HypoWave+ – Implementierung eines hydroponischen Systems als nachhaltige Innovation zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung

Herausforderung und Hintergrund

Klimawandel, Urbanisierung und Verschmutzung der herkömmlichen Wasserressourcen führen in den nächsten Jahrzehnten regional zu verschärften Konkurrenzen um die Nutzung der knapper werdenden Ressource Wasser. Gleichzeitig gibt es eine wachsende Nachfrage nach regional und ressourcenschonend produziertem Gemüse. Für die Bewässerung in der Landwirtschaft kann umweltschonendes Wasserrecycling zur Erhöhung des Wasserangebots dienen. Im Projekt HypoWave wurde das Konzept entwickelt und konzipiert, im Folgeprojekt HypoWave+ unter der Leitung der TU Braunschweig erfolgt nun die großtechnische Umsetzung.

Forschungsansatz

Ziel des transdisziplinären Forschungsverbundes ist es, eine neue Form von regionaler Gemüseproduktion zu etablieren. Basierend auf den Ergebnissen des Forschungsprojekts HypoWave entschieden sich Landwirte in der Region Gifhorn zur Gründung eines Unternehmens, das hydroponisch erzeugtes Gemüse produziert. HypoWave+ begleitet dieses Vorhaben wissenschaftlich und geht offenen Fragestellungen nach in den Bereichen Wasseraufbereitung, Gemüseproduktion, intelligente Steuerungstechnik, Qualitätsmanagement und institutionelle Arrangements. Damit soll die Marktfähigkeit von hydroponisch erzeugtem Gemüse mittels umweltschonendem Wasserrecycling weiterentwickelt werden, mit dem Ziel, es an anderen Standorten ebenfalls anzuwenden.

Im Rahmen von HypoWave+ beschäftigt sich das Fraunhofer IGB mit der Digitalisierung der eingesetzten Prozesse. Hierzu koordiniert das Team die Arbeiten zur integrierten Datenerfassung und Steuerung der Wasseraufbereitung und des Gewächshauses sowie zum Aufbau und Betrieb der für die Datenerfassung und -verarbeitung benötigten Infrastruktur. Darüber hinaus ist das IGB für den Nachweis von (pflanzen)pathogenen Mikroorganismen und Viren im aufbereiteten Wasser verantwortlich und bringt, gemeinsam mit anderen Partnern und Akteuren vor Ort, seine fachliche Expertise zu Fragen der Akzeptanz und Qualität der neuen Prozesskette sowie zum Risikomanagement ein.

Molekularbiologisches Detektionssystem zum Nachweis humanpathogener Viren in Abwasser

Zur Qualitätssicherung hydroponischer Systeme muss das zur Bewässerung eingesetzte Wasser auf mikrobielle Belastung untersucht werden. Insbesondere Viren werden durch gängige Detektionsverfahren aufgrund ihrer Eigenschaften selten ausreichend erfasst.

Um die Unbedenklichkeit des zur Bewässerung eingesetzten aufbereiteten Abwassers zu gewährleisten, haben wir am Fraunhofer IGB ein molekularbiologisches Detektionssystem etabliert, mit dem sich humanpathogene Viren zuverlässig nachweisen lassen. Das auf der qPCR-Technologie basierende System ermöglicht durch Nutzung hochspezifischer Sonden den Nachweis der häufigsten humanpathogenen Viren in Abwasser ohne inhibitorische Effekte. Dadurch wird eine zuverlässige Qualitätssicherung für Abwasser sowie Nutzpflanzen sichergestellt. 

Das molekulare Detektionssystem erlaubt einen schnellen und automatisierbaren Nachweis humanpathogener Viren in Abwasser. Durch den parallelen Einsatz hochspezifischer Sonden und Primer werden vorhandene Pathogene auch bei starken Verunreinigungen des Wassers zuverlässig detektiert. Um Viren auch in sehr großen Wassermengen hinreichend zu erfassen, entwickeln wir derzeit Verfahren zur Aufkonzentrierung von Viren in aufbereitetem Abwasser, die in Kombination mit dem anschließenden molekularen Nachweis eine hohe Sensitivität gewährleisten.