SolWaAg:
Innovatives und hocheffizientes solares Wasserrückgewinnungssystem zur Reduzierung des Wasserbedarfs bei der Bewässerung von Kulturpflanzen in der Agrarwirtschaft – angetrieben durch 100 % erneuerbare Energie
KMU-innovativ: Nachhaltiges Wassermanagement
Die weltweit stetig wachsende Nachfrage nach immer verfügbaren Nahrungsmitteln führt in vielen klimatisch begünstigten Anbaugebieten mittlerweile zu großen Problemen in der Grundwasserversorgung.
Das Ziel des Verbundprojektes ist daher, ein geeignetes Wasserrückgewinnungskonzept zur Einsparung von Wasser im Gewächshausanbau zu entwickeln und in einem Demonstrator umzusetzen, welches sich durch einen hohen Bewäs-serungsnutzungsgrad (optimale Wassernutzung) und gleichzeitig hoher energetischer Effizienz auszeichnet.
Hierbei werden neue und innovative Zeolithmaterialien zum Einsatz kommen, um eine Rückgewinnung von mindestens 80% des über den Boden und die Blätter der Kulturpflanzen verdunsteten Wassers zu erreichen.
Wasserrückgewinnung durch Zeolithe
Bei der Bewässerung von Pflanzen in Gewächshäusern geht durch Verdunstung ein großer Anteil an Gießwasser verloren. Innerhalb des Projekts soll eine Abtren-nung des in der Luft von Gewächshäusern enthaltenen Wassers realisiert werden. Dazu wird ein vielversprechender Ansatz verfolgt, welcher in hohem Maß unabhängig von den herrschenden Klimabedingungen an-wendbar ist:
Wassermoleküle aus der Luft werden zunächst an einem Sorptionsmaterial – einem hoch porösen Feststoff – gebunden (adsorbiert) und anschließend mit Wärme schlagartig ausgetrieben (desorbiert). In dem warmen Luftstrom, welcher bei der Desorption aus dem Sorptionsmaterial austritt, stellt sich somit ein sehr viel höherer Wassergehalt gegenüber der Umgebungsluft ein. Aufgrund der so erhöhten Taupunkttemperatur kann das dampfförmige Wasser durch Kühlung ohne zusätzlichen elektrischen Energieaufwand, ähnlich den Wasser-tropfen an einem kalten Getränkeglas im Sommer, kon-densiert und somit aufgefangen werden.
Innerhalb des Verbundprojektes wird die benötigte Desorptionstemperatur der Luft mit speziell entwickelten Solarluftkollektoren mit Vakuumröhren direkt erzeugt, sodass kein zusätzliches Wärmeträgerfluid und kein zusätzlicher Wärmeübertrager notwendig sind.
Als Sorptionsmaterial kommen hierbei innovative Zeolithmaterialien zum Einsatz. Diese Materia-lien sind vollkommen frei von Schadstoffen und zeichnen sich durch hervorragenden Wasseraufnahme- und Abgabefähigkeiten sowie ihre Langzeitstabilität aus. Das Material mit den für die Anwendung besten Eigenschaften (De- und Adsorptionsfähigkeit von Wasser, Langzeitstabili-tät, Schadstofffreiheit, Korrosivität, Kosten, etc.) wird durch Materialversuche identifiziert.
Optimierte Bewässerungsverfahren weitergedacht
Im Gegensatz zum freien Feld werden Kulturen wie Tomaten, Gurken, Salate und Kräuter in Gewächshäusern oft bereits schon mit spezialisierten technischen Lösungen (Bodenschlauch für bodennahe Kulturen, Tröpfchen halbhoch oder Dusche von oben, sowie spezielle Klimata und Belüftung) bewässert. Aufgrund der hohen Verdunstungsraten über Blätter und Boden geht trotzdem weiterhin ein beachtenswerter Anteil (ca. 80 %) des eingesetzten Gießwassers verloren. Diese Mengen an Wasser werden, trotz automatisierten temperatur- und feuchtegesteuerten Lüftungen, ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Von den Partnern des Verbundprojektes wird eine Rückgewinnung von mindestens 80 % des verdunsteten Wassers angestrebt.
Verantwortungsvolle Landwirtschaft
Eine effiziente Kreislaufführung ist für einen verantwortungsvollen Umgang mit der Ressource Wasser unerlässlich, um die stetig wachsende Nachfrage nach Nahrungsmitteln sowie die Folgen daraus für die Umwelt bestmöglich zu gestalten. Bereits jetzt ergibt sich in den großen Anbaugebieten beispielsweise in Südeuropa und Amerika oft eine großflächige Absenkung des Grundwasserspiegels aufgrund des Bedarfes an Wasser. Damit verbunden ist eine erhöhte fortschreitende Wüstenbildung und teilweise eine Versalzung des Grundwassers. Aber auch in Mitteleuropa spielt ein verantwortungsvoller Umgang mit Wasser eine immer wichtigere Rolle. Extremwetterereignisse nehmen auch hierzulande zu und haben in den ver-gangenen Jahren immer wieder zu Problemen in der Wasserversorgung geführt.
Durch das im Projekt erarbeitete Konzept werden die Grundwasserreserven in doppelter Hinsicht geschont: zum einen muss generell weniger Wasser entnommen werden und zum anderen werden deutlich weniger Schadstoffe ins Grundwasser gespült da dem aus der Um-gebungsluft generierten, zunächst mineralfreien, Gießwasser ganz gezielte Mengen an Mineralien oder Pflan-zenschutzmitteln beigemengt werden können.
Eine Anwendung des Systems rund um das Thema Entfeuchtung in weiteren industriellen Bereichen außerhalb der Landwirtschaft wird von den Projektpartnern aktiv angestrebt und vermarktet. Interesse an neuen und regenerativen Energiekonzepten für Wärme, Trocknung und Wasserrückgewinnung wurde bereits aus den Bereichen „Indoor Farming“ für Lebensmittel und Kräuter signalisiert. Neben der Wasser- und Energieeinsparung spielt hier das geschlossene System zusätzlich eine wichtige Rolle (z.B. medizinische Cannabiserzeugung).
