Teilprojekt A1 - Bioengineering: Intelligente Steuerung für ein resilienteres Kreislaufsystem
CUBES Circle
Im Teilprojekt A-1 wird die CUBES-Circle-Pilotanlage technisch und biologisch weiterentwickelt, um die Produktion noch nachhaltiger und effizienter zu gestalten. Herzstück sind neue Steuerungs- und Optimierungsverfahren, die Wasser-, Nährstoff- und Energieflüsse automatisch so regeln, dass Pflanzen, Fische und Insekten bestmöglich versorgt werden – bei gleichzeitiger Ressourcenschonung. Ein Ansatz, der die Produktionsmodule erstmals nicht nur verbindet, sondern als ganzheitlichen Organismus regelt.
Künstliche Intelligenz unterstützt künftig die Auswahl und Mischung von Wasser- und Nährstoffquellen sowie das Klimamanagement im Gewächshaus. Sensoren erfassen dazu kontinuierlich Wasserqualität, Pflanzennährstoffe, Klimaparameter und Tierwohlindikatoren. Dabei werden die in der ersten Projektphase entwickelten Routinen durch KI-Methoden weiter verfeinert und anhand realer Betriebsdaten trainiert, sodass ein digitaler Regelmechanismus das System in Echtzeit steuern kann.
Besonderer Fokus liegt auf der Energie- und Wassereffizienz: Regen- und Kondenswasser sollen weitgehend die Wasserversorgung übernehmen, während Solarenergie und intelligente Speicher Wärme bereitstellen. Für eine exakte Ermittlung des Energiebedarfs werden z.B. detaillierte Energieprofile des sog. RemoteCUBE über mehrere Produktionszyklen erstellt, die klar zeigen, wann wie viel Energie benötigt und erzeugt wird. Über Energiedaten zu verschiedenen Nutzungsszenarien im RemoteCUBE sollen am Ende des Projekts belastbare Informationen zum Energieumsatz für unterschiedliche Kulturen und Nutzungsszenarien vorliegen. Gleichzeitig wird das Tierwohl in der Fisch- und Insektenproduktion durch moderne Monitoring- und KI-Methoden sichtbar gemacht und optimiert.
Das Ergebnis: Ein resilienter, datengetriebener Betrieb, der Tierwohl, Pflanzengesundheit und Energieeffizienz in Einklang bringt – und damit den Weg für skalierbare, urbane Kreislaufproduktion ebnet.
Prof. Dr. Uwe Schmidt leitet als Ingenieurwissenschaftler seit vielen Jahren das Fachgebiet Biosystemtechnik an der Humboldt-Universität zu Berlin. Im Fachgebiet werden Forschungsprojekte bearbeitet, die sich mit der Koppelung von biologischen und technischen Systemen befassen. Hier sind es vor allem Innovationen im Bereich der Sensor- und Automatisierungstechnik für den intensiven Pflanzenbau in Gewächshäusern sowie Softwareentwicklung wie der Phytocontrol-Technologie. Mit Hilfe am Fachgebiet entwickelter Pflanzenmonitoring-Systeme werden erstmals technische Prozesse in Gewächshäusern nach pflanzlichen Signalen geführt. In den vergangenen Jahren hat sich Prof. Dr. Schmidt verstärkt mit dem Management rezirkulierender Wasser- und Nährstoffkreisläufe sowie der Entwicklung von geschlossenen Gewächshäusern mit Kühlung und Speicherung zur bivalenten Nutzung der Gewächshäuser als Pflanzenproduktionsstätten und thermische Solarkollektoren beschäftigt. Aus der Mitarbeit im nationalen Verbundprojekt Zukunftsinitiative Niedrigenergiegewächshaus (ZINEG) sind mehrere patentierte Innovationen zur Kühlung und Wärmespeicherung sowie die Software zur Automation von Solarkollektorgewächshäusern hervorgegangen. Das Verbundprojekt wurde 2014 mit dem Nachhaltigkeitspreis des BMBF ausgezeichnet. Prof. Dr. Schmidt war beratend im Aquaponik-EU-Projekt INAPRO tätig und konnte bereits Erfahrungen mit der Technologie und Steuerung von gekoppelten agrarischen Systemen sammeln, die im CUBES Circle Projekt eingesetzt und erweitert werden sollen.
Kontakt: u.schmidt(at)agrar.hu-berlin.de
Mareike Mauerer ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Biosystemtechnik des Albrecht-Daniel-Thaer-Instituts für Agrar- und Gartenbauwissenschaften der Humboldt-Universität zu Berlin. Im Rahmen ihrer Doktorarbeit hat sie sich mit der Integration nitrifizierter Urindünger in rezirkulierende Nährlösungen für den Gewächshausgemüseanbau beschäftigt.
Im Projekt CUBES Circle wird sie einerseits beim Datenmanagement und Informationsaustausch und bei der Optimierung technischer Prozesse an den Schnittstellen der einzelnen Cubes mitwirken. Andererseits wird sie ihre Erfahrung mit der Kreislaufschließung und Verwendung rückgewonnener Nährstoffe im Gewächshausgemüseanbau in das Projekt einbringen.
Kontakt: mareike.mauerer(at)hu-berlin.de
