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Gewächshaus EDEN-ISS Rekordernte 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 gerade im Gewächshaus EDEN-ISS in der Antarktis. Mit knackigem Erfolg!

Stand: 13.09.2018

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.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testet das seit Anfang 2018 in der Antarktis: mit dem EDEN-ISS-Gewächshaus, nahe der vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) betriebenen Neumayer-Station III. "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

EDEN-ISS-Gewächshaus hat Polarnacht überstanden

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

Ein Jahr lang wird in Deutschlands südlichstem Schrebergarten gepflanzt, geerntet und ausgewertet. Mittlerweile ist mehr als ein halbes Jahr überstanden. Das EDEN-ISS-Gewächshaus hat auch die Polarnacht, die Zeit vom 21. Mai bis zum 22. Juli, während der es weitgehend dunkel blieb, bravourös gemeistert. Auch antarktische Stürme und Temperaturen bis unter minus 40 Grad Celsius konnten den Pflanzen nichts anhaben: Im EDEN-ISS-Gewächshaus herrschen konstant 21 Grad Celsius und 65 Prozent relative Luftfeuchte. Am 13. September 2018 veröffentlichte das DLR die bisherige Erntebilanz. Seit der ersten Ernte im April konnten auf den 13 Quadratmetern Anbaufläche bereits 183 Kilogramm Gemüse geerntet werden: 77 Kilo Salat, 51 Kilo Gurken, 29 Kilo Tomaten, 12 Kilo Kohlrabi, 5 Kilo Radieschen und 9 Kilo Kräuter.

"Die Ernte ist mittlerweile so reichlich, dass ein Teil nicht immer gleich direkt auf den Tisch kommt und wir nun den Luxus haben, manche Salate und Kräuter aufbewahrt im Kühlschrank über mehrere Tage verteilt zu verzehren. Die Mitüberwinterer freuen sich immer schon auf die nächste frische Mahlzeit."

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

Polarforscher freuen sich dank EDEN-ISS über frisches Gemüse

Der erste Salatteller mit frischem Gemüse made in Antarktis.

Mit den Ergebnissen des Experiments werden die Polarforscher der Neumayer III-Station verwöhnt: Sie bekommen jetzt regelmäßig frisches Gemüse. Normalerweise sind sie im antarktischen Winter von der Außenwelt abgeschnitten und müssen monatelang von ihren Vorräten leben. Nur die Paprika- und Erdbeerpflanzen wollen noch nicht so recht: Sie wachsen zwar schnell, aber die künstliche Bestäubung gestaltet sich schwierig. Die Pflanzen bilden nur wenige Früchte aus. "Im vergangenen Jahr 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", sagt 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

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.

Besondere Herausforderung für EDEN-ISS: der Polarwinter

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.

Der Polarwinter auf der Südhalbkugel dient als Härtetest für Technik und Personal. Immer wieder kommt es vor, dass es ein Sturm Paul Zabel unmöglich macht, die 400 Meter von der Neumayer-Station III zum Gewächshaus zu bewältigen. Mitte Juni 2018 zum Beispiel musste EDEN-ISS drei Tage lang vom Bremer Kontrollzentrum aus ferngesteuert werden. Dadurch habe das Team viel lernen können, denn: "Ein zukünftiges Gewächshaus auf einem anderen Planeten soll auch durchgehend in Betrieb sein."

Bei Störungen ist eine schnelle Reparatur in der Antarktis gefragt

Im Gewächshaus EDEN-ISS wird Raumfahrtingenieur Paul Zabel zum Gärtner und Mechaniker. Und das in der Antarktis!

Paul Zabel sagt auch, dass die Arbeit im und am Gewächshaus sehr intensiv sei. Ab und an werde 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." Die Forscher sehen die Störungen 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

Paul Zabel: vom Raumfahrtingenieur zum Gärtner

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

Im Gewächshaus in der Antarktis sprießen in acht Regalen verschiedene Salate, Radieschen, Paprika, Gurken, Tomaten, Kohlrabi, Basilikum, Koriander, Schnittlauch und Petersilie. Raumfahrtingenieur Paul Zabel übernimmt das Pflanzen, Hegen und Pflegen. Ein zweiwöchiger Intensivkurs im Gärtnern in einem niederländischen Gewächshaus hat ihn darauf vorbereitet: "Ich weiß jetzt, wie ich eine Pflanze beschneide und wie ich erkenne, ob es ihr gut geht." Jeden Tag stapft Zabel dick eingepackt 400 Meter durch den Schnee in sein Spezial-Refugium, sät Salat, schneidet Tomatenpflanzen zurück und prüft, ob es all seinen Zöglingen gut geht. Besonders hängt er an den Gurken: "Ich komme aus dem Spreewald, bekanntes Gurkengebiet in Deutschland." Regelmäßig nimmt er mikrobiologische Proben, überprüft die Qualität der Ernte und checkt alle Systeme wie Licht, Temperaturregulierung und die Versorgung mit Kohlendioxid und Nährlösung.

"Die Besatzung der Neumayer-Station und ich haben eine Woche in den Alpen geübt, wie man sich auf Eis bewegt und wie man jemanden im Notfall aus einer Spalte birgt. Bei der Marine haben wir Brandbekämpfung gelernt. Wir hatten einen Erste-Hilfe-Kurs und haben in vier kleinen Wohnungen schon eine Zeit lang zusammengelebt, um uns kennenzulernen."

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

Pflanzen werden rund um die Uhr automatisiert betreut

Daniel Schubert, Leiter des Forschungsprojekts EDEN-ISS

Paul Zabels Pflanzen wachsen in der Antarktis wie verrückt - er kümmert sich aber auch um die am besten überwachten Zöglinge der Welt. Vom Kontrollzentrum in Bremen aus sehen Daniel Schubert und sein Team, was im Gewächshaus passiert: Monitore zeigen Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt an. Eine Kamera fotografiert regelmäßig alle Pflanzen. Alle fünf Minuten werden die Wurzeln der Pflanzen computergesteuert mit einer Nährstofflösung besprüht, außerdem bekommen sie eine Extraportion Licht und Kohlendioxid. "Die Pflanzen wachsen schneller als unter normalen Bedingungen", stellt 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

So kommen die 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.

"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.

  • Halbzeit bei EDEN-ISS in der Antarktis: am 25. Juni 2018, um 18.05 Uhr, in IQ in Bayern 2.
  • EDEN-ISS - Gewächshaus in der Antarktis: am 9. April 2018, um 18.05 Uhr, in IQ in Bayern 2.
  • Hydrokultur am Südpol: am 12. Januar 2018, um 16.30 Uhr, in nano in ARD-alpha.
  • "Gemüse unter Extrembedingungen - Testanbau in der Antarktis": am 10. Juli 2017, um 18.05 Uhr, in IQ in Bayern 2.

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