Von den Hängenden Gärten Babylons bis zu modernen Häusern: Hydroponik hilft beim Anbau von Pflanzen, wo Land knapp ist

Da Land eine endliche Ressource ist und die globale Nahrungsmittelnachfrage stets steigt, suchen Agrartechnologen kontinuierlich nach Anbaumethoden, die keinen Boden benötigen. 

Hydroponik ist eine solche Methode, Pflanzen mit einer wasserbasierten Nährlösung anstelle von Erde zu kultivieren. Der Ersatz für Erde kann ein Aggregat‑Substrat oder verschiedene Anbaumaterialien umfassen, wie:

• Vermiculit
• Kokosfasern
• Perlit

Diese vielseitige Anbaumethode ist bei Hobbygärtnern, kleinen Landwirten und Unternehmen populär geworden. Diese Nachfrage treibt ihr Marktgröße an, das von fast 7 Milliarden US‑Dollar auf voraussichtlich über 12 Milliarden US‑Dollar bis 2025 wachsen soll. 

Wie unterscheiden sich Hydroponik und Aeroponik?

Aeroponik nutzt Luft im Gegensatz zur wasserbasierten Nährlösung, die in der Hydroponik verwendet wird. Bevor wir tiefer darauf eingehen, wie sie funktioniert, ist es wichtig, die Unterschiede zwischen diesen beiden Methoden genauer zu erläutern. 

In der Aeroponik entnehmen Pflanzen niemals Nährstoffe aus Wasser. Stattdessen erhalten sie sie aus einem nährstoffreichen Nebel, der auf die Wurzeln gesprüht wird. Hydroponik hingegen nutzt Wasser vollständig. Hier hängen die Pflanzen dauerhaft im Wasser oder werden mit einem intermittierenden Wasserfluss versorgt. 

Aeroponik‑Anbaumethoden verwenden wetterkontrollierte, geschlossene Umgebungen, in denen Pflanzen in Behältern mit Nährlösungen (wie in der Hydroponik) wachsen. 

Bezüglich ihrer Umweltwirkungen sind sowohl Aeroponik als auch Hydroponik sicher, da sie keinerlei chemische Düngemittel oder Pestizide einsetzen. In wasserarmen Regionen hat jedoch die Aeroponik den Vorteil, deutlich weniger Wasser zu verbrauchen als die Hydroponik. 

Trotz ihrer Unterschiede und Gemeinsamkeiten gewinnen sowohl Hydroponik als auch Aeroponik an Bedeutung. Heute betrachten wir, wie die Hydroponik im Laufe der Jahre an Schwung gewonnen hat. 

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Die Wissenschaft der Hydroponik

Wir können Hydroponiksysteme aus der Perspektive ihres Aufbaus betrachten. Grob gibt es zwei Kategorien: Offene Systeme und geschlossene Systeme. 

Wir können Hydroponik auch hinsichtlich der verwendeten Trägermaterialien einordnen. Hierbei gibt es Aggregate‑ oder Nicht‑Aggregate‑Systeme. 

Schließlich können Hydroponiksysteme, je nach Einsatz elektrischer Komponenten, passive oder aktive Systeme sein. Werfen wir nun einen Blick darauf, was diese Unterscheidungen bedeuten.

Offene & geschlossene Systeme

Ein offenes Hydroponiksystem besteht aus einem Reservoir, einer Wachstumszelle und Schläuchen. Beispiele für offene Systeme sind die Nutrient Film Technique, Ebb‑and‑Flow usw. 

Die grundlegende Funktionsweise eines offenen Systems erfordert, dass die Nährlösung vom Reservoir in die Wachstumszelle fließt und über die Schläuche zurück ins Reservoir.

Geschlossene Hydroponiksysteme, die Methoden wie Deep‑Water‑Culture oder die Kratky‑Methode nutzen, verwenden das Nährstoffreservoir sowohl als Reservoir als auch als Wachstumszelle. Hängende Pflanzenwurzeln gelangen ohne Pumpen in die Nährlösung, da die Lösung das Reservoir nicht verlässt. 

Aggregate‑ und Nicht‑Aggregate‑Systeme

Aggregate‑Systeme verwenden ein Aggregat anstelle von Erde als Trägermaterial, während Nicht‑Aggregate‑Systeme Steinwolle oder Schwimmnudeln als Träger nutzen. Ebb‑and‑Flow‑ und Dochtsysteme sind Beispiele für die Aggregate‑Variante, während Nicht‑Aggregate‑Systeme die Nutrient Film Technique oder Kratky‑Methoden verwenden. 

Passive und aktive Systeme

Passive und aktive Hydroponiksysteme unterscheiden sich darin, dass die erste Variante keine beweglichen oder motorisierten Teile enthält und somit unabhängig von elektrischen Komponenten ist. 

Im Gegensatz dazu hängt das aktive System von elektrischen Komponenten ab, wie Pumpen, Belüftern und Zeitschaltern. Diese Komponenten gewährleisten die rechtzeitige Zufuhr von Nährstoffen zu den Pflanzen. 

Die Rolle der Technologie in der Hydroponik

Landwirtschaftliche Methoden nutzen seit Jahrzehnten erfolgreich modernste Technologien. Hydroponik bildet da keine Ausnahme. 

KI‑basierte Technologien

Hydroponik nutzt beispielsweise Künstliche Intelligenz, um bestehende Umweltbedingungen wie Lichtintensität, Luftfeuchtigkeit und Nährstoffgehalte präzise zu überwachen. KI hilft zudem, Investitionen zu optimieren und Kosten zu senken, indem sie individuelle Wachstumspläne für jede Pflanzenart erstellt. 

LED‑Beleuchtung

LED‑Lampen sind ein weiterer wichtiger Technologieneinsatz in der Hydroponik. Sie verbrauchen deutlich weniger Energie, erzeugen weniger Wärme und haben eine längere Lebensdauer als andere Lichtquellen. 

LED‑Lampen ermöglichen zudem ein bedarfsorientiertes Design. Sie bieten die richtige Lichtart sowohl hinsichtlich Intensität als auch Flächenfokus, was zu einer gesunden Wurzelentwicklung und verbesserten Pflanzenvitalität führt. 

Sensorbasierte automatisierte Anbausysteme

Der bedeutendste technologische Fortschritt in der Hydroponik bislang war jedoch die Entwicklung automatisierter Anbausysteme.

Diese Systeme können sowohl drinnen als auch draußen eingerichtet werden. Sie lassen sich sogar per Smartphone aus der Ferne steuern. Ziel dieser sensorbasierten Systeme ist es, Umweltparameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht, pH‑Wert und Nährstoffmenge zu überwachen und bei Bedarf anzupassen.

Neben der unterstützten Optimierung dieser Faktoren helfen sie auch dabei, die Nährstoffversorgung mit dem richtigen Mix aus Mineralien und organischen Verbindungen aufrechtzuerhalten. Wie jedes aufstrebende Anwendungsfeld, das täglich wächst, folgt die Hydroponik zudem einer intensiven akademischen und angewandten Forschung. 

Hydroponik: Wie sie entstanden ist? 

Forscher haben bereits in der Antike frühe, bodenlose Anbaumethoden identifiziert, die der Hydroponik ähneln. Beispielsweise lassen sich Parallelen oder Überreste in den Hängenden Gärten Babylons (600 v. Chr.), den aztekischen Schwimmgärten (10. Jahrhundert) und den chinesischen Reisfeldern (13. Jahrhundert) finden. 

Dr. William F. Gericke, ein Professor aus Kalifornien, wird jedoch die erstmalige Verwendung des Begriffs Hydroponik zugeschrieben. Als Labortechnik entwickelt, entwickelte sie sich allmählich zu der heutigen kommerziellen Form. 

Ein großer Teil der kommerziellen Skalierung ist dem US‑Militär zu verdanken, das während des Zweiten Weltkriegs Hydroponik einsetzte, um frische Nahrung für Truppen auf unfruchtbaren Pazifikinseln zu produzieren. 

Seitdem wird Hydroponik von zahlreichen Unternehmen in den USA, Europa, Afrika und Asien kommerziell betrieben.

Kommerzielle Unternehmen mit transformativen Hydroponik‑Lösungen

1. Grow Generation

Grow Generation ist einer der führenden Anbieter von Hydroponik‑Produktlösungen. Das Unternehmen bietet komplette Hydroponiksysteme sowie einzelne Komponenten an, darunter Luft‑ und Wasserpumpen, Wasser‑Kühl‑ und Heizgeräte, Anschlussstücke, Anzuchtbehälter und Gestelle, Netztöpfe und -becher, Reservoirs und Tanks, Tropfsysteme sowie Lösungen für Wasserfiltration und -aufbereitung. 

Für das Geschäftsjahr, das am 31. Dezember 2022 endete, verzeichnete GrowGeneration (GRWG ) einen Umsatz von über 278 Millionen US‑Dollar. Der Bruttogewinn lag bei über 70 Millionen US‑Dollar. Dieser Umsatz war jedoch deutlich niedriger als die Zahlen von 2021, als ein Umsatz von 422 Millionen US‑Dollar und ein Bruttogewinn von über 118 Millionen US‑Dollar erzielt wurden.  

2. ScottsMiracle-Gro

ScottsMiracle-Gro ist ein weiterer börsennotierter Akteur in diesem Bereich, der mindestens zwölf Marken im Bereich Hydroponik anbietet. Zu seinen Marken gehören General Hydroponics, Botanicare, Vermicorp Organics, AeroGarden, Agrolux, MotherEarth und weitere. General Hydroponics bietet Nährstoffe, Zusätze, Steuerungs‑ und Wartungsprodukte an. Zudem stellt es Fütterungs‑Charts für gewerbliche Produzenten und Hobbygärtner bereit, um präzise zu bestimmen, welche Nährstoffe den Pflanzen zugeführt werden sollen. Die Präsenz von Scotts Miracle‑Gro im Hydroponik‑Sektor erstreckt sich über mehr als vier Jahrzehnte. 

Scotts Miracle‑Gro registrierte Nettoumsätze von über 3,9 Milliarden US‑Dollar im Jahr 2022, 4,9 Milliarden US‑Dollar im Jahr 2021 und 4,1 Milliarden US‑Dollar im Jahr 2020. Die Bruttomarge des börsennotierten Unternehmens als Prozentsatz des Nettoumsatzes betrug in diesen drei Jahren 22,2 %, 29,8 % bzw. 32,6 %. 

3. Hydrofarm Holdings

Hydrofarm Holdings ist eine weitere globale Marke, die für ihr umfangreiches Sortiment an Hydroponikprodukten bekannt ist. Das Produktsortiment umfasst Pumpen, programmierbare Zeitschalter, pH‑Lösungen, organische bodenlose Mischungen und mehr. In den letzten 45 Jahren hat sich die Marke als One‑Stop‑Shop für sämtliche Bedürfnisse der Indoor‑Landwirtschaft etabliert. Seitdem wird Hydroponik von zahlreichen Unternehmen in den USA, Europa, Afrika und Asien kommerziell betrieben.

Hydrofarm verkauft an ein fragmentiertes Kundenspektrum über spezialisierte Hydroponik‑Einzelhändler wie Greencoast und Growers House; Garten‑Centren/Einzelhandel wie Nurseryland und Ace Hardware; E‑Commerce‑Partner wie Amazon (AMZN ) und Hydrobuilder; sowie Gewächshaus‑/Kanal‑Partner wie BFG Supply Co. und Griffin.

Im Jahr 2022 registrierte Hydrofarm Nettoumsätze von über 344 Millionen US‑Dollar bei einem Bruttogewinn von über 29 Millionen US‑Dollar. Im Jahr 2021 erzielte das Unternehmen Umsätze von mehr als 479 Millionen US‑Dollar bei einem Bruttogewinn von über 101 Millionen US‑Dollar. 

All diese groß angelegten börsennotierten Unternehmen, die über die Jahre beträchtliche Einnahmen durch den Verkauf von Hydroponik‑Lösungen erzielen, bezeugen den Wert und die Tragfähigkeit der Anbaumethode. Unbestreitbar bietet sie zahlreiche Vorteile. Werfen wir einen Blick auf einige davon.

Hydroponik: Chancen und Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt

Jede Anbaumethode, die hilft, endliche Ressourcen wie Land und Wasser zu schonen, ist für die Gesundheit des Planeten von Vorteil. Hydroponik verkörpert diesen Ansatz mit ihren zahlreichen Vorteilen. 

Mit Hydroponik können Erzeuger beispielsweise drei- bis zehnmal mehr Nahrung produzieren als die konventionelle Landwirtschaft. Die Pflanzen benötigen zudem deutlich weniger Wachstumszeit. Sie benötigen keine Herbizide oder Pestizide, da hydroponisch angebaute Kulturen einen erheblichen Schutz vor Unkraut und Insekten genießen. 

Studien zeigen, dass die Methode 20‑mal weniger Wasser verbraucht als die traditionelle Landwirtschaft. Da sie in einem geschlossenen und kontrollierten System stattfindet, besteht zudem nur ein geringes Risiko einer Kontamination. Damit die Hydroponik ihr volles Potenzial entfalten kann, muss sie jedoch zahlreiche Herausforderungen meistern. 

Erstens müssten die anfänglichen Einrichtungskosten niedriger sein, da sie derzeit höher liegen als die Kosten für die konventionelle Landwirtschaft. Da kein Boden als natürliche Barriere vorhanden ist, besteht die Gefahr, dass Krankheiten sich schnell über das Wasser im gesamten System ausbreiten. 

Man müsste zudem ständig das Medium auf Mikroorganismen wie Bakterien und Schimmel prüfen, die das Wasser kontaminieren können. 

Neben der physischen Überwachung erfordert die Hydroponik zudem ressourcenintensive Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der Nährstoffwerte, was Schulungen und Ausbildung in geeigneten Bewässerungs‑ und Beleuchtungstechnologien nötig macht. 

Hydroponik: Der Weg nach vorn

Im Laufe der Jahre hat sich die Hydroponik als echte Lösung für nachhaltige Landwirtschaft etabliert, und ihr wachsender Anwendungsbereich lässt die Zukunft vielversprechend erscheinen. Viele Bestandteile der Nährlösung, zum Beispiel, werden aus Salzen gewonnen. 

Sind diese Komponenten jedoch nicht verfügbar, haben Erzeuger die Möglichkeit, sie durch gängige organische Dünger wie Rinderdung oder Vogelkot zu ersetzen. Nährstoffe können auch Fischmehl, Holz‑ oder Getreidereste oder Algen umfassen. 

Ebenso gibt es zahlreiche Substratoptionen, darunter Perlit, Bims, Vermiculit, Reishülsen, Holzfasern, Wolle und Steinwolle, die Erzeugern eine Vielzahl von Auswahlmöglichkeiten bieten. 

Am wichtigsten ist, dass Hydroponik die Produktion verschiedener Nutzpflanzen ermöglicht und sich sowohl für den Hausgarten als auch für die großflächige Landwirtschaft eignet, einschließlich Blattgemüse, Gemüse, Obst und aromatischer Pflanzen. 

In den kommenden Jahren können wir mit fundiertem Wissen über Bewässerung, Pflanzenbiologie, Genetik sowie Licht‑ und Luftsteuerungstechnologien die Hydroponik als sinnvolle Ergänzung zur bodenbasierten Landwirtschaft voranbringen.

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