13. September 2018
EDEN-ISS

Gewächshaus trotzt der Antarktis: DLR-Forscher Paul Zabel erlebt Rekordernte und lehrreiche Herausforderungen

Das Gewächshaus EDEN-ISS trotzt den antarktischen Bedingungen
Das Gewächshaus EDEN-ISS trotzt den antarktischen Bedingungen
Bild 1/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Das Gewächshaus EDEN-ISS trotzt den antarktischen Bedingungen

Das Antarktis-Gewächshaus EDEN-ISS hat die Polarnacht überstanden, ebenso wie antarktische Stürme und Temperaturen bis unter minus 40 Grad Celsius. Hier ist die Treppe zur Eingangstür zu sehen.

Paul Zabel mit geerntetem Kohlrabi
Bild 2/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Paul Zabel mit geerntetem Kohlrabi

Bis September 2018 konnte DLR-Wissenschaftler Paul Zabel zwölf Kilogramm Kohlrabi ernten.

Antarktische Radieschen
Bild 3/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Antarktische Radieschen

Fünf Kilogramm Radieschen konnte Paul Zabel im EDEN-ISS-Gewächshaus bis September 2018 ernten.

Beim Vorbereiten der Nährstofflösung
Bild 4/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Beim Vorbereiten der Nährstofflösung

Paul Zabel bereitet auf der Neumayer-Station III die Nährstofflösung für die Pflanzen vor.

Erdbeerpflanzen
Bild 5/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Erdbeerpflanzen

Die Erdbeerpflanzen wachsen auch in der Antarktis schnell.

Erster Sonnenaufgang nach der Polarnacht
Bild 6/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Erster Sonnenaufgang nach der Polarnacht

Paul Zabel blickt in den ersten Sonnenaufgang nach der Polarnacht.

Der Weg zum EDEN-ISS-Gewächshaus mit Vollmond
Bild 7/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Der Weg zum EDEN-ISS-Gewächshaus mit Vollmond

Das EDEN-ISS-Gewächshaus steht 400 Meter entfernt von der Neumayer-Station III.

Thermotransportbox vor dem Gewächshaus
Bild 8/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Thermotransportbox vor dem Gewächshaus

Die Thermotransportbox auf einem Schlitten wird genutzt, um die Salat- und Gemüseernte unbeschadet zur Neumayer-Station III zu bringen.

Wegweiser in der Antarktis
Bild 9/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Wegweiser in der Antarktis

Paul Zabel am Wegweiser mit selbstgemachten Bremen- und Lübbenau-Schildern.

  • 77 Kilogramm Frischsalat, 51 Kilogramm Gurken und 29 Kilogramm Tomaten abgeerntet.
  • Künstliche Bestäubung besonders anspruchsvoll, Wartung der Gewächshaustechnik unter harschen Bedingungen.
  • Pflanzenwachstum jetzt live im Internet einsehbar.
  • Aktuell laufen 40 Experimente und Validierungstests.
  • Schwerpunkt(e): Raumfahrt, Biosysteme

Das Antarktis-Gewächshaus EDEN-ISS hat bei seinem Praxistest unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Polarnacht überstanden, ebenso antarktische Stürme und Temperaturen bis unter minus 40 Grad Celsius. Seit Anfang 2018 liefert es erstmals Kräuter, Salate und frisch geerntetes Gemüse für die zehnköpfige Überwinterungscrew auf der Neumayer-Station III des Alfred-Wegener-Instituts (AWI). Nach mehr als einem halben Jahr Einsatz in der Antarktis zeigt sich die Leistungsfähigkeit des autarken Gewächshauskonzepts für klimatisch anspruchsvolle Regionen auf der Erde, ebenso wie für künftige bemannte Missionen zu Mond und Mars. DLR-Forscher Paul Zabel meistert dabei Herausforderungen und sammelt Erkenntnisse, die die Pflanzenzucht unter solch harschen Bedingungen mit sich bringt. Die Überwinterungsmannschaft schätzt das frische Grün als willkommene Abwechslung in der Langzeit-Isolation. In einer Live-Schaltung aus der Antarktis berichtet Paul Zabel am 13. September 2018 von seinen Erfahrungen.

Reichlich Salate und Tomaten, wenige Paprika und bisher fehlen die Erdbeeren

"Die Ernte ist mittlerweile so reichlich, dass ein Teil nicht immer gleich direkt auf den Tisch kommt und wir nun den Luxus haben, manche Salate und Kräuter aufbewahrt im Kühlschrank über mehrere Tage verteilt zu verzehren", berichtet Paul Zabel. "Die Mitüberwinterer freuen sich immer schon auf die nächste frische Mahlzeit." Tatsächlich gedeihen die Salate, Tomaten, Gurken und Kräuter besonders gut unter den Bedingungen von 21 Grad Celsius und 65 Prozent relativer Luftfeuchte im Gewächshaus. Auf einer Anbaufläche von insgesamt etwa 13 Quadratmetern sind nun 77 Kilogramm Salat, 51 Kilogramm Gurken, 29 Kilogramm Tomaten, 12 Kilogramm Kohlrabi, 5 Kilogramm Radieschen und 9 Kilogramm Kräuter gewachsen und abgeerntet. "Erstaunt hat uns die ausgebliebene Paprika- und Erdbeer-Ernte", so Zabel. Die Paprika- und Erdbeerpflanzen wachsen auch in der Antarktis schnell, allerdings bereitet die künstliche Bestäubung Schwierigkeiten, wobei sich nur wenige Früchte oder - wie bei den Erdbeeren bisher - gar keine Früchte ausbilden. EDEN-ISS-Projektleiter Dr. Daniel Schubert ergänzt: "Im vergangenen Jahr beim Gewächshaus-Probebetrieb in Bremen hatten die Paprikapflanzen noch zahlreiche Früchte getragen. Das zeigt wie wichtig und lehrreich der Extremtest des Gewächshauses unter antarktischen Bedingungen ist."

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Quelle: DLR

Gewächshaustechnik im Extremeinsatz

Immer wieder kommt es vor, dass ein Sturm Paul Zabel daran hindert die 400 Meter von der Webspecial des AWI zur Neumayer-Station III zum Gewächshaus im Freien zurückzulegen. Dann übernimmt das Bremer Kontrollzentrum das Monitoring der Pflanzen und die Überwachung des Gewächshauses vollständig. Bisher war das allerdings höchstens an drei aufeinanderfolgenden Tagen nötig und so konnte Zabel die durchgehende Pflege der Pflanzen gut gewährleisten. Wie wichtig seine Präsenz vor Ort ist zeigte sich wiederholt, wenn die Gewächshaustechnik unter den extremen Bedingungen Schwierigkeiten bekam und akute Hilfe gefragt war. "So musste ich beispielsweise einmal schnell zum Gewächshaus, weil sich eine Schraubenverbindung im Thermalsystem gelockert hatte und die Kühlung der Lampen nicht mehr ausreichend gewährleistet war." Kleinere Reparaturen wie diese sind vorher kaum vorherzusehen und lehren die Forscher, wo das Gewächshauskonzept für zukünftige Einsätze noch robuster ausgelegt werden muss.

"Bei Komplikationen ist es für uns wichtig, mit den vor Ort vorhandenen Werkzeugen und Mitteln reagieren zu können. Schließlich wäre der solide Betrieb eines Gewächshauses auf Mond und Mars überlebenswichtig", unterstreicht Projektleiter Schubert. Aktuell laufen 40 verschieden Experimente im Gewächshaus. Viel Arbeit für Paul Zabel, bei der er die Gemüsezucht umfänglich analysiert. Unter anderem nimmt er regelmäßig mikrobiologische Proben, überprüft genau die Qualität der Ernte und checkt regelmäßig alle Systeme wie Licht, Temperaturregulierung, nährlösungs- und CO2-angereicherte Luftversorgung. Zudem wird dokumentiert, wie sich die frische Nahrung auf das Befinden der Überwinterer auswirkt.

Live mit Erdbeeren und Paprika mitfiebern und Tipps geben

War der Einblick in die antarktische Pflanzenzucht bisher den weltweit beteiligten Forschern im Projekt vorbehalten, wird es diese Möglichkeit zukünftig für jedermann geben. "Bisher haben wir im Kontrollzentrum täglich Bilder der einzelnen Pflanzen von 32 Kameras im Gewächshaus erhalten, auf die die beteiligten Forscher zugreifen und dazu Ratschläge geben können", so Schubert. "Nun öffnen wir diese aktuellen Pflanzen-Bilder über ein Online-Tool auf der EDEN-ISS-Projektwebsite für die Öffentlichkeit. Jeder Interessierte kann dort live an unserer Gemüsezucht in der Antarktis teilhaben." Jeden Tag werden Bilder der einzelnen Pflanzenzuchtkisten zu einer bestimmten Uhrzeit unter speziellem Licht automatisch fotografiert, dann an das Missionskontrollzentrum in Bremen übertragen und online gestellt. Über einen interaktiven Zeitstrahl lässt sich das Wachstum der Pflanzen verfolgen. So lässt sich an einer Technik interaktiv teilhaben, die zukünftig an Bedeutung gewinnen wird.

Positiver Effekt spürbar

Wie angenehm es ist, den Salat- und Kräutergarten gleich um die Ecke zu haben, weiß der Logistikverantwortliche für die Neumayer-Station III und mehrfache Überwinterer Dr. Eberhard Kohlberg vom Alfred-Wegener-Institut zu berichten: "Sonst gibt es auf dem Speiseplan nur lang Haltbares aus Tiefkühl- und Vorratskammern." Erst Ende Oktober 2018 wird das erste Versorgungsflugzeug die Überwinterungsmannschaft wieder von außen mit frischen Lebensmitteln versorgen können. Neumayer-III-Stationsleiter Bernhard Gropp ergänzt: "Wir schätzen und genießen es sehr, dass regelmäßig frischer Salat, Kräuter und Gemüse aus dem Gewächshaus unserem Speiseplan bereichern. Der positive Effekt ist spürbar." Der letzte Abschnitt der Überwinterung ist für die Crew besonders herausfordernd, weil sie sich allmählich wieder auf den Normalbetrieb mit vielen Leuten an der Station umstellen muss.

EDEN-ISS: Nahrungsmittelversorgung der Zukunft

Die weltweite Nahrungsmittelproduktion ist eine der zentralen gesellschaftlichen Herausforderungen im 21. Jahrhundert. Eine steigende Weltbevölkerung bei gleichzeitigen Umwälzungen durch den Klimawandel fordern neue Wege, um Nutzpflanzen auch in klimatisch ungünstigen Regionen kultivieren zu können. Für Wüsten und Gebiete mit tiefen Temperaturen wie auch bei Weltraummissionen zu Mond und Mars ermöglicht ein geschlossenes Gewächshaus von Wetter, Sonne und Jahreszeit unabhängige Ernten sowie weniger Wasserverbrauch und den Verzicht auf Pestizide und Insektizide. Mit dem Projekt EDEN-ISS ist solch ein Modell-Gewächshaus der Zukunft für ein Jahr unter antarktischen Extrembedingungen in der Langzeiterprobung.

Das Projekt EDEN-ISS wird in Zusammenarbeit mit dem Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) im Rahmen einer Überwinterungsmission auf der deutschen Neumayer-Station III in der Antarktis realisiert. Damit das Gewächshaus in der Antarktis funktioniert, arbeiten unter der Leitung des DLR zahlreiche weitere internationale Partner in einem Forschungskonsortium zusammen: Wageningen University and Research (Niederlande), Airbus Defense and Space (Deutschland), LIQUIFER Systems Group (Österreich), National Research Council (Italien), University of Guelph (Kanada), Enginsoft (Italien), Thales Alenia Space Italia (Italien), AeroCosmo (Italien), Heliospectra (Schweden), Limerick Institute of Technology (Irland), Telespazio (Italien) sowie die University of Florida (USA). Finanziert wird das Projekt aus Mitteln des Europäischen Forschungsrahmenprogramms Horizon 2020 unter der Projektnummer 636501.

Neuigkeiten zum Projekt direkt aus der Antarktis gibt es über die EDEN-ISS-Kanäle auf Facebook und Instagram, sowie über den Hashtag #MadeInAntarctica auf Twitter. Gesammelte Informationen zum Projekt finden sich unter:

Das Forschungsabenteuer Pflanzenzucht in der Antarktis nimmt Fahrt auf: Am 8. Oktober 2017 hat der Spezial-Gewächshauscontainer auf einem Frachtschiff den Hamburger Hafen in Richtung antarktisches Ekström-Schelfeis verlassen. Rund elf Wochen dauert nun die Reise. Kurz vor Weihnachten wird das Team des Forschungsprojekts EDEN-ISS das Hightech-Gewächshaus an der Neumayer-Station III des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Empfang nehmen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erforscht im Projekt gemeinsam mit internationalen Partnern den vollständig autarken Gemüseanbau für die Nahrungsmittelversorgung in klimatisch anspruchsvollen Regionen sowie für zukünftige bemannte Missionen zu Mond und Mars.

Reiche Ernte beim Testlauf

Von Ende Juni bis Ende August 2017 gediehen bereits Gurken, Tomaten, Radieschen, Paprika, Salate und Kräuter prächtig beim Testlauf des insgesamt zwölf Meter langen Containergewächshauses. "Wir konnten während des Probelaufs am DLR-Standort Bremen reichhaltig ernten", sagt Projektleiter Daniel Schubert vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme. "Jetzt sind wir zuversichtlich, dass auch unter den harschen Bedingungen in der Antarktis alles gut funktionieren wird."

Insgesamt hatten die Forscher während der Testphase über 40 Kilogramm Frischgemüse produziert. Das faszinierende dabei: Wasser verlässt das autarke Gewächshaussystem nur in den geernteten Früchten. Alles andere wird recycelt und den Pflanzen erneut zugeführt. Unter speziellem künstlichem Licht, wohl temperiert, ohne Erde und nur von ausgesuchten Nährlösungen versorgt, können die Pflanzen schneller und produktiver als in ihrem natürlichen Umfeld wachsen.


Gemüsezucht #MadeInAntarctica

Ab Ende Dezember 2017 beginnt das eigentliche Pflanzenzucht-Experiment in der Antarktis. Dann wird DLR-Wissenschaftler Paul Zabel für ein Jahr mit dem Gewächshaus EDEN-ISS in die Antarktis ziehen und dort in der der vom AWI betriebenen Antarktisstation Neumayer III leben. "Trotz beschwerlicher Bedingungen in der Antarktis wohnen und arbeiten ganzjährig Wissenschaftler in der Forschungsstation. Im antarktischen Sommer befinden sich bis zu 50 Menschen an der Station. Im Winter sind dagegen normalerweise nur noch neun Personen vor Ort: ein Koch, drei Ingenieure, ein Arzt und vier Wissenschaftler", sagt der langjährige Stationsleiter Dr. Eberhard Kohlberg. "Sie bilden das Überwinterungsteam, zu dem Paul Zabel als zehntes Mitglied hinzukommt."

Teamkollegen des EDEN-ISS-Projekts helfen Paul Zabel zunächst bei Aufbau und Inbetriebnahme des Gewächshauses. Dann ist er über die Polarnacht hinweg allein für den Betrieb und die Gemüsezucht verantwortlich. Seine Ernte in monatelanger Dunkelheit wird den Speiseplan der Überwinterer auf Neumayer III bereichern. Gleichzeitig wird dabei das Versorgungsszenario einer bemannten Marsmission nachempfunden.

"Die Vorbereitungen auf die Überwinterung sind aufregend und nehmen mittlerweile viel Zeit in meinem Tagesablauf ein", sagt Paul Zabel. "Man bekommt eine Vorstellung, wie umfangreich die Vorbereitungen für eine Weltraummission sein müssen, wo man ja ebenfalls an alles denken und auf alles vorbereitet sein muss." Zabel hat bereits ein Überlebenstraining in den Alpen als Mitglied des Neumayer-III-Überwinterungsteams absolviert. Außerdem nahm er an mehreren Seminaren zur Technik der Station und an einem einwöchigen Brandbekämpfungstraining teil. Bis zur Abreise im Dezember folgen noch zahlreiche weitere Vorbereitungskurse.

Nahrungsmittelproduktion der Zukunft

Die weltweite Nahrungsmittelproduktion ist eine der zentralen gesellschaftlichen Herausforderungen im 21. Jahrhundert. Eine steigende Weltbevölkerung bei gleichzeitigen Umwälzungen durch den Klimawandel fordern neue Wege, um Nutzpflanzen auch in klimatisch ungünstigen Regionen kultivieren zu können. Für Wüsten und Gebiete mit tiefen Temperaturen wie auch bei Weltraummissionen zu Mond und Mars ermöglicht ein geschlossenes Gewächshaus ein von Wetter, Sonne und Jahreszeiten unabhängiges Ernten sowie weniger Wasserverbrauch und den Verzicht auf Pestizide und Insektizide. Mit dem Projekt EDEN-ISS geht solch ein Modell-Gewächshaus der Zukunft für ein Jahr unter antarktischen Extrembedingungen in die Langzeiterprobung. Von Ende Dezember 2017 bis Februar 2018 ist der Aufbau geplant. Danach folgt der Forschungsbetrieb während der Überwinterung in der Antarktis bis zum Dezember 2018.

Internationale Zusammenarbeit bei EDEN-ISS

Das Projekt EDEN-ISS wird in Zusammenarbeit mit dem Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) im Rahmen einer Überwinterungsmission auf der deutschen Antarktisstation Neumayer III realisiert. Damit das Gewächshaus in der Antarktis funktioniert, arbeiten unter der Leitung des DLR zahlreiche weitere internationale Partner in einem Forschungskonsortium zusammen: Wageningen University and Research (Niederlande), Airbus Defense and Space (Deutschland), LIQUIFER Systems Group (Österreich), National Research Council (Italien), University of Guelph (Kanada), Enginsoft (Italien), Thales Alenia Space Italia (Italien), AeroCosmo (Italien), Heliospectra (Schweden), Limerick Institute of Technology (Irland), Telespazio (Italien) sowie die University of Florida (USA). Finanziert wird das Projekt aus Mitteln des Europäischen Forschungsrahmenprogramms Horizon 2020 unter der Projektnummer 636501.

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