Quantitative review of environmental life cycle assessments of vertical farms – aligning reported impacts, and energy outlook for 2050
Diese Studie stellt die erste quantitative Übersicht über Umweltlebenszyklusanalysen für vertikale Farmen zur Salatproduktion dar und zeigt auf, dass weite Variationen in den berichteten Auswirkungen auf inkonsistente Datenberichterstattung und Systemgrenzen zurückzuführen sind, während sie gleichzeitig demonstriert, dass eine Harmonisierung dieser Bewertungen und der Übergang zu dekarbonisierten Stromnetzen bis 2050 die Umweltauswirkungen um 30–70 % reduzieren könnte.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Auf der Suche nach einer Möglichkeit, die wachsende Bevölkerung zu ernähren und gleichzeitig den Planeten zu schützen, ist aus den Schatten von Lagerhallen und Versandcontainern eine neue Art der Landwirtschaft hervorgegangen. Dies sind vertikale Farmen, Indoor-Anlagen, in denen Nutzpflanzen wie Salat in gestapelten Schichten unter elektrischem Licht wachsen, weit entfernt von der Sonne und dem Boden traditioneller Felder. Das Versprechen ist bestechend: Diese Systeme können das ganze Jahr über Lebensmittel produzieren, weit weniger Wasser verbrauchen als offene Felder und frisches Gemüse direkt in die Stadtzentren bringen. Die Maschinerie, die erforderlich ist, um diese Pflanzen am Leben zu erhalten – Lichter, Ventilatoren und Klimakontrolle –, läuft jedoch fast ausschließlich mit Elektrizität. Dies schafft ein zentrales Spannungsfeld in der Debatte über deren Nachhaltigkeit: Während sie Wasser und Land sparen, verbrauchen sie so viel Energie, dass ihr CO2-Fußabdruck die Vorteile überwiegt? Um dies zu beantworten, verlassen sich Wissenschaftler auf eine Methode namens Lebenszyklusanalyse, ein umfassendes Buchhaltungsinstrument, das jede Umweltauswirkung eines Produkts verfolgt, vom Abbau der Rohstoffe für den Bau der Farm bis zur Entsorgung des Abfalls, nachdem die Lebensmittel verzehrt wurden. Ohne eine standardisierte Methode, um diese komplexen Systeme zu vergleichen, ist die Öffentlichkeit und die Politik mit einem verwirrenden Mix aus Behauptungen zurückgelassen worden, von denen einige nahezu null Emissionen anpreisen und andere vor massiven Energiekosten warnen.
Ein Forscherteam setzte sich zum Ziel, diese Verwirrung zu beseitigen, indem es elf bestehende Studien über vertikale Farmen sammelte und neu untersuchte, die Salat anbauen. Anstatt die Ergebnisse dieser Studien einfach als gegeben hinzunehmen, agierte das Team wie Auditoren, die die Rohdaten jeder Anlage nahmen und die Umweltauswirkungen unter Anwendung eines einzigen, konsistenten Regelwerks neu berechneten. Sie standardisierten die Art und Weise, wie sie die Größe der Farmen, die Menge des Wasserverbrauchs und vor allem die Quelle der Elektrizität, die die Lichter und Ventilatoren antreibt, maßen. Durch diesen Ansatz konnten sie sehen, wie dieselbe Farm abschneiden würde, wenn sie mit dem aktuellen Stromnetz der Niederlande betrieben würde oder wenn sie mit einem zukünftigen Netz im Jahr 2050 betrieben würde, das stark auf Wind- und Solarkraft basiert. Dieser Ansatz ermöglichte es ihnen, die Leistung der Landwirtschaftstechnologie selbst von der spezifischen Energiemischung des Landes zu trennen, in dem sich die Farm zufällig befand.
Die Untersuchung ergab, dass die Leistung dieser Farmen stark variiert, je nachdem, wie sie betrieben werden und wo sie gebaut werden. Die im Rahmen der Studie untersuchten Farmen produzierten zwischen 7 und 97 Kilogramm Salat pro Quadratmeter Anbaufläche pro Jahr, wobei eine typische Farm etwa 62 Kilogramm lieferte. Um diese Menge zu produzieren, verbrauchten die Farmen zwischen 10 und 39 Kilowattstunden Strom pro Kilogramm Salat, wobei der Median bei 18 Kilowattstunden lag. Auch der Wasserverbrauch war ähnlich inkonsistent und reichte von 1,4 bis 52 Litern pro Kilogramm, wobei eine typische Farm etwa 15 Liter verbrauchte. Die Forscher fanden heraus, dass diese großen Unterschiede nicht nur auf die Technologie zurückzuführen waren, sondern auch darauf, wie die Daten in den Originalstudien berichtet wurden. Einige Studien versäumten es zu klären, ob sie die gesamte Gebäudefläche oder nur die von Pflanzen bedeckte Fläche maßen, während andere Details über Reinigungswasser oder die Lebensdauer der Ausrüstung ausließen. Diese Lücken machten es schwierig, eine Farm mit einer anderen zu vergleichen, bis die Forscher die Daten harmonisierten.
Als das Team die CO2-Emissionen für alle elf Farmen unter Verwendung derselben Stromquelle – dem niederländischen Stromnetz von 2020 – neu berechnete, wurden die Ergebnisse viel klarer. Die Emissionen lagen zwischen 4,8 und 16 Kilogramm CO2-Äquivalent pro Kilogramm Salat, mit einem Median von 7,6 Kilogramm. Dieses Ergebnis verdeutlichte, dass die Wahl der Energiequelle der wichtigste Faktor für die Umweltauswirkung einer vertikalen Farm ist. Als die Forscher untersuchten, was passieren würde, wenn diese Farmen mit unterschiedlichen Arten von Elektrizität betrieben würden, waren die Unterschiede eklatant. Farmen, die mit Kohle betrieben wurden, erzeugten die höchsten Emissionen, während jene, die mit Kernenergie oder Windkraft betrieben wurden, die niedrigsten produzierten. Tatsächlich war der Unterschied in den Emissionen zwischen einer mit Kohle betriebenen Farm und einer mit Kernenergie betriebenen Farm so groß, dass er bei bestimmten Anlagen ein Vielfaches von über hundert betragen konnte. Dies bestätigte, dass eine vertikale Farm nicht von Natur aus „gut“ oder „schlecht“ für das Klima ist; ihre Auswirkung hängt fast ausschließlich von der Sauberkeit des Stromnetzes ab, an das sie angeschlossen ist.
Mit Blick in die Zukunft modellierten die Forscher, was passieren würde, wenn große Länder wie China, die Niederlande und die Vereinigten Staaten ihre ehrgeizigen Ziele zur Dekarbonisierung ihrer Stromnetze bis 2050 erreichen würden. Die Prognosen waren optimistisch. Wenn diese Farmen mit den saubereren Netzen des Jahres 2050 betrieben würden, könnten ihre Auswirkungen auf den Klimawandel im Vergleich zu 2020 um 30 bis 70 Prozent sinken. Der kumulative Energiebedarf und die Landnutzung würden ebenfalls signifikant abnehmen. Die Studie deckte jedoch auch einen verborgenen Zielkonflikt auf. Wenn die Welt sich von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien bewegt, steigt der Bedarf an Mineralien und Metallen, die für den Bau von Windturbinen, Solarmodulen und Batterien erforderlich sind, drastisch an. Die Forscher schätzten, dass dieser Wandel zu einer Steigerung des Einsatzes von Mineralien und Metallen um mehr als 200 Prozent führen würde. Dies deutet darauf hin, dass während die Luft- und Klimavorteile des vertikalen Anbaus in einer dekarbonisierten Welt massiv verbessert werden könnten, der Druck auf die Mineralressourcen der Erde intensiviert wird.
Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die vertikale Landwirtschaft erhebliches Potenzial besitzt, aber nur, wenn die Branche die Art und Weise ihrer Datenberichterstattung verbessert und wenn die Stromnetze, die sie speisen, weiterhin sauberer werden. Die Forscher betonten, dass diese Farmen wirklich nachhaltig sein müssen, wenn sie effizienter werden. Die leistungsfähigste Farm in ihrer Untersuchung verbrauchte 10 Kilowattstunden pro Kilogramm; theoretische Modelle legen jedoch nahe, dass dies mit besserer Technologie und Management schließlich auf so wenig wie 3,3 Kilowattstunden sinken könnte. Bis dahin bleibt das ökologische Urteil über den vertikalen Anbau eine Frage des Kontextes. Eine vertikale Farm in einem Land mit einem kohlelastigen Stromnetz kann einen größeren CO2-Fußabdruck haben als ein traditionelles Gewächshaus, aber dieselbe Farm in einem Land mit einem windlastigen Stromnetz könnte eine Lösung für das Klima sein. Der Weg nach vorn erfordert nicht nur bessere Landwirtschaftstechnologie, sondern auch ein globales Engagement für sauberere Elektrizität und eine transparentere Berichterstattung seitens der Unternehmen, die diese Indoor-Farmen bauen.
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