In der Nähe großer CO2 Quellen wie Kohlekraftwerke oder Raffinerien kann ein Teil der entstehenden Klimagas-Menge umgesetzt werden in Pflanzenmasse. Dazu verdrei- bis sechsfacht man den Gehalt an CO2 in der Treibhausluft. Die Pflanzen gedeihen durch diese „Kohlendioxyd-Düngung“ deutlich besser (in den Niederlanden werden jedes Jahr etliche Hundertausend Tonnen CO2 aus Raffenierien in Hunderten Gewächshäusern als CO2 Düngung eingesetzt).
Wichtig dabei: mit dieser Methode verringert man den Ausstoß des Kraftwerks nicht wirklich. Der in der Pflanze gebundene primäre Kohlenstoff wird am Ende doch an Umwelt freigegeben und nicht dauerhaft dem Kreislauf entzogen.
Energieeinsparung durch intelligente, doppellagige Eindeckung
Eindeutig wirksamer bei der Reduktion des CO2-Footprints von Gewächshäusern (also controlled-enviroment agriculture; Landwirtschaft unter kontrollierten Umweltbedingungen) ist dagegen der Einsatz einer verbesserten Isolation, um den energetischen Aufwand für Heizung (bzw. in heißen Gegenden den für Kühlung) zu reduzieren. Die derzeit wirksamste Isolation ist eine Kombination aus Spezialglas mit einer diffus streuenden ETFE-Folie auf der Unterseite. Diese Kombination hat den im Vergleich geringsten Verlust an Licht bei gleichzeitigen Vorteilen wie Gewichtsverringerung, Brandschutz und Sicherheitsanforderungen an Konstruktion und Glasqualität (Überkopfmontage). Ausserdem ist die Folie F-Clean von AGC mit einer Anti-Dripping Beschichtung versehen, die das Herabtropfen von Kondensatwasser vermeidet. Unter dem Namen "2saveenergy.nl" verkauft ein Konsortium aus den Firmen Van der Valk, Boal Systems, VDH Plastic Greenhouse und ETFE-Folienhersteller AGC eine solche Doppeleindeckung. Durch den Kamineffekt zwischen den beiden Lagen kann zudem die Lüftung verbessert werden.
Im Gegensatz zu Einfachglas, Einfach-Folie oder Stegplatten erreicht man mit diesen Doppellagen-Kondstruktionen bei über 90% Lichtdurchlässigkeit eine K-Wert von >3W/(m²*K). Das bedeutet merklich weniger Heizkosten und damit bei den meist verwendeten Heizmitteln Erdgas oder Heizöl eine signifikante Einsparung. Diese Einsparung vermindert auch den CO2-Footprint der Unterglas-Produktion von Lebensmitteln erheblich. Das kommt nicht nur der Umwelt zugute, sondern verbessert bei stetig steigenden Kosten für die Energieträger bis hin zu Kohlendioxyd-Zertifikaten, die binnen kurzer Zeit zunehmend teurer werden, die Bilanz von Gemüseanbau unter kontrollierten Umweltbedingungen.
Konstruktiv kann auf einen Aluminium-Rahmen, in dem das Glas eingespannt ist, mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine ETFE-Folie aufgebracht werden (kleben, klemmen), da sie keinen wesentlichen externen Witterungsverhältnissen ausgesetzt ist (Ausnahme: geöffnete Belüftungsflächen, die jedoch bei z.B. Starkwind geschlossen werden).
Neben den Niederlanden hat auch das Bundesministerium für Landwirtschaft in Deutschland mit der "Richtlinie zur Förderung von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in Landwirtschaft und Gartenbau" vom 29. Oktober 2018 Rahmenbedingungen geschaffen für eine Senkung des Primärenergiverbrauchs im Gewächshausanbau.
(Auszug: Umdeckung von einlagig auf mehrlagig, Einbau eines Energieschirms, Wärmespeicher)
CO2 Begasung als Düngung und Wirkungsgrad-Erhöhung
Natürlich kann vor allem im gut isolierten Unterglasanbau nicht auf die Zuführung von CO2 verzichtet werden. Denn bei der Photosynthese wird Kohlendioxyd zwingend benötigt. Das Gas fällt bei verschiedenen technischen Prozessen (Kraftwerke, Raffinerien) an und kann an Orten, die keine unmittelbare CO2 Quelle zur Verfügung haben, tiefgekühlt oder in Mitteldruck-Anlagen bereit gestellt werden. Über normierte CO2-Schläuche (Air distribution hoses for greenhouses) erreicht das Gas die Pflanzen und wird über die Ventilation verteilt. Ein kräftigerer Pflanzenwachstum, mehr Ausbeute und gesündere Pflanzen sind unmittelbare Folgen diese Maßnahme.
Einen anderen Weg als die Nutzung extern produzierten Kohlendioxyd, das ggf. mit erheblichem Energieaufwand verflüssig wurde, ist die in der Gewächshausanlage selbst anfallende Gas.
Der Versorgungstrakt größerer Gewächshausanlagen sorgt für die Beheizung der Treibhäuser, speichert die Wärme z.B. in Festkörperspeichern oder Wassertanks und erzeugt Wasserdampf zur Desinfektion. Als Energieträger wird meist Erdgas eingesetzt (kann auch z.B. Benzin oder Diesel sein). Das bei der Verbrennung anfallende Abgas wird bei Nutzung eines Abgas-Kondensators abgekühlt, gereinigt und dann in das CO2-Verteilsystem eingespeist. Dabei nutzt man die Wärmeenergie im Abgas zum Erhitzen von Wasser oder auch direkt in der Luftverteilung (Kondensationswärme). Vor allem aber nutzt man das anfallende CO2 direkt im eigenen Produktionsbetrieb und muß das Gas nicht teuer einkaufen. Diese Vorgehensweise erhöht den Wirkungsgrad der Gesamtanlage (energetsich und von der Produktionsmenge her) merklich und reduziert die laufenden Kosten.
Anbieter: www.ke-growair.nl und www.Enerdes.nl
Das Gegenteil von Beheizung ist die Kühlung von Gewächshäusern, die natürlich durch z.B. Dachöffnungen erfolgen kann. Dem System sind Grenzen gesetzt durch z.B. notwendige Temperaturdifferenz und klimatische Einflüsse wie Wind. Beschattungen oder Reflexionsflächen reduzieren die zur Verfügung stehende Lichtmenge für das Pflanzenwachstum und tragen als "Energienetze" zur Dämpfung zu großer Schwankungen bei Sonneneinstrahlung oder Nachtkälte bei.
Bei der aktiven Kühlung verwendet man die Verdunstungskälte von Wasser. Dabei unterscheidet man drei Systeme: Permanent befeuchtete Flächen vor den Belüftungsventilatoren (Pad & Fan), durch Besprühen mit Sprenklern und durch Einbringen von "Nebel" (high pressure fogging), also fein zerstäubten Wassers. Durch die dabei entstehende Zunahme der Luftfeuchtigkeit muß für einen Austausch mit trockener Luft gesorgt, da sonst der Kühleffekt immer geringer wird.
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Folien-Eindachung von Gewächshäusern
Gewächshäuser im Profigartenbau oder im gewerblichen Gemüseanbau bzw. zur Anzucht von Jungpflanzen sind möglichst lichtdurchlässige Konstruktionen. Sie müssen langlebig sein und geringe Betriebs- und Instandhaltungskosten haben.
In den vergangenen Jahren haben Folienhäuser gegenüber Glas-Gewächshäusern deutlich zugenommen. Dies liegt an den geringeren Kosten (u.a. geringeres Eigengewicht, daher geringere Stabilität notwendig, weniger Verschattung), der einfacher zu realisierenden Dämmung (doppellagige Folie, spart Heizkosten) sowie der hohen UV-Transparenz von ETFE-Folien.
Folienhäuser werden von mehreren Gewächshaus-Herstellern einschiffig und mehrschiffig angeboten und sind damit den Norm- und Venlo-Gewächshäusern ebenbürtig. Sie können inklusiv kompletter Inneneinrichtung (Klimatisierung, Energieschirm, Dachbelüftungen, Befeuchtung, Pflanzgestelle, Automatisierung usw.) bestellt werden. Auch Assimilationsbelichtungen mit künstlichen Beleuchtungen sind möglich, um z.B. im Frühjahr oder Herbst die Vegetations- und Wachstumsperiode zu verschieben (Jungpflanzenanzucht, Verlängerung der Erntephase).
Die ETFE-Folie hat eine erwartete Lebensdauer von deutlich mehr als 20 Jahren und kann bei Bedarf (oder Beschädigung) vergleichsweise einfach ersetzt werden. Gewächshauseindachungen aus ETFE-Folien sind sehr beständig gegenüber Hagelschlag. Selbst bei einem Durchschlagen entsteht kein Glassplitterregen mit seinen massiven Folgen für diesen Bereich des Gewächshauses. Die UV Transparenz wirkt sich zusätzlich positiv auf den Schädligsbefall oder Pflanzenkrankheiten aus.
Doch Dächer können noch mehr - Solarenergie durch dachintegrierte Photovolatik
Um Solarstrom produzieren zu können, müssen photoelektrische Prozesse angestoßen werden. Diese entziehen dem Licht Energie, die den Pflanzen danach fehlt. Selbst relativ transparente organische Solarzellen bedeuten eine nicht unerhebliche Verschattung (1% weniger Licht entspricht ca. 1 % geringerer Ertrag).
Um diesen Nachteil zumindest etwas auszugleichen, kombiniert die Califonische Firma Soliculture (http://www.soliculture.com/lumo-technology/) konventionelle Silizium-Photovoltaik mit einer funktionalen Beschichtung: Die Freifläche zwischen den Silizium-Solarzellen ist mit einem Farbstoff beschichtet, der das für Pflanzen nur stark eingeschränkt nutzbare grüne Licht (es wird reflektiert, weswegen Pflanzen grün aussehen) in besser nutzbares rotes Licht transformiert. Versuche bei professionellen Gewächshaus-Betreibern und in Forschungseinrichtungen bestätigen, dass die wachstumswirksame Strahlung (PAR) in μmol/(m²s) (=Photonenstromdichte) durch diese Transformation höher ist und einen Teil der Verschattung wett macht. Damit ist ein weiterer Schritt zu einem energieautarke Gewächshaus möglich gemacht.
In Gebieten mit hoher Sonnenenergie-Einstrahlung kann der Verschattungseffekt sogar bewusst genutzt werden, um Überhitzungen zu reduzieren.
(Feb. 2019, © Gerald Friederici)