Pilotstudie Nachhaltige Aquaponik- Nr. 35 Erzeugung für ... · Aquaponik-Produktionsanlagen, die Aquakultur mit Hydroponik (Pflanzenzucht in Wasser) in auf Ressourcenschonung ausgerichteten

ForschungsberichtdesFachbereichsAgrarwirtschaftSoestunddes

InstitutsfürGreenTechnologyundLändlicheEntwicklung

zumProjekt

Pilotstudie"NachhaltigeAquaponik-ErzeugungfürNordrhein-Westfalen"

RolfMorgensternRalfBiernatzkiMarcBoelhauveJürgenBraunPeterDapprichAndreasGerlachVerenaHaberlah-KorrMarcusMergenthalerBodoMisteleClausSchusterPierreWinklerMargitWittmannWolfLorlebergGefördertdurch:

Forschungsberichte

des Fachbereichs Agrarwirtschaft Soest

Nr. 35

Erfolgsfaktoren und Schwachstellen der Vermarktung

regionaler Erzeugnisse

Janina Wiesmann

Luisa Vogt

Wolf Lorleberg

Marcus Mergenthaler

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Ergebnisse einer Forschungskooperation zwischen der Fachhochschule SüdwestfalenunddemReferatII-1desMinisteriumsfürKlimaschutz,Umwelt,Landwirtschaft,Natur-undVerbraucherschutz(MKULNV)desLandesNordrhein-WestfalenForschungsschwerpunkt:UmweltverträglicheundstandortgerechteLandwirtschaft

ProjektteamanderFachhochschuleSüdwestfalen:Dipl.-Ing.chem.RolfMorgenstern(Aquaponik)Dr.PeterDapprich(PflanzenbauundPflanzenschutz)Prof.Dr.BodoMistele(Messtechnik/Sensorik)Prof.Dr.MarcusMergenthalerund(Marktforschung)Prof.Dr.AndreasGerlach(BeratungUnternehmensgründungen)Prof.Dr.ClausSchuster(Wasserqualität/Prozesswasserbehandlung)Prof.Dr.MargitWittmann(Fischhaltung)Prof.Dr.MarcBoelhauve(Mikrobiologie)Prof.Dr.JürgenBraun(WirtschaftlichkeitundRessourceneffizienz)Agr.-Ing.PierreWinkler(Fischhaltung)Projektleitung:Prof.Dr.VerenaHaberlah-KorrProf.Dr.WolfLorlebergDr.RalfBiernatzki©2016

III III

FachhochschuleSüdwestfalenFachbereichAgrarwirtschaft/InstitutfürGreenTechnologyundLändlicheEntwicklungLübeckerRing259494SoestTel.02921378-3211Fax02921378-3200agrar@fh-swf.dewww.fh-swf.de/FB/agrarISBN(print): 978-3-940956-65-1ISBN(elektronisch): 978-3-940956-66-8

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DanksagungDer Fachbereich Agrarwirtschaft und das Institut für Green Technology und LändlicheEntwicklung i.Green bedanken sich bei allen externen Partnern, deren UnterstützungundBeratungdasProjektermöglichtundvorangebrachthaben,insbesonderebei

Prof.Dr.HarryPalmundDr.UlrichKnaus,UniversitätRostock

WelszuchtbetriebUlrichSchulte,Halle/Westfalen

DanielFey,LandesamtfürNatur,UmweltundVerbraucherschutzLANUV,Albaum

MichaelHoffmann,Fa.RijkZwaan,Welver

JanBunseundNilsRehkop,DieUrbanistene.V.,Dortmund

AxelStörzner,Fa.hei-troGmbH,Dortmund

Dr.GüntherScheibeundSebastianJobs,Fa.PALAnlagenbauGmbH,Abtshagen

AndrewGallikundChristophAndreas,VersuchszentrumGartenbauStraelen/Köln-AuweilerderLandwirtschaftskammerNordrhein-Westfalen

sowiebeimMinisteriumfürKlimaschutz,Umwelt,Landwirtschaft,Natur-undVerbrau-cherschutz (MKULNV) des Landes Nordrhein-Westfalen für die finanzielle, ideelle undfachlicheUnterstützungdesProjekts.Soest,01.04.2017DasAquaponik-ProjektteamderFHSWF

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Inhalt1 Einleitung 11 AquakulturundAquaponik 11.2 StandderForschungundEntwicklung 31.3 PilotstudieAquaponikfürNRW 52 TechnischeRealisierungderPilotanlage 72.1 BeschreibungdesTeilbereichs"Aquakultur" 72.2 BeschreibungdesTeilbereichs"Hydroponik" 102.2.1 Überblick 102.2.2 HorizontaleBeete 122.2.3 VertikaleBeete 132.3 IntegrationderBereiche 142.4 ZusätzlicheBoxversuche 153 ErfahrungenausderProzessführungund-steuerung 153.1 BetriebderAquakultur 153.1.1 Überblick 153.1.2 Anfahrverluste 163.1.3 Stressmortalität 173.1.4 UnterschiedlicheEntwicklungimBestand 183.1.5 NitrifikationundpH-Wert 203.1.6 Fütterung 213.1.7 Mastdauer 233.1.8 ZwischenfazitProzessführungTeilsystemAquakultur 233.2 BetriebderHydroponik 243.2.1 ErfahrungenmitselbsterstelltenSchwimmhilfen(Rafts) 243.2.2 ErfahrungenmitkommerziellenSchwimmhilfen(Rafts) 253.2.3 ZusätzlicheKonditionierungstanks 263.2.4 AbluftdesRieselfilters 263.2.5 HandhabungdervertikalenBeetsysteme 273.2.6 AustauschstromzwischendenBeetsystemen 283.2.7 BeschreibungderKulturversuche 294 TierwohlundTiergesundheit 314.1 Haltungsbedingungen,HaltungsansprücheundBestandsdichte 314.2 Tiergesundheit 324.3 BetäubungundSchlachtung 33

VI VI

5 Pflanzenernährungund–Pflanzengesundheit 345.1 NährstoffbalancierungundNährstoffversorgung 345.1.1 NährstoffangebotausderAquakultur–KonzentrationvonNitrat 345.1.2 UnterschiedlicheAnforderungenandieKompositionderNährstoffe 385.1.3 Eisenmangel 425.1.4 PhosphorundRemineralisierungdesAbsatzschlamms 425.1.5 SaisonaleSchwankungen 435.1.6 ZwischenfazitNährstoffversorgung 455.2 Pflanzenschutz 465.2.1 Vorbemerkung 465.2.2 ErfahrungenamSoesterPilotsystem 486 Marktpotenzial 516.1 AbschätzungderVerbraucherakzeptanzundZahlungsbereitschaft 516.1.1 Vorbemerkung 516.1.2 ErzeugerpreisniveaubestehenderkommerziellerAnlagen 516.1.3 BefragungbeimFachsymposiumSoest 526.1.4 KommunikationdesProduktionsverfahrens 567 Ressourcenansprüche,KostenundWirtschaftlichkeit 577.1 ZurMethodik 577.2 Direkt-undArbeitskostenderAquakultur 587.2.1 Besatz 58 7.2.2 Anlagenauslastung 587.2.3 Fütterung 597.2.4 Pumpstrom 607.2.5 Heizung 607.2.6 Frischwassererwärmung 617.2.7 WeitereBetriebsmittelundsonstigeKosten 617.2.8 Arbeitskosten 627.2.9 Modell-Deckungsbeiträge 647.3 Direkt-undArbeitskostenderSalat-Hydroponikproduktion 677.3.1 Düngung 677.3.2 Pumpstrom 677.3.3 Beleuchtung 687.3.4 Arbeitskosten 687.3.5 Modell-Deckungsbeiträge 687.4 Investitionskosten 717.5 Rentabilität 74

VII VII

8 AbschätzungundAnsätzezurVerbesserungderNachhaltigkeit 768.1 KonzeptzurAbschätzungderNachhaltigkeit 768.2 AnsatzpunktefüreineverbesserteUmwelt-undKlimabilanz 779 SchlussfolgerungenundAusblick 799.1 ErfahrungenausderProzessführungimPilotbetrieb 799.2 NährstoffbalanceundWeiterentwicklungdesAnlagendesigns 809.3 PflanzengesundheitundPflanzenschutz 829.4 VerbraucherakzeptanzundZahlungsbereitschaft 829.5 Wirtschaftlichkeit 849.6 AnsätzefüreineverbesserteUmwelt-undKlimabilanz 859.7 ÜbertragbarkeitderErgebnisseindiePraxis 869.8 Gesamtbewertung 87

Literatur 89

Anhang:BilderdesSoesterSystems 93

TabellenverzeichnisTABELLE1EXEMPLARISCHEFISCHWÄGUNG04.APRIL2016.LIEFERGEWICHT:50G–60G..............................19TABELLE2BEISPIELRECHNUNGFUTTERVERWERTUNGSKOEFFIZIENT(FOODCONVERSIONRATIO,FCR)..................22TABELLE3KULTURVERSUCHESALANOVACOOKRZMITVERTIKALENBEETENUNDDEEPWATERCULTURE.............30TABELLE4NITRATKONZENTRATIONENDESPROZESSWASSERSIMVERLAUFDESPROJEKTS...................................36TABELLE5KULTURVERSUCHESALANOVACOOKRZINBELÜFTETENEUROBOXEN..............................................37TABELLE6EXEMPLARISCHENÄHRSTOFFANALYSEZUBEGINDESWACHSTUMSVERSUCHSVOM17.09.2016...........39TABELLE7PERFORMANCEUNTERSCHIEDZWISCHENAQUAKULTUR-UNDKLASSISCHERHYDROKULTURDÜNGUNG......41TABELLE8ZAHLUNGSBEREITSCHAFTENFÜRFRISCHENUNDGERÄUCHERTENEUROPÄISCHENWELSINABHÄNGIGKEITVOM

GESCHLECHTIN€/100G......................................................................................................................53TABELLE9ZAHLUNGSBEREITSCHAFTENFÜRFRISCHENUNDGERÄUCHERTENEUROPÄISCHENWELSINABHÄNGIGKEITVONDERGESCHMACKSBEURTEILUNGBEIDERPRODUKTVERKÖSTIGUNGIN€/100G..................................................54TABELLE10VERGLEICHDERARBEITSKOSTEN............................................................................................63TABELLE11WICHTIGEPARAMETERZURBERECHNUNGDERDECKUNGSBEITRÄGEDERAQUAKULTUR.....................65TABELLE12ÜBERSICHTDECKUNGSBEITRÄGEDERAQUAKULTUR...................................................................66TABELLE13 WICHTIGEPARAMETERFÜRDIEBERECHNUNGDERDECKUNGSBEITRÄGEDERHYDROKULTURIMVERGLEICH.......................................................................................................................................................69TABELLE14ÜBERSICHTDECKUNGSBEITRÄGEDERHYDROKULTUR.................................................................70TABELLE15 WICHTIGSTEPARAMETERUNDANNAHMENZUDENINVESTITIONSKOSTENFÜRGEBÄUDEUNDTECHNISCHE

EINRICHTUNGENDERMODELLKALKULATIONENZURWIRTSCHAFTLICHKEIT........................................................73

VIII VIII

TABELLE16POTENZIELLEGEWINNBEITRÄGEDREIERVARIANTENVONAQUAPONIKSYSTEMEN,ERRECHNETALSLEISTUNGS-KOSTEN-DIFFERENZ(IN€/JAHR)............................................................................................................75

AbbildungsverzeichnisABBILDUNG1TECHNISCHESKIZZEDESAQUAKULTUR-BEREICHSDERSOESTERAQUAPONIK-PILOTANLAGE................8ABBILDUNG2TECHNISCHESKIZZEDESTEILBEREICHS"HYDROPONIK"DERSOESTERPILOTANLAGE........................11ABBILDUNG3DETAILZEICHNUNGHORIZONTALEBEEETE.............................................................................12ABBILDUNG4ABHÄNGIGKEITDERZAHLUNGSBEREITSCHAFTENFÜRFRISCHENUNDGERÄUCHERTENWELS..............55

1 1

1 Einleitung

1.1 AquakulturundAquaponikMithohenjährlichenWachstumsratenvorallemimasiatischenRaumträgtderAquakultur-Sektor zunehmend zur Ernährungund LebensmittelsicherheitderWeltbevölkerung bei und hat 2014 die Fischanlandungen aus Wildfängenerstmalsmengenmäßigübertroffen.GleichzeitigwirdeinwachsenderglobalerPro-Kopf-Verzehr für Fisch und Fischereierzeugnisse prognostiziert, der inKürzeaufüber20kgproKopfund Jahr steigenkönnte.Die ressourcenscho-nende und ökologisch nachhaltige Ausgestaltung von Aquakultur-Produktionssystemen wird deshalb im Rahmen der Agenda für NachhaltigeEntwicklung 2030 (2030 Agenda for Sustainable Development) eine zentraleRollespielen(FAO2016S.2).InEuropahatdieEntwicklungderAquakulturmitAusnahmevonNorwegenindenletztenJahrenstagniert;derAnteilDeutsch-landsandiesemSektorweltweitwirdaufunter0,1%geschätzt(DAFA2014aS.9). Bei einem Pro-Kopf-Verzehr von Fisch und Fischereierzeugnissen vonknapp 15 kg im Mittel der letzten Jahre betrug der SelbstversorgungsgradDeutschlands in diesem Lebensmittelsegment 2014 lediglich 21,7 % (BMEL2015S.255)undkönnteweitersinken(DAFA2014aS.9).

InAbstimmungmitEU-InitiativenzurFörderungvonFischereiundAquakulturbenennt der im Auftrag der Agrarministerkonferenz erarbeitete NationaleStrategieplan Aquakultur die "Erhaltung, Stabilisierung und den Ausbau vor-handener Aquakultur-Produktionskapazitäten" sowie die "Erhöhung der Er-zeugung von Fischen und anderen Aquakulturerzeugnissen in nachhaltigerProduktion ("Wachstum")" als vordringliche strategische Kernziele (Agrarmi-nisterkonferenz 2014 S.7). Auch die Deutsche Agrarforschungsallianz DAFAsiehtHandlungsbedarfundhatimRahmendesFachforums"Aquakultur"Leit-linienzurForschung formuliert.ZweiLangfristzielestehen imZentrumdieserForschungsstrategie,undzwarsollendie inDeutschlandkonsumiertenAqua-kulturerzeugnisse "gesundheitlich wertvoll und unbedenklich sein sowie ausnachhaltiger, tiergerechterErzeugungstammen"und"derdeutscheAquakul-tursektorsollseinWettbewerbspotenzialausschöpfen"(DAFA2014aS.11).AlsHürden einer dynamischen Entwicklung des Sektors werden komplexe undlangwierigeGenehmigungsverfahren, Informationslücken der Bevölkerung zuAquakulturfisch, ein Mangel an gut ausgebildetem Personal sowie Interes-senskonflikte zwischen Fischzucht und Umweltschutz gesehen. Zudem er-

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schwere die große internationale Konkurrenz heimischen Produzenten denZugangzuverschiedenenMarktsegmenten(DAFA2014b).

Da in Deutschland die Errichtung neuer Aquakulturanlagen in freien Gewäs-sern räumlich begrenzt ist und hohen umweltrechtlichenGenehmigungshür-denunterliegt,wurdenindenletztenJahrzehntengebäudebasierteKreislauf-Aquakulturanlagen mit mechanischen und biologischen Filtersystemen zurProzesswasseraufbereitungentwickelt.EinejüngereFortentwicklungsindsog.Aquaponik-Produktionsanlagen,dieAquakulturmitHydroponik(PflanzenzuchtinWasser) inaufRessourcenschonungausgerichtetenKreislaufsystemenver-bindenund inmodernerFormdie IdeederaltenasiatischengemischtenSys-temederKarpfenhaltung inüberflutetenReisfeldernaufgegriffenhaben.DasPrinzip ist dabei, dasWasser der Aquakultur als Nährstofflösung nach einerbiologischenAufbereitungdenNutzpflanzenzuzuführenunddiesesozurbio-logischen"Reinigung"desKreislaufwasserseinzusetzen.AusökologischerSichtbietenAquaponik-SystememehrereVorteile,dasie

-keinelandwirtschaftlicheNutzflächebeanspruchen(müssen)

-durchdieKoppelungderFisch-undGemüseerzeugungeinehöhereRessour-cen-undKlimaeffizienz imVergleich zuFischfang/Freilandgemüsebau,aberauchimVergleichzuherkömmlichenAquakultur-undGewächshausproduk-tionenbieten (SchonungnatürlicherFischbestände,EinsparungvonDünge-mitteln, reduzierter Wasserverbrauch, Senkung der AbwasserbelastungdurchkaskadischeNutzung,Abwärmenutzung)

- idealerweise ohne Antibiotika, sonstige Medikamentenzusätze und ohnechemischenPflanzenschutzbetriebenwerdenkönnen(bzw.müssen)

-weitgehendunabhängigvomregionalenKlimaanvielenStandortenderErde-d.h.auchaufbelastetenBöden, imurbanenBereichunddamit in räumli-cherNähevonVerbrauchernundArbeitskräftenerrichtetwerdenkönnen.

AusagrarökonomischerSicht istdieHypothese zuvertreten,dasAquaponik-systemevorallemunterspezifischenStandortbedingungen ihreVorzügeent-falten können, z.B. dort, wo kein fruchtbarer Boden für den "klassischen"Pflanzenbau,aberdafüranderekostengünstige (auchbelastete)Flächenvor-handensindundEnergie reichlichundsehrkostengünstig (z.B.auch inFormindustrieller Abwärme) zur Verfügung steht. Auf besondere WassereffizienzausgelegteSystemekönnendort,woWasserknappheitherrscht, ihreVorzüg-lichkeitentfalten.SchließlichstelltaucheinkaufkräftigesurbanesUmfeldmitVerbrauchern,dietechnischeInnovationinVerbindungmit lokalerundnach-

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haltigerProduktionhonorieren,einenbesonderenStandortfaktordar,dermitBusiness-Konzepten der Urbanen Landwirtschaft genutzt werden kann (Di-rektvermarktung, Gastronomie, Vermittlung von Erlebnissen, Wissen, Erfah-rungen....).

1.2 StandderForschungundEntwicklungAls zentrale Pioniere der modernen Aquaponik gelten James E. Rakocy undseine Forschergruppe von der Agricultural Experiment Station derUniversityoftheVirgin Islands,dieeinFreilandsystemmitTilapienundSalatproduktionentwickelten (Rakocy et al. 2004). Auf ihrem besonderen Standort wird diepotenzielleWirtschaftlichkeit des Systems allerdings durch sehr hohe lokalePreise für frische Salate und Kräuter und daswarme Außenklima bestimmt,während für Anlagenstandorte in Deutschland die in der FischvermarktungerzielbarenPreisesowiedieEnergie-undAnlagenkostenentscheidendeGrö-ßensind.

In Deutschland und seinen angrenzenden Ländern gibt es bisher nur einigePilotanlagenundsehrwenigekommerzielleAnlagen(mitPilot-bzw.Referenz-charakter)mitdieseminnovativenKonzept.Darüberhinaushatsicheineklei-ne, aber aktive Szene von bürgerschaftlichen Gruppen und Firmengründernetabliert, die zum Teil Anlagen in kleinemMaßstab unterhalten, wie z.B. inNordrhein-Westfalen der gemeinnützige Verein Die Urbanisten e.V. (Dort-mund),derFördervereinWasserundNaturschutzArcheNoahe.V.(Menden),dasProjektbüroheitroGmbH(Dortmund),dieAquaponik-ManufakturinIssumund weitere Start-up-Unternehmen, die sich aktuell in der Gründungsphasebefinden.

Wissenschaftliche Versuchs- und Pilotanlagen werden in Deutschland durchdie Arbeitsgruppe Prof. Dr. Werner Kloas am Institut für GewässerökologieundBinnenfischerei(IGB)inBerlin(Rennertetal.2011),durchdasInstitutfürAquakultur und Sea-Ranching unter der Leitung von Prof. Dr. Harry Palm anderUniversitätRostock(Palmetal.2014)undamFachbereichAgrarwirtschaftder Fachhochschule Südwestfalen in Soest (seitMai 2015) betrieben. In denNachbarländern arbeiten die Züricher Hochschule für Angewandte Wissen-schaften ZHAW, die niederländische Agraruniversität Wageningen und dieUniversität Liège (ArbeitsgruppeProf.Dr.HaissamJijakli)gleichfallsmiteige-nenPilotanlagenanAquaponik-Fragestellungen.

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Erste kommerziell betriebeneAnlagenmit Pilot- bzw.Referenzcharakter gibtes seit 2012 in Basel, Schweiz von der Firma Urban Farmers AG (urbanfar-mers.com), seit 2015 von der Firma ECF Farmsystems GmbH in Berlin (ecf-farmsystems.com,ecf-farm.de)undseitMitte2016vonderFischereiMüritz-PlauGmbHinWarenanderMüritz,wobeidiebeidenerstgenanntenBetreiberwie diemeisten Aquaponik-Anlagenmit der Fischart Tilapia arbeiten. UrbanFarmers konnten als Ausgründung der ZHAWderen Vorarbeiten nutzen undkooperiert weiterhin mit dieser Hochschule, während die Anlagen in Berlinund in Waren auf dem technischen Konzept und den Vorarbeiten des IGBBerlin beruhen. Sowohl Urban Farmers als auch ECF Farmsystems sind mitihren ersten Anlagen als Referenzmittlerweile in das Geschäft der Anlagen-projektierungfürInvestoreneingestiegenundkonntenersteVorhabenakqui-rieren. Zurückgezogen aus der Aquaponik hat sich der urbane Landwirt-schaftsbetrieb "Uit je Eigen Stad" in Rotterdam (uitjeeigenstad.nl); eigenenAngabenzufolgevorallemwegendeszuhohenArbeitsaufwandesundderzugeringen Erträge in der Pflanzenproduktion. Ein weiterer Grund könnte diestarke Konkurrenz durch das Angebot an frischem Seefisch sein, gegen dieZuchtfischeinKüstennäheschwerbestehenkönnen.

In technischer Hinsicht können Aquaponik-Systeme in sehr vielen Spielartenmit jeweils teilserheblichenökologischenundökonomischenVor-undNach-teilen konzipiertwerden,wobei es alleine für die Frage der Pflanzenbeetge-staltung zahlreicheMöglichkeiten gibt. Bezüglich der Prozesswasseraufberei-tungundderKreislaufgestaltung ist imWesentlichen zwischenentkoppeltenundgekoppeltenKreislaufsystemenzuunterscheiden.SowurdeamIGBBerlindasunterderBezeichnungASTAF-PRObekannteundpatentierteKonzeptderEntkoppelungder Fisch-undPflanzenkreisläufeentwickelt, beidemdasPro-zesswasser der Fische vor derÜbergabe andie Pflanzenstrecken aufgedüngtundseinpH-Wertkorrigiertwird.NurdasimGewächshauskondensierteWas-ser,ergänztmitRegenwasser,werdenbeidieserVariantezurückgeführt;undjenachAuslegungderAnlagebezüglichderFisch-Pflanzen-Mengenrelationenkönnen erheblicheMengen des Prozesswassers und seinerNährstoffe unge-nutztbleiben.GegenwärtigwirddasVerfahrenimbreiterenKontextmitinter-nationalen Partnern im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes INA-PRO (Innovative model & demonstration based water management for re-source efficiency in integratedmultitrophic agriculture and aquaculture sys-tems)weitererforscht(inapro-project.eu),das2014unterdeutscherFührungandenStartging.Sowohldieo.e.AnlageinWarenanderMüritzalsaucheineweitereAnlagedesAnlagenherstellersPALGmbH inAbtshagenbeiStralsund

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sind in das Großprojekt einbezogen. Anlagen mit gekoppelten KreisläufenstrebendagegendievollständigeNutzungsämtlichenProzesswassersundallerseiner Inhaltsstoffe sowie seine komplette Zurückspeisung in den Fischkreis-lauf nach demDurchfluss der Pflanzenstrecken an. Dieses Verfahrenwird indenPilotanlagenanderUniversitätRostockundanderFachhochschuleSüd-westfalen,jeweilsmitalternativenFischarten,weitererforschtundkönntebeierfolgreicherUmsetzungerheblicheökologischeVorteilebieten.

WennauchdieprinzipielleFunktionsweisedergekoppeltenKonzeptebereitserwiesen ist, sobestehtvorallembezüglichderpraktischenundwirtschaftli-chen Anwendung noch umfangreicher Forschungs-, Entwicklungs- und Opti-mierungsbedarf,zumalesausökologischerSichtsinnvollerscheint,einetech-nische Alternative zum entkoppelten Verfahren zu entwickeln. Insbesonderesollte das Kreislaufprinzip vollumfänglich umgesetzt undmit einer einheimi-schen Fischart gearbeitet werden. Besondere Schwierigkeiten bei der Syste-mentwicklungund-steuerungergebensichdurchdieVielzahlderbiologischenParameter, die innerhalb eines solchen Systems beeinflusst werden könnenund in wechselseitiger Abhängigkeit stehen. Einen umfassenden aktuellenÜberblicküberdenStandderForschungauchunterBerücksichtigungökono-mischer Aspekte wurde zuletzt vonWissenschaftlern aus dem europäischenNetzwerkprojektCOSTFA1305"TheEUAquaponicsHubRealisingSustainableIntegratedFishandVegetableProductionfortheEU"vorgelegt,andemauchder Fachbereich Agrarwirtschaft der Fachhochschule Südwestfalen beteiligtist. Die Autorengruppe sieht als zentrale künftige Herausforderung die Ent-wicklung von standortangepassten "voll kontrollierten und standardisiertenAquaponiksystemen",die"leichtzumanagenundebensowirtschaftlich trag-fähig sind" (Goddek et al. 2015). Im Rahmen desNetzwerkswirdweiter ge-meinsam Forschungs- und Entwicklungsarbeit bzw. wissenschaftlicher Aus-tauschzuAquaponikbetrieben.

1.3 PilotstudieAquaponikfürNRWZieldeshierdokumentiertenVorhabenswares,imRahmeneinererstenPilot-studie die technischeMachbarkeit, die ökologische Vorteilhaftigkeit und daswirtschaftlichePotenzialeinesneuinNRWfürNRWentwickeltenAquaponik-Produktionssystemsabzuschätzenbzw.unterBeweiszustellen.Daspraktizier-te und getestete Verfahren setzte auf Erfahrungen aus Rostock, Berlin undBasel auf, wird aber als vermutlich europaweit erste Aquaponik-Anlage mitdem einheimischen Speisefisch EuropäischerWels (Silurus glanis) betrieben.

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Ein Nebenziel des Vorhabens war eine erste Abschätzung der öffentlichenAkzeptanz von Bürgern und der Zahlungsbereitschaft von Verbrauchern fürErzeugnisse aus solchen Produktionssystemen. Das Vorhaben wurde in Ab-stimmungundmitUnterstützungderzuständigenLandesbehörden(AbteilungFischereiökologiedesLandesamtesfürNatur-UmweltundVerbraucherschutzLANUV;HerrDaniel Fey und Kollegen) sowie und in Kooperationmitmittel-ständischen Unternehmen des Landes durchgeführt. Dies waren der Wels-zuchtbetrieb Ulrich Schulte (als Jungfischlieferant und Berater) aus Hal-le/Westfalen, die deutsche Niederlassung der Firma Rijk Zwaan in Welver(LieferungvonneuenSalatsortenundBeratungzuinnovativenHydroponiksys-temen)sowiedieFa.hei-troGmbH,Dortmund(Steuerungs-undMesssystemesowie Management). Ein enger regionaler Kontakt besteht ferner zum ge-meinnützigen Verein "Die Urbanisten" aus Dortmund, der dort eine Aqua-ponikanlage im urbanen Umfeld betreibt. Über die gesamte Projektlaufzeitund danach wurden zahlreiche interessierte Besucher durch die Anlage ge-führt, zu den technischen Möglichkeiten des Verfahrens informiert und zu-künftigeKooperationsmöglichkeitensondiert.

Die Durchführung eines eigenen Pilotprojektes in Nordrhein-Westfalen undeinedaraufaufbauendeweitereF&E-TätigkeitimVerbundmitdeutschenundausländischen Forschungspartnern war bzw. ist dadurch gerechtfertigt, dassder aktuelle technische Stand der kommerziellen Anlagen noch verbessertwerdenkannundNordrhein-WestfalenbesondereStandortfaktorenbietet.Soscheinen z.B. die Anlagen in Berlin und Basel auf Grund ihrer besonderen -"exklusiven"-StandorteundihrerPionierrollevergleichsweisehohePreisefürFisch undGemüse erzielen zu können. Ihre Vermarktungspositionen sind je-dochwederauf ländlicheRäume,nochaufdiegroßeMehrheitderBallungs-gebieteNordrhein-Westfalensübertragbar.Andererseits verfügtdasBundes-landübereinerheblichesPotenzialanungenutztenIndustriebrachen,diesichfürbodenloseProduktionsverfahren,idealerweiseunterNutzungvonindustri-ellenAbwärmequellen,eignen.AuchimLändlichenRaumsindSynergienzwi-schenEnergieerzeugungundindustriellerAbwärmewiez.B.ausderlandwirt-schaftlichenBiogaserzeugungoderausländlichenIndustrienwiez.B.Zement-werken erzielbar, wobei innovative energetische Lösungen eine besondereKompetenzdesBundeslandessind.

FürAnlageninNRWsolltedeshalb,wieauchimRahmendeshierdurchgeführ-ten Projekts, eine modifizierte Technik und eine andere, vom VerbraucherallgemeingeschätzteeinheimischeSpeisefischart,gewähltwerden.DiesewäregleichzeitigeinnachhaltigesregionalesErzeugnis,undstündenicht(wiediein

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Berlin und Basel gehaltenen Tilapien) mit Fischen aus Teichanlagen in Süd-ostasieninunmittelbarerKonkurrenz.

2 TechnischeRealisierungderPilotanlage

2.1 BeschreibungdesTeilbereichs"Aquakultur"Die hier im Pilotbetrieb getestete Aquakultur-Bereich der Pilotanlage wurdedurchdieFachhochschuleSüdwestfalenfinanziertundimMai2015inBetriebgenommen.Sie ist in zweiAbteilendesVersuchsgewächshausesdesFachbe-reichs Agrarwirtschaft untergebracht. Die technische Konzeption sowie dieErrichtungwurdevonFirmaPALAnlagenbauGmbH,Abtshagen,durchgeführt.EinebesondereHerausforderungbeiderErrichtungwarderknappe,zurVer-fügung stehende Raum: Auf nur 19 m2waren drei 1,2 m3 große Fischtankseinschließlich aller Unterstützungsaggregate unterzubringen. EinenÜberblicküberdie einzelnenKomponentenund ihr Zusammenwirken gibt dienachfol-gendeAbbildung.

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Abbildung 1 Technische Skizze des Aquakultur-Bereichs der Soester Aquaponik-Pilotanlage

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DieAquakultureinheit besteht ausdrei parallel geschalteten, ca. 1.200 l gro-ßen, rechteckigen Fischtanks aus glasfaserverstärktemKunststoff. Der Zulaufist wandseitig angebracht undmit jeweils einem Prallplattenbelüfter zur zu-sätzlichen, drucklosen Belüftung des zirkulierendenWassers bestückt. Direktdaneben befindet sich jeweils eine Frischwasserzufuhr. Das Prozesswasserverlässt die Tanks über einen mit Schutzrohr versehenen Überlauf an derGangseitederBecken.

Die Überläufe werden unterhalb der Becken vereinigt und fließen in einenRöhrensedimenter(engl.Tubesedimenter)mit480lVolumen.DieRöhrenzurVerlangsamung der Fließgeschwindigkeit sindmit Füllkörpern aus Kunststoffbestückt. Der Sedimenter kann durch einen manuell einschaltbaren Bypassumgangenwerden.Dies erlaubtWartungs-undReinigungsarbeitenamSedi-menter. Das von groben Feststoffen gereinigte Prozesswasser verlässt denSedimenterübereinenÜberlaufundwirdnacheinerDesinfektiondurcheine300W-UV-DesinfektionslampeindenSumpftankgeführt.

Der Sumpftank hat ein Volumen von 800 l. Im Sumpftank befinden sich dieHeizschlangenzurTemperaturhaltungdesProzesswassers.DiedafürbenötigteWärmeenergie wird über eine handelsübliche Heizanlage mit einer elektri-schen6kW-Heizpatroneerzeugt.DerSumpftankist imVerhältnisvonca.1:5zweigeteilt.DasabgeteilteVolumendientalsAuffangbeckendesRückstromsaus derAuffangwanneund als Vorratsbehälter für die Kreislaufpumpe.ÜberdieseKonstruktionsweiseistgewährleistet,dassdieHeizschlangenständigmitWasserbedecktsind.

ÜberdemSumpftankbefindetsicheinca.4m3großerRieselfiltermitstruktu-riertemFüllkörper.DieserstelltdenLebensraumfürdienitrifizierendenBakte-rien.DieinterneGeometriedesFüllkörpersistsostrukturiert,dassüberschüs-sigerBakterienrasenabgespültwird.DerRieselfilteristdadurchwartungsarmundverstopftnichtdurchBakterienmasse.DasProzesswasserwirdübereineFilterpumpedes TypsMultiSystemM330000der FirmaMessnermit 620WLeistungüberdenRieselfiltergepumpt.DerRieselfilteristnachursprünglicherKonzeption für einen Vollbesatz mit Afrikanischen Welsen die zunächst alsFischartvorgesehenwaren,dimensioniert.ErbietetausreichendKapazitätfürdieNitrifikationderStoffwechselendproduktevonca.12kgtäglichzugeführ-temFischfutter.

Der Bakterienrasen (Detritus / Biofloc) sammelt sich in einer AuffangwannemiteinemVolumenvonca.280l,dieunterhalbdesRieselfiltersundoberhalbdes Sumpftanks angebracht ist. Das Prozesswasser wird über seitlich ange-

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brachte, justierbare Überläufe in den zuvor erwähnten Ausgleichsbehältergeleitet. Zwischen Ausgleichsbehälter und Sumpftank bestehen im oberenBereichmehrereÖffnungen,sodasseinÜberlaufinbeideRichtungenmöglichist.

ImAnschlussandenAusgleichsbehälteristeineKreislaufpumpedesTypsBadu90/20derFirmaSpeckmit1,24kWNennleistunginstalliert.DiesepumptdasProzesswasser unter Drosselung mit einem Volumenstrom von 12,5 m3/hzurück indenKreislauf.DiesentsprichteinemNetto-Fischtankumsatzvonca.3,3.DieFischtankswerdenalsoca.dreiMalproStundeumgewälzt.

DieFütterungerfolgtüberdreizeitgesteuerteFutterautomatenderFirmaLinnmiteinemBeschickungsvolumenvon3kg.

DieAußentemperaturimRaumwirddurcheineSumpftankheizungsowieübergusseiserne Heizkörper kontrolliert, die über das Nahwärmenetz der Fach-hochschulebeheiztwerden.AustechnischenGründensindkeineWärmemen-genzählerandieRaumheizungenangeschlossen,sodassEnergieaufwändefürHeizung geschätzt werden müssen. Zur besseren Isolation wurde der Raummit20mmstarken,alukaschiertenPUR-Dämmplattenwärmegedämmt.

2.2 BeschreibungdesTeilbereichs"Hydroponik"

2.2.1 Überblick

DerHydroponik-bzw.HydrokulturbereichderAnlageistineinemandieAqua-kulturangrenzendenGewächshausabteilauf insgesamt30m2Versuchsflächeuntergebracht. Das Abteil verfügt über eine automatisierte Belüftung undBeleuchtungsowieüberWärmeschutz-Schirme.Beete,Rohr-undBehältersys-temederHydroponikwurdenvonMitarbeiternderFHinEigenarbeitgeplantunderrichtet.DabeiwurdenichtnurmiteinfachenSchwimmbeetengearbei-tet, sondern auch mit neuartigen vertikalen Beetsystemen experimentiert.EinenÜberblicküberdiesenTeilbereichgibtdienachfolgendeAbbildung.

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Abbildung2TechnischeSkizzedesTeilbereichs"Hydroponik"derSoesterPilotanlage

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DiekomplettePflanzenbaustreckedesSoesterSystemsbestandzumZeitpunktdes Pilotbetriebs aus vier variabel verschaltbaren sogenannten DeepWaterCulture(DWC)-EinheitenundeinemvertikalenBeetsystemmitzweiMalsechsvertikalenBeeteinheiten.

2.2.2 HorizontaleBeete

DieDWC-EinheitenwurdenausOSB-MontageplattenundKautschuk-Teichfolieerstellt.AnbeidenEndenderBeetstreckebefindensichsogenannteKonditio-nierungstanks.AusdenKonditionierungstankswirddieNährlösungmitjeweilseiner Sicce Syncra 5.0 Pumpe über eine Verteilerschiene mit Bypass in dieBeetegepumpt.DieWassertiefederDWC-Beetebeträgtca.38cm, ihrVolu-mendurchschnittlich1.260l.

Für die Wachstumsvergleichsversuche werden jeweils zwei Beete zu einemBeetsystem zusammengeschaltet. Die beiden Beete wurden in der Auswer-tungstatistischalseineWiederholungbzw.alseinDoppelversuchbetrachtet.

Abbildung1DetailzeichnunghorizontaleBeete

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InderAnfangsphasewurdenSchwimmaufsätzefürdiePflanzenselbstgebaut,dann aber auf der Grundlage der daraus gewonnenen Erfahrungen auf einadäquates kommerzielles Schwimmbeetsystem, sogenannte Rafts("Schwimmhilfen") der Firma Dry Hydroponics umgestellt. Jedes DWC-BeetwurdemitjeweilsdreiRaftsderGröße108cmx68cmbestücktundverfügensojeweilsübereineAnbauflächevongut1,8m3.JedeSchwimmhilfekannmit15Pflanzenbesetztwerden, die ineinem3x5Rasterangeordnet sind.DiePflanzdichtebeträgtsomit22,5Pflanzenprom2.DerLochabstandbeträgt12cm.JedesPflanzlochbefindetsichaufeinerErhöhung,dieaufderWasserseitedesRaftseinekleineKuppelbildet.DieseKuppeldientderbesserenBelüftungder Pflanzenwurzeln. Ein Teil derWurzeln hängt in diesemSystem immer inderLuft, sodassdieSauerstoffversorgungderPflanzengewährleistet ist.DieLöcherwerdenmitTrägernausKunststoffbestückt,diesogestaltetsind,dasssiedie ErdpresstöpfchenmitdenPflanzen sicherüberderWasseroberflächehalten.

2.2.3 VertikaleBeete

AlsErgänzungzudenhorizontalenDeepWaterCulture-BeetenwurdeaneinerfreienWanddesGewächshausabteilseinvertikalesBeetsystemerrichtet.Zieldieses Beetsystems ist eine bessere Flächennutzung des Hydrokulturabteils.DasBeetsystemwurdetechnischangelehntaneinkommerziellesBeetsystemderFirmaBrightAgrotech,USA,dasunterdemNamen„ZipGrowTower“ver-marktet wird. Bei den Beeten handelte es sich um geschlitzte, weisse PVC-Zaunpfähle,10x10cm,die lotrechtaufgehängtwerden. Im Innerenbefindetsich ein vertikal zweiteiliges Substrat ausMatala-Filtermattenmittlerer Gra-nularität. Dieses Filtermaterial wird üblicherweise in der Aquakultur alsme-chanischer Filter und Biofilter verwendet. Es zeichnet sich durch ein hohesLeervolumenundhohestrukturelleStabilitätaus.

Die Pflanzen werden über die Länge verteilt zwischen das Substrat einge-bracht. Das Substrat bietet demWurzelsystemHalt und verteilt dasWasserüber die Wurzeln. Über das hohe Leervolumen ist eine gute Belüftung desWurzelbereichs gewährleistet. Sechs der vertikalen Beete wurden in einemlogischen Beetsystem zusammengefasst. Jeweils drei davon werden als einBeetbetrachtet,sodasszweiBeetemitjeweilsdreiTowernstatistischalseineWiederholung bzw. als ein Doppelversuch betrachtet werden können. EinAufbaumitmehrWiederholungenwarausPlatzgründenleidernichtzureali-sieren.

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Unterhalb der Beete befindet sich jeweils ein 125 l Sumpftank. Aus diesemSumpftank wird das Nährmedium mit einer Sicce Syncra 5.0 Pumpe in dieVerteilerschieneüberdenBeetengepumpt.JeweilseinBypassmitKugelhahnnachderPumpe,alsovorderVerteilerschiene,undeinBypassnachderVer-teilerschiene erlauben eine flexible Anpassung des Wasserdrucks und derDurchflussmengen. Die Verteilerschiene ist mit Kugelhähnen bestückt, andenenderDurchflussindieBeeteindividuelleingestelltwerdenkann.Unter-halbdervertikalenBeetebefindetsicheineSammelschieneausweißemPVC,diedasNährmediumzurückzumSumpftankleitet.

2.3 IntegrationderBereicheDieIntegrationvonAquakulturundHydroponikerfolgtüberdenSchlammab-zugdesSedimentersdesAquakulturkreislaufs(vgl.AbbildungobenzumAqua-kultur-Kreislauf).HintereinemmanuellenSchieberbefindetsicheineHebean-lagefürdieausdemSystemzuentfernendenSchlämme.DieEntfernungwirdeinmaltäglichmanuellvorgenommen.DiezuentfernendeMengerichtetsichnachderFutterzufuhrunddergewünschtenNitratkonzentration imAquakul-tur-Prozesswasser.

DasentnommeneProzesswasserwirdeinenTag lang ineinem260 l-Behälternachsedimentiert.NachUmpumpenamFolgetag in einen zweitenNachsedi-mentationsbehälter gleicher Größe wird das Prozesswasser unter BelüftungkontinuierlichübereineselbstgebauteFilterpatronegepumpt.DiesdientderSchwebstoffentfernung aus dem Prozesswasser, das danach für die Versor-gungderHydrokultur vorgesehen ist.AusdemzweitenNachsedimentations-tank wird das Prozesswasser über einen Prozesswasserzähler in einen derKonditionierungstanks gepumpt. DieserWassertransfer ist ebenfallsmanuellundwirdnachBedarfdimensioniertundgeführt.

Die inderPflanzenstreckedurchgeführtenWachstumsversucheuntersuchtenzwei Düngungsvarianten in zwei verschiedenen Beetsystemen. Um sicherzu-stellen, dass für die selben Düngungsvarianten in beiden Beetsystemen diejeweils selbe Nährlösung zirkulierte, wurden die Beetsysteme miteinanderverbunden. Im vertikalen Beetsystembefindet sich unterhalb des ersten By-passes ein Abzweig mit Kugelhahn, der zum korrespondierenden DWC-Beetführt. Am zweitenDWC-Beet befindet sich einÜberlauf, über dendas zuge-führteProzesswasser zumSumpftankdesvertikalenBeetsystemszurück flie-ßen kann. Die Fließgeschwindigkeit dieser Austauschsysteme beträgt ca. 60

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l/h,also1.470l/Tag.DerSumpftankdervertikalenBeetsystemewurdealsoca.zehn Mal pro Tag mit Prozesswasser aus den korrespondierenden DWC-Beetenausgetauscht.

2.4 ZusätzlicheBoxversucheParallelzumHauptversuchwurdeineinemweiterenseparatenGewächshaus-abteil ein technischeinfachesVersuchssystemaufgebaut, indemPflanzen inunterschiedlichenNährlösungenkultiviertunduntersuchtwerdenkönnen.Mitdiesen Nebenversuchen sollte die allgemein schwache Datenlage bezüglichdesNährstoffentzugsdurch inHydroponikkultiviertenPflanzendurcheigeneMessungenerweitertwerden.

DerVersuchsaufbaubestandausbiszuzwölfKunststoffboxenmit je30 lVo-lumen, diemit gelochten Schwimmhilfen (Rafts) aus Schaumstoff abgedecktwurden.EsbefandensichjeweilszehnPflanzlöcherindiesenSchwimmhilfen.Nach erstenHandhabungsversuchenwurdendie Schwimmhilfenunter Zuhil-fenahmevonDraht anderOberkantederKunststoffkistenbefestigt, sodassalle Rafts in allen Boxen auf der selbenHöhe verblieben und unterhalb vonihnen eine ausreichende Belüftung gewährleistetwurde. Zur Belüftungwur-denzweiAquaforteV30LuftpumpenmitAusströmernderFirmaSanderver-wendet.

DiePflanzenwurdenüberNetztöpfchenindieRaftsgebracht.DieKistenwur-denmitKlarsichtscheibenversehen,diemiteinerSkalazurAblesungdesFlüs-sigkeitsstandsversehenwurden.ÜberdieseSkalakonntedieVerdunstungderNährlösungabgelesenwerden.

3ErfahrungenausderProzessführungund–steuerung

3.1 BetriebderAquakultur

3.1.1 Überblick

Die Aquakulturanlage wurde in einem modifizierten Gewächshausabteil er-richtet, das entsprechend den Bedürfnissen derWelse nach dunkler Umge-bung abgedunkelt werden musste. Hierzu wurde zunächst handelsübliche

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Sonnenschutzfolie eingesetzt, die sich jedoch nicht als ausreichend erwies.DurchdiedirekteBestrahlungdesRieselfilterkörperskameszueinemerhebli-chenWärmeeintrag in die Aquakultur, was zu stark schwankendenWasser-temperaturenmitSpitzenwertenvonüber32°Cführte.DieerhöhteMortalitätbeimErstbesatzderAnlage(vgl.unten)warunteranderemaufdiezuhohenTemperaturenunddiezuhoheHelligkeit zuBeginnzurückzuführen,weshalbso schnell wie möglich der Aquakulturraum mit 2cm dicken aluminiumbe-schichtetenPURDämmplattenzusätzlichisoliertundverdunkeltwurde.DiesesVerfahren,daszueinergutenTemperaturpufferungimRaumführte,hatsichseitherbewährtundkann fürdieNachrüstungvonBestandsgewächshäusernempfohlenwerden.

DieBesatzfischewurdenvomKooperationspartnerU.Schultebezogen.Dieserbezieht seineBesatzfische von zwei Lieferanten im süddeutschenRaum, vondenen einer die Vermehrung in geschlossener Aquakultur, und der anderesowohl in geschlossener Aquakultur, als auch in natürlichen Gewässern be-treibt.DieVersorgungslagemitJungfischenbeschreibtHerrSchultealsstabilundproblemlos.

3.1.2 Anfahrverluste

Die Anlage, errichtet von Fa. PAL Anlagenbau GmbH, Abtshagen, wurde ur-sprünglich für die Fischart afrikanischerWels (Clarias gariepinus) konzipiert,der über ein rudimentäres Lungenorgan verfügt und eine gewisse Zeit sogarohneWasserüberleben kann. Eine zusätzlicheBelüftungdesProzesswassersist daher nicht erforderlich. Da die für den Afrikanischen Wels empfohleneSchlachtmethode der Betäubung mit Eiswasser durch die geltenden Tier-schutzschlachtverordnung rechtlich nicht abgedeckt ist, entschied sich derFachbereichAgrarwirtschaftinAbstimmungmitderAbteilungFischereiökolo-giedesLandesamtesfürNatur,UmweltundVerbraucherschutz(LaNUV)NRW,stattdessen EuropäischeWelse (Silurus glanis) zu halten. In Absprache mitdemAnlagenbauerPALGmbHwurdendieBeckenmitPrallplattenbelüfternimZulauf nachgerüstet, um ausreichenden Sauerstoffeintrag zu gewährleisten.DiesesVerfahrenwarjedochmitstarkenVibrationenverbunden,dieüberdieHalterung der Belüfter auf die Becken übertragenwurden, und der Fischge-sundheit abträglich sind. Welse als jagende Fische sind mit einer Sensorikausgestattet, die potentielle Beutefische über Vibrationen imWasser detek-tiert,VibrationenderBeckenwerdenvonihnenfolglichalsDauerstresswahr-genommen. Auch diese Störquellewurde so schnell wiemöglich durch eine

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alternative Befestigung der Belüfter korrigiert, so dass die Vibrationen nichtmehrindieFischtanksgeleitetwerden.

DieerstenBesatzfischewurdenmiteinerGrößevon600g–700ggeliefert,dazum gewünschten Besatzzeitpunkt keine anderen Größen verfügbar warenundder Erstbesatzmit etwas robusteren Tieren erfolgen sollte.Unter ande-remwegendero.e.Gründekames imVerlaufdererstenWochenzuVerlus-ten.Diesetraten jedochnicht innerhalbeineskurzenZeitraumsauf,sondernjeweilsmitzweibisvierTagenAbstandübereinenlängerenZeitraum,sodasszunächst keine eindeutige Ursache ermittelt werden konnte. Die Verlusteverringerten sich nach demEinfahren des Biofilters leicht, gingen aber nichtkomplett zurück. Eine ausführlicheUntersuchung toter FischedurchdenBe-satzfischlieferanten und das LaNUV erbrachte einen Befall mit Exoparasiten(Dactylogyrus).DieseSaugwürmersetzensichindenKiemenfest,derenHautsie leicht durchdringen können. Parasiten dieser Art kommen in natürlichenGewässernhäufigvorundwerdenüberdieJungfischepotentiellinAquakultu-ren getragen, sofern diese nicht ausschließlichmit Juvenilen aus künstlicherVermehrungbestücktwerden.

IngesundenBeständensindExoparasitendieserArtzwarfürdieFischelästig,abernichtgefährlich.Wenndas ImmunsystemderFische jedochgeschwächtist,kanneszueinerexplosionsartigenVermehrungderParasitenkommen,diedenBestandweiterunterDrucksetzt.

AlsGegenmaßnahmewurdeaufEmpfehlungdesWelszüchtersundderVete-rinäreeine täglicheBehandlungmit 2,5mlPeroxyessigsäure (PER)proKubik-meter Anlagenvolumen und 80ml Wasserstoffperoxid vorgenommen. DiePeroxyessigsäurewirktnachAussagederLaNUV-Expertenwederaufdieadul-ten Parasiten, noch auf die Eier, sondern auf die aus den Eiern frisch ge-schlüpften Jungparasiten. Der Vermehrungszyklus wird durchbrochen. DieBehandlungmussübereinegesamteLebensdauerderParasiten,ca.vierWo-chen,fortgesetztwerden.LautAussagederExpertenkanndurcheineBehand-lung die Parasitenfreiheit einer Anlage nicht erzielt werden; dies könne nureinebiologischeSanierungderAnlageohneFischbestandgewährleisten.

3.1.3 Stressmortalität

NichtnurindererstenStartphase,sondernjeweilsauchnachspäterenAnlie-ferungen kam es zu Verlusten, die sich auch in etablierten Betrieben beiTransporten und Neubesatz in üblichen Größenordnungen von bis zu 10 %bewegenkönnen.DieinderhierbeschriebenenAnlagebeobachtetenAusfälle

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beidenerstenFischlieferungenlagenjedochüberdiesemWert,wasnachträg-lichmithoherWahrscheinlichkeitaufHautverletzungeneinerGruppevonfünfFischen,verursachtdurcheinenHandhabungsfehlerbeimAbfischenausdemTransportbehälter,zurückzuführenwar.

Im Nachgang der zweiten Lieferung trat Kannibalismus im Bestand auf, derzum Tod einiger Tiere mit deutlich sichtbaren Bissspuren führte. Transport-stresssowieeineneue,ungewohnteUmgebungsowieeinefalscheBesatzdich-te können zu diesem Verhalten führen, das sich selbst verstärken und überlängere Zeiträume auftreten kann. Ist die Besatzdichte im Becken zu gering,kannsichunterdenFischeneinTerritorialverhaltenausbilden,das inBeisse-reienundKannibalismusmündet.BeiderzweitenFischlieferungwardieemp-fohleneminimaleBesatzdichtevon25kg-30kg/m3zunächstdeutlichunter-schrittenworden.NachAuftretendererstenFällewurdendieTiere ineinenrechteckigenKorbimEuroformat(60x40cm)übertragen,derindasFischbe-cken eingehängt wurde. Diese Einengung erhöhte die Besatzdichte so weit,dassvondenFischenwiederSchwarmverhaltenausgebildetwurde,indessenKontext keine gegenseitigenAngriffe stattfinden. Es kam zu keinenweiterenVerlusten.ImweiterenVerlaufderMastwurdedasHaltungsvolumenumeineweitereKisteerweitert,bisdieTiereauchfürdiesesVolumenzugroßwurdenundindaskompletteFischbeckenentlassenwerdenkonnten.

3.1.4 UnterschiedlicheEntwicklungimBestand

Bei den regelmäßigen Gewichtskontrollen während der Mastperiode wurdefestgestellt,dasssichdieEinzeltiereimBestandnachLängeundGewichtteil-weise extrem unterschiedlich fortentwickelten ("Auseinanderwachsen"). Sokönnen nach mehreren Wochen Mast einzelne Tiere noch nahe ihres Aus-gangsgewichtesliegen,währendanderebereitsihrStartgewichtverzehnfachthaben.ErfahrungenausderPraxiseingeführterFischbetriebebestätigendie-ses Phänomen. Demnach dominieren einige Exemplare bei der Fütterung sostark,dassandereschwächereTierebisweilenfastvollständigvonderFutter-zufuhrabgeschnittenwerden.DiekleinerenExemplarewerdengegebenenfallszurBeutederstärkerenTiere,sodasseszueinerunsichtbarenBestandsreduk-tionkommenkann.

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Tabelle1Exempl.Fischwägung04.April2016.Liefergewicht:50g–60g

Gesamt Tank1 Korb1 Korb2

MittelwertGewicht 322g 419g 161g 278g

Standardabweichung 94g 59g 52g 22g

Abweichung vom Mit-telwert

29% 14% 32% 8%

Min 50g 320g 50g 240g

Max 650g 650g 230g 320g

Gesamtgewicht 43,18kg Mastleistung 35,81kg

Auch im professionellen Betrieb wachsen Welse stark auseinander, so dassinnerhalb einerMastperiode fünf bis sechsMal durchfischt und nachGrößeneu sortiert wird. Im Zuchtbetrieb Schulte, der das Projekt mit JungfischenbeliefertundinHaltungsfragenberät,gibtesdafüreineSortierapparatur.Fürdie Pilotanlage des Fachbereichs Agrarwirtschaft ist eine solche Anschaffungnichtwirtschaftlich,sodassdieSortierungunddasWiegenvonHanddurchge-führtwird.

OhnegeeigneteHilfsapparaturen istbereitsdieVermessungunddasWiegendes Bestands eine arbeitsintensive Aufgabe. Da dieWelse ihrer Art entspre-chendimtrübenWasserinderRegelamBodenweilen,isteineSichtkontrollenichtmöglich.ZursicherenFeststellungdesmittlerenGewichtsineinemTankmüssenmindestenszehnExemplareabgefischtundvermessenwerden.BeimDurchfischen kann es passieren, dass agilere Tiere dem Kescher geschicktausweichen, so dass nur etwas trägere Exemplare vermessen und gewogenwerden. InwieferndiesdieDatenverzerrt,wurdebishernochnichtsystema-tischermittelt.AlsAlternativekönntederkompletteBestandineinemBeckengewogen und vermessenwerden, was jedoch für die Tieremit erheblichemStressverbundenistundi.d.R.miteinigenTagenreduzierterFutteraufnahmeundsomitgeringererMastleistungverbundenist.

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3.1.5 NitrifikationundpH-Wert

DiebakterielleNitrifikationdesProzesswassersbeimDurchflussdesBiofilterserzeugtsalpetrigeSäure,welcheinAquakultursystemenzueinemkontinuierli-chenAbfalldespH-Wertesführt.DiesemVorgangmussdurchgeeigneteMaß-nahmen zur Stabilisierung des pH-Wertes entgegen gewirkt werden. In dersehrfrühenStartphaseohneFischewurdeeinAnstiegdespH-Wertesauf8,5unddarübergemessen.ZurKonditionierungdesWassersfürdenkommendenFischbesatzwurdeinregelmäßigenAbständenSalpetersäurehinzugefügt.DerpH-Wertstiegaberdennochkontinuierlichan.InderUrsachenforschungwur-defestgestellt,dassdaszugeführteBrunnenwasser,andersalsdasStadtwas-ser, eine höhere Karbonathärte aufwies. Die imWasser gelöste KohlensäurewurdeaufdemBiofilterüberdiegroßeOberflächeunddieBelüftungalsCO2ausgetrieben; ein Prozess, der den pH-Wert steigen lässt. Zur VermeidungdiesesEffektswurde fürdieStartphaseaufeineWasserergänzungmitStadt-wasser umgestellt. Dies ließ sich einfacher für den kommenden Fischbesatzkonditionieren.

Durch den im Verlauf des Projektes steigenden Fischbesatz und der damiteinhergehenden steigenden Futtermengewurde dasGleichgewicht zwischenKarbonathärteimFrischwasserundderdurchNitrifikationentstehendenSäu-re überschritten, so dass in der Folge in unregelmäßigen Abständen dieFrischwasserzufuhr wieder auf Brunnenwasser umgestellt werden konnte.DurchdiebereitserwähntehöhereKarbonathärtedesBrunnenwasserswurdedieVersauerungdesSystemsdurchdieNitrifikationkompensiert.Durchwei-tere Steigerung der Futtermenge im Verlauf des Projekts wurde es späternotwendig,MaßnahmenzuAnhebungdespH-Werteszuergreifen.DieswurdedurchtäglicheZugabevonbiszu400gKalk(CalziumcarbonatCaCO3)realisiert.DerKalkwurdeimZulaufdesSedimentersalsvorgelösteKalkmilchzugegeben,sodassdiesesichüberSedimenter,SumpftankundBiofiltergutauflösenundvermischenkonnte,bevorsiezudenFischtanksgelangt.

ImBetriebwurdeeinpH-WertdesProzesswassersvon6,0bis6,5angestrebt;eineGrößenordnung, inderauchderWelszuchtbetriebSchulteseinProzess-wasserhält.GemäßderErfahrungenausdiesemBetriebfühlensichdieWelsein leicht sauremWasser sehrwohl.BeinochniedrigerenWerten inderGrö-ßenordnungvon5,0seiensogarnochbessereMastergebnisseerwarten,abereine pH-Einstellung von über 6,0 ist anzustreben, um die BakterienkolonienaufdenBiofilternnichtzugefährden.

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Mit steigender Besatzdichte und damit einher gehender steigender Gesamt-futtermenge nahm die tägliche Absenkung des pH-Wertes zu. Konnte dasSystem an Ausnahmetagen nicht kontrolliert und justiert werden, war eineAbsenkungdespH-Wertesbisaufknappunter5,0zubeobachten.ImGegen-satz zur Anlage im Welszuchtbetrieb Schulte, bei dem die Biofilter auf dieSollbestandsdichtedimensioniertsind,warderBiofilterinderSoesterAnlagefür die ersten Durchläufe überdimensioniert und konnte Schwankungen derpH-Wertebesserverkraften.

Bei der Dimensionierung von Biofilternwird grundsätzlich großzügig gerech-net.DasvondenFischenabgegebeneAmmoniumwird zwarvondenBakte-rien verstoffwechselt, ist aber gleichzeitig schädlich, wenn es in zu hohenMengenundKonzentrationenineinemFiltersystemauftritt.IstdieNitrifikati-onsleistungeinesBiofilterszugering,sokannsichAmmoniumanreichernundeinenBiofilter "zusammenbrechen" lassen.WegendergeringenWachstums-raten der nitrifizierenden Bakterien erholt sich ein geschädigter Biofilter nurinnerhalbvonTagenundWochen.

3.1.6 Fütterung

DieFischewurdenimRahmendesPilotbetriebsmitpelletiertemSinkfutterderMarke IvoryXvonderFirmaAllerAquagemästet.DasFutterhateinensehrhohenProteingehaltvon55%undbeinhaltetnebenFischmehlund–ölauchBlutmehl als Eiweißkomponenten. Die Fütterung findet nachts über zeitge-steuerte Futterautomaten statt. Der Fütterungszeitraum erstreckt sich überdieganzeNacht.Beiden jungenFischenmit50gwurdeFuttermit3,5mm-PelletsineinerMengeentsprechend3%desFischgewichtsimTankgefüttert.ImVerlaufederMastwurdeaufPelletsmit4,5mmumgestelltundmitwach-sendenFischenderFutterkoeffizientgraduellauf1,5%desmittlerenFischge-wichtsabgesenkt.ZurKontrollederFutteraufnahmewurdetäglichmiteinemfeinmaschigen Kescher der Boden der Fischtanks auf ungefressenes Futterinspiziert.Wurdesolchesgefunden,dannwurdedieFutterratereduziert.

Im späterenVerlauf des Testbetriebs bildete sich auf den Tanks eine stabileSchicht Proteinschaum aus. Dies ist ebenso im Praxisbetrieb ein normalesPhänomen. Der Schaum kann als Indikator für das Fressverhalten der Tieredienen. Fressen siedas Futternicht vollständig auf, dannwirddas imFutterenthalteneFischöl freigesetzt,welchesanderOberflächeeinestarkschaum-minderndeWirkungentfaltet.FehlenderSchaumanderOberflächedeutetfürdenBetreiberalsoaufeineStörungdesFressverhaltenshin.Einzweiter Indi-

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kator istder täglichgemessenepH-Wert.Fälltdiesernichtdeutlichab,so istdieNitrifikationvermindert,wasaufeinengeringerenStoffwechselderFischeund somit auf eine verringerte Futteraufnahme hinweist. Ein steigender pH-Wert isteinWarnsignal,dasnicht ignoriertwerdensollte.Eindauerhaftver-ringertes Fressverhalten deutet auf Probleme im Tierwohl hin. In einem sol-chenFall solltendieWasserwerteüberprüft,UrsachenerforschtundGegen-maßnahmeneingeleitetwerden.

Tabelle2BeispielrechnungFutterverwertungskoeffizient(FoodConversionRatio,FCR)

Tank2 Tank3

BestandAprilAnzahl 65 69

BestandAprilGewicht 27.250 15.930

AbgängebisJuli 3 8

BestandJuliAnzahl 62 61

MittelwertStichprobeJuli 1.103

685

Bestand Juli GewichtHochrechnung

68.355 41.791

Massezuwachs 41.105 25.861

FuttermengeApril–Juli 37.750 25.080

Futterverwertungskoeffizient(FCR)

0,92 0,98

Unter Berücksichtigung der Verluste wurde für zwei Tanks exemplarisch fürden Zeitraum von April 2016 bis Juli 2016 ein Futterverwertungskoeffizientvon0,92bzw.0,98ermittelt.Dasbedeutet,dasspro920gbzw.980gFuttereinKilogrammFischproduziertwurde.DerFCRwirdalsQuotientvontrocke-

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nem Fischfutter und wasserhaltigem Fisch ermittelt, was in diesem Fall zu-nächst gegenintuitiv erscheinendeWerte unterhalb von Eins erzeugt. Aussa-gekräftigerwärederVergleichvonTrockenmasseFischzuTrockenmasseFut-ter,wasallerdingsmiterheblichemErmittlungsaufwandverbundenwäre.

EinFCRvonunterhalbvonEinswirdsowohl füreuropäischenWels,alsauchfürdenafrikanischenWelsvondenProduzentenberichtet.BeioptimalerMastsindWertebisauf0,8möglich.ZumVergleich:BeiTilapienwerdeninderLite-raturWertezwischen1,3und1,5genannt.Zuerwähnen istdabeiaber,dassdasWelsfuttereinendeutlichhöherenProteingehalthatalsFutterfürTilapienoderandereSpezies.

Der inderAnlageerzielteFutterverwertungskoeffizientvonunterEins ist fürdasersteProduktionsjahrdurchauszufriedenstellend.

3.1.7Mastdauer

DieFütterungderFischewirdamjeweilsaktuellenGewichtundAlterderTiereorientiert. Juvenilewerdenmit ca. 3.5% - 4% ihresGewichtes gefüttert.MitzunehmendemAlterundGewichtwirddieserWertaufca.1%-1.5%reduziert.WegendesgutenFutterverwertungskoeffizientenistdietäglicheFuttermengemiteinerentsprechendenGewichtszunahmegleichzusetzen.DasGewichtderFische nimmt also im Verlaufe der Mast exponentiell zu. Der exponentielleVerlaufderMastkurvebedeutet,dassdieDauereinesMastdurchgangs starkvonderGrößedereingesetztenJungfischeabhängt.DieMastvon50gJungfi-schenimVergleichzu100gJungfischenunterscheidetsichumca.30Tage.DieBesatzfischkostenwerdendiesenSachverhaltentsprechendwiderspiegeln.

Für die betriebswirtschaftliche Betrachtung wurde von einem Besatzfischge-wichtvonca.10gausgegangen, sodassdieDauereinesMastdurchgangsca.einJahrbeträgt.

3.1.8 ZwischenfazitProzessführungTeilsystemAquakultur

Der europäische Wels als an sich sehr robuster Fisch, der mit "schlechten"WasserwertenundstarkerTrübunggutauskommenkann,eignetsichprinzipi-ellgutfürAquaponikanlagen,insbesonderedurchseineToleranzniedrigerpH-WerteundhoherNitratwerte. ImRahmendesTestbetriebswurdedieNitrat-konzentration zunächst auf ca. 300 ppmNO3, später auf 550 -600 ppmNO3

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gehalten, in Spitzenzeiten wurden Werte um 800 ppm NO3 gemessen. Derstabile Betrieb einer Aquakultur erfordert allerdings fundiertes Fachwissenund Erfahrung sowie anlagenspezifische Kenntnisse. Insbesondere in derStartphaseeinesneuenSystems istmitAnfahrverlustenzu rechnen.DiesgiltweiterhinfürjedeLieferungneuerBesatzfische.StressfaktorenfürdieFischesindsoweitwieirgendmöglichzuvermeidenbzw.zureduzieren.Eingestör-tesFressverhaltenführtzudemüberwechselndeWasserwerteundSystemzu-ständezuerhöhtemoperativenAufwand.

In kleinen Anlagen mit einer geringen Anzahl von Fischtanks kann das Be-standsdichtemanagement zueinerHerausforderungwerden. Speziell der Eu-ropäischeWelserfordertwegenderstarkvariierendenindividuellenMastleis-tungen und einem zum Kannibalismus neigendem Verhalten bei geringenBestandsdichten regelmäßigeKontrollen,Durchfischungund Sortierung. EinereineSichtkontrolle istwegender starkenTrübungdesWassersunddesbe-vorzugtenAufenthaltsortesderTiereamBodenderTanksnichtmöglich.AusdengleichenGründenisteineautomatisierteKontrollemitcomputergestütz-ten,bildgebendenVerfahrennicht,odernurschwierigumzusetzen.

Die Stabilisierung des pH-Wertes in der Aquakultur istmit Calziumcarbonat,CalciumhydroxidundKaliumhydroxidmöglich.InderangekoppeltenHydrokul-tur kanndasCalcium-Kalium-Verhältnis derNährlösung signifikantenEinflussauf die Qualität der Pflanzenprodukte haben. Die Betriebsstoffe zum pH-Wertmanagement sollten daher mit der entsprechenden Weitsicht gezielteingesetztwerden.

3.2 BetriebderHydroponik

3.2.1 ErfahrungenmitselbsterstelltenSchwimmhilfen(Rafts)

Für erste Wachstumsversuche in den DWC-Becken wurden Schwimmhilfen(engl.Rafts)aus4cmdickenStyrodurplattengeschnitten.EswurdenmiteinerLochsägeLöchermiteinemDurchmesservon6cminAbständenvon10cmindie Platten gesägt. Der Durchmesser der Löcher war so gewählt, dass Jung-pflanzen in Netztöpfchen eingebracht werden können. Jeweils vier dieserSchwimmhilfen konnten ineinBeetplatziertwerden.DieseBauweisewurdebeiHydroponiksystemenandererGruppenund Institutionen angewandt undwurdedeshalbalserstesimSelbstbauübernommen.

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Die Erfahrungenmit dem oben beschriebenen System sind negativ. Der Ar-beitsaufwandbeiderHerstellungderSchwimmhilfenwargrößeralserwartet,sodass sicheineventuellerKostenvorteil inGrenzenhält.DieAnschaffungs-kostenproPlatte liegenbei ca.7€.DieBearbeitungszeitproPlatte,die sichausdemZurechtschneidender Platte auf die richtigeGrößeunddemSägenderLöcherzusammensetzt,wardeutlichlängeralserwartet(ca.10-15minproPlatte).

DieHandhabungundFunktionalitätdieser selbstgebautenPlattenwar insge-samtunbefriedigend.DurcheineleichteUnwuchtinderLochsägewareneini-ge der gesägten Löcherminimal zu groß, so dass die Netztöpfchenmit denPflanzen keinenHalt hatten.Diese Pflanzenmussten nachträglich imRaft fi-xiertwerden.

Bei der Kultivierung mit diesem Raft-System schien sich ein ungünstigesMikroklimafürdiePflanzenauszubilden,sodassesandenPflanzenhälsenbeizahlreichenPflanzenzuGrauschimmelbefall(Botrytis)kam.EinzuengerLoch-abstandführtefernerbeidenzudichtstehendenPflanzenzuStörungenbeimWuchs.

3.2.2 ErfahrungenmitkommerziellenSchwimmhilfen(Rafts)

Die FirmaDryHydroponics bietetHydroponik-Komplettsysteme an, die auchSchwimmhilfenbeinhalten.ÜbereinenZwischenhändlerkonnteneineAnzahldieser Schwimmhilfenbezogenwerden.Mit diesenRafts ist nachdenErfah-rungenausdemPilotbetriebeinequalitativhochwertigeProduktionmöglich.EinoptimalerLochabstand(12cm)unddieBelüftungderWurzelhälseundderoberenWurzelbereicheführenbaubedingtzueinemMikroklima,dasBotrytis-befallverhindert.

Beimehreren Kulturenwurde sporadisch ein Austrocknen der Erdpresstöpf-chenbeobachtet.Sichtkontrollenzeigten,dassdieWurzelmassederPflanzenmittrockenemSubstratkeinenUnterschiedzujenerderPflanzenmitgutbe-feuchtetem Substrat aufwies. Dennoch blieben die Pflanzen mit trockenenErdpresstöpfchen imWachstumdeutlichsichtbarhinterdenanderenzurück.ImKontaktmitdenPflanzenforschernderniederländischenUniversitätWage-ningen ergab sich, dass das beobachtete Phänomen ein bekannter Effekt inHydroponik-Systemen ist. Das trockene Substrat drückt dieWurzelnmecha-nischabundbehindertsodieWasserzufuhrderPflanze.DiePflanzenerholensich nach nachträglichem Befeuchten der Erdpresstöpfchen nichtmehr voll-ständig.UrsachefüreinsolchessporadischesAustrocknenistdienichtausrei-

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chendeKapillaritätderersteninsWasserragendenWurzeln,sodassderüberder Wasseroberfläche schwebende Erdballen nicht ausreichend befeuchtetwird.EsmussalsoinderAnfangsphasederKultivierungdaraufgeachtetwer-den, dass die Erdpresstöpfchen nicht austrocknen. Dies kann durch leichtesAbsenken der Rafts in der Anfangsphase durch Beschwerungmit Gewichtenerreichtwerden.AlternativkönntenanstelledergepresstenErdeandereSub-stratemithöhererKapillaritätfürdiePresstöpfchenverwendetwerden.DiesesolltenjedocheineausreichendeinnereKohäsionbesitzen,damitdieNährlö-sungnichtdurchabbröckelndesSubstratbelastetwird.KommerzielleAnbietervon Substraten speziell für den Anwendungsbereich der Hydroponik bietenmitquellendenKunststoffenpräparierteSubstrate,sogenanntePolyplugs,an.Die Funktionalität dieser Alternativen soll in zukünftigen Versuchen geprüftwerden.

3.2.3 ZusätzlicheKonditionierungstanks

Vor endgültiger Fertigstellung und dem eigentlichen Pilotbetrieb der Anlagewurde imRahmeneiner studentischenProjektarbeitwurde ein ersterHand-habungsversuch für das selbst gebaute Hydroponiksystem durchgeführt. ImBetrieb stieg der pH-Wert des mit konventioneller Nährlösung gedüngtenBeetverbundes kontinuierlich leicht an. Um die Vergleichbarkeit derWachs-tumsergebnisse innerhalb des Gesamtversuchs zu gewährleisten, wurde derpH-Wert durch Zugabe von Salpetersäure nach unten korrigiert. Die Säurewurdedirekt insBeetdosiert. ImVerlaufedesVersuchs löstensichdieWur-zeln der Pflanzen in jenem Beetsystem auf. Mit hoher Wahrscheinlichkeitwurde dies durch lokal zu hohe Säurekonzentrationen imWurzelbereich derPflanzen hervorgerufen, bedingt durch zu geringe Durchmischung bei derDosierung. Imweiteren Verlauf stieg der pH-Wertweiter stark an. LetztereswarmitderhohenKonzentrationorganischerStoffeausdenWurzelnzuerklä-ren,dieimBeetanaerobzersetztwurden.

ZurLösungdiesesfunktionellbedingtenProblemswurdenzusätzlicheKonditi-onierungstanks indieBeetsysteme integriert. InbeideKonditionierungstankswurde zur Sicherstellung aerober Verhältnisse in den Folgeversuchen dieNährstofflösungmittelsLuftpumpeundBelüfterscheibenbelüftet.

3.2.4 AbluftdesRieselfilters

ImRahmendeso.e.erstenHandhabungsversucheswurdenindenBeetenzweiunddreistatistischknappnichtsignifikantePositionierungseffektefestgestellt.

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DieNichtsignifikanzdiesesEffektesschloßeinegesicherteAussageaus,liefer-teindiesemFallabereinendeutlichenHinweisaufeinenmöglichenFehlerimVersuchsaufbau.

In der Ursachendiskussion wurde die Abluft des Rieselfilters als potentielleUrsacheausgemacht.DieseAbluftdesFilterswirdbaulichbedingtindieHyd-roponik-Abteilung geleitet. Fachlich begründet ist diese Art der Systemin-tegrationmitdemzumindest theoretischhöherenCO2-GehaltderAbluftderAquakultur,dieinderHydroponikalszusätzlicherDüngerderPflanzengenutztwerdenkann.DererhöhteCO2-GehaltentstehtzumeinenausdemStoffwech-selderFischedurchihreAusatmung,undzumanderendurchdieKarbonathär-te des zugeführten Frischwassers. Die Anlage wurde seit geraumer Zeit mitBrunnenwasserbetrieben.Messungenhattenergeben,dassdieKarbonathär-te, alsoderKohlensäurengehaltdiesesBrunnenwassersüberdemdesStadt-wassersliegt.BeideraufdemBiofilterderAquakulturstattfindendenNitrifika-tionentsteht salpetrige Säure,die als stärkere SäuredasDissoziationsgleich-gewichtderKohlensäureinRichtungdissoziierterKohlensäureverschiebt,dieauf dem Rieselfilter als CO2 ausgegast wird. Dieser Effekt puffert eine Ver-schiebungdespH-WertesimAquakultursystemundistsomitalsbetriebsstabi-lisierenddurchauswillkommen.DasentstehendeCO2kanninderHydrokulturalsDüngerdienen.

Das leichterhöhteWachstumdergenanntenBeetekonnteunterschiedlicheUrsachenhaben,zumBeispieleineerhöhteLuftbewegungüberdenbetroffe-nenBeeten,eineerhöhteundkonstantereLuftfeuchtigkeit,dieüberdenLuft-strom an die Pflanzen gebracht wurde, sowie ein erhöhte CO2-Gehalt imMikroklima. Da ein gleichmäßigesWachstum innerhalb der Beetsysteme er-wünschtwar,wurdeprobehalberder LuftstromdurchAnbaueinesRohrwin-kels sogelenkt,dasserdieBeetenichtmehrdirektüberstrich. IndenFolge-versuchen wurde der oben beschriebene Positionierungseffekt nicht mehrfestgestellt.

3.2.5 HandhabungdervertikalenBeetsysteme

Die Bestückung der vertikalen Beetsystememit Jungpflanzen erwies sich alshandarbeitsintensiveralserwartet.DasvergleichsweisesteifeSubstratlieseinEinziehendesSubstratsmitdenPflanzlingen"wieeinReißverschluss"nichtzu.Diese Methode wird vom Originalhersteller dieses Beetsystems empfohlen.ZurBestückungwurdendieBeetbehausungengespreiztunddiePflanzlingeindiegeweitetenÖffnungeneingesetzt.DabeimussteaufEinsetztiefeundAus-

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richtung der Erdpresstöpfchen geachtet werden. Diese dürfen nicht zu weitherausragen,dasonstimBetriebdieNährlösunganderFrontherunterlaufenkann.DieErdpresstöpfchenwurdenzudemmiteiner leichtenNeigungeinge-setzt, so dass auftropfendesWasser nach hinten in den Beetkörper geleitetwurdeundnichtnachvorneausdemBeetheraustropfenkonnte.TrotzdieserMaßnahmenkames imBetriebhäufigerzuLeckagenanderFront,durchdieNährlösungaufdenBoden tropfteunddieBlattmasse tiefer liegenderPflan-zenbefeuchtete.DiesemEffektwurdedurch leichtesSchrägstellenderBeet-körperentgegengewirkt.

IndenerstenVersuchenmitdiesenBeetsystemenverstopftendieZuläufezudenBeetenschnell,waszueinemerheblichenReinigungsaufwandführte.Dasauf die Erdpresstöpfchen tropfende Wasser trug in nicht unwesentlichemMaße Erde ab und spülte sie in die Nährlösung. Teile davonwurden in denKreislaufgezogenundführtenamKopfderBeeteindenZuläufenzuVerstop-fungen.ModifikationenderZuläufekonntendasVerstopfungsproblemlösen.

ImVergleichzuhorizontalenDWC-BeetsystemenistderMehraufwandbeiderHandhabung der vertikalen Beete erheblich. Die Versuchsergebnisse wiesenzudem ein signifikant niedrigeres Wachstum der Pflanzen in den vertikalenBeetsystemen imVergleichzu jenen indenDWC-Beetennach.DievertikalenBeetsystemewurdeindiesenVersuchenaneinerungenutztenWandineinereinzelnen Reihe angebracht. Noch ausgewertet werden müssen potentiellePositionseffektebezüglichderHöhendereinzelnenPflanzenindenvertikalenBeeten.Möglicherweise sind die tiefer positionierten Pflanzen bezüglich derLichtversorgungsystematischbenachteiligt.EinesolcheBenachteiligungführtzuunterschiedlichenKopfgrößenund–massen, ein Effekt, der in einemPro-duktionssysteminHinblickaufdieVermarktungderProdukteunerwünschtist.

3.2.6 AustauschstromzwischendenBeetsystemen

Diehorizontalenund vertikalenBeetsystemewurden zunächst nicht hydrau-lischmiteinanderverbunden. ImerstenHandhabungsversuchzudenvertika-lenBeetsystemenwurdezumVersuchsendehin imSumpftankdervertikalenBeeteeinedeutlichhöhereAbreicherungvonNitratgemessenalsindenhori-zontalen Beetsystemen. Dies konnte schlüssig mit dem um ca. Faktor zwölfniedrigeren Gesamtvolumen des vertikalen Beetsystems erklärt werden. ZurGewährleistung der Vergleichbarkeit der Messergebnisse der verschiedenenBeetsystemewurde zunächst ein täglicher,manueller Austausch derNährlö-sungzwischendenBeeteninErwägunggezogen.ZurReduktiondesAufwands

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wurde diese Option jedoch verworfen und die Beete wurden daraufhin miteinemAustauschsystemversehen.

ÜberderPumpenimvertikalenBeetwurdejeweilseinAbzweigmitKugelhahninstalliert, der zum jeweils korrespondierenden Beetsystem führt. Im jeweilszweitenDWC-BeetwurdeeinÜberlauf zurückzumSumpftankdesvertikalenSystems installiert. NacheinfachenExperimentenzumhydraulischenVerhal-tenderAustauschleitungenwurdeeinDurchfluss eingestellt, derpro Tagei-nen ca. zehnfachen Austausch der Sumpftanks gewährleistet. Trotz diesesAustauschswurdeimSumpftankdervertikalenBeetekontinuierlicheinumca.0,5PunkteerhöhterpH-WertalsimSumpftankderDWC-Beetegemessen.DiegenaueUrsachedieseserhöhtenMesswertsistnochnichtgeklärt.Einedurchdie stark unterschiedlichen Benetzungsoberflächen verursachte AufnahmeoderAbgabevonCO2könntezueinerpH-Wert-Schwankungführen,istjedochnochnichtnachgewiesen.

3.2.7 BeschreibungderKulturversuche

EswurdendreivergleichendeKulturversuchemitSalanovaCookRZKopfsalatdurchgeführt,vondenendererstealsHandhabungsversuchfürdieneuerrich-tetenvertikalenBeetegewertetwurde.IndiesemHandhabungsversuchwarendie Beetsysteme noch nicht miteinander verbunden, so dass vergleichendeAussagenzwischendenBeetsystemenzunächstnochnichtmöglichwaren.

DiePflanzenwurdenausSaatgutinderKlimakammerundimGewächshausin4 cm-Erdpresstöpfchenvorgezogen.DieKulturdauerdes zweitenunddrittenVersuchsbetrug60respektive61Tage.NachderVorzuchtwurdendiePflan-zen für 22 bis 25 Tage in den Beetsystemen kultiviert undmit einem selbstdefiniertenBonitierungsschemabonitiert.

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Tabelle 3 Kulturversuche Salanova Cook RZ mit vertikalen Beeten und Deep WaterCulture. Düngung mit Aquaponikwasser im Vergleich zu klassischer Hydrokulturdün-gung.MittelwerteausDoppelversuchen.

Versuch 1(mitEisenchelat)

Versuch 2(ohneEisenchelat)

Feucht-masseKopf[g]

Trocken-masseKopf[g]

Feucht-masseKopf[g]

Trocken-masseKopf[g]

Aquaponikdün-gung

DWCBeet1

1138,6 69,0 1137,4

60,3

Aquaponikdün-gungvertikal

417,5 19,6 365,6 16,0

HydrodüngungDWC

1048,0 59,1 1459,3 52,3

Hydropo-nikdüngungvertikal

457,9 21,9 390,6 14,8

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4 TierwohlundTiergesundheit

4.1 AllgemeineHaltungsbedingungen,Haltungsan-sprücheundBestandsdichte

Der empfohlene Temperaturbereich für dieMast EuropäischerWelse liegtzwischen22°Cund25°C.Unterhalb von18°C ist keineMastleistungmehr zubeobachten.NiedrigeTemperaturenwerdenbis4°CdurchdieFischetoleriert,sodasseineHaltunginoffenenGewässerninfrostfreienGebietenmöglichist.DieAnsprücheandieWasserqualitätensindvergleichsweisegering.NiedrigeSauerstoffkonzentrationen, sowie relativ hohe Ammonium-, Nitrit- und Nit-ratwertewerdengut verkraftet. EinehoheTurbidität (Trübung)desWassersistebenfallsunproblematisch.

InsbesondereinderStartphasedesSystemswurdensuboptimaleWasserwer-te gemessen, mit Sauerstoffgehalten (DO, DissolvedOxygen) von unterhalbvon5mg/l,Nitritgehaltenvonbiszu40mg/lsowiehohenWassertemperatur-schwankungenmit Spitzenwerten bis zu 32°C (vgl. Erfahrungen aus der Pro-zessführung und -steuerung). Diese Probleme wurden umgehend bzw.schnellstmöglich korrigiert. Aus diesem Grund war ein gesicherter EinflussdieserWerte auf die Sterblichkeit oderMastleistungen der Fische nichtwis-senschaftlichzubelegen,istaberwegendererhöhtenMortalitätinderStart-phaseklarzuvermuten.EineZuordnungdererhöhtenMortalitätzudenein-zelnenParameternkonntejedochnichtvorgenommenwerden.

EuropäischerWelstoleriertniedrigepH-Werte,wasfüreineIntegrationdieserSpeziesineinAquaponiksystemsehrgünstigist.InkommerziellenAquakultur-anlagenwerdenEuropäischeWelsebeieinempH-Wertvonca.6,0gehalten,wobeieintiefererpHdieMastleistungu.U.sogarnochfördernkönnte.Aller-dingskönntedieNitrifikationsleistungderBiofilterdann leiden,sodass i.d.R.aufeineweiterepH-Absenkungverzichtetwird.

InderSoesterPilotanlagefielderpH-WertdurchdieNitrifikationdesAmmo-niums aus denAusscheidungen der Fische beiMaximalbesatz täglich um ca.einepH-Stufe.Durch tägliche Zugabe vonKalk (CalciumcarbonatCaCO3) undKalilauge(KaliumhydroxidKOH)wurdederpH-WertnachobenkorrigiertundindenBereich zwischen6und7 gebracht.UnterbliebeineKorrektur, so fielder pH-Wert in den Bereich zwischen 5 und 6. Einmaligwurde ein pH-Wertknapp unter 5 gemessen. In diesen sehr niedrigen pH-Bereichen wurde ein

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RückgangderNitrifikationsleistungdesBiofiltersdurcheinenleichtenAnstiegdesNitritwertesbeobachtet.

Entsprechend ihrem natürlichen Habitat bevorzugen Europäische Welse alsnachtaktiveRaubfischeRuhe,eineeherdunkleUmgebungsowietrübesWas-ser als "Deckung" undhalten sich bevorzugt in derNähedesGrundes (auchvon Becken) auf. Darauf ist bei den Räumlichkeiten für Fischzucht sowie beiderGestaltungderBeckenRücksichtzunehmen.

Bezüglich derHaltung in Tanks sowie der optimalen tiergerechtenBestands-dichtewurdenundwerdenu.a.anderUniversitätRostocksowieananderenspezialisierten ForschungseinrichtungenVersucheundMessungen angestellt,dieaufStressfaktorenderFischebasieren,unddiedieHaltung inTanksvomStandpunkt der Tiergerechtigkeit als akzeptabel einstufen. Im konkreten Falldes EuropäischenWelses ist zu berücksichtigen, daß dieser Fisch sich in derNaturüberwiegendvonanderenFischen-alsotierischemProtein-ernährt.EristsowohleinDaseinalseinzelnerJägeralsauchimSchwarmgewöhnt.Istz.B.dieBestandsdichtezugering,soführtdieszahlreichenBeobachtungenzufolgezu erhöhtem Stress, Aggressivität und Kannibalismus, während im dichterenSchwarmdieseEffektenichtfestzustellenunddieTiereruhigerundinbesse-rerVerfassungsind.

VomWelszuchtbetriebSchultewirdalsmaximaleBesatzdichtefürEuropäischeWelseeineSpannevonca.90 -100kg/m3empfohlen.EineminimaleBesatz-dichte von 25 kg/m3 sollte nicht unterschrittenwerden. Diese Besatzdichte-wertebeziehensichjeweilsaufdasSchlachtgewichtamEndeeinerMastperi-ode-sieistwährendderMastphasedeshalbtatsächlichdeutlichgeringer.SokannbeieinemangestrebtenSchlachtgewichtvon1,5kgjeFischeinTankmit1.100 l ca.70Tierebeherbergen.Zubeachten istaußerdem,dassbeieinemJungfischbesatz die minimale Besatzdichte schnell unterschritten werdenkann.GibtesimBetriebkeineJungfischbecken,mussderBestanddurchande-re geeignete Maßnahmen, wie z.B. in die Becken eingehängte Netzkörbe,eingeengtwerden.DieskannbeikleinenBetriebenmitgeringerFischtankan-zahlundwenigPlatzzurlogistischenHerausforderungwerden.

4.2 TiergesundheitNeben abiotischen Stressfaktoren, die jedoch im praktischen Betrieb gut zuvermeidensind,könnenEuropäischeWelse fernerdurchParasitengefährdetwerden (vgl. Erfahrungen zur Prozessführung). Im Pilotbetrieb der Anlage

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wurde inderAnfangsphaseeinBefallmitExoparasiten(Dactylogyrus) festge-stellt, die sich dann stark ausbreiten können, wenn das Immunsystem derFische durch andere Einflüsse geschwächt wurde. Gegen diesen Befall kanndasProzesswasserindenTankstäglichmit2,5mlPeroxyessigsäure(PER)und15ml Wasserstoffperoxid pro Kubikmeter Anlagenvolumen behandelt wer-den. Beide Mittel wirken desinfizierend, zerfallen aber in ökologisch unbe-denklicheMetaboliten(Essigsäure,WasserundSauerstoff).

4.3 BetäubungundSchlachtungBetäubungundSchlachtungauch fürdenEuropäischenWels sind indergel-tenden Tierschutzschlachtverordnung gesetzlich geregelt. Während in sehrkleinenBeständendie Betäubungdurch einen kräftigen Schlag auf denKopfvorgenommen werden kann, betäuben kommerzielle Betriebe mit elektri-schemStrom.DieTötungerfolgti.d.R.durchKiemenschnittunddieFiletierungvonHand.DieFiletausbeutebeträgtzwischen40%und45%desSchlachtge-wichts.

Speziell fürdenAfrikanischenWels,derphysiologischbedingt inderLageist,sehrstarkeStromstößelebendzuüberstehen,wirddieBetäubungmitEiswas-ser sowie eine Kombination aus Eiswasser und Elektrobetäubung diskutiert;für kleinere Bestände wird dabei die Elektrobetäubung per Kopfdurchströ-mung,ggf.mitVorkühlungderTiere,empfohlen(Gaedeetal.2016,S.78).ErstwennrechtssicherausSichtdesLandesNordrhein-Westfalengeklärtsind,obausTierschutzsichtsoverfahrenwerdenkann,kanneinEinstiegindieHaltungAfrikanischerWelseempfohlenwerden.

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5 Pflanzenernährungund-Pflanzengesundheit

5.1 NährstoffbalancierungundNährstoffversorgung

5.1.1 NährstoffangebotausderAquakultur–KonzentrationvonNitrat

Der von den Fischen bei derNahrungsaufnahme aufgenommene und umge-setzte Stickstoff des Proteins im Futter wird von ihnen über die Kiemen inFormvonAmmonium (NH3bzw.NH4

+) abgegeben.Ammonium ist inAbhän-gigkeitvompH-WertbereitsingeringenKonzentrationenfischgiftigundmussdaherausdemSystementferntwerden.InrezirkulierendenAnlagenwirddiesübereinenBiofilterrealisiert,dernitrifizierendeBakteriennutzt,umdasAm-moniumüberdasZwischenproduktNitrit(NO2

-)zuNitrat(NO3-)umzuwandeln.

DasZwischenproduktNitrit istebenfallsfischgiftig,wennauchin leichtgerin-geremMaßealsAmmonium,währenddasEndproduktderNitrifikation,Nitrat,abhängigvonderKonzentrationnichtfischtoxischist.ErstistineinerumdenFaktor 1000höherenKonzentration als der kritischenKonzentration fürAm-moniumwirdNitrat fürdieFischezumProblem;es istdabeiabernochnichtalsunmittelbargiftigeinzuschätzen.AllerdingsführenNitrat-Konzentrationenauchschondeutlichunterhalbder letalenSchwellezuBelastungenderTiere,die sich in reduzierter Futteraufnahme und geringerer Mastleistung nieder-schlagen. Eine maximal tolerable Nitratkonzentration im Prozesswasser vonKreislaufanlagen wurde bisher noch nicht scharf definiert; vielmehr hat einAnlagenbetreiber einen gewissen Spielraum bei der Einstellung des Prozess-wassers,derdurchdenAusgleichdesZielkonflikteszwischen"ReduktionvonBetriebskostenfürAbwasser-undFrischwassermengesowieEnergiekostenfürdie Frischwassererwärmung" einerseits und "Optimierung der Mastleistung"andererseitsbestimmtwird.

DieKonzentrationvonNährstoffenkanninMassenverhältnissenoderMolverhältnissenangegebenwerden.DasMassenverhältnisppmbezeichnet „MilligrammSubstanzproKilogramm Prozesswasser“. Bezüglich des Nitratwertes sind zwei Darstellungsweisenetabliert,zumeinendieKonzentrationvonNitrationen(NO3

-)imWasser,zumanderendieMassenkonzentration des im Nitrat befindlichen Stickstoffs (NO3-N) bezogen aufdasWasser. Die beiden Darstellungen unterscheiden sich um den konstanten Faktor4,43.BeiZahlenangabeninderLiteraturistdaraufzuachten,welcheDarstellungsweisegewähltist.

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InderLiteratursindwenigkonkreteGrenzwerteundEmpfehlungenzumaxi-malenNitratkonzentrationenfürdieAquakulturzufinden.DieEmpfehlungenunterscheiden sich für unterschiedliche Spezies, da diese unterschiedlicheToleranzen aufweisen können. Der europäischeWels gilt als robuster Fisch,deralstolerantfürhoheNitratwertegilt.DieimVersuchgewähltenBetriebs-parameterwurdennichtderLiteratur,sondernausderPraxisdesseitüber20JahrenproduzierendenWelszuchtbetriebsSchulteübernommen.

InderStartphasedesBetriebsderAquakulturwurdeeinNitratwertdesPro-zesswassersvonmoderaten300-350ppmNO3

-angestrebt(entspricht 68–80 ppmNO3-N). DieMenge des aus der Aquakultur entnommenen Prozess-wasserswurdeentsprechendder täglichzugeführtenFuttermengedimensio-niert.BedingtdurchdieschwankendeFutteraufnahmeunddiekontinuierlichsteigendeFuttermengehattedasProzesswasserschwankendeNitratkonzent-rationen innerhalb des gewünschten Bereichs. Das Prozesswassermit dieserNitratkonzentrationbesaßeinenEC-Wertvonca.1,8(sieheTextbox).

Der EC-Wert (ElectricConductivity– Leitfähigkeit) ist einMaß fürden SalzgehaltundsomiteinIndikatorfürdenNährstoffgehalteinerNährlösung.DieLeitfähigkeitistaller-dingseinSammelparameter,derkeineAussageüberdieKompositionderunterschied-lichenNährstoffe zulässt. In der gartenbaulichenProduktionspraxiswird der EC-WertalsRegelparameterfürdenlaufendenBetriebverwendet,anhanddessendieNotwen-digkeiteinerNachdüngungderNährlösunggeprüftwerdenkann.InderRegelverwen-den Produzenten für ihre Kulturen Nährlösungenmit definierten und bekannten Zu-sammensetzungen, so dass der EC als „Handparameter“ in der täglichen Praxis aus-reicht. Produzenten lassen zudem inwöchentlichen oder zweiwöchentlichen Abstän-dendieKompositionihrerNährlösungenineinemexternenLabormessen,sodasssiedurch gezieltesNachdüngenmit Einzelkomponentendie genutztenNährlösungenaufdiegewünschtenZusammensetzungenundKonzentrationenbringenkönnen.

ImspäterenVerlaufdesProjektswurdenacheinerMessungdesNitratgehaltsdesProzesswassersbeimProjektpartnerWelszuchtbetriebSchultedieNitrat-konzentration auf den dort eingestelltenWertebereich angehoben.Die Kon-zentrationimSystembetrugfortan550–600ppmNO3

-beieinemECvon1,8(entspricht124–135ppmNO3-N).BeiMaximalbesatzundmaximaler Fütte-rung wurde die Nitratkonzentration aus Handhabungsgründen für wenigeWochen auf einenMaximalwert von ca. 800 ppmNO3

- (entspricht 180 ppmNO3-N)erhöht.DasProzesswasserhattedanneinenECvonca.2,3.NachAus-sagen von Mitarbeitern von PAL-Anlagenbau, spezialisiert auf Anlagen fürAfrikanischeWelse,ist800ppmNO3

-derBetriebspunkt,andemdievondie-ser Firma errichteten und betreuten Anlagen gefahren werden. Mit hoher

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Wahrscheinlichkeit ist dieserBetriebspunkt auch fürdie EuropäischenWelsemöglich. Gesicherte Aussagen dazu, ob bei dieser Konzentration eventuellbereitsmitMinderungenderMastleistungzu rechnen ist, lassen sichderzeitnochnichttreffen.DieseFragesolltejedochGegenstandkünftigerÜberlegun-genundeventuellerVersuchesein.

Tabelle4NitratkonzentrationendesProzesswassersimVerlaufdesProjekts

Betrieb NitratppmNO3 NitratppmNO3-N EC

Startphase 300 68 1,2

Regelbetrieb 550–600 124-135 1,8

Maximalbetrieb 800 180 2,3

Der imRegelbetrieberreichteEC-WertdesProzesswassersvon1,8 lagdamitgeringfügig unterhalb der empfohlenen Höhe von 2,0, der für die Nähr-stoffversorgung von Salaten in Hydroponik-Kultivierung von der Firma RijkZwaan sowie von Forschern der niederländischen Universität Wageningenempfohlenwird.EigeneUntersuchungenzeigtenbeimoderatenUnterversor-gungen inBandbreitenzwischenEC1,6und2,0 inreinerHydrodüngungeinenoch nicht statistisch abgesicherteWachstumsreduktion von ca. 10 Prozent.DiesstimmtinderTendenzmitdenForschungsergebnissenvondeGrootundMarcelisanTomatenpflanzenüberein,diefürMinderversorgungmitStickstoffeinenichtlineareAbhängigkeitermittelten,wonacheinegeringeUnterversor-gung auch nur zu einer geringenWachstumsreduktion führte (De Groot C.,MarcelisL.F.M.2003).

Es kann daher die Aussage getroffen werden, dass eine Hydroponik-KultivierungvonKopfsalatenmiteinemauf EC1,8eingestelltenProzesswas-serausderWelsproduktiondurchausmöglichistundinderPraxiszugleichenodernurwenigverringertenpflanzlichenErträgen imVergleichzuaufEC2,0eingestelltenNährlösungenführt.VorläufigeErgebnissevonWachstumsversu-chen in Euroboxenbei unterschiedlichenEC-WertenderNährlösung imRah-meneinerMasterarbeit.HauptaufgabedesVersuchsaufbausistdieErmittlung

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derTranspirationundEvapotranspirationbeiunterschiedlichenNährstoffkon-zentrationen.Die

Wachstumsergebnisse sind Nebenergebnisse des Versuchs. Es sind pro Boxzehn Pflanzen kultiviertworden.Wegen der geringen Lochabstände sind diePflanzeninnerhalbeinerBoxunterschiedlichgutgewachsen.EswarenRandef-fektedeutlichsichtbar.DasGewichtistdasGesamtgewichtderBiomasseproBox.Gutsichtbar ist,dasssichdieWachstumsergebnissezwischenAquapon-ikdüngungundHydrokulturdüngungbeigleichemECundbeieinemECvon2.0nurgeringunterscheiden.EinevollständigestatistischeAuswertungderRoh-datendieserVersuchsreihestehtnochaus.EineWiederholungderVersuchs-reihemitgrößerenLochabständenistgeplant.

Tabelle 5 Kulturversuche Salanova Cook RZ in belüfteten Euroboxen. Düngung mitAquaponikwasserimVergleichzuklassischerHydrokulturdüngungbeiunterschiedlichenEC-Werten.JeweilsGesamtbiomasseeinerBox.

Versuch/EC Doppelversuch Feuchtmasse[g]

Trockenmasse[g]

Aquaponik1.6 1 830 55,87

Aquaponik1.6 2 910 57,05

Hydrodüngung1.6 1 1050 57,82








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5.1.2 UnterschiedlicheAnforderungenandieKompositionderNährstoffe

WiedieVerwendungdesProzesswassersimVergleichzupraxisüblichenNähr-stofflösungen bei derHydroponik-Kultivierung von Salaten einzuschätzen ist,wurdeinWachstumsversuchenmitKopfsalatenderSorte"SalanovaCookRZ"der FirmaRijk Zwaanuntersucht. Salatproduktionmit dieser Sorte inHydro-ponikwird bereits in Belgien undDeutschland imGartenbau praktiziert. DiegenauenNährstoffzusammensetzungenderdabeieingesetztenNährlösungenwurdenüberdasexterneLaborvonEurofinsagroanalysiert.

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Tabelle 6 Exemplarische Nährstoffanalyse zu Begin des Wachstumsversuchs vom17.09.2016

Nährstoff/Messgröße Aquakultur-Prozesswasser

Standard-Nährstofflösung

EC 1,8 1,7

Kationen[mmol/L]

NH4 <0,1 0,2

K 2,2 10,5

Na 3,9 1,1

Ca 4,3 0,9

Mg 0,4 0,2

Anionen[mmol/L]

NO3 8,8 3,3

Cl 3,0 2,8

S 1,3 2,0

HCO3 0,9 0,9

P 0,14 1,61

Spurenelemente[μmol/L]

Fe 0,3 29

Mn 0,2 2,6

Zn 0,7 4,5

B 24 42

Cu 0,5 0,8

Mo <0,1 0,5

Si[mmol/L] 0,16 0,7

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Deutlich zeigte sich eine Überversorgung der Pflanzen im Aquakultur-Prozesswasser mit Stickstoff aus Nitrat im Vergleich zur Standard-Nährstofflösung, eine relative Unterversorgung mit Phosphor und deutlicheUnterversorgung mit Eisen. Hohe Nitratwerte in der Nährstoffversorgungführen zu erhöhtem vegetativen Wachstum. Bei Pflanzen mit Internodienführt Stickstoffüberversorgung zu langen Internodien und gestreckten Pflan-zen, bei Salaten zeigten erste Beobachtungen in den durchgeführten Versu-chenHinweiseauffrühesSchossen,einWachstumsverhalten,das inderPro-duktionspraxis unbedingt zu vermeiden ist. Die CNS-Analyse (siehe Textbox)der mit Prozesswasser versorgten Versuchspflanzen zeigte einen erhöhtenStickstoffgehaltinderTrockensubstanzgegenüberdenPflanzenausdenKon-trollbeeten.

CNS-Analyse:ElementaranalytischesapparativesVerfahrenzurBestimmungvonGehal-tenanGesamtkohlenstoff,StickstoffundSchwefelinGewichtsprozenten.

Dem Nitratüberschuss des Prozesswassers im Vergleich zu den restlichenNährstoffen kann prinzipiell durch zweiMaßnahmen begegnetwerden: Ent-weder durch Reduktion des Nitratanteils (Denitrifikation) oder durch einNachdüngen der Nährlösung mit den unterrepräsentierten Nährstoffen. UmfürdenpraktischenBetriebdieNitratwertedermitProzesswassergedüngtenSalatevoreinemVerzehrabzusenken,kannzumeinengegenEndeeinesTagesgeerntet werden; und/oder zum anderen die Versorgung der Pflanzen zweiTage vor der Ernte auf (weitgehend nährstoffarmes) Stadtwasser umgestelltwerden.

DieMesswerte für Kalium und Calcium zeigen im Aquakultur-Prozesswassereine Unterversorgungmit Kalium und eine Überversorgungmit Calcium an.DasKalium:Calcium-VerhältnisisteinProduktionsparameter,derbeimKopfsa-latdieQualitätdesProduktsbeeinflusst.EmpfohlenwirdeinKalium:Calcium-Verhältnis von ca. 2:1. Da in der AquakulturMaßnahmen zur Anhebung despH-Wertes notwendig sind (vgl. vorne), und diese sowohl mit Kalk (Calci-umcarbonatCaCO3),Weisskalkhydrat(CalciumhydroxidCa(OH)2)alsauchmitKaliumhydroxid(KalilaugeKOH)vorgenommenwerdenkönnen,istdieEinstel-lungdiesesProduktionsparametersaufoptimaleWerteleichtmöglich.DieserSachverhaltwirdinzukünftigenVersuchenberücksichtigtwerden.

ErsteWachstumsversuchemitKopfsalat inzweiDüngevarianten,Aquakultur-Prozesswasser und Standard-Nährstofflösung für Hydroponik-Kultivierung,zeigtenbeijeweilsgleichenEC-Wertenvon1,8einleichterhöhtesWachstum

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des Kopfsalats bei der Verwendung des Aquakultur-Prozesswassers. Die Er-gebnisse sind statistisch nicht abgesichert; Wiederholungsversuche stehennochan.

Tabelle 7 PerformanceunterschiedzwischenAquakultur-undklassischerHydrokultur-düngung

Düngung FrischmasseKopfgesamt

Frischmasserelativ

Trockenmassegesamt

Trockenmasserelativ

Aquakultur-Prozesswasser

2.275,2g 108,5% 137,9g 116,6%

Standard-Nährstofflösung

2.096,0g 100,0% 118,3g 100,0%

Diese ersten Versuchsresultate bestätigen Forschungsergebnisse andererArbeitsgruppen, die eine vergleichbare bis leicht erhöhte Produktivität fürAquaponik-Prozesswasser im Vergleich zu Standard-Nährstofflösungen beigleichen Nährstoffkonzentrationen ermittelt haben. Die Ursachen für diesemehrfach bestätigte Beobachtung sind nicht abschließend geklärt. Als hypo-thetische Einflussfaktoren zur Erklärung dieses Unterschiedeswerden unter-schiedlichemikrobielleAktivitäten, gelöste organische Inhaltsstoffe undPhy-tohormonegenannt.

DiepotenziellverringerteNährstoffverfügbarkeitdurcheineAbweichungvomempfohlenenEC-WertfürHydroponik-Salatvon2,0nachuntenauf1,8scheintsomitdurchandere,dieProduktivitätpositivbeeinflussendenFaktorenausge-glichen zu werden. Wird Aquakultur-Prozesswasser noch zusätzlich aufge-düngt, so sind gemäß den Versuchsergebnissen einer Forschungsgruppe ausLiége, Belgien weitere Produktivitätssteigerungen bezogen auf Salat-Frischmasse von38% imVergleich zu Standard-Nährlösungen, aber auch imVergleich zu unbehandeltem Prozesswasser möglich (Delaide B., Goddek S.GottJ.2016).

42 42

5.1.3 Eisenmangel

Einbereits seiteinigerZeitbekanntesundvielfachbeschriebenesPhänomenbeiNährlösungenbasierendaufAquaponik-Prozesswasser ist dessengeringeEisen-(Fe)-Konzentration (vgl. Tabelle oben), die ohne Nachkorrekturen zuEisenmangelsymptomenderNutzpflanzenführenkann.DieüberdasFischfut-termiteingebrachteMengeanEisenistinderRegelnichtausreichend.AuchdiehierdurchgeführtenVersuchebestätigtendies.DasspezifischeNährstoff-defizitkonntedurcheinenzusätzlicheDüngungmit6%igerEisenchelatlösung(FeDTPA)ausgeglichenwerden.

Diese Lösung sollte inderPraxismöglicherweiseals verdünnteBlattdüngungappliziertwerden,danochunveröffentlichteVersucheandererForschernahe-legen,dassdasdurchFischfutteroderdurchNachdüngung insSystemeinge-brachte Eisen im Prozesswasser nicht pflanzenverfügbar bleibt, sondern sichstattdessenindenfestenfäkalenAbfällenunddemDetritusanreichert.DieseEmpfehlung wird sich konkretisieren, falls die veröffentlichten ErgebnissedieserForscherdievorläufigenHypothesenbestätigen.

5.1.4 PhosphorundRemineralisierungdesAbsatzschlamms

NebenEisenistPhosphor(P)einweitererwichtigerPflanzennährstoff,dersichim Systemungleichmäßig auf das für die Pflanzen verfügbare Prozesswasserund auf den abgesetzten Schlamm (vgl. technischeBeschreibung vorne) ver-teilt.DasimPilotbetriebeingesetzteFischfutterbeinhaltetnachHerstelleran-gaben ca. 1 % -1,5 % Phosphor. Der genaue Verbleib von Phosphat im hierbeschriebenen System wurde noch nicht vollständig erfasst und analysiert.Literaturangaben zu früheren Versuchen mit Kreislauf-Aquakulturanlagenlassendaraufschließen,dassvermutlichnurrund16%desüberFutterzuge-führten Phosphors in der Fisch-Biomasse sowie 19% im Prozesswasser ver-bleiben(Suzukietal.2003).IndiegleicheTendenzgehendieResultateneue-rerVersuchsreihen,denenzufolgederGroßteildesPhosphors imSystem(65%)sichindenAbsetzschlämmenanreichert(XuedongZhang*,HenriSpanjers,JulesB.vanLier2013).

DieNährstoffmessung indenbeidenverglichenen Nährlösungen zeigteeinedeutlich niedrigeres Nährstoffangebot (0,14 mmol/L vs 1,61 mmol/L) desAquaponik-Prozesswassers. Möglicherweise ist diese Abweichung irrelevant,wie De Groot undMarcelis in Versuchenmit Tomaten nachweisen konnten(DeGroot,C.C.,Marcelis2003).DemnachtrateinesignifikanteReduktiondesPflanzenwachstumserstbeigrößerenAbweichungendesPhosphorangebotes

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von den empfohlenen Idealwerten auf. Inwiefern die Versuchsergebnis fürTomatenaufSalatübertragenwerdenkönnen,istunklar.Nichtsdestotrotzistangesichts weltweit schwindender mineralischer Phosphorquellen dringendanzustreben,denimProduktionssystemvorhandenenPhosphorfürdiePflan-zenzunutzenundihnnichtmitdemSchlammausdemSystemzuentfernen.

Bisher wurden noch keine präzisenMessungen des Phosphorgehalts im Ab-satzschlammderhierbeschriebenenAnlagevorgenommen.DieseMessungensollen jedoch im Rahmen eines in Kürze anlaufenden KooperationsprojekteszwischenderFachhochschuleSüdwestfalen,derUniversiätLiége,derUniversi-tätWageningenundderHumboldt-UniversitätBerlindurchgeführtwerden.IndiesemProjekt sollenanvierStandortenmiteinemneuartigengekoppeltemDoppelreaktoreine zweistufigeanaerobeAufbereitungder inAquakultursys-temenentstehendenAbsetzschlämmegetestetwerden.UnmittelbaresZielistdabeidiesogenannteRemineralisierungderimSchlammeingelagertenNähr-stoffe,umdieseeinerseitspflanzenverfügbarzumachenundumandererseitsdasSchlammvolumenzureduzieren.EinehochinteressanteArbeitshypotheseistferner,dassdiebeidiesemProzessvoraussichtlichentstehendenflüchtigenFettsäuren (Volatile Fatty Acids – VFA) sich möglicherweise als organischeNährstoffe für die Bakterienkulturen von Denitrifikationseinheiten in Kreis-laufanlageneignen. Eine solche technischeKoppelung vonRemineralisierungundDenitrifikationkönnteeinenwichtigenSchrittzurOptimierungvonAqua-ponik-Systemenbedeuten.

5.1.5 SaisonaleSchwankungen

In der Praxis werden beim Betrieb von Kreislauf-Aquakulturanlagen die Sys-temtemperaturen und Produktionsparameter im saisonalen Verlauf nahezukonstant gehalten. So wird beispielsweise im Welszuchtbetrieb Schulte dieProzesswassertemperatur zur Heizkosteneinsparung im Winter um 1 °C bismaximal1,5°Creduziert.DieMastleistunggehtdortdementsprechendleichtzurück. Im Vergleich zu den saisonalenUnterschieden in der Produktion aufderPflanzenseiteistdieseVariationjedochalsgeringeinzustufen.

Das Pflanzenwachstum im Winter und der damit verbundene erwünschteNährstoffentzughängensignifikantvondenbeidenBetriebsparameternWär-me und Lichteinfall ab. Während Wärme je nach Standort auch potentiellkostengünstiginFormvonindustriellerAbwärmeinsSystemeingespeistwer-denkann,istfüreineausreichendeVersorgungmitLichtindenWintermona-ten(imRegelfallauchhochpreisige)elektrischeEnergienotwendig.Wirdwe-nigzusätzlichbeleuchtet,kannsichdieKulturdauervonbeispielsweiseKopfsa-

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lat imWinter gegenüber dem Sommer nahezu vervierfachen. EinhergehenddamitverringertsichauchderNährstoffentzugdurchdiePflanzenproportio-nal.DurchHeizungundBeleuchtungistestechnischmöglich,auchimWintergleicheKulturbedingungenwie imSommer fürdiePflanzenstreckeherzustel-len, allerdings nur mit erheblichem energetischem Aufwand, der die Wirt-schaftlichkeitdesBetriebsinFragestellenkann.

DiesaisonalenUnterschiede imNährstoffentzugbeigleichzeitig fastkonstan-temNährstoffangebotdurchdieAquakulturmachendieSystemführungbzw.-balancierung zueiner zentralenHerausforderungdesBetriebs.Dies gilt ganzbesonders für so genannte gekoppelte Systemewie der hier beschriebenenAnlage,beiderdasProzesswassernachderNährstoffabreicherungdurchdiePflanzenzurückindieAquakulturgeführtwerdensoll.FürsolcheAnlagengiltes,bereitsbeiderDimensionierung inderPlanungsphaseein sinnvollesVer-hältniszwischenAufkommenundVerwertungderNährstoffe imProzesswas-ser im Sommer und imWinter zu finden. Im praktischen Betrieb kann diesdazuführen,dassimSommerzusätzlichNährstoffenachgedüngtwerdenmüs-sen, imWinterdiePflanzenstreckebeheiztundbeleuchtetwerdenmussundesauchzurNichtnutzungvonAquakultur-Prozesswasser indenWintermona-tenkommenkann.

Einengewissen technischenKompromiss stellendiebisherentwickeltenMe-thoden zur Systementkoppelung wie das so genannte ASTAF-PRO-Verfahren(vgl. vorne) oder die von Simon Goddek vorgeschlagenen Konzepte zu „de-coupledaquaponicsystems–DAPS“dar, lösendieo.g.Problemstellungabernicht vollständig bzw. nurmit schwer zu vertretendem hohem Aufwand. Sowird beimASTAF-PRO-Verfahren das verdunstete Prozesswasser kondensiertund in die Aquakultur zurückgeführt - technischmachbar, aber mit erhebli-chem Energieaufwand verbunden. Die DAPS-Konzepte wiederum sehen Di-mensionierungen derHydroponik-Abteilungen in jeweils solchenGrößenord-nungenvor,dassdasausderAquakulturabzuführendeProzesswasserauchimWintervollständigverdunstetwerdenkann.

AbhängigvondenangebautenPflanzensindzuniedrigeNährstoffkonzentrati-onendurchAufdüngungsmaßnahmenzukorrigierenund fürdieHydroponik-Abteilungen erhebliche Gewächshausflächen vorzuhalten. Unter aktuellenMarkt-undPreisbedingungenfürFischundGemüseistjedochdieAquakultur-AbteilunginderbetrieblichenPraxisbeiwesentlichgeringeremGebäude-undFlächenanspruch der wirtschaftlich attraktivere Part, so dass eine auf denNährstoffanfall abgestimmteHydroponik-Anlage für die Praxis nicht attraktiv

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erscheint. Eher wird auf die Nutzung erheblicher Mengen von Aquakultur-Prozesswasserverzichtet.

5.1.6 ZwischenfazitNährstoffversorgung

Tatsächlich istdieAbstimmungvonNährstoffangebotderAquakulturaufdieNährstoffnachfrage der Hydroponik technisch nicht einfach durchzuführenund bedarfweiterer Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. So stellen be-reits die saisonalen Unterschiede des Nährstoffentzugs vor allem für solcheAnlagen,dienichtmitHeizungundBeleuchtungauchdiepflanzlicheProdukti-onganzjährigkonstanthalten(können),eineerheblicheHerausforderungdar.ZudemsinddieKonzentrationenunddieZusammensetzungenderNährstoffeimProzesswasserderAquakultureninihrerunverändertenFormnichtimmerfürdiePflanzenoptimalundimVergleichzuNährstofflösungendergartenbau-lichenPraxiszugering.AbhilfekanndiegezielteAufdüngungdesProzesswas-sersmit Nährstoffen bieten. Um die Rückführung des Prozesswassers in dieAquakultur zu erleichtern, wäre eine geeignete Blattdüngung dasMittel derWahl.

Ganz allgemein sind die Nährstoffkonzentrationen im Aquakultur-Prozesswasser für viele pflanzliche Kulturen tendenziell zu niedrig. Es gibtFisch-Pflanzenkombinationen,diedurchausgutfunktionierenkönnen,aberfürKulturen mit hohen Nährstoffansprüchen ist fast immer eine Aufdüngungangezeigt. Diese kann jedoch dazu führen, dass das Prozesswasser nach derNutzungdurchdiePflanzennichtmehrfüreineRückführungindieAquakulturgeeignetist.

InderPraxisdergrößerenkommerziellenAquaponikanlagen inBerlin,Basel,DenHaagundWarenwerdenausdeno.g.GründensogenannteentkoppelteVerfahren angewandt und das Aquakultur-Prozesswasser für eine perfor-mancegerechte Versorgung von stark zehrenden Pflanzen, wie zum BeispielTomatenundAuberginen,mitmineralischemDüngerkomplementiert.Dassoaufgedüngte Prozesswasser ist am Ende der Pflanzenstrecke dann allerdingsnochimmerzukonzentriert,sodassesnichtzurückindieAquakulturgeleitetwird; lediglich kondensiertes Verdunstungswasser wird zurückgeführt. Einevollständige Kondensation allen Prozesswassers wäre energetisch untermit-teleuropäischenBedingungensehraufwendig,ebensowiedieAuslegungderHydroponik-Abteilungen in einer solchen Größenordnung, dass sämtlichesProzesswasseraufnatürlicheWeiseverdunstenkann.Fürwärmerebzw.sehrheißeStandortewärendieseKonzeptedagegenwirtschaftlichvorstellbar.

46 46

Kaskadisch angelegte Pflanzenstrecken mit Starkzehrern in einer Linie mitPflanzenmit geringerenNährstoffansprüchenkönnteneinenTeil derProble-me lösen und sollen in künftigen Untersuchungen am hier beschriebenenSystemgetestetwerden.AlsweiterervielversprechenderAnsatzpunktkönnteeinenergetischoptimiertesMembranverfahrendienen,mitdemAquakultur-Prozesswasser für die pflanzliche Nutzung aufkonzentriert und abgetrenntes"sauberes" Wasser in den Fischkreislauf zurückgegeben wird. Auch diesertechnischeAnsatzsollzeitnahmitderhierbeschriebenenAnlagezurWeiter-entwicklungundzumPraxistestaufgegriffenwerden.Schließlich istauchderVerbleib erheblicher Mengen von Phosphor in den Absetzschlämmen derAquakultureneinökologischunzureichendgelöstesProblem,demmiteineminnovativen Reaktor-Verfahren zur Remineralisierung der Nährstoffe imSchlammsowiezurReduktiondesSchlammvolumensbegegnetwerdenkann.AuchdieserAnsatzwirdzeitnahinderhierbeschriebenenAnlageaufgegriffenwerden, ebenso wie die weiterführende Idee, dabei entstehende flüchtigeFettsäuren als Nährstoffe für Bakterienkulturen für DenitrifikationssystemeeinzusetzenundsoderenEffizienzweiterzuerhöhen.

5.2 Pflanzenschutz

5.2.1 Vorbemerkung

Konzepte der vertikalen bzw. der "In-door"-Landwirtschaft, zu der auch ge-bäudebasierteAquaponik-Systemezählen,werdenvonmanchenihrerVertre-ter oft damit beworben, dass auf Pflanzenschutzmaßnahmendank eines ge-schlossenen Systems ohne Eintrag von Schadorganismen verzichtet werdenkönne.GrundsätzlichbedeutetaberjedewirtschaftlicheErzeugungvonNutz-pflanzen oder Produkten aus Nutzpflanzen eine Konzentration der Pflanzenauf möglichst kleinem Raum unter möglichst kontrollier- und steuerbarenBedingungen. Aus dieser Notwendigkeit heraus sind die diversen Ackerbau-und Bewirtschaftungssysteme entwickelt worden. Dies gilt sowohl für denklassischen Ackerbau unter Freilandbedingungen als auch für AnbausystemeunterkontrolliertenBedingungenwieimGartenbau„unterGlas“(KultureninGewächshäusernausGlas,PlastikoderanderenWitterungsschutzmaterialien).Unabhängig von der Tatsache, ob die Kulturen im Freiland oder unter Glaskultiviert werden, stellen sie Monokulturen mit allen daraus resultierendenMöglichkeitenundProblemendar.

47 47

Zuden grundlegendenProblemen vonMonokulturen gehört die oft erhöhteAnfälligkeitgegenüberSchaderregern.DieseunterteilensichindieGruppedermikrobiellenSchaderregerwiePilze,BakterienundVirensowieindieGruppederSchädlinge,inderalleInsektenundggf.warmblütigeOrganismenzusam-mengefasstwerden,diedenErtragderKulturpflanzenreduzierenkönnen.Umdie Schadwirkung der Schaderreger zu minimieren, sind diverse Verfahrenentwickeltworden.ChemischePflanzenschutzmittel zumEinsatzgegenpilzli-cheSchaderregerundgegenSchadinsektensindgrundsätzlichTeildesInstru-mentariums. Sie zeichnen sich in aller Regel durch eine hoheVerträglichkeitbeisachgerechterAnwendungindenKulturpflanzenundeinehoheEffizienzinderBekämpfungder Ziel- bzw. Schadorganismenaus.UmdieWirksicherheitzu gewährleisten, sind allerdings umfangreiche, kostspielige und langwierigeStudienerforderlich.DieseStudienenthaltennichtnurAussagenbezüglichdergewünschtenWirkung, sondernauch Informationenüberunerwünschte sog.„Nebenwirkungen“ auf andere, sogenannte Nicht- Zielorganismen. EinigedieserNebenwirkungenbeziehensichaufFischeundsogenannteFischnährtie-re.DabeiwirdinderRegeldieNebenwirkungaufFischnährtierebesserunter-suchtunddokumentiertalsdiedirekteWirkungaufFische.

Ein weiteres Problem bei der Anwendung von Pflanzenschutzmitteln kannfernerdieAnreicherungvonWirkstoffenodervonAbbauprodukten imOrga-nismusandererTiere, z.B. Fischen, sein.Diesgeschieht,wennderWirkstoffoder seine Abbauprodukte in nicht tödlichen (subletalen) Dosen aufgenom-men,nichtodernursehrlangsamabgebautundsomitimGewebederFischeangereichertwird.

ImkommerziellenUnterglasanbauwerden,i.d.R.nachSchadschwellenprinzip,eine Reihe von Pflanzenschutzmitteln eingesetzt, welche sich meist gegenpilzliche Schaderreger (Botrytis, echte und falsche Mehltaupilze, Sclerotinia,Fusarien u. ä.) sowie gegen Schadinsekten (Blattläuse, Raupen und andereLarven,Käferu.ä.)richten.DiesesindaufihreWirksamkeitundaufihrAbbau-verhalten untersucht und stellen nach aktuellem Kenntnisstand bei sachge-rechter Anwendung keine Gefahren für den Endverbraucher dar. WerdensolchePflanzenschutzmittel jedoch in kombinierten Systemenwie derAqua-ponikeingesetzt,ergebensicheineReihevonProblemen.Ausdeno.g.StudienzurFisch-undFischnährtier-ToxizitätdereingesetztenMittelistvonnegativenAuswirkungen auf die Fischgesundheit sowie von einer Anreicherung vonWirkstoffenundAbbauproduktenauszugehen,dieQualitätundLebensmittel-sicherheitderEndprodukteinFragestellen.

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Umgekehrt werden Fische in den Aquakultur-Abteilungen von Aquaponik-Systemen gleichfalls in "Monokulturen" gehalten und sind daher ebenso ei-nemerhöhtenKrankheits-undSchädlingsdruckausgesetzt.Auchdiesenkannin reinenAquakultursystemendurchauseffektiv undohnequalitativen Scha-denfürdieFischemitzugelassenenMedikamentenundDesinfektionsmittelnbegegnetwerden.IngekoppeltenSystemenkönnendieseMitteljedocheben-so unerwünschteNebenwirkungen und Anreicherungen in denNutzpflanzennachsichziehen.

5.2.2 ErfahrungenamSoesterPilotsystem

Ausdeno.g.GründenwareinwesentlicherAspektbegleitenderUntersuchun-gen zum Pilotbetrieb die Suche nachMethoden und Produkten, die die Ge-sundheit von Fischen oder Pflanzen wieder herstellen oder erhalten, ohnedem jeweils anderen Teil des Systems Schaden zuzufügen. Zu diesemZweckdienteimbisherigenProjektzeitraumalsFischartderEuropäischeWels(Silurusglanis) und als Modellorganismus Pflanze ein schnell wachsender Blattsalat(Lactucasativavar.capitata„Salanova“).DieseSalatehabendenVorteil,dasssie relativwenig krankheitsanfällig sindund ihrepotentiellen SchadpilzeundInsekten mit gut verträglichen, ökologischen Präparaten behandelt werdenkönnen,dieauchdenFischennicht schaden.DennesgibtderzeitkeinePro-dukte,wederfürdieBehandlungvonFischennochfürPflanzen,dieübereineZulassung für beide „Produktgruppen“ FischundPflanzen verfügen.Hier be-stehtnocherheblicherForschungs-undEntwicklungsbedarf,denndieProble-me der Gesunderhaltung von Fisch und Pflanze im Zusammenspiel sind beiweitemnichtgelöst.

In der aktuell verfügbaren Literatur wird bisher kaum über Schädlinge inAquaponik-Systemenberichtet;eswirdimGegenteilsogarvonvielenAutorendie These vertreten, dass Aquaponik-Systeme aufgrund ihrer KonzeptionKrankheits-undSchädlingsbefallverhindernwürden.Dieswirdmitder„Mik-robiota“,alsodemkompliziertenZusammenspielvonMikroorganismeninner-halbdesGesamtsystems,begründet.SowerdenvorallemdiverseBakterien-stämme dafür verantwortlich gemacht, einen Krankheitsbefall insbesonderederWurzelnvon(Salat)PflanzendurchkompetitiveEffekteoderdirektefungi-zideWirkungen zu verhindern. Diese Effekte sollen sich auch auf die BlätterundFrüchtederPflanzenauswirkenundsoeinenKrankheits-oderSchädlings-befallerstgarnichtmöglichmachen.

49 49

Tatsächlich zeigte sich auch im Testbetrieb der Soester Pilotanlage, die zu-nächstnochnichtimVollkreislaufbetriebenwurde,dassPflanzenkrankheitenkaum auftraten und somit kaum ein Problem darstellten. Gleiches galt aberauch für die Kontrollpflanzen, die unter praxisüblichen Hydroponik-Bedingungen kultiviert wurden. Allerdings wurde in beiden Fällen ein sehrernstzunehmender Insektenbefall festgestellt. Insbesondere Blattläuse, Rau-penundMinierfliegenstellteneinernsthaftesProblemdar.AuchSpinnmilbentratenauf,konntenaberdurchdenEinsatzihrernatürlichenFeinde(Raubmil-ben als biologischer Pflanzenschutz) erfolgreich bekämpftwerden. Die Schä-dendurchRaupenundMinierfliegenkonntendurchein(wennaucheherpra-xisfernes)manuelles Absammeln der Tiereminimiertwerden. Da die Bedro-hung des Versuchs durch Blattläuse bestandsgefährdend wurde, wurde imersten Versuchsdurchgang (ohne Rückführung des Prozesswassers in dasAquakultursystem) mit einem selektiv wirkenden Insektizid (Pirimor) behan-delt.DieseMaßnahmeverbietetsichjedochinrezirkulierendenAquaponiksys-temen,dadaso.e.Produktals„sehrgiftigfürWasserorganismen“klassifiziertist.InreinenHydroponik-Systemenkönnteesdagegenangewendetwerden.

AuchwennbeiderBekämpfungundVermeidungvonSchadinsektennurmitMethoden des ökologischen Pflanzenschutzes gearbeitet wird, können sichProblemebeiderVermarktungderProdukteergeben.WenndabeinatürlichenGegenspieler eingesetzt und aktiv und oft in größerer Zahl in die Beständeeingebracht werden, werden immer „Rückstände“ auf den Pflanzen zurück-bleiben, z.B. toteHüllen der Schädlinge oder Eier, Larven oder adulte TierederGegenspieler. Leider unterscheidet der Konsument andieser Stelle nichtzwischen„gut“und„böse“,sondernsiehtnur„Tierchen“,dienichtinoderaufdasProdukt gehören. Somit stellt sichdie Fragenachder Einsetzbarkeit vonbiologischenGegenspielern inder Insektenbekämpfung immerauchmitBlickaufdaszuvermarktendeProdukt.AuchandiesemPunktsolltenweitereFor-schungsaktivitäten ansetzen, die nicht nur auf die Vermeidung von Schädenbzw.SchadinsektenindenKulturen,sondernauchaufeinehoheProduktqua-litätinHinblickaufdieVermarktbarkeitabzielen.

UnterschiedeinderKrankheitsanfälligkeitzeigtensich indiversenKleinversu-chen mit Salatpflanzen, in denen das Pflanzenwachstum im Aquaponik-Prozesswasser und in praxisüblichen Hydroponik-Nährlösungen mit unter-schiedlichenNährstoffkonzentrationenverglichenwurde.Beinatürlicherfolg-ten Infektionen mit Schaderregern wie Echtem Mehltau, Sclerotinia-Welkeoder Grauschimmelfäule erkrankten die Pflanzen, die mit Aquakultur-Prozesswasser kultiviertwurden, so gutwienie.DieseerstenResultatewer-

50 50

denimAnschlussandasPilotprojektaktuell inStudien,beidenenSalatpflan-zenkünstlichundreproduzierbarmitSchadpilzeninfiziertwerden,überprüft.

ObundinwelchemAusmaßdieo.e.„Mikrobiota“anderGesunderhaltungvoninAquakultur-ProzesswasserkultiviertenPflanzenbeteiligt ist,soll inKürzeinweiterführenden Versuchen untersucht werden. Hierzu werden Mikroorga-nismenmitbekanntermaßenschützendenEffekten(Bacillusspp.,Trichodermaspp.)andiePflanzengebrachtunddieseanschließendgezieltmitSchadpilzeninfiziert. In Kooperationen mit anderen europäischen Forschergruppen imRahmendesNetzwerkprojekts COST " The EUAquaponicsHub" (vgl. Einfüh-rung)wird diese Fragestellung bereits verfolgt. Hierbei geht es zunächst umdie Identifizierung der positiv wirkenden Mikroorganismen im Aquaponik-Wasser und anschließend um die Effektivität und die Einsatzmöglichkeitendieser Mikroorganismen als Pflanzenschutzmaßnahme in Aquaponik-Systemen.

EbenfallsausdererwähntenCOST-actionherauswurdevorkurzeminKoope-ration mit der Universität Liège in Gembloux (Arbeitsgruppe Prof. HaissamJijakli)einePlattformgeschaffenmitdemZiel,alleErfahrungenundKenntnis-se mit Bezug zu Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz in Aquaponik-Systemenzubündeln.DieDatensollenaufwissenschaftlicherBasisausgewer-tetwerden,ummöglichepraktischeHinweiseundHandreichungenzumPflan-zenschutzinAquaponik-Systemenzuentwickeln.

51 51

6 Marktpotenzial

6.1 AbschätzungderVerbraucherakzeptanzundZahlungsbereitschaft

6.1.1 Vorbemerkung

VordemHintergrundderaktuellenDiskussionenundgesellschaftlichenTrendszubewusstererErnährungundNachhaltigkeitistzuuntersuchen,obVerbrau-cher bzw. Bürger Aquaponik-Produktionssysteme als nachhaltig und tierge-rechtbeurteilenunddiedarinerzeugtenProduktealsqualitativhochwertige(regionale) Frischeprodukte wertschätzenwürden. In einer zweiten Stufe istdann die Frage nach der tatsächlichen Zahlungsbereitschaft zu stellen, dieletztendlich den Produktpreis und damit auch die potenzielleWirtschaftlich-keitvonAquaponik-Anlagenbestimmt.

Da bisher kaum Veröffentlichungen zu diesem Themenkomplex vorliegen,wurde im Rahmen des Projektes eine Untersuchung in kleinem MaßstabexemplarischanzweiProduktendesEuropäischenWels’ausderSoesterPilot-anlage vorgenommen, um Zahlungsbereitschaften und deren mögliche Ein-flussfaktorenzuermitteln.

6.1.2 ErzeugerpreisniveaubestehenderkommerziellerAnlagen

Frisches Fischfilet vom Afrikanischen Wels aus niederländischen oder deut-schen Kreislaufanlagen wird Einzelbeobachtungen zu Folge zu Verbraucher-preisenab11,50€/kg (Edeka-SonderangebotsaktionOktober2016)bis zu19€/kg(Marktstand)angeboten.Dabeiwirdi.d.R.nichtodernur"zurückhaltend"zum Einen auf die genaue Art (Clarias gariepinus) und zum anderen auf dieHerkunft aus Aquakulturen hingewiesen, aber das Fischfilet als "grätenarm"und"festfleischig"beworben.

FürEuropäischeWelseausregionalerErzeugung,diemeistlebendvermarktetwerden,liegenPreisebeietwa6€jekgLebendgewicht,wasbeieinermittle-renAusschlachtungrund14€/kgFiletentsprechenwürde.GeräucherteWareist preislich ähnlich positioniert. Die Praxis vermarktet Europäische Welseabhängig von individuellen Kundenwünschenmit Lebendgewichten zwischen1.200gund4.000g;als"idealesSchlachtgewicht"gelten2.000g.

52 52

Die wenigen bisher bestehenden kommerziellen Aquaponikanlagen bietendagegen überwiegend Tilapien (aus den Tropen und Subtropen stammendeBuntbarsche,Oreochromisspp.,Tilapiaspp.)an,diealsrobusteAllesfresserimVergleich zu Welsen einfacher und kostengünstiger zu halten sind. Endver-braucherpreisvorstellungenfürTilapiaausAquaponik lagen in inBaselbei20€/kgLebendgewicht(ausgenommenerganzerFisch;MündlicheAussageUrbanFarmers April 2015) und in Berlin (Mündliche Aussage ECF November 2014)zunächstbei15€/kgLebendgewicht,betrugenabernachAnlaufenderAnlagedannknapp12€/kgganzerFischmitKopf(PreisauszeichnungECF2016).DiesePreisewürdeninBasel47€/kgBarschfiletundinBerlingut28€/kgBarschfiletentsprechen (zu den Preisvorstellungen der Wels-Aquaponik-Anlage in Wa-ren/MüritzlagenbeiRedaktionsschlussnochkeineAngabenvor).Dabeiistzuberücksichtigen, dass sowohl die Anlage von ECF in Berlin als auch jene derUrbanFarmersAGinBaselmitihreninnerstädtischenAnlagenaufbesonderenStandortenoperieren,alstechnologische"Frontrunner"das innovativeAqua-ponik-Konzept als Business-Modell der Urbanen Landwirtschaft äußerst ge-schickt imMarketing einsetzenund in ihremhochurbanenUmfeld eine sehrkaufkräftige, an Nachhaltigkeit, lokaler Herkunft, besonderer Frische, sehrkurzenWegen und an Exklusivität interessierte Kundschaft direkt oder überdie gehobeneGastronomie ansprechen können.Diese Erfolgsfaktoren lassensich kaumauf Standorte im LändlichenRaumNordrhein-Westfalensübertra-genunddürftenauchnuranwenigenausgewähltenurbanenSpitzenlagenindiesemBundeslandgegebensein.

6.1.3 BefragungbeimFachsymposiumSoest

Im Rahmen eines Fachsymposiums zur Aquaponik-Anlage des FachbereichsAgrarwirtschaft in Soest wurde im Dezember 2015 eine selbstadministriertePaper-Pencil-Befragung durchgeführt. Der zweiseitige Fragebogen enthieltFragen zur Geschmacksbeurteilung der verköstigten Welsproben und allge-meine Kriterien zum Fischeinkauf. Beides wurde auf 5-stufigen Likertskalengemessen. In der Auswertung wurde Äquidistanz der Skalen unterstellt, sodass eine Umrechnung in Zahlenwerte erfolgen konnte. Die Zahlungsbereit-schaftenwurdengestütztin0,30€/100g-Schrittenzwischen0,60€/100gund3,30€/100g für frischenundgeräuchertenWelsabgefragtunddenKlientendazuzurbesserenOrientierungVergleichspreisefüralternativeFischprodukteundderenHerkunftgenannt(z.B.Alaska-Seelachsfilettiefgekühlt/Discounter/ausFischfang1,15€/100goderSchwertfischfiletfrisch/Fischfachgeschäft/aus Fischfang 2,88 €/100g usw.). Zusätzlich wurden Geschlecht, Geburtsjahr

53 53

undBerufals sozio-demografischeVariablenerhoben.DieDatenwurdenan-hand einfacher deskriptiver Statistiken ausgewertet.Mittelwerte (μ)wurdenals Lageparameter und Standardabweichungen (σ) als Streuungsparametergewählt.ZusätzlichwurdefürkontinuierlicheVariablenderKorrelationskoeffi-zient herangezogen, umdie Stärke des Zusammenhangs zu ermitteln. DurchunvollständigeAngabenvariiertdieStichprobengrößejenachAuswertung.

-ZahlungsbereitschafteninAbhängigkeitvonsozio-demografischenMerkma-len

Insgesamt hatten 28 Personen an der Befragung teilgenommen. Die durch-schnittlicheZahlungsbereitschaft für frischenWels lagbeiknapp1,90€/100gunddiefürgeräuchertenWelsumknapp20%höherbeietwasmehrals2,20€/100g.DienachfolgendeTabellegibteinenÜberblicküberdasGeschlechter-verhältnis in der Stichprobe und die zugehörigen Zahlungsbereitschaften.Frauen geben demnach bei einer etwas größeren Streuung imMittel etwashöhereZahlungsbereitschaftenanalsMänner.

Tabelle8 ZahlungsbereitschaftenfürfrischenundgeräucherteneuropäischenWels inAbhängigkeitvomGeschlechtin€/100g

Frisch Geräuchert

N μ σ μ σ

Frauen 13 1,95 0,67 2,33 0,58

Männer 13 1,80 0,40 2,13 0,49

Gesamt 26 1,88 0,56 2,24 0,54

Anmerkung:μstelltdenMittelwert,σdieStandardabweichungdar

DaeinegroßeMehrheitderBefragtenausderAgrarbranchestammt,hatdieVariable Berufs- und Bildungshintergrund wenig erklärende Kraft hat. DerZusammenhang zwischen Alter und Zahlungsbereitschaften lag bei einemKorrelationskoeffizientenvon-0,23fürfrischenWelsundbei-0,13fürgeräu-chertenWels.

-ZahlungsbereitschafteninAbhängigkeitvomGeschmack

54 54

Einen klaren Zusammenhang ergab sich zwischen der durchschnittlichenGe-schmacksbeurteilungunddenZahlungsbereitschaften,dieumsohöherange-gebenwurden,jepositiverdieGeschmacksbeurteilungausfiel(vgl.Tabelle).

Tabelle9:ZahlungsbereitschaftenfürfrischenundgeräucherteneuropäischenWels inAbhängigkeitvonderGeschmacksbeurteilungbeiderProduktverköstigungin€/100g

Geschmacksnote N μ σ

(1=sehrgut;5=garnicht) Frisch

1 7 2,00 0,50

1,5 10 1,88 0,48

2 6 1,78 0,82

2,5 1 1,70 -

Gesamtfrisch 24 1,88 0,56

(1=sehrgut;5=garnicht) Geräuchert

1 7 2,39 0,63

1,5 10 2,25 0,50

2 6 2,07 0,57

2,5 1 2,00 -

Gesamtgeräuchert 24 2,24 0,54

Anmerkung:μstelltdenMittelwert,σdieStandardabweichungdar

-ZahlungsbereitschaftenfürfrischenundgeräuchertenWels

DerZusammenhangzwischendenZahlungsbereitschaftenfürdiebeidenPro-dukte frischer und geräucherterWels ist in der folgenden Abbildung darge-stellt.

55 55

Abbildung 4 Abhängigkeit der Zahlungsbereitschaften für frischen und geräuchertenWels

MitdervorliegendenPilotuntersuchungwurdenerstmalsWertefürmöglicheZahlungs-bereitschaften für Fischprodukte aus Aquaponik-Anlagen vorgelegt.Es zeigten sichdabeideutlicheZusammenhänge zwischenderArtderVerar-beitung bzw. zwischen der geschmacklichen Beurteilung bei der VerkostungundderjeweiligenZahlungs-bereitschaft.Diesweistdaraufhin,dassderVer-arbeitung und sensorischen Produktqualität im Herstellungsprozess erhöhteAufmerksamkeit zu widmen ist, wenn hohe Zahlungsbereitschaften erzieltwerdensollen.

Der enge Zusammenhang der Zahlungsbereitschaften für frische und geräu-cherte Produkte lässt vermuten, dass ähnliche Einflussfaktoren bei beidenFormenderVerarbeitungeineRolle spielen.Allerdings lassen sich zweiKon-sumentensegmentedifferenzieren: Kundenmit einer stärkerenPräferenz fürgeräuchertenWels (oberhalb der Regressionslinie in der oben gezeigtenAb-bildung)unddiejenigenKonsumenten,dieeinestärkerePräferenzfürfrischenWels aufweisen (unterhalb der Regressionslinie). Unterschiedliche Marke-tingstrategienließensichdaraufaufbauen.

Einschränkend sollte für diese Untersuchung beachtet werden, dass die Er-gebnissekaumzuverallgemeinernsind.Hierfür isteinegrößere,aufeinebe-stimmteZielgruppeangelegterepräsentativeStichprobenziehungnötig.Auch

y=0,8311x+0,6693R²=0,73621

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50PreisW

elsg

eräu

chert(€/10

0g)

PreisWelsfrisch(€/100g)

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sollte das Erhebungsinstrument zur Erfassung der Zahlungsbereitschaft vali-diertwerden,umüblicherweiseauftretendehypothetischeVerzerrungenbeiZahlungsbereitschaftsabfragen zu verringern. Ein Zentralitätseffekt scheinteineRollezuspielen,dabeidemittlereZahlungsbereitschaftenauchjeweilsimmittleren Bereich der im Erhebungsinstrument vorgegebenen Spannweiteliegen.Dasweistdaraufhin,dassklareBeurteilungskriterienfüreinebelastba-reAngabederZahlungsbereitschaftbeidenBefragtenehernichtvorlagenunddieZahlungsbereitschaftensituativangegebenwurden.

MitdervorgestelltenUntersuchungalsGrundlagefürPreistendenzenbestehttrotz aller methodischen Mängel die Möglichkeit, erste annähernde Wirt-schaftlichkeitsanalysen für Aquaponik-Anlagen durchzuführen, vorausgesetztdie Kosten in Produktion undDistribution können entsprechend abgeschätztwerden. Hier sollten auchweitere Untersuchungen zur Zahlungsbereitschaftansetzen, die stärker explizit differenzierte Prozessqualitäten, Herkunft undVerkauf-SettingsderFischproduktebetrachtensollten.

6.1.4 KommunikationdesProduktionsverfahrens

EineweitereSchwierigkeit fürdasAquaponik-Marketing,diesichbeidero.g.TesterhebunginSoestbestätigte,istdieVermittlungderNachhaltigkeitdiesesKonzepts. Dazumuss in der Regel interessierten Verbrauchern das gesamteVerfahrenerläutertundzudembegründetwerden,warumdiePflanzennichtin der Erde und die Fische nicht in freiem Gewässer gehalten werden. DieMehrheitderVerbraucherlässtsichdenErfahrungenderSoesterMitarbeiterimRahmenvonzahlreichenFührungenzufolgenachausführlicherDarlegungder Vorteile bezüglich Kreislaufgedanken und Ressourceneffizienz von Aqua-ponik überzeugen, und ist auch bereit, nach entsprechenden Erläuterungendie Haltung der Fische im Tank als tiergerecht zu akzeptieren. Dieser hohekommunikativeAufwanderschwertesallerdings,WarenüberZwischenhänd-lerzuvermarkten,währendimDirektabsatzkeineProblemezuerwartensind.

Obwohl das Konzept keinen Einsatz von Antibiotika oder chemischen Pflan-zenschutzmittelngestattet, istesnichtalsVerfahrendesÖkologischenLand-baus anerkannt und folglich von einer entsprechenden Zertifizierung ausge-schlossen.SolltesichAquaponikalsVerfahrenbreiteretablierenkönnen,wäredringend eine geeignete alternative Form der Nachhaltigkeitszertifizierunganzustreben oder ggf. sogar neu zu entwickeln. Auch bodenloseGartenbau-verfahren, die auf chemischen Pflanzenschutz verzichten, oder nachhaltigbetriebeneKreislaufaquakulturenkönntenvonsoeinemAnsatzprofitieren.

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7 Ressourcenansprüche,KostenundWirtschaftlichkeit

7.1 ZurMethodikBetriebsdaten aus der Praxis lagen zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Be-richtsausdemPilotbetriebderSoesterAnlagevorundwurdendurchInforma-tionen der seitmehr als 15 Jahre laufenden Aquakultur des PartnerbetriebsSchulte sowiemit Recherchen und Auskünften anderer Partner ergänzt. Be-lastbareAussagen können somit fürdasPilotsystemgetroffenwerden,wäh-renddieAussagenfürgrößereSystemeaufModellrechnungenmitzahlreichenAnnahmenberuhenunddeshalbalsTendenzaussageneinzuschätzensind.

BeidenModellrechnungenzurWirtschaftlichkeitwurdendreiAnlagengrößenbetrachtet: einMikrosystem in der Größe der vorhandenen Soester Anlage,eintechnischgesehenbaugleichesKleinsystemmitzehnanstellevonnurdreiFischtankssowieeineProduktionsanlage ineinerfüreineDirektvermarktungrealistischen kommerziellen Größenordnung mit einem Aquakulturvolumenvon300m3.

DietechnischenundökonomischenDatender"virtuellen"KleinanlagewarenvergleichsweiseeinfachausdenPraxisdatenderexistierendenSoesterMikro-anlageabzuleiten,dabei jenervieleKomponentenaufeinedeutlichgrößereProduktionskapazität ausgelegt wurden. Es ist mit vergleichsweise geringemzusätzlichenInvestitionsaufwandmöglich,dasMikrosystemzueinemKleinsys-temmitdeutlichhöhererKapazitätzuerweitern.

Die"virtuelle"Produktionsanlage istaufeineGrößenordnungskaliert,diefürdenBetriebderAquakulturungefähreineVollzeit-Arbeitskraft erfordert. Fürden Betrieb der Hydrokultur sind fünf bis sechs Arbeitskräfte notwendig. Essolltemöglichsein,fürdieAquakultureinenqualifiziertenFischwirtundfürdieHydroponik einen qualifizierten Gärtner einzustellen, welcher durch vier bisfünfHelfer unterstütztwird. Eswurde die Annahme getroffen, dass sich dieArbeitskräfte der beiden Teilbereiche gegenseitig in Spitzenzeiten unterstüt-zenundggf.wechselseitigvertreten.

FürdieDimensionierungderHydroponik-AbteilungwurdeausdererzielbarenProduktionsmengederAquakulturdieimProzesswasserverfügbareMengeanNitrat berechnet und davon abgeleitet die durchschnittliche pflanzliche Pro-duktion geschätzt, die ganzjährig damit realisiert werden könnte. Für drei

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Monate des Jahreswurde pro Tag eine Zusatzbeleuchtung der Kulturen vonzweiStundenproTagunterstellt.

7.2 Direkt-undArbeitskostenderAquakulturWesentlicher Ressourcenaufwand sowie Kostenpositionen stellen in derAquakulturdieFütterung,dieEnergieversorgungfürHeizung,Frischwasserer-wärmungundPumpenstrom,weitereBetriebsmittelundArbeitdar.

7.2.1 Besatz

DieBesatzkosteninderModellrechnungwurdenausdenrealenBesatzkostender Forschungsanlage und aus Angaben des Kooperationspartners sinnvollabgeleitet.DieunterschiedlichenAbnahmemengenwurdenmitentsprechen-denAnnahmen fürMengenrabatteberücksichtigt. FürdenTransportderBe-satzfischewurdeeineTransportpauschaleveranschlagt,dieinderPraxisdurchdietatsächlicheEntfernungzumLieferantenbestimmtwerdenwird.

InsbesondereinderStartphaseeinesBesatzes,aberauchimregulärenBetriebkommteszuVerlustenimBestand.FürdieModellrechnungwurdemiteinemVerlustvon10%proDurchgangkalkuliert,derkonzeptionellmiteinerÜberbe-stückungbeiStartbesatzkompensiertwird.DerVerlustgehtsomitrechnerischindieBesatzkostenein,mindertabernichtdieAnlagenauslastungundErnte-menge.

DieVerfügbarkeitvonBesatzfischen ist füreinenBetriebeinerfolgsentschei-dendesKriterium,dasdieAuswahlderFischartsignifikanteinschränkenkann.Die Besatzfische der Versuchsanlage wurden vomWelszuchtbetrieb Schultegeliefert, derwiederum zwei unabhängige Lieferanten für seineBesatzfischehat.

7.2.2Anlagenauslastung

In der Anfahrphase einer Anlage istmit deutlichen Anfahrverlusten zu rech-nen. Die Biologie des Biofiltersmuss sich erst bilden und einstellen, was zuerhöhtem Stress durch hohe Ammonium- und Nitritwerte bei den Fischenführenkann.Handhabungs-,Material-undkleinerekonzeptionelleFehler,dieerstbehobenwerdenmüssen,sindnichtunüblich.

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Da die Produktion gestaffelt gefahrenwird, um einenmöglichst gleichmäßi-gen,kontinuierlichenBetriebzuetablieren,wirdderErstbesatzbeimAnfahrenderAnlagestufenweiseaufgebaut.ZahlundGrößederStufenhängtunmittel-barvonGrößeundAnzahlderFischtanks, sowievonder Jungfischverfügbar-keitab,undwirdmittelbardurchdasdurchdasAuseinanderwachsennotwen-digeDurchfischenundSortierenbeeinflusst.DurchdenstufenweisenAufbaudes Bestandes kommt es erfahrungsgemäß in den ersten Durchgängen zueinemdeutlichenMinderertragbezogenaufdienominelleAnlagenkapazität.

Verluste und Mindererträge durch die Anfahrphase wurden in der Modell-rechnung nicht berücksichtigt. Es wurde von einem stabilen, eingefahrenenBetriebausgegangen.NachAussagenvonFischerei-Expertendes LANUVunddes Ministeriums gehen die Erfahrungen aus der Praxis jedoch dahin, dassneueAnlagenindenerstenJahrennurca.10%-30%dermaximalmöglichenBiomasse produzieren. Im stabilen Betrieb werden Kreislaufanlagen bei ca.70%-80% ihrerKapazitätbetrieben. IndervorliegendenBetrachtungwurdeeine hohe Auslastung der Anlage angenommen; die errechnetenWerte zurWirtschaftlichkeitstellensomiteineAbschätzungnachobendar.

7.2.3Fütterung

DieWelsewurdenmitFutterdesTyps IvoryXdesUnternehmensAllerAquagemästet,daseinensehrhohenProteingehaltvonca.55%besitzt.IngrößerenMengenistesfür1,30€/kgnettozuerstehen,abeinerMengevon6tliefer-kostenfrei. Für kleinere LieferungenmusseinMindermengenaufschlag sowieFrachtbezahltwerden,sodassFutterkostenvonca.1,60€/kgproentstehen.EuropäischeWelseverfügenübereinesehrguteFutterverwertungmiteinemKoeffizientenunter1.InderPraxiswerdenFutterverwertungenmitKoeffizien-tenum0,8realisiert(=1kgGewichtszunahmeimBestandmit0,8kgFutter).Eine Reduzierung der Futterkosten ist jedoch nicht ohne weiteres möglich,denndieMastleistunghängtinsehrhohemMaßevonderQualitätdereinge-setzten Futtermittel ab. Eine Substitution hochwertiger Proteine tierischerHerkunft durch potentiell kostengünstigere pflanzliche Proteine ist Gegen-standaktuellerForschungs-undEntwicklungsaktivitäten.DasOptimierungspo-tential istallerdingsbegrenzt;sokostetbeispielsweisehandelsüblichespflan-zenbasiertesKarpfenfutterca.1,10€/kg.

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7.2.4 Pumpstrom

Die imSoesterMikrosystem installierteHauptkreislaufpumpe ist fürdas vor-handeneFischtankvolumenüberdimensioniert.DiesgiltauchfürandereKom-ponentenderAnlage.DieÜberdimensionierungistdergeringenzurVerfügungstehenden Experimentalfläche geschuldet. Mit der installierten Ausstattungwäreesmit leichtenModifikationenunddemEinsatzvonzusätzlichenFisch-tanksvoraussichtlichmöglich,eineAnlagemitneunbiszehnFischtanksindergleichenGrößewiederaktuelleingesetztendreiTankszubetreiben.

7.2.5 Heizung

DieAquakulturimSoesterMikrosystemwirdgleichzeitigüberdieSumpftank-heizung und über die im Gewächshausabteil vorhandene Raumheizung be-heizt. Das Hydroponik-Abteil wird über eine Raumheizung beheizt; beideRaumheizungen werden wird über das Nahwärmenetz der Fachhochschulegespeist.EinevollständigeErfassungderHeizkostenwarausmehrerentechni-schenGründennichtmöglich;eswurdedahereinevereinfachteWärmemen-genabschätzung nach Angaben der KTBL-Datenbanken vorgenommen. DiesewurdenleichtmodifiziertauchfürdieAquakulturverwendet.

Kopfsalat ist vergleichsweise kältetolerant. Solange dieWurzeltemperaturenden Bereich von 18°C nicht unterschreitet, kann die Lufttemperatur im Ge-wächshausbis auf10°Coder tieferabgesenktwerden,wasdenHeizenergie-bedarfsignifikantsenkt.AnderePflanzenhabenandereAnforderungenandieKulturbedingungen,sodasseineÜbertragungderberechnetenErgebnisseaufandere Kulturen und Betriebsbedingungen nicht ohne weiteres möglich ist.GrundsätzlichwirdeineVorhersagevonEnergieverbräuchen inGewächshäu-sern im Einzelfall als schwierig eingeschätzt (Belau T., KTBL Gartenbau 2009S.84).Prinzipbedingt ist aberdieKultivierungsformderHydroponik rechtgutdafür geeignet, solare Wärmeenergie oder Niedertemperaturabwärme ausindustriellen Quellen einzuspeisen. Weitere Ansätze zur Heizenergieeinspa-rungwurdenimRahmendesVorhabens„ZukunftsinitiativeNiedrigenergiege-wächshaus“entwickeltunddokumentiert(TantauH.-J.,KTBL2015).

FürdieWärmeversorgungdesgrößerskaliertenProduktionsanlagewurdeeinreduzierterWärmepreis im Vergleich zumMikro- und Kleinsystemen ange-nommen. Dieser kann entweder durch Großabnehmerverträge mit einemGasversorger, durch Abwärmenutzung oder durch den Einsatz eines BHKWszustande kommen. Auf eine detaillierte Berechnung des Einsatzes einesBHKWsmitSpitzenlastkesselwurdewegenderzahlreichenBerechnungspara-

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meterverzichtet.JenachKonzeptionkönntebeispielsweisefüreinBHKWeinKraft-Wärme-Koppelungsbonus in Anspruch genommen und die Mineralöl-steuererstattetwerden.

7.2.6 Frischwassererwärmung

Der Energieverbrauch der Frischwassererwärmung konnte im vorhandenenMikrosystemnichtdurcheigenständigeMessungenermitteltwerden,daeineUnterscheidungderfürdieTemperaturhaltungimAquakultursystembenötig-ten Wärmemenge und der Wärmemenge für die Frischwassererwärmungtechnischnichtvorgesehen ist.DieFrischwassererwärmungwurdedaherausdergemessenenFrischwassermengeundderzuüberwindendenTemperatur-differenzermittelt.

7.2.7 WeitereBetriebsmittelundsonstigeKosten

Die Kosten der sonstigen Betriebsmittel wie H2O2, Peroxyessigsäure, Kalk,Kalilaugeetc.wurdenausdengetätigtenKäufensinnvollhochgerechnet.We-gendergeringenbenötigtenMengenwarderBezugteilweisenurüberhoch-preisige Distributoren, wie zum Beispiel Aquaristikfachgeschäfte,möglich. InderProduktionspraxiswürdemanübersinnvolleVorratshaltungundMengen-käufe bessere Einkaufsbedingungen realisieren können. Dies wurde in denSchätzungenfürdieunterschiedlichenAnlagengrößenberücksichtigt.

DieEntsorgungvonSchlachtabfällenistüberdasTierkörperbeseitigungsgesetzgeregelt. In kleinenMengen kann über die lokalenDienstleister der Tierkör-perbeseitigungkostenpflichtigentsorgtwerden.FürgrößereMengensind imBundesgebietAbnehmerzufinden,diebeiLieferungfreiHausjenachArtderAbfällezwischen10€und20€ jetzahlen.GegenzurechnenderKostenfaktorist der Transport zum Verwerter, der gegebenenfalls durch Kooperationmitanderen Produzenten kostengünstig gestaltet werden kann. Im Schnitt kannfür größere Produktionsanlagen mit einer kostenneutralen Entsorgung ge-rechnetwerden.

In der Kalkulation wurden für die beiden Kleinanlagen Kosten von 40 € proDurchgangberechnet;einPreisderauseinervorliegendenPreislistedesregi-onalenEntsorgersabgeleitetwurde. FürdiegrößereAnlagewurdeeinekos-tenneutraleEntsorgungangenommen.

Tiergesundheits-undDesinfektionskostenwurdenebensowiesonstigevariab-leMaschinenkostenmitSchätzwertenindieKostenrechnungintegriert.

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7.2.8 Arbeitskosten

Für die betrachtete Mikro- und Kleinanlage wurde die manuelle Erledigungaller anfallenden Arbeiten unterstellt, was zu entsprechend hohen Arbeits-aufwänden führt. In größeren Anlagen können (teil-)automatisierte Vorrich-tungen die Arbeitsvorgänge unterstützen und den Arbeitsaufwand spürbarverringern. Eine Sortiermaschine beispielsweise kann den zeitaufwändigenVorgang der Durchfischung spürbar vereinfachen. Eine automatische Beschi-ckungderFutterautomateneliminierteinenweiterenArbeitsgangundunter-stützt darüberhinaus die Lagerung des Futters in einem Silo, das von anlie-fernden LKWs direkt beschickt werden kann.Weiterhinwerden in größerenAnlagenautomatisierte Systeme zurAnlagenüberwachungeingesetzt, sodasszeitaufwändiges,manuellesMessenderWasserwerteentfällt.

FürdieLohnkosteninderAquakulturwurdeeinStundensatzvon15€Arbeit-nehmer-Bruttoangesetzt,der inklusivevon25%LohnnebenkostenzueinemArbeitgeber-Brutto von18,75€ führt.Nicht einberechnet sindOverheadkos-ten für die Lohnbuchhaltung sowie Ausfälle durch Weiterbildung, KrankheitundSchwangerschaft.DerkalkulierteArbeitsaufwandsowohlfürdieAquakul-tur-alsauchfürdieHydroponik-AbteilungenallerdreiAnlagenvariantenistinTabelle10zusammengestellt.

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Tabelle10VergleichderArbeitskosten

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7.2.9 Modell-Deckungsbeiträge

DiewichtigstenParameter fürdieweiterenBerechnungen sind inTabelle11zusammengestellt.DabeiwerdenfürdiekommerzielleProduktionsanlageeineRationalisierung der Arbeitserledigung und geringere Stückkosten angenom-men.Bei derVermarktungwurde voneinerDirektvermarktung zueinemEr-zeugerpreisamoberenEndedesMarktpreisspektrumsausgegangen.

Die potenziell erzielbaren Deckungsbeiträge der Aquakultur-Abteilungen derdrei Anlagenvarianten sind in Tabelle 12 zusammengestellt. Der am MarktbeobachteteEndkundenpreis fürWelsfilet lagzwischen13€/kgund19€/kg.DerFischwurde inderRegelals„Wels“gekennzeichnet,ohnezwischenafri-kanischemWelsundeuropäischemWelszuunterscheiden.DieKennzeichnungwar gelegentlich durch die Verwendung der lateinischen Artbezeichnung,Silurus glanis beziehungsweise Clarias gariepinus fachlich und rechtlich ein-wandfrei,durchdieVerwendungdesOberbegriffes„Wels“jedochnichttrans-parentfürdieKunden.

InderModellrechnungwurde fürdie großeAnlagevoneinemErzeugerpreisfürFiletvon18,80€/kgbruttoausgegangen,derdurchdieDirektvermarktungdersehrnachhaltigenProduktionsmethodeerzieltwerdensoll.DiesePreisein-schätzungwurde aus der Verbraucherbefragung übernommen. Von anderenkommerziellen Aquaponikprojekten ist bekannt, dass diese ebenfalls Erzeu-gerpreisezumTeildeutlichüberdemüblichenMarktniveauerzielenkönnen.SoliegtbeispielsweisederErzeugerpreisfürTilapabeieinemProduktionssys-tem der Urban Farmers in Den Haag bei ca. 30 €/kg Filet, weit über denmarktüblichenPreisenvonca.12€bis16€jekg.

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Tabelle11WichtigeParameterzurBerechnungderDeckungsbeiträgederAquakultur

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Tabelle12ÜbersichtDeckungsbeiträgederAquakultur

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DemnachistsowohlderBetriebeinesMikrosystemswiederSoesterPilotanla-ge als auch eine erweiterte Kleinanlage nicht in der Lage, ohne Ansatz vonArbeitskostenseineDirektkostenzudecken.Dasgleichegilt füreineKleinan-lageetwasgrößererAuslegung.VariiertmandenErzeugerpreis,sokommtdieKleinanlageerstbeieinemErzeugerpreisvonca.24€/kgFiletnettobzw.beieinemEndkundenpreisvonüber25€/kgFiletaufeinenneutralenDeckungs-beitrag.

In einer kommerziellen Produktionsanlage mit den o.g. Produktionsparame-tern könnte dagegen ein Deckungsbeitrag von rd. 115.000 €/Jahr realisiertwerden.

7.3 Direkt-undArbeitskostenderSalat-Hydroponikproduktion

WesentlicherRessourcenaufwandsowieKostenpositionenstellen inderHyd-roponikdieEnergie-undWasserversorgung,Düngung,dieJungpflanzen,wei-tereBetriebsmittelunddieArbeitdar.

7.3.1 Düngung

Die für Zusatz- bzw. Ausgleichsdüngungsmaßnahmen anzusetzenden Kostenwurden durch Preisabfragen im Gartenbaubedarf ermittelt. Die im Betriebtatsächlich benötigten Mengen hängen unmittelbar von der gewählten Be-triebsart und der Ausbalancierung der beiden Betriebsbereiche AquakulturundHydroponikab.DieKostenfürHydroponik-DüngerfallenjedochinRelati-onzudenKostenderanderenBetriebsmittelnurgeringinsGewicht.Dement-sprechend istdasEinsparpotentialderAquaponikandieserStellevergleichs-weisegering(undes istdieFragezudiskutieren,obdieVermeidungvonAb-wassernichtderentscheidendereSystemvorteileinerAquaponik-Anlageist).

7.3.2 Pumpstrom

DieHydrokulturbeetewerdenmitKreiselpumpenumgewälztundüberBelüf-terpumpenmit ausreichend Luftsauerstoff versorgt. Der Strombedarf dieserPumpen ist alsniedrigeinzuschätzen. ImMikrosystemanalog zur SoesterPi-lotanlagewurdenvergleichsweisekleineForschungsbeetemitvierPumpenzujeweils 85 W Nennleistung umgewälzt. In der Praxis würden flächenmäßigzusammenhängendegrößereBeetemitPumpenvongeringerer relativerGe-

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samtleistung umgewälzt und belüftet werden können. Dies wurde bei derKostenstrukturderKlein-undderProduktionsanlageberücksichtigt.

7.3.3 Beleuchtung

Zur Abschätzung der Kosten für die Beleuchtungwurde einemoderate Be-leuchtungsdichtevon400WLichtleistungproQuadratmeterbeieinerelektri-schenEffizienzvon50%angenommen.DieBeleuchtungwurdefürdreiMona-te im Jahr für täglich zwei Stunden kalkuliert. Dies stellt eine vereinfachteRechnunggegenüberderProduktionspraxisdar,beiderdieBeleuchtungsdau-erüberdasTagesintegral(DLI=DailyLightIntegral)geregeltwird.SeitensderSaatzuchtfirmaRijkZwaanwirddieSicherstellungvonzehnStundenEinstrah-lungmitmindestens5000Luxempfohlen.FürdieRealisierungdieserEmpfeh-lung wäre eine automatische Beleuchtungsanlagemit Außenlichtsensor not-wendig, über den die Anlage in Soest nicht verfügt. Für diesesMikrosystemwurdedieBeleuchtungzeitgesteuertein-undausgeschaltet.DievonderBe-leuchtungindasSystemeingetrageneWärmewurdebeiderAbschätzungderJahreswärmemengeberücksichtigt.DiePflanzenbeleuchtung,fürdiekostenin-tensiveelektrischeEnergienotwendigist,isteinBetriebsparameter,überdendieWirtschaftlichkeiteinerAnlageleichtinsnegativegeratenkann.

7.3.4 Arbeitskosten

EbensowieinderAquakultur(s.o.)istauchinderHydroponikmitsteigenderSystemgrößemitdeutlichemRationalisierungspotentialzurechnen.Beispiels-weisekannfürdieReinigungundDesinfektionderSchwimmhilfen(Rafts)beigroßenSystemeneineReinigungsmaschineeingesetztwerden,sodassdieserzeitaufwändigeArbeitsschrittentfällt. InderPraxisreinerkommerziellerHyd-roponik-AnlagensindnochweitereVerfahrensschritteautomatisiert.AlsStun-denlohnwurdewie fürArbeiten in derAquakultur ein Satz von15€Arbeit-nehmer-Bruttoangesetzt.

7.3.5 Modell-Deckungsbeiträge

DiewichtigstenParameter fürdieweiterenBerechnungen sind inTabelle13und die potenziell erzielbaren Deckungsbeiträge der HydroponikabteilungenderdreiAnlagenvarianteninTabelle14zusammengestellt.FürdiesenProduk-tionsbereich wurden für die größere Anlage verringerte Erzeugerpreise imVergleichzudenbeidenkleinerenVariantenunterstellt.

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Tabelle13WichtigeParameterfürdieBerechnungderDeckungsbeiträgederHydrokul-turimVergleich

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Tabelle14ÜbersichtDeckungsbeiträgederHydrokultur

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DemnachkanneinMikrosystemwiedieSoesterPilotanlageohneAnsatzvonArbeitskostennurknappseineDirektkostendecken,währendineinerKleinan-lageeinDeckungsbeitragvonimmerhin13.800€proJahrzurVerfügungstün-de. Ein kommerziell betriebenes Produktionssystem nach den definiertenParametern könnte sogar einen Deckungsbeitrag von rd. 541.000 €/Jahr inseinerHydroponik-Abteilungerzielen.

7.4 InvestitionskostenInvestitionskostenfürGebäudeundtechnischeEinrichtungenwurdenanhandder realenKostenderSoesterPilotanlageunduntersowieZuhilfenahmederKTBL-Datenbanken sowie anderer Informationsquellen geschätzt. Für dasGewächshaus der beiden Varianten "Klein-" und "Produktionsanlage" wurdeein Doppelfoliengewächshaus mit Schattierung und Klimatisierung ausge-wählt, das einerseits kostengünstig ist, andererseits aber auch noch einenakzeptablenDämmwertbesitzt.FürdasAquakulturgebäudewurdedieErrich-tungeinerHalle in sogenannterSandwichbauweiseunterstellt.Gebäudedie-ses Typs sind kostengünstig zuerrichtenundbesitzenebenfalls guteDämm-werte.BeideGebäudewurdenalsunmittelbarmiteinanderverbundenange-nommen,wasinderHeizleistungsabschätzungberücksichtigtwurde.

Auf die Investitionssummenwurden geschätzte Zuschläge für Planungs-, Ge-nehmigungs- und Vertragskosten (Anwalts- undNotarkosten) aufgeschlagen.Weiterhin wurde ein "Kalkulationspuffer" für unvorhergesehene zusätzlicheAusgabenvon15%einkalkuliert.

FlächenkostenundFlächenvorbereitungskostenfürAquakulturundHydrokul-tursowieInfrastrukturanschlusskosten(Elektrizität,Erdgas,Wasser,Abwasser)wurdennichtberücksichtigt,dadieseinderPraxissehrstandort-undprojekt-abhängig sind und in einigen Fällen auch nicht zusätzlich anfallen würden.Kühlräume,SozialräumeundbestimmteAußenanlagenwurdenberücksichtigt,dabei jedochnichtdieFlächenkostenansich, sonderndieKosten fürdie Im-plementierung der jeweiligen Funktion. Das breite Spektrum der möglichenFlächenkostenerstrecktsichvon2,50€/m2MieteproMonatfüreineDache-tage eines Industriegebäudes, wie es beispielsweise das Projekt der Ur-banFarmersAGinDenHaagzutragenhat,bishinzuca.3-5€/m2KaufpreisfürkostengünstigeAgrarflächen.ErstererBetriebmussdauerhaft30€/m2undJahr erwirtschaften, umdie Fläche zu finanzieren,wohingegenein Landwirt-schaftsbetriebfüreineInvestitionaufeinergekaufterFlächeimAußenbereich

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nurmit Finanzierungskosten vonwenigen€CentproQuadratmeterund Jahrkalkulierenmüsste.

Diewichtigsten Parameter undAnnahmen zu den Investitionskosten fürGe-bäudeundtechnischeEinrichtungensindinTabelle15zusammengestellt.

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Tabelle15WichtigeParameterundAnnahmenzudenInvestitionskostenfürGebäudeundtechnischeEinrichtungenderModellkalkulationenzurWirtschaftlichkeit

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7.5 RentabilitätZur Abschätzung der potenziellen Rentabilität von Aquaponik-Produktions-anlagenwurdenfürdiedreiunterstelltenAnlagenvariantenjeweilsvereinfach-teLeistungs-Kosten-Differenzrechnungendurchgeführt.DazuwurdenausdenDirektkosten und den projektierten Erträgen zunächst die Deckungsbeiträgeberechnet(s.o.).AufderErtragsseitewurdefürdieFischvermarktungfüralledrei Anlagenvarianten eine Direktvermarktung mit vergleichsweise hohenErzeugerpreisenangenommen, fürdieeineaktiveKommunikationderNach-haltigkeit der ProduktionsmethodedieVoraussetzung ist. Dieswurde gleich-falls für die Vermarktung der Pflanzenprodukte der Klein- und Mikroanlageunterstellt.FürdiePflanzenerzeugungdesaufskaliertenSystemsder"Produk-tionsanlage"wurdedagegeneine lokalebeziehungsweiseregionaleVermark-tung mit niedrigeren durchschnittlichen Erzeugerpreisen angenommen, dieabernoch immereinigesüber tatsächlichenGroßhandelspreisen liegen.VomDeckungsbeitragwurdenzurErmittlungderLeistungs-Kosten-Differenz,diealsGewinnbeitraginterpretiertwerdenkann,dieArbeitskosten,dieAbschreibungfürGebäudeundAnlagenundeinZinsansatzaufdaseingesetzteInvestitions-kapitalabgezogen.FürdieAbschreibungwurdevereinfachtfürdiekomplettenGebäudeundAnlagenLinearität,eineDauervon20JahrenundeinRestwertvon0unterstellt.DerZinssatzzurKalkulationdesZinsansatzesaufdasgebun-denen Investitionskapital betrug 2 %. Die potenziellen Gewinnbeiträge, aus-gewiesenalsLeistungs-Kosten-Differenz,sindinTabelle16zusammengestellt.

Den Ergebnissen derModellkalkulationen zufolge zeigt sich relativ klar, dasseinMikrosystemwie die Soester Pilotanlage sowie ein Kleinsystem in etwasgrößererDimensionauchmitrechthohenErzeugerpreisennichtwirtschaftlichzu betreiben sind. Anlagenkosten und Arbeitskosten lassen sich mit diesenkleineren Anlagen nicht decken. Dagegen besteht für eine auf praxisüblicheDimensionen aufskalierte Produktionsanlage auch mit niedrigeren Erzeuger-preisenfürdiepflanzlicheProduktioneinerealistischeChanceaufwirtschaftli-chenErfolg:SiekönntedenModellrechnungenzufolgesechsvollbeschäftigteArbeitskräfte tragenundohneAnsatz vonFlächenkosten sowieweitererGe-meinkosteneinenGewinnbeitragvonrd.210.000€proJahrerzielen.

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Tabelle 16 Potenzielle Gewinnbeiträge dreier Varianten von Aquaponiksystemen,errechnetalsLeistungs-Kosten-Differenz(in€/Jahr)

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8 Abschätzung undAnsätze zur Verbesserung derNachhaltigkeit

8.1 KonzeptzurAbschätzungderNachhaltigkeitInderDiskussionumgesellschaftlicheAkzeptanzundumpolitischeUnterstüt-zung mit dem Argument der volkswirtschaftlichen Vorteilhaftigkeit müssensich agrarwirtschaftliche Produktionsverfahren einer ganzheitlichen Bewer-tung ihrer Nachhaltigkeit - also in ökologischer, ökonomischer und sozialerHinsicht - stellen.ZurBewertungderökologischenNachhaltigkeit inVerbundmitKlimafreundlichkeitundRessourceneffizienzbietet sichdie LifeCycleAs-sessment-Methode("Ökobilanz")an,derenErstellungindenbeideninternati-onalen Normen ISO 14040 und ISO 14044 niedergelegt ist (siehe Textbox).DieserrechtbreitangelegteUntersuchungsrahmenkannhinsichtlichindividu-ellerZieleundentsprechendwählbarenBewertungsindikatorengestaltetwer-den.

LifeCycleAssessment(LCA):dt.Lebenszyklusanalyse,einsystematischesKonzept,umdie Umweltwirkungen eines Produktes während seines gesamten Entstehungs- undLebensweges("fromcradletogate"-vonder"WiegebiszumFabriktor"zuanalysierenundzuquantifizieren.AlternativkannalsEndpunktderBetrachtungauchdasEndedesProduktlebenswegesgewähltwerden("fromcradletograve"-"vonderWiegebiszurBahre").

Für die Abschätzung der ökologischenNachhaltigkeit z.B. von Verfahren derUrbanen Landwirtschaft bietet sich ein LCA-Ansatz "von derWiege bis zumHoftor"an,der z.B.bezogenauf1 kg FrischmasseeinesEndproduktsdie fürseineErstellungnotwendigenTreibhausgasemissionen(inkgCO2eq)ausweist(Gasperietal.2016).DabeisindauchdieanfallendenEmissionenderVorpro-dukteundjenezurErstellungvonProduktionsanlageneinzubeziehen.

EinrelativerökologischerVorteil imVergleichzuanderenProduktionsverfah-ren ist nur nachzuweisen,wenn vergleichbare Produkte aus deren Produkti-onskettengleichfallsmitdergleichenMethodikundmitdengleichenIndikato-ren bewertet werden. Die Aquaponik wäre diesbezüglichmit Verfahren desGartenbaus,mit reinen Aquakulturproduktionen undmit dem Fischfang ausfreien Gewässern zu vergleichen. Vor allem zur Bewertung des FischfangsbestehenmethodischeFragen,z.B.obundwieeineGefährdungvonFischbe-ständenzuberücksichtigenistundwiedieseeinbezogenwerdenkann.

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Im Rahmen des hier beschriebenen Pilotprojektes wurden die für eine LCA-ErstellungnotwendigenanlagespezifischenDatensoumfassendunddetailliertwie möglich erfasst; sie sind für die Erstellung einer vergleichenden LCA ineinem künftigen Forschungsprojekt vorgesehen. Eine LCA-Erstellung im Rah-men dieses Projekteswar aus Gründen noch nicht vollständig geklärterme-thodischer Fragen und der beschränkten Arbeitskapazitäten nicht zu leistenund soll einem eigenständischen Forschungsvorhaben vorbehalten bleiben.Erste Ansätze dazuwerden im Frühjahr 2017 gemeinsammit einer Gastwis-senschaftlerinvonderUniversitätBolognainSoestrealisiert.

8.2 AnsatzpunktefüreineverbesserteUmwelt-undKlimabilanz

Befürworter von Aquaponiksystemen heben abhängig von dem von ihnenverfolgten technischen Konzepten nicht nur Vorteile wie geringe THG-Emissionen,EinsparungenvonMineraldüngerundeinenniedrigenWasserver-brauchhervor,sondernbetonenauchdieMöglichkeit,unfruchtbareStandortemitdemVerfahrenzunutzen.ÜbereinevolkswirtschaftlicheVorzüglichkeitimVergleich mit anderen Produktionskonzepten sollte aber nicht ein einzelnerIndikator, sondern die gemeinsame Betrachtung mehrerer Indikatoren ent-scheiden.Als bestimmend für eine relativeVorzüglichkeit sollte dieRessour-ceneffizienzdesjeweilsausökologischerSicht"knappsten"Produktionsfaktorsbestimmend für die Auswahl eines Produktionsverfahrens sein. So kann z.B.eininbesonderswassersparendemDesignausgelegtestechnischesSystemimaridenGebietökonomischüberlegensein,während inwasserreichenGegen-deneinesolcheAuslegungzusinnlosüberhöhtemAufwandführt.AufhöchsteEnergieeffizienz getrimmte Systemewären bei einer auf fossilen Energieträ-gernbasierendenEnergieversorgungvorzuziehen,währendeinesolcheAusle-gungbeiderNutzungüberschüssigerAbwärmequellenoderreichlichzurVer-fügungstehenderErneuerbarerEnergienwenigerzweckdienlichist.ZuhohenGebäudekostenerstelltevertikaleProduktionssystemeinMittengroßerStädtekönnen dort realisiertwerden,wo Platz für Produktionsgebäude ein absolutlimitierenderFaktor ist - siemachenaberwenigSinn,wennz.B.anderPeri-pherie vonBallungsräumenohnenennenswerteökologischeNutzungskostenProduktions-undLogistikflächenerschlossenwerdenkönnen.

Vor dem Hintergrund der Standortverhältnisse in Nordrhein-Westfalen undderimPilotbetrieberfasstenRessourcenansprücheundKostenbietensichzur

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weiterenökologischenOptimierungvonAquaponiksystemenfolgendeAnsatz-punkte:

-SenkungdesWärmebedarfsbzw.derWärmekosten,z.B.durchGebäudeiso-lation, durchNutzungvonAbwärmequellen(Grubenwasser, industrielleAb-wärme, Biogas-BHKW-Wärmenutzung, Biomeiler...) sowie ggf. auchmit Hilfevon innovativenWärmespeicherungsverfahren, um Abwärme und/oder Son-nenenergiemitzunutzen

- SenkungdesBedarfsan(nichtnachhaltigerzeugter)elektrischerEnergie,z.B.durch Verwendung von energieeffizienteren Aggregaten, durch Koppelungmit Anlagen zur Erzeugung Erneuerbarer Energien, ggf.mit Hilfe von Spei-chertechnik sowie von aus energetischer Sicht optimierten Anlagensteue-rungen

- Senkung des Bedarfs an Fütterungskomponenten aus tierischem Protein,insoferndiesealsnichtnachhaltigerzeugtanzusehensind(diesistimEinzel-fall abhängig von den eingesetzten Futtermitteln zu klären). Grundsätzlichkann aber empfohlenwerden, denAnteil pflanzlicher Komponenten in derFütterungnachMöglichkeitzuerhöhen

- ReduzierungvonendgültigausdenAnlagenabgeführtemProzesswasserundAbsatzschlämmensowiedes zuergänzendenAnteilsanFrischwasserdurchOptimierungdesKreislaufbetriebs,wobeiunterhiesigenStandortbedingun-gendieVermeidungderAbführungnährstoffreichenProzesswassersunddieproduktiveNutzungderAbsatzschlämmediewichtigereAufgabeist.

Zu allen genannten Ansatzpunkten bestehen bereitsweiterführendeÜberle-gungenimDetail(vgl.auchAusführungenvorne).SokönntenGewächshäuserauchalsWärmekollektorenfungieren;undinderÜbergangsphasekönntemitdemEinsatzvonsogenanntenLuft-WärmepumpenmitKollektoreninnerhalbdesGebäudesWärmefürdieAquakulturgewonnenwerden.WeiterhinwärediesaisonalethermaleSpeicherungderÜberschusswärmederGewächshäusertechnischvorstellbar (ThermalesSpeichersystem;TES),aberggf.aktuellnochnichtwirtschaftlich.EntsprechendeLow-Cost-Konzeptewärengefragt.Schließ-lichkönnteauchdieCO2-haltigeAbluftderAquakulturgezieltalsPflanzendün-ger in derHydroponik eingesetztwerden,müsste jedoch vorher entfeuchtetwerden.AuchdieserAnsatzwirdinderEntwicklungweiterverfolgt.

79 79

9 SchlussfolgerungenundAusblick

9.1 ErfahrungenausderProzessführungimPilotbe-trieb

Grundsätzlichkonntegezeigtwerden,dassauchderEuropäischeWels(Silurusglanis)nebendenbereits inAquaponik-SystemengehaltenenFischartenTila-piaundAfrikanischerWelsfürdiesesHaltungskonzeptgeeignetist,daerver-gleichsweise niedrige pH-Werte und vergleichsweise hoheNitratwerte prob-lemlos toleriert und trübesWasser präferiert. Eine Bestandsdichte von 90 -100 kg/m3ist sowohl tiergerecht als auchwirtschaftlich,während ein Besatzvonunter25kg/m3zuKannibalismusführenkannunddeshalbzuvermeidenist.RegelmäßigeMaßnahmenzurDesinfektionsindzurGesunderhaltungdesBestandeserforderlich;ebensodieVermeidungvonStressfaktoren.

Bei der Gestaltung der Beete für die Pflanzenproduktion haben sich DeepWater Culture (DWC)-Beete, bestückt mit kommerziellen "Schwimmhilfen"(Rafts)alspraktikabelundeffizientimEinsatzerwiesen.VertikaleBeetformenwurdengetestetundzeigtensichprinzipiell funktionsfähig,aberumständlichin derHandhabung und ungleichmäßig bezüglich der Entwicklung der einge-setzten Pflanzen. Die pflanzenbaulichen Hydroponik-Versuche wurden mitKopfsalatenderSorteSalanovaCookRZ(Lactucasativavar.capitata„Salano-va“) des Züchtungsunternehmens Rijk Zwaan durchgeführt. Dabei wurdenjeweilsNährlösungenmitAquakultur-ProzesswassermitkommerziellüblichenNährlösungen verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass mit Aquakultur-Prozesswasser von Europäischen Welsen in praxisüblichen BestandsdichtenKopfsalat in Hydroponik erfolgreich produziert werden kann, wobei dieseSalate sogar eine um rd. 15% höhere Trockenmasseentwicklung als diemitkommerziellen Nährlösungen versorgten Pflanzen zeigten. Allerdings ist er-gänzendeBlattdüngungmitEisenchelatlösungzuempfehlen,daEisenmangelsowohlimSoesterSystembeobachtetwurdealsauchinderLiteraturvielfachbeschrieben ist.EineweitereBeobachtungwar,dasssichderessentielleundsich weltweit verknappende Pflanzennährstoff Phosphor im AbsatzschlammdesAquakultur-Teilsystemsanreichert.

SowohlderBetriebeinerAquakulturalsaucheinesHydroponiksystemserfor-dern fundiertes Fachwissen, Erfahrung und anlagenspezifische Kenntnisse.Insbesondere in der Startphase eines neuen Systems istmitAnfahrverlustenzu rechnen. Für ein Aquaponiksystemmit zwei recht unterschiedlichen Pro-

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duktionsbereichengiltdiesumsomehr.DerAnspruchanz.T.sehrspezifischesFachwissen kann sich als Barriere für dieÜbernahme in die Praxis erweisen,die aber mit Aus-, Weiterbildungs- und Beratungsangeboten überwundenwerden kann. Angebote dieser Art könnten z.B. in Nordrhein-Westfalen ge-meinsam durch Landwirtschaftskammer, Fachhochschule, Bürgervereine wiez.B.DieUrbanistenundggf.mitUnterstützungvonFachabteilungendesLan-desamtesfürNatur,UmweltundVerbraucherschutzLANUVrealisiertwerden.

9.2 NährstoffbalanceundWeiterentwicklungdes AnlagendesignsDiesaisonalenUnterschiede imNährstoffentzugbeigleichzeitig fastkonstan-temNährstoffangebotdurchdieAquakulturmachendieSystemführungbzw.-balancierung zueiner zentralenHerausforderungdesBetriebs.Dies gilt ganzbesonders für so genannte gekoppelte Systemewie der hier beschriebenenAnlage,beiderdasProzesswassernachderNährstoffabreicherungdurchdiePflanzenzurückindieAquakulturgeführtwerdensoll.FürsolcheAnlagengiltes,bereitsbeiderDimensionierung inderPlanungsphaseein sinnvollesVer-hältniszwischenAufkommenundVerwertungderNährstoffe imProzesswas-ser im Sommer und imWinter zu finden. Im praktischen Betrieb kann diesdazuführen,dassimSommerzusätzlichNährstoffenachgedüngtwerdenmüs-sen, imWinterdiePflanzenstreckebeheiztundbeleuchtetwerdenmussundesauchzurNichtnutzungvonAquakultur-Prozesswasser indenWintermona-tenkommenkann.

Tatsächlich istdieAbstimmungvonNährstoffangebotderAquakulturaufdieNährstoffnachfrage der Hydroponik technisch nicht einfach durchzuführenund bedarfweiterer Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. So stellen be-reits die saisonalen Unterschiede des Nährstoffentzugs vor allem für solcheAnlagen,dienichtmitHeizungundBeleuchtungauchdiepflanzlicheProdukti-onganzjährigkontanthalten (können),eineerheblicheHerausforderungdar.ZudemsinddieKonzentrationenunddieZusammensetzungenderNährstoffeimProzesswasserderAquakultureninihrerunverändertenFormnichtimmerfürdiePflanzenoptimalundimVergleichzuNährstofflösungendergartenbau-lichenPraxis tendenziell zugering.Abhilfe kanndiegezielteAufdüngungdesProzesswassersmitNährstoffenbieten.UmdieRückführungdesProzesswas-sers in die Aquakultur zu erleichtern,wäre eine geeignete Blattdüngung dasMittelderWahl.

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Ganz allgemein sind die Nährstoffkonzentrationen im Aquakultur-Prozess-wasser für viele pflanzliche Kulturen tendenziell zu niedrig. Es gibt Fisch-Pflanzenkombinationen,diedurchausgutfunktionierenkönnen,aberfürKul-turenmit hohenNährstoffansprüchen ist fast immereineAufdüngungange-zeigt.Diese kann jedochdazu führen, dass das Prozesswasser nachderNut-zung durch die Pflanzen nichtmehr für eine Rückführung in die Aquakulturgeeignet ist. In der Praxis der größeren kommerziellen Aquaponikanlagen inBerlin,Basel,DenHaagundWarenwerdenausdeno.g.GründensogenannteentkoppelteVerfahrenangewandtunddasAquakultur-Prozesswasserfüreineperformancegerechte Versorgung von stark zehrenden Pflanzen, wie zumBeispiel Tomaten und Auberginen, mit mineralischem Dünger komplemen-tiert.DassoaufgedüngteProzesswasseristamEndederPflanzenstreckedannallerdingsnochimmerzukonzentriert,sodassesnichtzurückindieAquakul-turgeleitetwird; lediglichkondensiertesVerdunstungswasserwird zurückge-führt. Eine vollständige Kondensation allen Prozesswasserswäre energetischuntermitteleuropäischenBedingungensehraufwändig,ebensowiedieAusle-gungderHydroponik-AbteilungenineinersolchenGrößenordnung,dasssämt-liches Prozesswasser auf natürlicheWeise verdunsten könnte. Für wärmerebzw. sehrheißeStandortewärendieseKonzeptedagegenwirtschaftlichvor-stellbar.

Kaskadisch angelegte Pflanzenstrecken mit Starkzehrern in einer Linie mitPflanzenmit geringerenNährstoffansprüchenkönnteneinenTeil derProble-me lösen und sollen in künftigen Untersuchungen am hier beschriebenenSystemgetestetwerden.AlsweiterervielversprechenderAnsatzpunktkönnteeinenergetischoptimiertesMembranverfahrendienen,mitdemAquakultur-Prozesswasser für die pflanzliche Nutzung aufkonzentriert und abgetrenntes"sauberes" Wasser in den Fischkreislauf zurückgegeben wird. Auch diesertechnischeAnsatz,dergekoppelteAnlagenkonzepteingrößererDimensionbeiwesentlichverbesserterNährstoffversorgungderPflanzenermöglichenkönn-te,sollzeitnahmitderhierbeschriebenenAnlagezurWeiterentwicklungundzumPraxistestaufgegriffenwerden.Schließlich istauchderVerbleiberhebli-cher Mengen von Phosphor in den Absetzschlämmen der Aquakulturen einökologischunzureichendgelöstesProblem,demmiteineminnovativenReak-tor-Verfahren zur Remineralisierung der Nährstoffe im Schlamm sowie zurReduktiondesSchlammvolumensbegegnetwerdenkann.AuchdieserAnsatzwird zeitnah in der hier beschriebenen Anlage aufgegriffen werden, ebensowiedieweiterführendeIdee,dabeientstehendeflüchtigeFettsäurenalsNähr-

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stoffe für Bakterienkulturen für Denitrifikationssysteme einzusetzen und soderenEffizienzweiterzuerhöhen.

9.3 PflanzengesundheitundPflanzenschutzGrundsätzlich werden hydroponisch im Aquakultur-Prozesswasser gehaltenePflanzen genauso wie alle anderen in Monokultur geführten Bestände vonSchaderregern angegriffen. Der Einsatz chemischer Präparate, wie sie imkommerziellenUnterglasgartenbauüblich sind, ist jedochwegendervielfachausgewiesenenFisch-undFischnährtier-ToxizitätdieserMittel technischaus-geschlossen.EssinddaherlediglichökologischeVerfahrenanzuwenden.Dabeistellt sichdieFragenachderEinsetzbarkeitvonz.B.biologischenGegenspie-lerninderInsektenbekämpfungimmerauchmitBlickaufdaszuvermarktendeProdukt,dennauchbeiökologischenBekämpfungsmaßnahmenkönnenRück-ständewie tote Reste der Schädlinge oder lebendeNützlinge auf denNutz-pflanzenverbleibenundzuIrritationenoderAblehnungderVerbraucherfüh-ren. Künftige Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten solltendiesemAspektzusätzlichRechnungtragen.

Eine "systembedingte" natürliche Gesundheit von mit Aquakultur-Prozesswasser versorgten Pflanzen, wie von manchen Autoren vertreten,konnteadhocnichtbestätigtwerden.Allerdings zeigten jene indenSoesterBegleitversuchen eine geringere Krankheitsanfälligkeit gegen SchaderregerwieEchtemMehltau,Sclerotinia-WelkeoderGrauschimmelfäuleimVergleichzudenmitpraxisüblichenNährlösungengedüngtenPflanzen.WeiterführendeVersucheinAbstimmungmitinternationalenPartnernsollenuntersuchen,obdiesaufdieSchutzeffektediverserBakterienstämmedersogenannten"„Mik-robiota“, also dem komplexen Zusammenspiel von Mikroorganismen inner-halb des Gesamtsystems, zurückzuführen ist. Sollte die Identifizierung vonpositivwirkendenMikroorganismenimAquaponik-Prozesswassergelingen,sokönntendaraufaufbauendeffektivePflanzenschutzmaßnahmenfürAquapon-ik-Systemeentwickeltwerden.ZurUnterstützungderkünftigenForschungsak-tivitäten zum Pflanzenschutz in Aquaponik-Systemen wurde neu eine Platt-formgeschaffen,diediesbezüglicheErfahrungenundKenntnissebündelnsollundanderderFachbereichAgrarwirtschaftbeteiligtist.

83 83

9.4 VerbraucherakzeptanzundZahlungsbereitschaftZwar liegen zu Verbraucherhaltungen zu verschiedenen Fischhaltungssyste-mensowiezuZahlungsbereitschaftenfürFischeundFischprodukteInformati-onen vor, doch Einstellungen und Zahlungsbereitschaften zu Aquaponik-Erzeugnissen sindnochnicht imDetail untersucht.VordemHintergrundderaktuellen Diskussionen und gesellschaftlichen Trends zu bewussterer Ernäh-rungundNachhaltigkeitistzuklären,obVerbraucherbzw.BürgerAquaponik-Produktionssysteme als nachhaltig und tiergerecht beurteilen und die darinerzeugten Produkte als qualitativ hochwertige (regionale) Frischeproduktewertschätzenwürden. IneinerzweitenStufe istdanndieFragenachdertat-sächlichen Zahlungsbereitschaft zu stellen, die letztendlich den Produktpreisund damit auch die potenzielle Wirtschaftlichkeit von Aquaponik-Anlagenbestimmt.

DievondenwenigenbestehendenkommerziellenAquaponikanlagenerzieltenErzeugerpreise für Tilapien lassen für besonders exponierteurbaneAnlagen-standorteeinehoheRentabilitätvermuten, so langeman ineinerexklusivenMarktnischeagierenkann.DerErfolgvonAnlagenaufdiesenStandortenbe-ruhtdarauf,dasssiealstechnologische"Frontrunner"dasinnovativeAquapo-nik-KonzeptalsBusiness-ModellderUrbanenLandwirtschaftäußerstgeschicktimMarketingeinsetzenundinihremhochurbanenUmfeldeinesehrkaufkräf-tige,anNachhaltigkeit,lokalerHerkunft,besondererFrische,sehrkurzenWe-genundanExklusivitätinteressierteKundschaftdirektoderüberdiegehobe-neGastronomie ansprechen können. Diese Erfolgsfaktoren lassen sich kaumauf Standorte im Ländlichen Raum Nordrhein-Westfalens übertragen unddürften auch nur anwenigen ausgewählten urbanen Spitzenlagen in diesemBundeslandgegebensein.

Für Aquaponik-Anlagen im Ländlichen Raum, auf weniger exponierten urba-nen Standorten und für solche, die eine gewisse Produktionsmenge über-schreiten, müssen deutlich niedrigere Erzeugerpreise angenommen werden.DiesewerdensichandenPreisenderKonkurrenzprodukte-auchdesAfrikani-schenWelses,derinderPraxisoftnurals"Wels"ausgezeichnetist-alsPreis-untergrenzen orientieren müssen. Gelingt es, den Europäischen Wels alsnachhaltig erzeugtes, regionales und frisches Produkt zu positionieren undeine positive Einstellung der Verbraucher zum SystemAquaponik zu etablie-ren, sokanneinepreislicheDifferenzierungnachobendurchgesetztwerden.Erste Untersuchungen im Rahmen des Projekts ergaben tendenzielle Zah-lungsbereitschaften von 18,80 € je kg frischem Filet und von 22,40 € je kg

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geräuchertemFilet, allerdingsbeiKunden,die zuvorverköstigtundüberdasProduktionsverfahreninformiertwordenwaren.

GrundlegendeHemmnisse eines Aquaponik-Marketings, die sich bei der o.g.Testerhebung in Soest bestätigten, sind die eher geringen Kenntnisse vonVerbrauchern zuAquakultur-Produktionen,dernochgeringereBekanntheits-grad des Begriffs Aquaponik und die Vermittlung der Nachhaltigkeit diesesKonzepts. Dazumuss in der Regel interessierten Verbrauchern das gesamteVerfahrenerläutertundzudembegründetwerden,warumdiePflanzennichtin der Erde und die Fische nicht in freiem Gewässer gehalten werden. DieMehrheitderVerbraucherlässtsichdenErfahrungenderSoesterMitarbeiterimRahmenvonzahlreichenFührungenzufolgenachausführlicherDarlegungder Vorteile bezüglich Kreislaufgedanken und Ressourceneffizienz von Aqua-ponik überzeugen, und ist auch bereit, nach entsprechenden Erläuterungendie Haltung der Fische im Tank als tiergerecht zu akzeptieren. Dieser hohekommunikativeAufwanderschwertesallerdings,WarenüberZwischenhänd-ler höherpreisig zu vermarkten,während imDirektabsatz keine Probleme zuerwartensind.

Obwohl das Konzept keinen Einsatz von Antibiotika oder chemischen Pflan-zenschutzmittelngestattet, istesnichtalsVerfahrendesÖkologischenLand-baus anerkannt und folglich von einer entsprechenden Zertifizierung ausge-schlossen.SolltesichAquaponikalsVerfahrenbreiteretablierenkönnen,wäredringend eine geeignete alternative Form der Nachhaltigkeitszertifizierunganzustreben oder ggf. sogar neu zu entwickeln. Auch bodenloseGartenbau-verfahren, die auf chemischen Pflanzenschutz verzichten, oder nachhaltigbetriebeneKreislaufaquakulturenkönntenvonsoeinemAnsatzprofitieren.

9.5 WirtschaftlichkeitDen Ergebnissen der Modellkalkulationen zufolge zeigte sich klar, dass einMikrosystemwiedieSoesterPilotanlagesowieeinKleinsystem inetwasgrö-ßerer Dimension auch mit recht hohen Erzeugerpreisen für Fisch und Salatnichtwirtschaftlichzubetreibensind.AnlagenkostenundArbeitskostenlassensichmit diesen kleineren Anlagen nicht decken; es sei denn, die Aquaponikwird imVerbund z.B.mit einemGastronomie-, einemUmweltbildungs- odereinemErlebnis-/Eventkonzeptbetrieben.DagegenkämenbeieinerProdukti-onsanlageinpraxisüblicherDimension,diez.B.übereinFischtankvolumenvon300m3 und über eineHydroponik-Produktionsfläche von 5.500m2 verfügen

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würde, Skaleneffekte durchmögliche (Teil-)Automatisierung, effizientere Ar-beitserledigungundniedrigereEnergiekostenzumTragen.EinesolcheAnlagekönntedenModellrechnungenzufolgemitdurchschnittlichenErzeugerpreisenvon17,50€/kgFischfiletnettoundvon1,50€/kgKopfsalatnettowirtschaft-lich betriebenwerden, sechs vollbeschäftigte Arbeitskräfte tragen und ohneAnsatzvonFlächenkostensowieweitererGemeinkosteneinenGewinnbeitragvonrd.210.000€proJahrerzielen.JenachStandortund(begleitendem)Kon-zeptsindinderDirektvermarktungfüreinesolcheAnlageauchhöherePreiseerzielbar, und eine intelligente Nutzung vorhandener Abwärme-EnergiequellensowiegenerelleineenergetischeOptimierungkönntedieWirt-schaftlichkeitdeutlichsteigern.

9.6 AnsätzefüreineverbesserteUmwelt-undKlimabilanz

InderDiskussionumgesellschaftlicheAkzeptanzundumpolitischeUnterstüt-zung mit dem Argument der volkswirtschaftlichen Vorteilhaftigkeit müssensich auch Aquaponik-Produktionssysteme einer ganzheitlichen BewertungihrerNachhaltigkeit-alsoinökologischer,ökonomischerundsozialerHinsicht- stellen. Für die Abschätzung der ökologischen Nachhaltigkeit ist ein LCA-Ansatz"vonderWiegebiszumHoftor"inVorbereitung,derz.B.bezogenauf1kgFrischmasseeinesEndproduktsdiefürseineErstellungnotwendigenTreib-hausgasemissionen (in kg CO2 eq) sowie die Inanspruchnahmeweiterer um-weltrelevanter Ressourcen als Indikatoren ausweisen wird. Im Rahmen deshierbeschriebenenPilotprojekteswurdendiefüreineLCA-Erstellungnotwen-digenanlagespezifischenDaten soumfassendunddetailliertwiemöglicher-fasst; sie sind fürdieErstellungeinervergleichendenLCA ineinemkünftigenForschungsprojektvorgesehen.

Vor dem Hintergrund der Standortverhältnisse in Nordrhein-Westfalen undderimPilotbetrieberfasstenRessourcenansprücheundKostenbietensichzurweiterenökologischenOptimierungvonAquaponiksystemenfolgendeAnsatz-punkte:

- SenkungdesWärmebedarfsbzw.derWärmekosten,z.B.durchGebäudeiso-lation,durchNutzungvonAbwärmequellen(Grubenwasser, industrielleAb-wärme,Biogas-BHKW-Wärmenutzung,Biomeiler...)sowieggf.auchmitHilfevon innovativen Wärmespeicherungsverfahren, um Abwärme und/oderSonnenenergiemitzunutzen

86 86

- SenkungdesBedarfsan(nichtnachhaltigerzeugter)elektrischerEnergie,z.B.durch Verwendung von energieeffizienteren Aggregaten, durch Koppelungmit Anlagen zur Erzeugung Erneuerbarer Energien, ggf.mit Hilfe von Spei-chertechnik sowie von aus energetischer Sicht optimierten Anlagensteue-rungen

- Senkung des Bedarfs an Fütterungskomponenten aus tierischem Protein,insoferndiesealsnichtnachhaltigerzeugtanzusehensind(diesistimEinzel-fall abhängig von den eingesetzten Futtermitteln zu klären). Grundsätzlichkann aber empfohlenwerden, denAnteil pflanzlicher Komponenten in derFütterungnachMöglichkeitzuerhöhen.

- ReduzierungvonendgültigausdenAnlagenabgeführtemProzesswasserundAbsatzschlämmensowiedes zuergänzendenAnteilsanFrischwasserdurchOptimierungdesKreislaufbetriebs,wobeiunterhiesigenStandortbedingun-gendieVermeidungderAbführungnährstoffreichenProzesswassersunddieproduktiveNutzungderAbsatzschlämmediewichtigereAufgabeist.

Zu allen genannten Ansatzpunkten bestehen bereitsweiterführendeÜberle-gungenimDetail.

9.7 ÜbertragbarkeitderErgebnisseindiePraxisDas durchgeführte Pilotprojekt hatte die Aufgabe, vorhandene ErfahrungenundKenntnissezuAquaponik-Konzeptenaufzugreifen,ihreRealisierbarkeitimpraktischenBetriebzuüberprüfenundihrePotenzialeausSichtderAgrar-undErnährungswirtschaft Nordrhein-Westfalens abzuschätzen. Wie oben ausge-führt, ist das Konzept grundsätzlich technisch und wirtschaftlich umsetzbarund kann mit überschaubarem weiteren Forschungs- und Entwicklungsauf-wandzurPraxisreifebeigleichzeitigverbesserterökologischerVorteilhaftigkeitgeführtwerden.

Aquaponik-Systeme könnten durch verschiedene Akteure, mit unterschiedli-chen Zielsetzungen und unter verschiedenenMarkt- und Standortbedingun-genindenkommendenJahrenindiePraxisübertragenwerden,undzwar

- alswärmeverwertenderBetriebszweig landwirtschaftlicherBiogas-Erzeuger-betriebeoderandererenergieerzeugenderUnternehmen

- als wärmeverwertender Betriebszweig energieintensiver ländlicher oderurbanerIndustrie-undGewerbebetriebe

87 87

- alsErweiterungbestehenderAquakultur-undUnterglas-GartenbaubetriebenumdenjeweilsnichtvorhandenenanderenProduktionsbereich,umdieöko-logische Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz des Gesamtbetriebes zuverbessern.FürstadtnaheGewächshausbetriebe,dieaufdemZierpflanzen-markt einemhohenWettbewerbsdruck ausgesetzt sind, könnteAquaponikeine Chance zur Diversifizierung bedeuten; für Aquakulturbetriebe könnteeine(weitgehend)kompletteNutzungdesProzesswassersumweltrechtlicheVorteilebieten

- alskommerziellgenutztesProduktionsverfahrenderUrbanenLandwirtschaftmitDirektvermarktung,Gastronomie-,Event-und/oderBildungsangeboten

- als Produktionsverfahren in partizipativen Formen der Landwirtschaft; z.B.derSolidarischenLandwirtschaft

- als Konzept für urbane Selbstversorger, im Hobby-, Kleingarten- und Ge-meinschaftsgartenbereich

- als Betriebskonzept für sozial-edukative Unternehmen (z.B. Schaffung vonAusbildungs-undArbeitsplätzenfürPersonengruppenmiterschwertemoderkeinemZugangzumerstenArbeitsmarktsowiezumBildungssytem)

- alsinderEntwicklungszusammenarbeiteinsetzbaresundaufvielfältigeöko-logischeundgeographischeStandortbedingungenanpassbaresBetriebskon-zept.

Auch in Nordrhein-Westfalen sind einige Akteure bereits in Planungen zumEinstiegindiePraxiseingestiegen.SobietetdasbietetdasZentrumfürUnter-nehmertumSWICE (SouthWestphalia InternationalCenter forEntrepreneu-rship)derFachhochschuleSüdwestfalenBegleitungundBeratungfürFirmen-neugründungenausdemUmfeldderHochschulean.ErsteAktivitätenzuGe-schäftsmodelleninVerbindungmitAquaponikwurdenbereitsdurchgeführt.

9.8 GesamtbewertungAquaponik-Produktionssystemesindsichernichtderalleinige"Königsweg"zueinernachhaltigenLebensmittelproduktion,abereinBeitragzumehrRessour-ceneffizienzundKlimafreundlichkeit.WennauchdiebisherrealisiertenAnsät-ze inVersuchs-undPraxisanlagenvielversprechendsind,sobestehtweitererForschungs-undEntwicklungsbedarf,umdiepotenziellenökologischenVortei-le desVerfahrens vollumfänglich zu realisieren.Auch für ein Binnenlandwie

88 88

Nordrhein-WestfalenbietetdieEntwicklungvonAquaponik-Systemenhochin-teressanteZukunftsperspektiven,dieweiteraktivverfolgtwerdensollten.

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Anhang:BilderderSoesterAquaponik-Pilotanlage

FischtanksundFutterautomaten

94 94

Biofilter

95 95

EuropäischerWelsbeimSortieren

96 96

AussaatderHydroponik-Salate

97 97

HorizontaleundvertikaleBeete

98 98

VertikaleBeete

99 99

ErgänzendeBoxversuchemitverschiedenenNährlösungen

100 100

Boxversuche

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Pilotstudie Nachhaltige Aquaponik- Nr. 35 Erzeugung für ... · Aquaponik-Produktionsanlagen, die Aquakultur mit Hydroponik (Pflanzenzucht in Wasser) in auf Ressourcenschonung ausgerichteten