Verbundprojekt: Ionenselektive Regelung zur ressourceneffizienten und pflanzenbedarfsgerechten Nährstoffversorgung in rezirkulierenden, hydroponischen Indoor Vertical Farms; Teilprojekt B; Kurztitel: "Nutrient_Ctrl_IVF"

Abstract

Zurzeit erfolgt die Nährstoffdosierung in einem hydroponischen System in Indoor Vertical Farming Anbausystemen anhand der Bewertung der elektrischen Leitfähigkeit und des pH-Wertes der Nährlösung. Die genaue ionenspezifische Nährstoffkonstellation ist nicht bekannt und somit kann zurzeit keine umfassende ionenspezifische Bewertung und Düngung vorgenommen werden. Um eine bedarfsgerechte, ionenspezifische Nährstoffdüngung in vertikalen, hydroponischen Systemen zu ermöglichen, werden ionensensitive Feldeffekt-Transistoren sogenannte ISFET-Sensoren (ISFET-Messtechnologie) genutzt, um die Nährstoffkonzentration der Nährlösung im hydroponischen System ionenspezifisch zu analysieren und kontinuierlich zu ermitteln. Entsprechend ist ein ISFET-Messtechnologie-basiertes Messsystem für die Messung von Nitrat (NO₃⁻), Ammonium (NH₄⁺), Kalium (K⁺) und pH-Wert entwickelt und aufgebaut worden. Das ISFET-Multisensorsystem wurde in eine Düngedosiereinrichtung (Düngeunit) integriert. Die Düngeunit wurde um zusätzliche Behältnisse für Düngerlösung und weiteren Komponenten erweitert. Die Düngeunit mit den zusätzlichen Düngerbehältnissen, zusätzlichen Komponenten und dem integrierten ISFET-Multisensorsystem ergibt die Düngeunit+ISFET. Das ISFET-basierte Messsystem ermittelt ionenspezifisch die Nährstoffkonzentrationen in der Nährlösung und übermittelt die gemessene Nährstoffkonzentration an die Düngeunit+ ISFET. Anhand von entwickelten Steuerungsalgorithmen, werden die benötigten Ionen (NO₃⁻, NH₄⁺, K⁺) spezifisch hinzudosiert bzw. der pH-Wert über die Zugabe von Lauge oder Säure reguliert. Die Versuche wurden mit den Kulturen Wasserlinse und Süßkartoffel im hydroponischen Kultursystem mit rezirkulierender Nährlösung durchgeführt und evaluiert. In Bezug auf die Anwendung der ISFET-Messtechnik ist an den Erfahrungen und Kenntnisstand aus den Forschungsverbundprojekt "prototypes4soil2data" angeknüpft worden (HSOS_Ruck und ANEDO). Ebenfalls konnte aus dem Projekt "prototypes4soil2data" das ISFET-Sensormodul liquid2data vom Projektpartner ANEDO GmbH verwertet und weiterentwickelt werden.