aufbauend auf dem Verständnis biologischer Prozesse soll das Agrarproduktionssystem so betrieben werden, wie man es aus Prozessketten in der Produktion technischer Produkte kennt“, merkt Herrmann an. Container werden gestapelt und bilden die Produktionsanlage, die durch biokybernetische Kreisläufe geregelt wird. Wie bei der Aquaponik sollen gemeinsame Wasser- und Nährstoffkreisläufe gebildet werden: Fische werden dabei in Aquakulturen und Pflanzen auf Substrat (Hydrophonik) gezüchtet. Durch das symbiotische Zusammenspiel von Gemüse-, Fisch- und Insektenzucht innerhalb eines geschlossenen Systems kann der Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden deutlich reduziert werden. Insekten ergänzen die Symbiose sinnvoll. Dadurch verringern sich externe Ressourcenströme wie Nahrung für die Fische. Ziel der Prozesskette ist es, Nahrungsmittel ohne Zusatzstoffe, ohne Emissionen und ohne Abfallstoffe zu produzieren. Zudem bieten die Anlagen Schutz bei Extremwetter wie Dürren.

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Das IWF plant das CUBES Circle-System ganzheitlich. Alle Medien-, Energie- und Datenströme zwischen Demonstrator und der Umgebung werden mittels Simulation betrachtet. Dazu entwickelt das Team eine lebenszyklusübergreifende Methode. Die Effizienz, die Akzeptanz in der direkten Umgebung und die Anpassungsfähigkeit der Anlage werden systemisch ausgewertet: „Normalerweise analysieren und bewerten wir den Lebenszyklus eines einzelnen Produktes oder Prozesses. In den CUBES Circle-Produktionssystemen hingegen entstehen drei Haupterzeugnisse", verdeutlicht Lennart Büth. So können die Betreiber in Echtzeit auf Daten zu Kosten der Anlage, zum Betrieb und ihre Umweltauswirkungen zugreifen. Mensch-Maschine-Schnittstellen ermöglichen es, komplexe Produktionszusammenhänge intuitiv zu erkennen, zu planen und zu steuern. Das Projekt zielt auf eine Machbarkeitsstudie. Es wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ab kommenden März bis Februar 2024 gefördert. Erwartet wird ein Beitrag zu standortunabhängiger Produktion in der Agrarindustrie 4.0. Das könnte einen Weg aufzeigen, die Produktion näher an die Bedürfnisse der Verbraucher zu rücken.

20.12.2018