Innovator im Rampenlicht

Universität Princeton

New Jersey, USA

"Fluence war in der Lage, ein Beleuchtungssystem zu liefern, das eine präzise Forschung ermöglichte, die sonst nicht möglich gewesen wäre."

- Paul Gauthier, Ph.D.

Außerordentlicher Forschungsstipendiat, Fachbereich Geowissenschaften, Princeton University
Forschung der Universität Princeton: Wissen für eine wachsende Industrie ernten

In den letzten Jahren hat die vertikale Landwirtschaft als nachhaltige Methode zur Erzeugung von Nahrungsmitteln für eine wachsende Weltbevölkerung, der es an Ackerland und natürlichen Ressourcen mangelt, an Zugkraft gewonnen. Der Klimawandel wird nicht nur die Menschen in Gemeinden verdrängen, in denen die Ressourcen immer knapper werden, sondern auch die Pflanzenarten und ihre Anpassungs- und Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturschwankungen, Wasserknappheit und Schädlingen beeinträchtigen. Der Pflanzenphysiologe Dr. Paul Gauthier und seine Studenten an der Princeton University haben mehrere Projekte ins Leben gerufen, um zu untersuchen, wie eine wachsende Bevölkerung durch vertikale Landwirtschaft ernährt werden kann, und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit von Pflanzen gegenüber den Gefahren des Klimawandels zu erforschen.

Vertikales Farming-Projekt

Als echte Wissenschaftler untersuchen Dr. Gauthier und seine Studenten die Komplexität der Anwendungen der vertikalen Landwirtschaft, von der Durchführbarkeit der Technik bis zum Pflanzenwachstum und zur Entwicklung. Vertikale Farmen verbrauchen bis zu 95 % weniger Wasser als konventionelle Farmen und vermeiden den Eintrag von Chemikalien, die die Bäche, Flüsse und die Umwelt verschmutzen, in der sie sich befinden. In Princeton sank der Wasserverbrauch für einen Salatkopf durch den Anbau in der vertikalen Farm von 50 Gallonen Wasser auf nur 0,5 Gallonen recyceltes Wasser. Eine treibende Kraft für das Wachstum der vertikalen Landwirtschaft ist auch der Fortschritt der LED-Technologie, die eine kontrollierte Beleuchtung an 365 Tagen im Jahr ermöglicht und gleichzeitig die Unsicherheiten des Sonnenlichts aufgrund von Wetter, Jahreszeiten und geografischen Gegebenheiten ausgleicht. Trotz der jüngsten Ausweitung der vertikalen Landwirtschaft gibt es noch immer nur wenige öffentliche Daten über diese Anwendung. Dies veranlasste Dr. Gauthier, das Princeton Hydroponics Vertical Farming Project ins Leben zu rufen. "Wir wollen neues Wissen auf diesem Gebiet schaffen", sagte Dr. Gauthier. "Wir wollen beweisen, dass dies nachhaltig ist."

Dr. Gauthier und seine Studenten arbeiten an der Beantwortung vieler Fragen der Branche zur langfristigen Rentabilität der vertikalen Landwirtschaft. Sie bewerten den Energie- und Wasserverbrauch, Umweltoptimierungen und die Finanzplanung. Durch die Arbeit mit einer Vielzahl von Pflanzen, die nicht nur Blattgemüse sind, untersucht Dr. Gauthier, wie man Gemeinschaften in größerem Maßstab ernähren kann. "Der Grund dafür, dass ich mich auf eine Vielzahl von Pflanzen konzentriere, die nicht nur Blattgemüse sind, ist, dass wir die Welt nicht nur mit Kopfsalat ernähren können. Um die Welt mit vertikaler Landwirtschaft ernähren zu können, wie viele Leute behaupten, müssen wir den Appetit der Menschen verändern können. ", sagte Gauthier.

White line art: water faucet over leaf container, for cannabis lighting technology.
Geringerer Wasserverbrauch
White map pin over grid on orange square, symbolizing cannabis lighting tech.
Reduzierte Flächennutzung
White outline of power plug as flower above leaves on orange, symbolizing LED grow lights for cannabis cultivation.
Erhöhte Energieeffizienz

Vorhersage der Auswirkungen des Klimawandels auf Pflanzenökosysteme

Im Fachbereich Geowissenschaften will Dr. Gauthier auch besser verstehen, wie Pflanzen das empfindliche Gleichgewicht zwischen der Speicherung von Energie (Photosynthese) und der Freisetzung von Energie (Atmung) aufrechterhalten, wenn sich Veränderungen der Lichtintensität, der Temperatur und des CO2-Gehalts aufgrund des Klimawandels auf die Entwicklung auswirken. Im Rahmen dieser Forschung setzte das Team spezielle Fluence-Beleuchtungssysteme ein, um die Pflanzenblätter mit verschiedenen Lichtintensitäten zu beleuchten und so die Photosynthese zu fördern. Durch die Analyse der in die Kammer ein- und austretenden Gase ist das Team in der Lage, die Gesamtkapazität der Pflanze zur Aufnahme und Abgabe von Kohlenstoff zu bewerten. Ziel ist es, die optimalen Bedingungen für den Anbau von Lebensmitteln in Innenräumen zu ermitteln und gleichzeitig die Princeton University als führend in dieser schnell wachsenden Branche zu positionieren, was die Technologie und die Ausbildung künftiger Generationen für einen nachhaltigen und effizienten Anbau betrifft.

Optimale Bedingungen für den Innenanbau

Bei der Forschung unter LED-Wachstumslicht fiel Dr. Gauthier vor allem die Einbeziehung eines breiten Spektrums in die Fluence-Beleuchtungslösungen auf, das für eine optimale Produktion von Sekundärmetaboliten unerlässlich ist. "Wir brauchen eine extrem präzise Lichtintensität. Wir müssen in der Lage sein, das Licht um nur ein Mikromol zu erhöhen oder zu verringern. Außerdem benötigen wir sehr präzise Spektren im sichtbaren Lichtbereich (400 - 700 nm). Viele LEDs haben entweder einen zu hohen Rot- oder einen zu hohen Blauanteil, während Pflanzen sowohl Rot als auch Blau in der richtigen Balance benötigen." Eine geringe Wärmeabgabe ist für seine Studien ebenfalls entscheidend: "Wir müssen sicherstellen, dass die Wärmestrahlung, die das Blatt erreicht, nicht zu groß ist. Die Kontrolle der Blatttemperatur ist eine Herausforderung, und die Begrenzung der Wärmestrahlung ist entscheidend." Mit den Fluence LED-Systemen konnten sie diese Hindernisse im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen überwinden.

Ihr Ziel ist es, die beste Ernte mit dem geringsten Ressourcenverbrauch zu erzielen. Indem sie die Daten öffentlich zugänglich machen, können andere Forscher vielleicht dazu beitragen, Nahrungsmittel effizient anzubauen, um eine wachsende Bevölkerung zu ernähren. Durch den Einsatz von SPYDRx PLUS konnte das Team deutliche Verbesserungen bei Energieeffizienz, Erntequalität und Ertrag feststellen. Durch den Anbau in der vertikalen Farm sank der Ressourcenverbrauch, und die Studenten konnten mehrere Pflanzen gleichzeitig untersuchen. Es besteht kein Zweifel daran, dass sich die landwirtschaftlichen Praktiken ebenso schnell entwickeln wie unsere Umwelt. Dennoch bleiben viele Fragen offen, und die Antworten werden durch die Untersuchung von etwas so Kleinem wie einem Lichtquant gefunden. Bleiben Sie auf dem Laufenden über die neuesten Forschungen und Ergebnisse des Labors von Dr. Gauthier, indem Sie https://scholar.princeton.edu/ppg besuchen .

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