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Gewächshaus EDEN-ISS EDEN-ISS, der Schrebergarten in der Antarktis

Wie kann man Menschen auf der ISS, auf dem Mond oder Mars mit frischem Obst und Gemüse versorgen? Mit Pflanzen, die direkt vor Ort gezüchtet werden! Getestet wird das seit einem Jahr im Gewächshaus EDEN-ISS in der Antarktis. Mit knackigem Erfolg!

Stand: 09.01.2019

Wenn es für Pflanzen zu kalt und dunkel ist, wenn Erde, Wasser und Dünger nicht so leicht verfügbar sind, und wenn sich auch niemand rund um die Uhr persönlich darum kümmern kann, dann bräuchte man ein Gewächshaus, das genau von solchen Faktoren unabhängig ist. Ein solches könnte irgendwann auch die Besatzungen der ISS und von Mond- oder Marsmissionen mit frischem Obst und Gemüse versorgen.

EDEN-ISS, das Gewächshaus im Eis

Das EDEN-ISS-Gewächshaus muss sich in der Antarktis bei bis zu minus 40 Grad Außentemperatur und monatelanger Dunkelheit behaupten.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testet den Schrebergarten der Zukunft seit Anfang 2018 in der Antarktis: mit dem EDEN-ISS-Gewächshaus, nahe der vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) betriebenen Neumayer-Station III. Der unwirtliche Standort bot sich aus mehreren Gründen an: "Die Antarktis ist so ähnlich wie Mond und Mars. Sie ist isoliert. Die Mannschaftsgröße auf der Neumayer-Station III ist ähnlich zu der einer bemannten Mission zu Mond und Mars", erklärt Daniel Schubert, der Leiter des Forschungsprojekts EDEN-ISS.

"Die Antarktis mit ihren extremen klimatischen Bedingungen mit bis zu minus 40 Grad bietet ein optimales Testumfeld."

Daniel Schubert, DLR, Leiter des Forschungsprojekts EDEN-ISS

Paul Zabel, der Antarktis-Gärtner

Paul Zabel ist eigentlich Raumfahrtingenieur, wurde 2018 aber zum Gärtner.

Raumfahrtingenieur Paul Zabel wurde 2018 zum Gärtner und baute in der Antarktis Gemüse unter Extrembedingungen an. Darauf vorbereitet hatte er sich zuvor mit einem zweiwöchigen Intensivkurs im Gärtnern in einem niederländischen Gewächshaus: "Ich weiß jetzt, wie ich eine Pflanze beschneide und wie ich erkenne, ob es ihr gut geht", berichtete Zabel nach seiner Fortbildung. Beinahe täglich machte er sich von der Antarktisstation Neumayer III auf zum rund 400 Meter entfernten EDEN-ISS-Gewächshaus. Pflanzen, Hegen und Pflegen standen auf dem Programm, genauso aber auch das Sammeln von mikrobiologischen Proben und die Kontrolle von Licht, Temperatur und der Versorgung mit Kohlendioxid und Nährlösung. Bei Sturm wurde das Gewächshaus automatisch vom Kontrollzentrum in Bremen überwacht und gesteuert. "Von Bremen aus waren wir mit Paul in täglichem Kontakt", berichtet EDEN-ISS-Leiter Daniel Schubert vom DLR. Auch die Polarnacht, die Zeit vom 21. Mai bis zum 22. Juli, während der es weitgehend dunkel blieb, hat das EDEN-ISS-Gewächshaus gut überstanden.

"Paul hat über die vergangenen Monate, die ihm Einiges abverlangt haben, eine großartige Arbeit für das Projekt EDEN-ISS geleistet. Zukünftige Raumfahrer werden es ihm danken."

Daniel Schubert, DLR, Leiter des Forschungsprojekts EDEN-ISS

270 Kilo Gemüse aus dem Hightech-Container in der Antarktis

Sogar Radieschen gedeihen im Gewächshaus EDEN-ISS in der Antarktis.

Ungemütliche Stürme und eisige Temperaturen konnten den Pflanzen im EDEN-ISS-Gewächshaus nichts anhaben: Im Inneren des Hightech-Containers mit 13 Quadratmetern Anbaufläche herrschen konstant 21 Grad Celsius und 65 Prozent relative Luftfeuchte. Unter solch paradiesischen Bedingungen konnten die Forscher der unwirtlichen Antarktis 2018 insgesamt 117 Kilo Salat, 67 Kilo Gurken, 46 Kilo Tomaten, 19 Kilo Kohlrabi, 15 Kilo Kräuter und 8 Kilo Radieschen abtrotzen. "Ich war tatsächlich überrascht, dass wir so viel ernten konnten", sagte Paul Zabel im Januar 2019, nach seiner Rückkehr aus der Antarktis. Bis Mai 2019 werden jetzt noch die technischen, botanischen, mikrobiologischen und psychologischen Analysen ausgewertet.

"Nach über einem Jahr in der Antarktis blicken wir auf eine erfolgreiche Überwinterung zurück. Die Arbeit in dem Gewächshaus und das frische Gemüse haben unsere Zeit an der Neumayer-Station III bereichert."

Bernhard Gropp, AWI, Leiter der Neumayer-Station III

Das Besondere an EDEN-ISS

Geschlossenes System EDEN-ISS

Gewächshäuser gibt es zwar schon einige in der Antarktis, EDEN-ISS ist jedoch anders: "Das Gewächshaus ist ein komplett geschlossenes System. Alle Kreisläufe - Luft, Wasser - sind geschlossen. Das ist neu, das gab's so noch nicht", sagt Projektleiter Daniel Schubert. Am 3. Januar 2018 kam das in Spezialcontainer integrierte Gewächshaus per Schiff im ewigen Eis an. Mit Pistenbullys wurde es von der Schelfeiskante rund 20 Kilometer bis zur Neumayer-Station III geschleppt. Das Innenleben des Gewächshauses wurde vor Ort fertiggestellt: Regale wurden eingerichtet, Pumpen für die Nährlösung installiert und Spezial-LEDs für die optimale Beleuchtung kalibriert. Mitte Februar 2018 wurden die ersten Samen ausgesät.

So funktioniert EDEN-ISS

Im isolierten Gewächshaus gedeihen die Pflanzen trotz widriger Umweltbedingungen draußen dank Aeroponik. Bei dieser Technik werden die Pflanzen ohne Erde steril kultiviert und alle paar Minuten computergesteuert mit einem Wasser-Nährstoffgemisch besprüht. Die Luft wird für die Pflanzen aufbereitet: "Der CO2-Gehalt wird gesteigert, mit speziellen Filtern reinigen wir sie von Pilzspuren und Keimen und betreiben eine Anlage zur Luftsterilisation mittels UV-Strahlung", berichtet Projektleiter Daniel Schubert. "Damit können wir eine rein biologische Züchtung ermöglichen, die ohne Insektizide und Pestizide auskommt." Wie eine Raumstation besitzt das Gewächshaus einen vollständig geschlossenen Luftkreislauf, inklusive einer Schleuse, durch die es betreten wird. Sämtliches Wasser, das die Pflanzen an die Luft abgeben, wird aufgefangen und erneut eingespeist. Beschienen werden die Pflanzen von hellen LEDs, die alles in ein lila Licht tauchen. "Das ist eine spezielle Entwicklung aus Schweden. Wir geben der Pflanze nur das Lichtspektrum, das sie für ihre Fotosynthese benötigt. Das ist hauptsächlich rot und ein bisschen blau. Mehr braucht die Pflanze nicht zum Leben", erklärt Schubert.

Sauerstoff und Trinkwasser

Das Gewächshaus als geschlossenes System hat jedoch nicht nur den Vorteil, Crews auf der Erde, auf einem fremden Planeten oder auf ihrem Weg dazwischen mit frischer Nahrung zu versorgen. Es dient gleichzeitig als grüne Lunge: "Wir können auch Sauerstoff generieren und Wasser gewinnen, das Trinkqualität hat", erklärt Schubert. Und bei einer Mars-Mission die drei Jahre dauert, sei auch die psychologische Wirkung nicht zu vernachlässigen. "Etwas Grünes hat einen positiven Effekt auf die Psyche des Menschen." Bis Ende Dezember 2018 darf sich darüber jetzt die Crew in der Antarktis freuen.

Alles unter Kontrolle im EDEN-ISS-Gewächshaus

Daniel Schubert, Leiter des Forschungsprojekts EDEN-ISS

Paul Zabels Pflanzen wuchsen in der Antarktis wie verrückt - er kümmerte sich aber auch um die am besten überwachten Zöglinge der Welt. Vom Kontrollzentrum in Bremen aus sahen Daniel Schubert und sein Team, was im Gewächshaus passierte: Monitore zeigten Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt an. Eine Kamera fotografierte regelmäßig alle Pflanzen. Alle fünf Minuten wurden die Wurzeln der Pflanzen computergesteuert mit einer Nährstofflösung besprüht, außerdem bekamen sie eine Extraportion Licht und Kohlendioxid. "Die Pflanzen wachsen schneller als unter normalen Bedingungen", stellte Schubert fest.

"Unter speziellem künstlichen Licht, wohltemperiert und ohne Erde nur von ausgesuchten Nährlösungen versorgt, können wir die Pflanzen schneller und produktiver als in ihrem natürlichen Umfeld wachsen lassen."

Daniel Schubert, DLR, Leiter des Forschungsprojekts EDEN-ISS

Lehrreicher Extremtest eines Gewächshauses

Der erste Salatteller mit frischem Gemüse made in Antarktis.

Schon in diesem ersten Jahr des EDEN-ISS-Projekts wurden die insgesamt zehn auf der Neumayer-Station III überwinternden Polarforscher verwöhnt: Sie bekamen regelmäßig frisches Gemüse. Normalerweise sind sie im antarktischen Winter von der Außenwelt abgeschnitten und müssen monatelang von ihren Vorräten leben. Die Ernte fiel so gut aus, dass das Gemüse im Kühlschrank gelagert und über mehrere Tage verzehrt werden konnte. "Die Mitüberwinterer freuen sich immer schon auf die nächste frische Mahlzeit", berichtete Paul Zabel während seiner Gärtner-Zeit. Nur die Paprika- und Erdbeerpflanzen wollten noch nicht so recht: Sie wuchsen zwar schnell, aber die künstliche Bestäubung gestaltete sich schwierig. Die Pflanzen bildeten nur wenige Früchte aus. "Beim Gewächshaus-Probebetrieb in Bremen hatten die Paprikapflanzen noch zahlreiche Früchte getragen. Das zeigt, wie wichtig und lehrreich der Extremtest des Gewächshauses unter antarktischen Bedingungen ist", betonte Daniel Schubert, der EDEN-ISS-Projektleiter.

"Sonst gibt es auf dem Speiseplan nur lang Haltbares aus Tiefkühl- und Vorratskammern."

Eberhard Kohlberg, Logistikverantwortlicher für die Neumayer-Station III und mehrfacher Überwinterer, Alfred-Wegener-Institut

In der Antarktis darf das Gewächshaus nicht ausfallen

Antarktis-Fakten

Der Kälterekord liegt bei minus 50,2 Grad Celsius. In der Zeit vom 21. Mai bis zum 22. Juli herrscht Polarnacht. Dann kommt die Sonne nicht über den Horizont, es bleibt weitgehend dunkel.

Während seiner Zeit in der Antarktis berichtete Paul Zabel auch, dass die Arbeit im und am Gewächshaus sehr intensiv war. Ab und an wurde er auch mit technischen Problemen konfrontiert. "So musste ich beispielsweise einmal schnell zum Gewächshaus, weil sich eine Schraubenverbindung im Thermalsystem gelockert hatte und die Kühlung der Lampen nicht mehr ausreichend gewährleistet war." Auch solche Störungen sehen die Forscher als Bereicherung: Die technischen Ausfälle und deren Reparatur liefern wertvolle Erkenntnisse für den Dauerbetrieb solcher Anlagen. Die Verantwortlichen erkennen, an welchen Stellen das Gewächshaus künftig noch robuster werden muss. "Bei Komplikationen ist es für uns wichtig, mit den vor Ort vorhandenen Werkzeugen und Mitteln reagieren zu können. Schließlich wäre der solide Betrieb eines Gewächshauses auf Mond und Mars überlebenswichtig", unterstreicht Projektleiter Schubert.

"Wir können in der Polarnacht ja keine Sonne sehen, sind tausende Kilometer entfernt ohne schnelle Rückkehrmöglichkeit. Da fühlt man sich tatsächlich ein wenig, als wenn man die Reise auf einen anderen Planeten antritt."

Paul Zabel, Raumfahrtingenieur und EDEN-ISS-Gärtner in der Antarktis

2019 wird das Gewächshaus EDEN-ISS in der Antarktis ferngesteuert

"EDEN"

Evolution & Design of Environmentally-closed Nutrion-Sources

Das Projekt EDEN-ISS wird unter der Leitung vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit dem Alfred-Wegener-Institut (AWI) und vielen weiteren internationalen Partnern realisiert.

In den kommenden zwei Jahren wird das DLR zusammen mit dem AWI und anderen Forschungspartnern das EDEN-ISS-Gewächshaus weiterentwickeln und optimieren. Mitte Januar 2019 fliegen Daniel Schubert und sein Team erneut in die Antarktis, um das Gewächshaus zu warten und auf den neuesten technischen Stand zu bringen, damit es fit für seine automatisierte Zukunft ist. Die Forscher säen außerdem neue Pflanzen. Die Samen bekommen dann auf Knopfdruck aus dem Kontrollraum des DLR bekommen Wasser, keimen und gedeihen. All das funktioniert per Fernsteuerung von Bremen aus. Die Polarforscher müssen das Gewächshaus EDEN-ISS dann erst für die Ernte wieder betreten. Ähnlich sehe das Szenario bei einer echten Raumfahrtmission aus, erläutert Projektleiter Daniel Schubert vom DLR in Bremen.

"Wenn die Astronauten am Mars ankommen, soll das Gewächshaus schon in voller Blüte stehen."

Daniel Schubert, Projektleiter vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Bremen

So kommen Lebensmittel bislang in die Antarktis

In der Neumayer-Station III leben und arbeiten im antarktischen Sommer bis zu fünfzig Personen, im Winter bis zu zehn. Frisches Obst und Gemüse sind auf der Station Mangelware, vor allem im antarktischen Winter, wenn sie von der Außenwelt abgeschnitten ist. "Die Versorgung mit Proviant erfolgt einmal jährlich um Weihnachten herum mit dem Schiff. Dann werden etwa 60 Tonnen Lebensmittel und Getränke in sechs Containern angeliefert. Soweit möglich werden Gemüse und Obst für die Isolationsphase im Winter als Tiefkühlware verwendet", berichtet der Logistikverantwortliche Eberhard Kohlberg. In der sogenannten Sommersaison von November bis Februar werden in drei- bis vierwöchigen Abständen frisches Obst und Gemüse aus Südafrika eingeflogen. Ende Februar kommt dann allerdings die letzte Frischproviantlieferung an. Danach gibt es für Monate keine frischen Lebensmittel - bis auf Kartoffeln und Zwiebeln, die sich lagern lassen und ein paar Obstsorten, die länger haltbar sind. "Umso mehr wird dann die erste Lieferung von Salat und Tomaten im November erwartet", sagt Kohlberg.

  • Tomaten am Südpol - Wie gut klappt das Gärtnern in der Antarktis? Am 13. Januar 2019, um 13.35 Uhr, Aus Wissenschaft und Technik, B5 aktuell.
  • Gärtnern in der Raumfahrt: am 11. Januar 2019, 17.45 Uhr, nano, ARD-alpha.
  • Tomaten am Südpol - Wie gut klappt das Gärtnern in der Antarktis? Am 9. Januar 2019, um 18.05 Uhr, IQ, Bayern 2.
  • Halbzeit bei EDEN-ISS in der Antarktis: am 25. Juni 2018, um 18.05 Uhr, IQ, Bayern 2.
  • EDEN-ISS - Gewächshaus in der Antarktis: am 9. April 2018, um 18.05 Uhr, IQ, Bayern 2.
  • Hydrokultur am Südpol: am 12. Januar 2018, um 16.30 Uhr, nano, ARD-alpha.
  • "Gemüse unter Extrembedingungen - Testanbau in der Antarktis": am 10. Juli 2017, um 18.05 Uhr, IQ, Bayern 2.

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