One of the major challenges of the 21st century is to reduce the consequences of climate change caused by greenhouse gas (GHG) emissions. The agricultural sector is a notable source of GHG emission including the protected cultivation using CO2 fertilization. Therefore, the MinTHG consortium, consisting of several companies (RAM, DH Licht, Klasmann-Deilmann) and the Humboldt-University Berlin, researches and develops innovative technologies and processes for the substantial reduction of GHG emissions in greenhouse cultivation. For example, cooling / dehumidifying by water curtains (<dew point) in the greenhouse is being studied to adapt the greenhouses to global warming by avoiding plant stress and storing thermal solar energy. In such semi-closed greenhouses CO2 and water (or water vapor) can be saved, which otherwise escape through the roof ventilation. This is accompanied by considerable potential for saving fertilizer and reducing GHG emissions through fertilizer production. In addition, the use of energy screens, controlled in accordance with photosynthesis, reduces the heat consumption (or fuel consumption) of greenhouses. Rockwool substitute substrates should make another contribution to reduce GHG emissions. For this purpose, organic substrates for hydroponic intensive cultivation are tested. As expected, new technologies and processes can influence the growth conditions of plants. For this purpose, the effects of the interactions of various climate parameters (such as temperature, humidity, CO2, light) are investigated in phytotrons and are evaluated on the basis of continuous biological measurement of photosynthesis and transpiration rate. In addition, phytochemical analyzes of quality-giving ingredients are carried out. These investigations serve to optimize the microclimatic conditions in the greenhouse through improved climate and process management. In the research project, water-cooled LEDs (LED-LE) are used in the phytotrons. In addition to the light intensity, the spectral light quality also has an influence on the plant morphology and secondary metabolites. With the LED-LE, four different light colours (blue, red, dark red and white) can be individually regulated. The active water cooling has the advantage that the heat of the LEDs is transferred outside the phytotrons to ensure a long life time of the LED chips. In addition, it is possible to generate very high light intensities in order to carry out light stress experiments.

The project “MinTHG” is funded by the Federal Ministry of Food and Agriculture (BMEL) from 2018 to 2021 as a contribution to climate protection under the Paris Agreement (COP 21). The project is initialized by the Federal Office of Agriculture and Food (BLE) as part of the program to promote innovation.

 

Project partners:

Humboldt-Universität zu Berlin

DH Licht GmbH

Klasmann-Deilmann GmbH

RAM GmbH Mess- und Regeltechnik

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More at:

www.unter-2-grad.de/projekte/minthg

 

Technische Verfahren für geschlossene Pflanzenproduktionssysteme zur Minderung von THG-Emissionen und klimawandelbedingtem abiotischem Stress

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Zu den größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts gehört die Folgeneindämmung der weltweiten Klimaveränderungen, die hauptsächlich durch THG-Emissionen verursacht werden. Einen Beitrag dazu könnten weiterentwickelte und intelligent gesteuerte Gewächshaussysteme leisten. Deshalb liegt das Hauptziel des anzugehenden Projekts mit insgesamt 5 Projektpartnern darin, neue innovative technische Verfahren für das Gesamtsystem Gewächshaus zu entwickeln, mit denen nicht nur eine substanzielle Reduzierung der THG-Emissionen erzielt, sondern auch der Verbrauch von Frischwasser- und Düngerressourcen reduziert wird. Dieses Ziel liegt im sehr engen Kontext mit der Optimierung mikroklimatischer Bedingungen (Temperatur, relative Luftfeuchte, Lichtintensität und CO2-Konzentration) im geschlossenen Pflanzenproduktionssystemen, um unabhängig von den Klimaveränderungen die Nahrungsmittelversorgung der Bevölkerung mit qualitativ hochwertigen Produkten zu gewährleisten. Dabei liegt der Fokus auf der Findung eines optimalen Kühlverfahrens, der Entwicklung neuer außenklimaangepasster CO2-, Licht- und Nährlösungssteuerungsstrategien sowie neuer Substrate und substratloser Kultursysteme für geschlossene Gewächshaussysteme, die unter Berücksichtigung der Reduzierung abiotischer Stressfaktoren in Zeiten der zunehmenden Variabilität der Klimabedingungen vorgenommen wird. Innerhalb der Untersuchungen zu den Veränderungen des Phänotyps in Abhängigkeit der angewendeten Verfahren sind die gemessenen Phytosignale (Photosynthese, Transpiration, Blatttemperatur stomatäre Leitfähigkeit, Chlorophyllfluoreszenz etc.) und Laboranalysen Teil des Projekts, um Veränderungen im Primär- und Sekundärmetabolismus der Pflanzen und somit Veränderungen der Produktqualität und –quantität zu detektieren.