NexusHub – Konzept für die Umsetzung eines gemeinschaftlichen Demonstrationsvorhabens mit Bezug zum Water-Energy-Food Nexus mit Partnern aus Subsahara-Afrika

Der hydroponische Pflanzenanbau ist eine wasser-, nährstoff- und platzeffiziente Möglichkeit, frische Nahrungsmittel zu produzieren. In der Regel kommen hierfür mineralische Nährsalze zum Einsatz, die gut dosierbar sind und zudem je nach Pflanze und Wachstumsstadium angepasst werden können. Diese Nährsalze sind jedoch teuer in der Anschaffung und nicht immer verfügbar. Gerade in ariden und ländlichen Regionen Kenias, in denen es seit Jahren zu Lebensmittelengpässen und Ernteausfällen aufgrund von Trockenheit kommt, stehen Landwirte vor großen Herausforderungen hinsichtlich Wassermangels sowie starker Preisschwankungen von Dünger. Darüber hinaus haben viele Gemeinschaften im ländlichen Kenia keinen oder nur sehr begrenzten Zugang zu Energie.

Dank Solarstrom: Dezentrale und nachhaltige Systemlösung

Ziel des aktuellen, von der Fraunhofer-Zukunftsstiftung geförderten Projekts NexusHub ist die Entwicklung einer durch Photovoltaik (PV) betriebenen dezentralen Systemlösung, mittels derer die Energie- und Lebensmittelproduktion in ländlichen Regionen Kenias gesichert werden kann. Dabei soll unter anderem mineralischer Dünger durch Dünger auf organischer Basis aus aufbereiteten lokal verfügbaren Abfallstoffen ersetzt werden. PV-Anlagen liefern den benötigten Strom für die Aufbereitung der organischen Reststoffe und für die Kultivierung marktrelevanter Erzeugnisse (Koriander, Grünkohl) im hydroponischen System. Überschüssiger Strom kann zusätzlich für weitere produktive Aktivitäten genutzt werden.

Nährlösung durch kombinierte Aufbereitung von Reststoffen

In NexusHub untersuchen wir verschiedene organische Ressourcen (pflanzliche und tierische Reststoffe) und Verarbeitungsschritte auf ihre Eignung zur Erzeugung einer hydroponischen Nährstofflösung für Koriander und Grünkohl. Die Reststoffe werden zunächst für mehrere Tage anaerob vergoren und anschließend in einem Sequencing Batch Reactor (SBR) biologisch behandelt. Diese Prozesse sollen die Konvertierung zu Nährstoffen in eine pflanzenverfügbare Form sicherstellen. Anschließend wird die Wirkung der produzierten Nährstofflösung auf das Pflanzenwachstum im NFT-System (nutrient film technique) erprobt.

Energieautark durch Photovoltaik

Zum Betrieb der Aufbereitungs- und Pflanzsysteme wird vom Fraunhofer ICT parallel ein PV-basiertes Energieerzeugungs- und Speichersystem entwickelt. Eine übergeordnete Arduino-Steuerung der Jomo Kenyatta Universität für Landwirtschaft und Technologie (JKUAT) regelt die einzelnen Komponenten auf Basis der sensorisch erfassten Daten. Mit dem entwickelten System ist es möglich, in entlegenen Regionen ganzjährig Energie und Nahrungsmittel auf eine nachhaltige und ressourceneffiziente Weise zu erzeugen. Neben der Anlage in Deutschland wurde auch ein Demonstrator in Nairobi entwickelt.    

Skalierung nach Bedarf für Anwendungen im Klein- und Großmaßstab       

Das System kann in unterschiedlichen Maßstäben skaliert werden. Somit ist das Verfahren sowohl für Subsistenzwirtschaft, kleine Genossenschaften aber auch den kommerziellen Anbau im Großmaßstab geeignet. An den Anlagen in Stuttgart und in Nairobi wird derzeit an Verfahrensoptimierungen zur Erzeugung der Nährstofflösung sowie dem Energiemanagement gearbeitet. Im nächsten Schritt streben wir die Skalierung und Implementierung des Systems in einer Dorfgemeinschaft im ländlichen Kenia an.