Die industrielle Landwirtschaft wird für den Planeten zunehmend zur Belastung: Flächenverbrauch, Überdüngung und Folgeschäden durch Pflanzenschutzmittel sind nur einige der Probleme. Eine besonders nachhaltige Form der Nahrungsmittelproduktion ist die Zucht von Speisefisch und der Anbau von Gemüse in einem kombinierten Stoffkreislauf. Ein neues sechs Millionen Euro umfassendes EU-Projekt, an dem Forscher des Berliner Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) federführend beteiligt sind, soll der sogenannten Aquaponik nun zum Durchbruch verhelfen.

Seit Mitte der achtziger Jahre wird versucht, die Fisch- und Gemüsezucht in einem System zu vereinen. Damals stellten US-amerikanische Forscher zum ersten Mal ein Gewächshaus vor, in welchem gleichzeitig Barsche und Tomaten gezüchtet wurden (Journal of the World Aquaculture Society, Band 28, Ausgabe 4, Seiten 420-428). Heute – rund dreißig Jahre später – arbeiten Forscher noch immer an einer Optimierung des Systems. Auch wenn inzwischen große Fortschritte gemacht wurden: Den kommerziellen Durchbruch haben die Aquaponik-Systeme bisher nicht geschafft.

Aquaponik: Kombination aus Fisch- und Pflanzenzucht

Das Kofferwort Aquaponik setzt sich aus den Begriffen Aquakultur (Fischzucht) und Hydroponik (erdfreie Pflanzenzucht) zusammen. In einem Aquaponiksystem wird also die Zucht von Fischen mit der Kultur von Nutzpflanzen kombiniert. Man macht sich dabei die Tatsache zunutze, dass die Fische und Pflanzen ganz ähnliche Umweltbedürfnisse für ihr Wachstum haben. So werden Synergieeffekte genutzt und Wertschöpfungsketten verlängert. Im Idealfall lassen sich Nahrungsmittel auf diese Weise fast emissionsfrei erzeugen.

INAPRO-Projekt soll Weg zum Markt ebnen

Das Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) beteiligt sich nun an einem neuen EU-Projekt namens INAPRO (“Innovative model & demonstration based water management for resource efficiency in integrated multitrophic agriculture and aquaculture systems”). In dem auf vier Jahre angelegten Forschungsvorhaben werden in Deutschland, Spanien, Belgien und China vier große Aquaponik-Demonstrationsanlagen auf jeweils rund 500 Quadratmeter zunächst modelliert, dann gebaut und evaluiert. „Gemeinsam mit unseren 18 Partnern aus acht Nationen können wir die Aquaponik nun den entscheidenden Schritt voranbringen“, erklärt Projektkoordinator Georg Staaks. INAPRO soll dazu dienen, die technische und wirtschaftliche Machbarkeit in größerem Maßstab des Systems zu demonstrieren und die Implementierung in die Nahrungsmittelproduktion voranzutreiben. Dafür stehen in den kommenden vier Jahren rund sechs Millionen Euro zur Verfügung. „INAPRO eröffnet neue Marktchancen für Hersteller und Anwender von Aquaponiksystemen innerhalb und außerhalb von Europa. Insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen ist das ein äußerst attraktives Segment“, unterstreicht Staaks.

BMBF hat Anlagenentwicklung gefördert

Das IGB geht mit einem Projekt an den Start, in dem Tilapia-Buntbarsche (Oreochromis niloticus) und Tomaten gezüchtet werden. Die beiden Lebewesen ergänzen sich optimal – so teilen sie zum Beispiel die Vorliebe für Temperaturen um 27 Grad. Die Entwicklung des im Projekt eingesetzten technischen Systems „ASTAF-PRO“ (Aquaponik-System zur emissionsfreien Tomaten- und Fisch- Produktion) hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in den vergangenen Jahren gefördert. „Das spezielle System reguliert die Flüssigkeitsströme zwischen den beiden Teilbereichen der Anlage. So können in beiden Teilsystemen die jeweils optimalen Wachstumsbedingungen hergestellt werden. Diese besondere Effizienz bieten die bisherigen traditionellen Aquaponiksysteme nicht“, erläutert Werner Kloas, Leiter der Abteilung Ökophysiologie und Aquakultur am IGB. Bevor das Wasser aus der Aquakultur zu den Pflanzen kommt, werden Feststoffe ausgesiebt. Sie dienen als hochwertiger Gemüsedünger. Weiterhin im Wasser enthalten ist jedoch Ammonium  – ein Stoffwechselprodukt der Fische, das über die Kiemen ausgeschieden wird und in zu hoher Konzentration für die Fische schädlich ist. In die Kreislaufanlage ist ein Biofilter integriert, der von Bakterien besiedelt ist. Dort wird das Ammonium zu Nitrat abgebaut. Das Molekül ist Grundbestandteil von Düngemitteln und beschleunigt das Pflanzenwachstum. Auch das Kohlendioxid, das die Fische ausatmen, kann von den Pflanzen aufgenommen, für ihr Wachstum genutzt und in Sauerstoff umgewandelt werden. Wird die nötige Betriebsenergie für die Gesamtanlage aus regenerativen Quellen wie Wind, Sonne oder Biomasse gespeist, arbeitet das ASTAF-PRO-System dann nahezu ohne klimaschädliche Emissionen.