Gewächshaus für Antarktis und Mars Nur die Harten kommen in den Garten

In der Antarktis ist Gemüse knapp - und im Weltraum erst recht. Ein neues Gewächshaus soll Pflanzenzucht an extremen Orten möglich machen. Wir haben schon mal gekostet.

DLR

Aus Bremen berichtet


Kennen Sie Mark Watney? Der war vor knapp zwei Jahren Hauptfigur des Blockbusters "Der Marsianer", gespielt von Matt Damon. Und er hatte ein ziemlich ernstes Problem: Seine Kollegen hatten sich aus dem Staub gemacht, ihn auf dem Mars zurückgelassen als vermeintliches Todesopfer einer komplett fehlgeschlagenen Expedition.

Doch Watney war nicht tot. Er war lebendig. Und hungrig. Denn als er sich entschlossen hatte, auf das nächste Raumschiff von der Erde zu warten, zählte der verunglückte Astronaut seine Vorräte. Das Ergebnis war äußerst mau. So musste der Gestrandete zum Selbstversorger werden. Er züchtete Kartoffeln in einem Substrat aus Marssand und Astronautenkacke.

Das ist die Stelle, an der Paul Zabel ins Spiel kommt. Der 30-Jährige ist keine Filmfigur, sondern Ingenieur am Institut für Raumfahrtsysteme des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt (DLR) in Bremen. Ähnlich wie Watney tüftelt er an Pflanzenzucht unter Extrembedingungen. Auch er will frisches Gemüse züchten, wo eigentlich keines wächst, will Speisepläne für Expeditionen mit Grünzeug füllen - allerdings ohne Exkremente, und das ist ein entscheidender Unterschied.

Gärtner im ewigen Eis

Seit 2011 arbeitet Zabel an einem EU-geförderten Projekt, dessen vorerst wichtigsten Schritt das DLR am Freitag in Bremen vorgestellt hat. "Eden ISS" heißt es, 14 Partner aus acht Ländern machen mit. Es geht um ein Gewächshaus, in dem Techniken für die Nahrungsmittelversorgung auf langen Raumflügen entwickelt werden sollen, für Reisen zum Mond und zum Mars. Doch getestet wird es zunächst auf der Erde.

"Eden ISS" geht im Herbst auf eine Reise in die Antarktis, untergebracht in einem Schiffscontainer. Und Zabel reist mit, für ein ganzes Jahr wird er zum Gärtner im ewigen Eis. "Ich habe mich als Erster und Einziger im Team für die Überwinterung beworben", sagt er grinsend.

Das Modul soll unweit der Forschungsstation "Neumayer III" des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) ausprobiert werden. Vier bis fünf Kilo Frischware pro Woche wolle man produzieren, sagt DLR-Projektleiter Daniel Schubert: Tomaten, Gurke, Salat und Paprika zum Beispiel. Sogar ein paar Erdbeeren.

"Die haben nie Tageslicht oder Erde gesehen"

Im Südwinter harren zehn Menschen auf "Neumayer" aus: vier Wissenschaftler, drei Ingenieure, ein Arzt, ein Koch - und Zabel, der Antarktisgärtner. Der Mann, der dafür sorgt, dass es ihnen gut geht, heißt Eberhard Kohlberg. Er ist Chef-Logistiker am AWI in Bremerhaven und hat einst selbst in der Antarktis überwintert. Damals noch "unter etwas primitiveren Bedingungen", wie er sagt.

Kohlberg weiß, wie kompliziert die Versorgung der Forscher vor allem in den Polarnächten ist: "Wir haben mehr als neun Monate keinen Zugang zur Station." Jedes Jahr um die Weihnachtszeit werden in sechs Schiffscontainern Essen und Getränke angeliefert, insgesamt 60 Tonnen. Im Südsommer gibt es alle drei bis vier Wochen zusätzlichen Frischproviant per Flugzeug - aber damit ist Ende Februar Schluss.

"Mit Kartoffeln und Zwiebeln sind wir gut versorgt. Die kann man lange lagern", sagt Kohlberg. "Die Leute sind viel mehr darauf angewiesen, etwas Frisches zu bekommen." Und das soll Zabel liefern. Zum Pressetermin hat er Gurken und kleine rote Paprika mitgebracht. Sie stammen aus dem Probebetrieb des Gewächshauses in Bremen, wo der Container bis zu seiner Verschiffung hinter dem DLR-Institut unweit der Autobahn steht.

Der Geschmackstest zeigt: Die Paprika sind schön knackig, die Gurken vielleicht ein bisschen wässrig. Aber kann man schon machen! "Das sind die künstlichsten Pflanzen, die Sie je gegessen haben. Die haben nie Tageslicht oder Erde gesehen", sagt Projektleiter Schubert.

Hochdruckpumpen und LED-Lichter

Tatsächlich sprießt das Gemüse im Inneren des Gewächshauscontainers auf zwölf Quadratmeter Regelfläche ganz ohne irgendeine Ackerkrume. "Aeroponik" heißt das Verfahren. Alle zehn Minuten werden Zabels Züchtungen mit Hochdruckpumpen vollautomatisch besprüht - mit Wasser, in dem jedes Mal ein Nährstoffcocktail gelöst ist.

Die Wurzeln sind deutlich größer als bei Pflanzen, die in Erde wachsen. Sonst aber sehen die in Plastikhalterungen eingeklemmten Gewächse aus wie in einem gut gepflegten Hobbygarten - und riechen auch so: verblüffend natürlich. Das Saatgut hat ein niederländischer Projektpartner ausgewählt, nach Kriterien wie Ertrag und Bissfestigkeit.

Das Gemüse wächst in einer speziell gemixten Atmosphäre heran - mit einer Extraportion Kohlendioxid aus Druckgasflaschen und möglichst gereinigt von schädlichen Keimen und Pilzsporen. Diese werden herausgefiltert oder mit UV-Licht abgetötet.

Auch grundsätzlich erinnert das Gewächshaus an einen Reinraum in einem Computerchip-Werk. Es verfügt über einen komplett geschlossenen Luftkreislauf mit Zugangsschleuse. Verdunstetes Wasser lässt sich so wieder zurückgewinnen. "Das einzige Wasser, das aus dem Container rausgeht, ist in Form frischer Nahrung", so Schubert.

Bestrahlt werden die Pflanzen 16 Stunden am Tag mit einer Mischung aus blauem und rotem Licht. Jede LED lässt sich einzeln vom Computer aus ansteuern, um ideale Wachstumsbedingungen für jede Pflanze zu bieten. Wer sich im Container umsieht, muss zur Sicherheit eine Schutzbrille tragen, damit die Augen keinen Schaden nehmen.

Die Geschichte der Weltraumpflanzen

Schon in der Vergangenheit wurden in der Antarktis Pflanzen gezüchtet. Knapp 50 aktuelle oder ehemalige Gewächshäuser hat das "Eden ISS"-Projektteam gezählt. Selbst im All gab es schon Pflanzen: Los ging's mit Flachs, Schaumkresse, Erbsen, Gurken und Zwiebeln, die sowjetische Kosmonauten in den Siebzigern und Achtzigern in ihren "Saljut"-Raumstationen zogen.

Aktuell existieren zwei Experimentieranordnungen zur Pflanzenzucht auf der ISS, eines davon ist das seit 2002 existierende "Lada" im russischen Teil. Die Amerikaner betreiben seit 2014 zudem ein Mini-Labor namens "Veggie" im europäischen "Columbus"-Modul der Station. Ein paar symbolische Salatblätter von dort durften Raumfahrer auch schon verspeisen.

Das Problem: Viele Pflanzenexperimente im All brachten lange ernüchternde Ergebnisse. Von Krankheiten geplagte, winzige und verkrüppelte Pflänzchen, die zuvor durch langsamen Wuchs aufgefallen waren. Mittlerweile gelten viele dieser Schwierigkeiten zwar als gelöst. Ein Anbau im größeren Stil, wie in die Forscher jetzt in der Arktis testen, ist aber noch nicht möglich.

Ein paar Worte vielleicht noch mal zu Mark Watney. Dessen Kartoffelzucht auf dem Mars war, das muss man der Fairness halber sagen, nur so mittelmäßig erfolgreich. Schuld war die selbst gebaute Druckschleuse, die ihm bei einer Explosion um die Ohren flog. Bleibt zu hoffen, dass es Paul Zabel und seinen Mitreitern in der Polarnacht besser ergeht. Er fühle sich, sagt Zabel, "tatsächlich ein wenig, als wenn er eine Reise auf einen anderen Planeten antritt."



insgesamt 14 Beiträge
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permissiveactionlink 07.07.2017
1. Im falschen Film ?
Mark Whatney hat alles richtig gemacht. Allerdings explodierte die Luftschleuse durch eine Undichtigkeit, die Station verlor ihren Luftdruck und kühlte rasch aus, die Kartoffelpflanzen erfroren, und Whatney konnte nur noch die Kartoffelknollen retten. Von ihnen ernährte er sich dann, nachdem er die Luftschleuse durch eine transparente Folie, die dem Innendruck der Station standhielt, abgedichtet hatte. Wäre die Originalluftschleuse nicht kollabiert, hätte Whatney noch viele Kartoffeln anbauen können. Offenbar war noch genug Energie, Wasser und "Dünger" vorhanden, Wasser aus der katalytischen Verbrennung von Hydrazin, soweit ich mich erinnere.
st_li 07.07.2017
2.
Schön zu lesen, dass die Forschung auf dem Gebiet der extraterrestischen Pflanzenzucht weiter vorangetrieben wird. Die Versorgung der Astronauten mit frischen Lebensmitteön ist ein essentieller Bestandteil künftiger Raumfahrtmissonen. Paul , wir wünschen dir füf deinen Aufenthalt in der Antarktis viel Erfolg und immer eine reiche Ernte. Die Besten Wünsche aus fem Spreewald von Anja und Stefan
Tiananmen 08.07.2017
3. Dankbarer Weise startet der Artikel gleich damit, dass...
Dankbarer Weise startet der Artikel gleich damit, dass er auf einen Science Fiction Film verweist. Das sind die Weltraummärchen, wo Raumschiffe mit Überlichtgeschwindigkeit zum Nachmittagskaffee in die nächste Galaxie fliegen oder Captain Kirk sich empfängerlos zum nächsten Planeten beamen lässt. So ähnlich muss man sich auch die Weltraumbotanik vorstellen. Nehmen wir doch mal den Kartoffelanbau auf dem vierten Planeten: Für einen guten Kartoffelsalat bauen wir Nicola an, kein Problem auf dem Mars, weil humose, anmoorige Böden dort ja die Regel sind. Pflanztemperatur sollte zwischen 5 und 10°C liegen: passt - auf dem Mars beträgt die mittlere Temperatur -63°C. Wenn man diese Marginalien mal außen vor lässt, dann muss man den blöden Knollen nur noch beibringen, ohne Photosynthese zu wachsen. Denn die benötigt vor allem drei Dinge: Sauerstoff, Wasser und Sonnenlicht. Ersterer, der Sauerstoff, ist auf dem Mars so gut wie nicht vorhanden und die Sonneneinstrahlung beträgt gerade mal 40% der irdischen - über das von der Pflanze nutzbare Spektrum weiß ich nichts. Also bieten sich doch ein paar einfache Lösungen an: man installiert eine Fußbodenheizung für das Kartoffelfeld, installiert ein gasdichtes Zelt darüber für die Sauerstoffberieslung und weil durch das Zelt die Sonneneinstrahlung dann fast völlig ausgeschaltet ist, hängt man ein paar Energiesparlampen darüber. Zack und fertig. Jetzt nur noch eine beheizte Wasserleitung zum nächsten Marspol, ein paar Tonnen Kunstdünger(!), weil biologische Nährstoffe wohl kaum verfügbar sind (außer vielleicht aus dem Dixi Klo) und schon kann die Pommes-Produktion anlaufen. Nein, unken Sie jetzt bloß nicht rum, dass womöglich auch noch bestimmte Bodenbakterien etc. notwendig sind. Manche können wirklich alles mies machen. Leute gibt’s!
Dumme Fragen 08.07.2017
4. Im All...
Im All sollte man schon die Fäkalien recyceln. 60 Tonnen Nahrung reichen wohl nicht bis zum Mars und zurück...
Lord Menial 08.07.2017
5.
Zitat von TiananmenDankbarer Weise startet der Artikel gleich damit, dass er auf einen Science Fiction Film verweist. Das sind die Weltraummärchen, wo Raumschiffe mit Überlichtgeschwindigkeit zum Nachmittagskaffee in die nächste Galaxie fliegen oder Captain Kirk sich empfängerlos zum nächsten Planeten beamen lässt. So ähnlich muss man sich auch die Weltraumbotanik vorstellen. Nehmen wir doch mal den Kartoffelanbau auf dem vierten Planeten: Für einen guten Kartoffelsalat bauen wir Nicola an, kein Problem auf dem Mars, weil humose, anmoorige Böden dort ja die Regel sind. Pflanztemperatur sollte zwischen 5 und 10°C liegen: passt - auf dem Mars beträgt die mittlere Temperatur -63°C. Wenn man diese Marginalien mal außen vor lässt, dann muss man den blöden Knollen nur noch beibringen, ohne Photosynthese zu wachsen. Denn die benötigt vor allem drei Dinge: Sauerstoff, Wasser und Sonnenlicht. Ersterer, der Sauerstoff, ist auf dem Mars so gut wie nicht vorhanden und die Sonneneinstrahlung beträgt gerade mal 40% der irdischen - über das von der Pflanze nutzbare Spektrum weiß ich nichts. Also bieten sich doch ein paar einfache Lösungen an: man installiert eine Fußbodenheizung für das Kartoffelfeld, installiert ein gasdichtes Zelt darüber für die Sauerstoffberieslung und weil durch das Zelt die Sonneneinstrahlung dann fast völlig ausgeschaltet ist, hängt man ein paar Energiesparlampen darüber. Zack und fertig. Jetzt nur noch eine beheizte Wasserleitung zum nächsten Marspol, ein paar Tonnen Kunstdünger(!), weil biologische Nährstoffe wohl kaum verfügbar sind (außer vielleicht aus dem Dixi Klo) und schon kann die Pommes-Produktion anlaufen. Nein, unken Sie jetzt bloß nicht rum, dass womöglich auch noch bestimmte Bodenbakterien etc. notwendig sind. Manche können wirklich alles mies machen. Leute gibt’s!
Wenn Sauerstoff auf dem Mars so knapp ist, könnte man ja stattdessen die Pflanzen mit Kohlendioxid "berieseln". Vielleicht wäre das für die photosynthetische Assimilation ja brauchbar. ;-) Davon abgesehen sind deine Anmerkungen zu den Komplikationen irdische Pflanzen auf anderen Planeten anzubauen richtig. Gerade wurde übrigens ein Befund schottischer Forscher veröffentlicht, der besagt, daß die chemische Beschaffenheit des Marsbodens sogar Bakterien das Leben fast unmöglich macht: "Perchlorates on Mars enhance the bacteriocidal effects of UV light" - http://www.nature.com/articles/s41598-017-04910-3 Ein Kartoffelbauer müsste sich, wenn er die Blumenerde nicht im Handschuhfach seines Raumschiffes mitnimmt, auf unglückliche Kartoffelpflanzen mit braunen Blättern einstellen. Am Ende werden sich die Marsbewohner wohl den Instant-Kartoffelbrei aus der Tüte von der Erde schicken lassen müssen.
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