Kooperatives Vertikalfarm- und Klimaflächenmanagement

Genau diese Fragen verfolgt das umsetzungsorientierte Projekt "GartenLeistungen (2019–2024)" als Teil der Forschungsinitiative "Ressourceneffiziente Stadtquartiere der Zukunft" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. In der laufenden zweiten Phase werden die von 2019–2022 angestoßenen Prozesse und ersten Umsetzungen in den einzelnen Reallaboren in Berlin, Frankfurt/Main, Leipzig und Stuttgart gefestigt, verstetigt und in vielfältiger Weise auf weitere Standorte übertragen.

Bezogen auf das Thema Grünflächenmanagement möchten wir in diesem Beitrag unsere Erfahrungen aus dem "Reallabor Mobile Blau-Grüne Infrastruktur" der TU Berlin teilen. Wir fokussieren uns dabei auf den Standort "BeachFarm 61" auf der Beach61-Volleyballanlage im Berliner Park am Gleisdreieck (Bürgow, Horn 2020). Er soll prototypisch und beispielhaft für die in Zukunft mögliche nachhaltige Wasser-, Nahrungsmittel- und Klimaproduktion auf Sportanlagen und weiteren gemeinschaftlichen Freiräumen wie etwa Schulhöfen in der Stadt stehen.

Anliegen des Artikels ist es, Impulse zu geben, wie kooperative Bewirtschaftungsmodelle an der Schnittstelle zwischen Reallaborforschung und unternehmerischen Initiativen im Bereich der Kreislauf- und Klimastadtgestaltung auch nach Ende der Forschungsförderung "weiterleben", betrieben und dabei nachhaltig und kreativ weiterentwickelt und verstetigt werden können.

Von der Reallaborforschung zum kooperativen Betriebsmodell

Das Berliner Reallabor für "Mobile Blau-Grüne Infrastruktur" (MBGI) unter Federführung der TU Berlin ist in der Phase der Auftaktforschung von GartenLeistungen (2019–2022) erfolgreich der Frage nachgegangen, wie in der Stadt auf kleinster Fläche und in sehr effektiver und attraktiver Weise urbane Ökosystemleistungen generiert werden können. Einerseits wurden bauliche Module zum lokalen Wasserrecycling aus Dusch- und anderem Grauwasser oder alternativ Regenwasser vom Dach in Kombination mit hydroponischem Vertikalfarming entwickelt und getestet. Zudem wurden erstmalig mobile Klimabeete in ihrer Anwendung als eine Art "blau-grüne Schwammstadt-Infrastruktur" untersucht. Die mit Schilf- und Feuchtpflanzen bewachsenen Hochbeete sorgen für den schwammartigen Regenwasserrückhalt und die vegetative Klimatisierung durch Verdunstung (Rodewald-Rudescu 1974; Franck 2016). Das mobile blau-grüne Infrastruktur-Set wurde in einem stadtgemeinschaftlichen Kontext unter Reallaborbedingungen in der ersten Projektphase beforscht. Das heißt Aktivitäten des Mitmachens, Mitgestaltens und des Kreierens von Wohlfühlatmosphären wurden ebenso adressiert wie die Ökosystemleistungen der Wasserregeneration und Nahrungsmittelproduktion bis hin zu stadtklimatischen, gesundheitlichen und atmosphärischen Effekten (Bürgow, Horn 2020).

Das GartenLeistungen-Teilprojekt ist zugleich ein mobiles Folgeprojekt des heutigen innerstädtischen Reallabors Roof Water-Farm und ehemaligen Pilotforschungsprojekes (2013–2017) unter Federführung des Fachgebiets Städtebau und Siedlungswesen am Institut für Stadt- und Regionalplanung. Beide Projekte sind heute an der StadtManufaktur – der Reallaborplattform und transdisziplinären Kooperationsinititative der TU Berlin – als blau-grüne Reallabore angesiedelt. Sie gehören zu einer Art "Projektfamilie" rund um Themen der wasser- und klimasensiblen sowie essbaren Stadt, die sich zwischen Innovationsforschung, StartUp-Förderung, Gemeinwohlunternehmertum, Reallaborforschung sowie Verstetigung und Vervielfältigung im Stadtraum bewegt.

Ein erstes Produkt aus der GartenLeistungen-Auftaktforschung ist der "Shower-Tower" – eine mit aufbereitetem Duschwasser bewässerte Vertikalfarm, die erste hydroponische Outdoor-Vertikalfarm Berlins und heutige "BeachFarm". Der Shower-Tower wurde als Prototyp in einem ko-kreativen Design-Build-Prozess gemeinsam mit Studierenden der Roof Water-Farm Projektwerkstatt realisiert. Daraus ist inzwischen das erfolgreiche StartUp Unternehmen HydroTower erwachsen.

Nach Ende der Auftaktphase wurde die komplette mobile Infrastruktur bestehend aus Duschwasseraufbereitungsanlage, hydroponischer Vertikalfarm und den mobilen Klimabeeten von dem Team der Beach61 übernommen. Inzwischen wird sogar die WC-Anlage anstelle von Trinkwasser auch mit dem lokal aufbereiteten Duschwasser betrieben. Die beiden Farming- und Klima-Infrastrukturen werden dabei seit 2021 in Form eines kooperativen Betreibermodells zwischen dem Reallabor Roof Water-Farm (Jungpflanzenproduktion nur ca. 1,5 km entfernt von der Beach61), dem Startup HydroTower (Bepflanzung und Management des Shower-Towers) und dem Beach-Team selbst (Ernte der Produkte für den lokalen Vertrieb über Beach-Bistro und Beach-Bar) durchgeführt.

Im Folgenden möchten wir die mit dieser Form des kooperativen Grünflächenmanagements verbundenen Herausforderungen beschreiben. Dabei gehen wir auf Abläufe und erste Best-Practice-Erfahrungen ein. Ziel ist es dabei, Impulse für innovative Bewirtschaftungs- und Betriebskonzepte im Bereich blau-grüner Infrastruktur, vor allem hydroponischer Farmingsysteme und vegetativer Klima-Schwammstrukturen zu geben. Sie sind angepasst an den Ort, die Bedarfe und die beteiligten Akteur*innen und Akteure auch auf andere öffentliche Freiräume übertragbar.

Abläufe und Erfahrungen in der kooperativen Bewirtschaftung der hydroponischen Vertikalfarm und mobilen Verdunstungsbeete

Die Bewirtschaftung von Produktionsanlagen zur Erzeugung von Nahrungsmitteln ist im Vergleich zur klassischen Pflege von Grünflächen im öffentlichen Raum naturgemäß intensiver. Zum Saisonauftakt im März werden zunächst die Jungpflanzen in geschützter Umgebung bis zu einer Größe von circa vier Zentimetern vorgezogen und nach intensiver Reinigung in die Vertikalfarm eingesetzt. Zeitgleich wird der Tank mit Nährlösung gefüllt und die automatische Bewässerung gestartet. Der Regelbetrieb wird durch regelmäßigen Neubesatz, Auffüllen der Nährlösung und Ernte aufrechterhalten, bis die Anlage zum Ende der Saison im Oktober erneut gereinigt und winterfest gemacht wird.

Während der Forschungsphase des Projekts GartenLeistungen konnte die vollumfängliche Bewirtschaftung der Vertikalfarm über eine Personalstelle mit zehn Wochenstunden gewährleistet werden. Im Rahmen der Verstetigung des Standorts musste jedoch ein neues Betreibermodell gefunden werden, da die eigenständige Finanzierung einer Teilzeitstelle nicht im Verhältnis zu den erwirtschafteten Erntemengen stünde.

Das Betreiberteam der Beachvolleyball-Anlage Beach61, welches auch eine gastronomische Einrichtung auf dem Gelände unterhält, hatte nach wie vor sein Interesse an der lokalen Nahrungsmittelproduktion geäußert. Jedoch fehlte hier die Infrastruktur und Expertise, um die Vertikalfarm gänzlich zu betreuen. Hier bot das mit dem Forschungsprojekt verknüpfte Reallabor Roof Water-Farm, welches sich in räumlicher Nähe zur Beach61 befindet, seine Unterstützung an.

Inzwischen ist ein kooperatives Betreibermodell daraus erwachsen: So bietet das Roof Water-Farm Reallabor beispielsweise Gewächshausfläche zur Jungpflanzenproduktion oder Workshops und Führungen an. Neben der Vermittlung von Praktiken des hydroponischen Gartenbaus werden in nur rund ein Kilometer Entfernung von der BeachFarm saisonale Jungpflanzen angebaut, die sich am Bar- und Bistrobedarf der Beach61 orientieren.

Das aus dem GartenLeistungen-Teilprojekt hervorgegangene Startup HydroTower übernimmt dabei als Fachfirma und lokaler Dienstleister die regelmäßige Pflege und den Betrieb der Vertikalfarm im zweiwöchigen Turnus. Dieser Service beinhaltet insbesondere die technische Betreuung, Reinigung der Anlage zu Saisonstart und -ende, Besatz von Jungpflanzen sowie größere Ernte-Aktionen. Die wöchentlich notwendige Regulierung der Nährstofflösung sowie kleinere Ernten übernimmt in diesem kooperativen Betreibermodell das Küchenteam der Beach61 selbst. So können die Kosten für die Bewirtschaftung der Vertikalfarm gering gehalten werden. Durch regelmäßige Rücksprachen der beteiligten Akteure kann die Vertikalfarm im Gleisdreieck bedarfsgerecht, effizient, kostengünstig und frisch produzieren.

Im Vergleich zur produktiven Bewirtschaftung hydroponischer Farmsysteme ist die Bewirtschaftung der mobilen Schilfbeete oder Mini-Moore als Klimabeete weniger intensiv. Hierfür ist ein einmaliger Rückschnitt im Winter oder zu Beginn des Frühjahrs vor Beginn der neuen Wachstumsperiode ratsam. Zudem reicht es aus, wenn abgestorbene Pflanzenteile zusammen mit Schlammdetritus ein- bis zweimal jährlich manuell entfernt und direkt als lokales Bodensubstrat wiederverwendet werden.

Denkt man an die Bewirtschaftung der Schilf- oder Verdunstungbeete in größeren Dimensionen, kann diese perspektivisch auch unternehmerisch interessant sein. Schilfrohr (Phragmites spec.), Rohrkolben (Typha spec.) und andere Moorpflanzen sind als sogenannte "Paludikulturen" bekannt und werden bereits länger beforscht (Joosten et al. 2021). Durch ihre Wachstumsraten und besondere Pflanzenmorphologie eignen sie sich als nachhaltige und dabei hochproduktive Bau- und Dämmstoffe (Bürgow et al. 2019).

Als robuste, natürliche Monokulturen können diese Pflanzen bis zu 15–20 Tonnen Trockenmasse pro Hektar produzieren oder umgerechnet circa 150–250 Kubikmeter Baustoff (Krus 2014). Im Vergleich dazu lag der Hektarertrag Weizen im Trockenjahr 2018 bei durchschnittlich 6,7 Tonnen Trockenmasse pro Hektar gegenüber 7,8 Tonnen Trockenmasse pro Hektar in Jahren mit "üblichen" Niederschlagsmengen (BMEL 2018).

Röhrichte mit ihrem Rhizobiom sind zudem besonders wertvolle Wasserfilterer und -verdunster wie auch die Wasserfläche selbst erheblich zur Verdunstung beiträgt. Als beispielhafte Kennzahl sei die durchschnittliche Verdunstungsrate von 1000 bis 2000 Millimeter pro Jahr genannt (Rodewald-Rudescu 1974; Franck 2016). Im Vergleich zu Ackerland verdunstet Schilf das bis zu eineinhalbfache des jährlichen Niederschlags (ebd.) und kann so zur Wasser- und Stoffretention, Wolkenproduktion und Klimatisierung urbaner und landschaftlicher Räume im Sinne der Schwammstadt und Schwammlandschaften beitragen.

Auswertung von Produktivitäten und Ökosystemleistungen

Aufgrund der guten Wachstumsbedingungen sind hydroponische Systeme sehr effizient. So können auf geringer Fläche, insbesondere in vertikalen Systemen, hohe Erträge erwirtschaftet werden. Gleichzeitig ist der Pflegebedarf relativ gering, da die Bewässerung automatisch gesteuert wird.

Obwohl hydroponischer Anbau hochproduktiv und flächenschonend ist, ist aufgrund des hohen Bedarfs an frischen Salaten am Standort eine Vollversorgung mit der aktuellen Anbaufläche von zwei Quadratmeter unrealistisch. Der wöchentliche Bedarf des Bistrobetriebs ist weit höher als die Produktion der Vertikalfarm ermöglicht. Die erste Saisonauswertung aus dem Jahr 2020 ergab für die aus acht Säulen mit jeweils 16 Pflanztöpfen bestehende hydroponische Produktionsanlage eine durchschnittliche Jahresproduktion im Outdoorbetrieb von circa 110 Kilogramm. Im Ist-Soll-Vergleich bezogen auf das Anbauprodukt Salat ergibt sich für die derzeitige Größe der BeachFarm eine durchschnittliche wöchentliche Erntemenge von 5,5 Kilogramm. Stellt man diese Zahl dem tatsächlichen Bedarf für 2022, circa 15 Kilogramm pro Woche, gegenüber, können nur 37 Prozent des Salatbedarfs lokal produziert werden.

Um die bestehende BeachFarm mit dem Shower-Tower künftig lokal-ökonomischer zu bewirtschaften, wird der Anbau von Salat eingestellt und in Abstimmung mit dem Beach-Bistrobetrieb auf Kräuteranbau umgestellt. Hierbei wird der Anbau von Basilikum favorisiert. Basilikum ist hochpreisig und wird bei vielen Gerichten verwendet.

Ausblick: Verstetigung bedarfsorientierter Nahrungsmittelproduktion

Der beschriebene Übergang von einem Reallaborforschungsprojekt in einen kooperativen Betrieb ist bisher sehr aussichtsreich verlaufen. Es braucht jedoch weiterhin auch einen regen Austausch mit dem laufenden Forschungsprojekt GartenLeistungen II, um gemeinsam angewandte Fragen zum etwaigen Ausbau der Vertikalfarmproduktion durch Verdoppelung der Anbaufläche, Ausbau der Duschwasseraufbereitung und dergleichen abzuwägen.

Neben der Ökosystemdienstleistung der ressourcen- und platzsparenden Nahrungsmittelproduktion, ist der Vertikalfarm zudem eine Bedeutsamkeit als Ort der Kommunikation und der Begegnung zuzusprechen. Die vor Ort angebrachten Informationstafeln zur BeachFarm und dem dazugehörigen "Reallabor Mobile Blau-Grüne Infrastruktur" geben Auskunft zur Funktionsweise des dezentralen Wasserrecyclings sowie der hydroponischen Vertikalfarm und den Klimabeeten. Das eindrückliche Erscheinungsbild der produktiven Fassade und die schilfbewachsenen Klimabeete sind auch für Besucherinnen und Touristen ein Anziehungspunkt. Inzwischen gibt es ein größeres Interesse an der Vervielfältigung.

Im Kontext des laufenden strategischen Kooperationsprojektes der TU Berlin mit dem Bezirksamt Charlottenburg-Wilmersdorf ClimateHOOD_CampusPARK_Charlottenburg haben bereits mehrere Sportanlagen Interesse bekundet. Zudem wird im Zuge der Entwicklung des mit ClimateHOOD assoziierten Reallabors "Essbarer Campus" noch in diesem Herbst eine "essbare Hydroponik-Fassade" in Nähe der Mensastandorte auf dem Campusgelände der TU Berlin in Betrieb genommen. Im Kontext der Verstetigungsphase von GartenLeistungen (2022–24) sind bereits einzelne HydroTower im Berliner Max-Planck-Gymnasium aufgebaut worden. Sie werden nach einigen Hydroponik-Lern-Praxis-Workshops nun von den Schülerinnen und Schülern selbst und als Teil der Koch-AG bewirtschaftet.

Zudem ziehen die Klimabeete auf die Schulhöfe und werden mit der Regenwassersammlung von den Schuldächern kombiniert. Das Max-Planck-Gymnasium als Pilotpartner-Schule gewann hierfür den Klima- und Umweltpreis 2023 in der Kategorie "Nachhaltige Schulhofgestaltung". Die Gemeinschaftsgarteninitiative himmelbeet als Projektpartnerin bei GartenLeistungen wird demnächst am neuen Standort in der Gartenstraße in Berlin-Wedding das erste KlimaParklett auf einem umgewidmeten Parkplatz gemeinschaftlich aufbauen.

Eine derartige Vervielfältigung blau-grüner Infrastrukturbausteine auf dem Weg des sozial- und klimagerechten Stadtwandels hin zur Schwammstadt und essbaren, wasserbewussten Stadt eröffnet einen erfahrbaren und alltagsnahen Ansatz. So werden die im Positionspapier Urbane Landwirtschaft des Deutschen Städtetags adressierten Forderungen wie etwa zur "Verbesserung des Mikroklimas über die Biodiversität bis hin zur Sensibilisierung für nachhaltige Lebensstile mit neuen Formen gemeinschaftlicher Produktion, Weiterverarbeitung und Vermarktung" real und greifbar (Deutscher Städtetag 2023: 5).

Es bietet auch die große Chance, die Wahrnehmung und das Spektrum von Grünflächen zu erweitern, die nicht mehr "nur als Kostenfaktor, sondern insbesondere auch als Qualitätsmerkmal und Standortfaktor einer nachhaltigen und gesunden Stadt" wertgeschätzt werden (Deutscher Städtetag 2019: 4) und dabei künftig sicher eine stärkere lokal-ökonomische Bedeutung gewinnen.