SUSKULT
Entwicklung eines nachhaltigen Kultivierungssystems für Nahrungsmittel resilienter Metropolregionen
Vielfältige Herausforderungen an die Agrarsysteme der Zukunft
Gegenwärtige Agrarsysteme sind der wesentliche Treiber für die Überschreitung der Planetary Boundaries, insbesondere im Hinblick auf die Veränderung von Phosphor- und Stickstoffkreisläufen, Klimawandel, Biodiversitätsverlust, Ozeanversauerung und Landnutzungswandel. Der Klimawandel wirkt sich weltweit negativ auf die Agrarsysteme aus. Längere Hitzeperioden führen zu geringeren Erträgen. Daneben wird der Einfluss des Klimawandels auf Energiesysteme und die hier entstehenden CO2-Emissionen weiter steigen. Auf diese Veränderungen reagiert das Verbundprojekt SUSKULT, indem u.a. die Pflanzenkultivierung in den geschlossenen Raum verlagert wird. Diese Indoor-Produktion kann unabhängig von den außen herrschenden Klimabedingungen geschehen, teilweise mit höheren Erträgen. Auch die Abhängigkeiten in der Food Supply Chain werden aufgebrochen, indem Dünge- und Nahrungsmittelimporte signifikant reduziert werden, womit unsere Kultivierungssysteme gegenüber den aktuellen Herausforderungen resilient werden. Außerdem werden durch kurze Transportwege sowie in der Produktion CO2-Emissionen reduziert. Gleichzeitig müssen zukünftige Agrarsysteme den zunehmenden Anforderungen an eine zukunftsfähige und gesellschaftlich anerkannte Agrarwirtschaft hinsichtlich Produktqualität, Ressourcenschonung und Regionalität gerecht werden.
SUSKULT - regenerativ, lokal, kreislaufgeführt
Das übergeordnete Ziel der SUSKULT-Vision ist, die urbane kreislaufbasierte Agrarproduktion perspektivisch als eine innovative Zukunftsbranche der bio-basierten Wirtschaft in Deutschland zu etablieren. SUSKULT entwickelt technologische und politische Lösungsmöglichkeiten und Anpassungsstrategien für eine umfassende NEWtrient®-Transformation. In der NEWtrient®-Transformation sind Kläranlagen der Zukunft (»NEWtrient®-Center«) zentrale Schnittstellen für die metropolintegrierte Rückgewinnung und Valorisierung der wesentlichen Ressourcen Wasser, Stickstoff, Phosphor, Kalium, CO2, Energie und weiterer Ressourcenströme für die zukunftsfähige und nachhaltige Nahrungsmittelproduktion in Deutschland. Das Vorhaben adressiert eine bisher wenig betrachtete Produktionsmöglichkeit, deren Außerachtlassen sich Deutschland im Rahmen eines Paradigmenwechsels zu einer echten Bioökonomie nicht länger leisten kann. SUSKULT bricht mit einem Tabu.
Die Relevanz der in 2016 formulierten SUSKULT-Vision, dass es in 2050 keine Kläranlagen im Sinne von Entsorgungsanlagen mehr geben wird, sondern sogenannte »NEWtrient®-Center«, hat sich in den vergangenen Jahren im Kontext aktueller Krisen erheblich gesteigert. Die Folgen der durch den Angriffskrieg Russlands auf die Ukraine ausgelösten Energiekrise und der damit direkt im Zusammenhang stehenden sprunghaften Steigerung der Düngemittel- und Lebensmittelpreise führten sowohl im wissenschaftlichen Diskurs als auch im politischen Kontext zu intensivierten Debatten über die Resilienz und den Selbstversorgungsgrad der Agrarsysteme in Deutschland und der EU sowie über das Transformationspotenzial kreislaufbasierter Ansätze. Das Positionspapier 2023 des Wissenschaftsrats skizziert ein gesellschaftliches Zielbild für 2050 für die Transformation der Agrar- und Ernährungssysteme, das in Übereinstimmung mit der SUSKULT-Vision besonderes Augenmerk auf die ganzheitliche Berücksichtigung der ökologischen, ökonomischen, sozialen und gesundheitlichen Aspekte der Agrarsysteme legt und gleichzeitig die essenzielle Bedeutung der Nährstoffrückgewinnung innerhalb der Lebensmittelwertschöpfung nach den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft betont. Das Abschlusskommuniqué 2023 der 15. Berliner Agrarministerkonferenz hebt die kritische Bedeutung der Volatilität der Düngemittelmärkte hervor und betont die Notwendigkeit, die Produktion, Verfügbarkeit und Zugänglichkeit von Düngemitteln auf eine nicht wettbewerbsverzerrende Weise zu verbessern und ihren nachhaltigen und effizienten Einsatz zur Risikominderung zu steigern. Die Europäische Kommission intensiviert ihr Engagement für effizientes Nährstoffrecycling und die Nutzung organischer Düngemittel, um die Abhängigkeit von importierten mineralischen Düngemitteln zu reduzieren. Dieser Ansatz steht im Einklang mit der Nationalen Bioökonomiestrategie Deutschlands und dem neuen Aktionsplan der EU für die Kreislaufwirtschaft, welche die Bedeutung der Nährstoffrückgewinnung betonen. Parallel dazu fördert die neue EU-Düngeprodukteverordnung (EU) 2019/1009 die Verwendung von Sekundärrohstoffen bei der Herstellung organischer Düngemittel, was eine zusätzliche Unterstützung für die SUSKULT-Vision darstellt.
Für die Verwirklichung der angestrebten NEWtrient®-Transformation werden die in der 1. Förderphase erzielten Ergebnisse und Entwicklungsstränge in der 2. Förderphase konsequent fortgeschrieben, ausgebaut und durch aufgetretene bzw. neue Fragestellungen ergänzt. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in der 2. Förderphase erfolgen dabei zielgerichtet und praxisorientiert anhand von vier zentralen Leitlinien:
1. Optimierung – Weiterentwicklung des originären SUSKULT-Ansatzes
2. Etablierung – Entwicklung von Marktzugangsmaßnahmen für SUSKULT-Produkte
3. Roll-out – Entwicklung von Maßnahmen und Technologien außerhalb des originären Ansatzes
4. Internationalisierung – Inwertsetzung des SUSKULT-Ansatzes auf internationaler Ebene
In der ersten Förderphase konnten folgende wesentliche Ergebnisse erzielt werden:
- Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, einen Flüssigdünger für eine hydroponische Kultivierung herzustellen, der frei von inhärenten Risiken ist.
- Es ist gelungen, den Prozess aus dem Labor in eine Pilotanlage im Technikumsmaßstab zu überführen.
- Es konnte gezeigt werden, dass mit dem Flüssigdünger verschiedene Pflanzenarten hydroponisch und ohne Ertragseinbußen kultiviert werden können.
- Die so kultivierten Pflanzen stellen keine Gefährdung für den Verbraucher dar.
- Es konnten neue Kultursysteme für Wasserlinsen, Süßkartoffeln und Moringa entwickelt werden.
- Es konnte gezeigt werden, dass mehr als die Hälfte der befragten Verbraucher die SUSKULT-Produkte konsumieren würden. Der Handel steht bereit.
- Es konnte ein gesichertes Informations-Ökosystem auf Blockchain-Basis entwickelt werden.
- Die rechtlichen Weichen für das zukünftige Inverkehrbringen des NEWtrient®-Flüssigdüngers auf dem EU-Binnenmarkt sind gestellt.
- Die Nährstoffpotentiale auf Kläranlagen für eine hydroponische Kultivierung wurden erstmalig entlang der gesamten Prozesskette analysiert.
- Der Verbund arbeitet effektiv und zielorientiert zusammen an den Entwicklungen
Die SUSKULT-Pilotanlage auf der Kläranlage Emscher-Mündung des Projektpartners Emschergenossenschaft in Dinslaken, Nordrhein-Westfalen, wurde im Herbst 2022 eingeweiht und verkörpert den entscheidenden Meilenstein in der technischen Entwicklung. Grundlage dieser Entwicklung sind umfangreiche Untersuchungen in den Laboren der Projektpartner, um einen komplett neuen Prozess der Mehrkomponenten-Düngemittelgewinnung zu entwickeln und mit den pflanzenbaulichen Anforderungen zu koppeln. Das Herzstück der Pilotanlage ist ein innovatives Multibarrierensystem, das durch den Einsatz verschiedener biologischer und physikalischer Verfahren die effektive Trennung von wertvollen Nährstoffen und schädlichen Stoffen gewährleistet. Durch die innovative Aufbereitungstechnik wird ein Flüssigdüngerkonzentrat erzeugt, das ohne weitere Umwandlungsprozesse in nachgeschalteten Kultivierungssystemen direkt erfolgreich zum Einsatz kommt.
Weitere Informationen finden Sie hier.
Koordinator
Prof. Dr. Manfred Renner
Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Institutsleiter
Osterfelder Str. 3
46047 Oberhausen
Tel.: +49(0) 208 8598-1411
E-Mail: manfred.renner@umsicht.fraunhofer.de
Projektmanagement
Dr.-Ing. Esther Stahl
Head of Department Environment and Resources
Tel.: +49 (0)208-8598-1158
E-Mail: Esther.Stahl@umsicht.fraunhofer.de
www.suskult.de
Projektpartner
Justus-Liebig-Universität Gießen
Dr. rer. pol. Sandra Schwindenhammer (stellv. Koordinatorin SUSKULT)
NX-Food GbmH
Fabio Ziemssen
Montan Universität Loeben
Prof. Dr. mont. Markus Ellersdorfer
Blue Foot Membranes GmbH
Dipl.-Biol. Ulrich Brüß
Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz (DFKI)
Dr. Ansgar Bernardi
Pacelum GmbH
Stefan Kwetkat
Emschergenossenschaft / Lippeverband K.ö.R
Dr. Linh-Con Phan
Rewe Group
Daniel Wending
Helmholtz Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ)
Prof. Dr.-Ing. Thorsten Reemtsma
Ruhrverband K.ö.R.
Dr.-Ing. Yvonne Schneider
Hochschule Osnabrück
Prof. Dr. rer. hort. Andreas Ulbrich
Technische Universität Kaiserslautern
Prof. Dr.-Ing. Heidrun Steinmetz
ILS-Institut für Landes- und Stadtentwicklungsforschung
M.Sc. Ann-Kristin Steines
Yara GmbH & Co KG
Dr. Dejene Eticha