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 an engineering scientist, is the head of the Division Biosystems Engineering at the Humboldt-Universität zu Berlin. This Division works on research projects dealing with the coupling of biological and technical systems. The main focus is on innovations in sensor and automation technology for intensive crop cultivation in greenhouses as well as on software development such as phytocontrol technology. Using plant monitoring systems developed by the Department, technical processes in greenhouses can be carried out according to plant signals - a novelty. In recent years, Prof. Dr. Schmidt has increasingly focused on the management of recirculating water and nutrient cycles and the development of closed greenhouses with cooling and storage for the bivalent use of greenhouses as plant production sites and thermal solar collectors. Several patented innovations for cooling and heat storage as well as for automation of solar collector greenhouses software have emerged from cooperation in the national joint project Future Initiative for Low Energy Greenhouses (ZINEG) . The joint project was awarded the BMBF Sustainability Prize in 2014. Prof. Dr. Schmidt was active as a consultant in the Aquaponics-EU project INAPRO and was able to gain experience with the technology and control of coupled agricultural systems, which are to be used and expanded in the CUBES Circle project.
Contact: u.schmidt(at)agrar.hu-berlin.de
Mareike Mauerer is a research assistant at the Division of Biosystems Engineering at Humboldt-University zu Berlin. The subject of her PhD is the integration of nitrified human urine as a fertilizer in recirculating nutrient solutions for greenhouse vegetable production.
In the project CUBES Circle she will be responsible for supporting data management, information exchange and optimization of technical processes at the interface of the different cubes. She will also be contributing to the project with her expertise in closing nutrient cycles and usage of recycled nutrients in closed vegetable production systems.
Contact: mareike.mauerer(at)hu-berlin.de
