Nanotechnologie: Kommen Sie in ein Gewächshaus in Ihrer Nähe

UbiGro-Inner 600 orange leuchtende Quantenpunktfolien werden über Gurken in diesem Gewächshaus in Leamington, Kanada, installiert. Fotos: UbiQD, Inc.

Zwischen Nanotechnologie, künstlicher Intelligenz (KI) und dem nicht enden wollenden Ansturm von Apps, die Ihnen dabei helfen sollen, Daten zu verstehen, kann es so aussehen, als würde die Technologie die Welt erobern, selbst im Gewächshaus.

Allerdings passieren im Nanobereich einige coole Dinge, die Ihrem Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil verschaffen könnten. Hier ist ein Blick auf einige neue Einsatzmöglichkeiten der Nanotechnologie im Gewächshaus.

Obwohl es neu erscheinen mag, gibt es Nanotechnologie als Wissenschaft schon seit einiger Zeit. Nach Angaben der National Nanotechnology Initiative (NNI) begann die moderne Nanotechnologie in den frühen 1980er Jahren und umfasst „Wissenschaft, Technik und Technologie im Nanomaßstab, also etwa 1 bis 100 Nanometer“. Nanometer werden mit „nm“ abgekürzt. Als Referenz erklärt NNI, dass ein Blatt Zeitungspapier etwa 100.000 nm dick ist.

Düngemittel, Schädlingsbekämpfungsmittel und Mikronährstofflösungen sind teuer und niemand möchte welche verschwenden. Bei landwirtschaftlichen Nanopartikeln geht es um gezielte Anwendungen für eine bessere Bioverfügbarkeit und eine effizientere Pflanzenaufnahme.

Eine der wachsenden Anwendungen sind Nanodünger. Nanodünger sind nicht nur kleine Stücke normalen Düngers. Denken Sie an einen Lieferwagen in Nanogröße, um die Effizienz der Nährstoffaufnahme zu steigern. Ein Nanopartikel ist zwar klein, liegt im Bereich von 10–100 nm, ist aber immer noch hunderte Male größer als ein Kalziumion oder ein anderer Nährstoff. Elektrostatische Ladungen ziehen diese Ionen an das Nanopartikel und laden es somit auf.

Dr. Landon Bunderson, Chief Science Officer bei Aqua-Yield, erklärt, dass Nanopartikel „den bereits vorhandenen Mechanismus der Endozytose nutzen, um der Zelle größere Nutzlasten zuzuführen“. Es handelt sich um eine Methode, über die Pflanzen verfügen, um größere Partikel durch die Zellwand zu transportieren, Partikel, die zu groß sind, um mit anderen Methoden durch die Zellmembran zu gelangen. Wenn Nanodünger durch die Zellwand geleitet wird, steht dieses aufgeladene, nährstoffhaltige Partikel der Pflanze zur Verfügung.

Nanopartikel sind nicht auf Düngemittel beschränkt – sie können zur Verbesserung der Abgabe von Insektiziden, Fungiziden und anderen Behandlungen verwendet werden. Wurzelstarter, Kalzium, Kalium, was auch immer das Material ist, sagt Bunderson, dass Nanopartikel möglicherweise helfen können.

Eine verbesserte Nährstoffzufuhr und höhere Absorptionsraten schaffen Vorteile, darunter eine größere Wurzelmasse, einen geringeren Einsatz von Düngemitteln und Zusatzstoffen, höhere Erträge und kürzere Erntezykluszeiten. Nanopartikel können in allen Wachstumsphasen eingesetzt werden, von der Unterstützung der Keimung und Etablierung bis zur Veredelung, und sie sind kostengünstig.

„Jeder hat ein Absorptionsproblem“, sagt Bunderson, obwohl Erzeuger dies nicht oft so darstellen. Das Eindringen von Nährstoffen und Behandlungsmitteln in das Pflanzengewebe stellt ein Absorptionsproblem dar. Durch die Möglichkeit der nahtlosen Integration in aktuelle Anwendungssysteme erzielen Nanopartikel-Anwender großartige Ergebnisse.

Landwirte können Nanopartikel mit ihren bestehenden Fertigationssystemen mischen. Wenn die Ergebnisse beobachtet werden, passen Sie die Anwendungsmengen an, um die neue Effizienz widerzuspiegeln.

Nanobläschen gibt es hier, und sie können mehr als nur den gelösten Sauerstoff erhöhen. Nanobläschen erhöhen und stabilisieren den für Pflanzen in der Rhizosphäre verfügbaren Sauerstoff, was zu robusteren Wurzelsystemen und gesünderen Pflanzen führt, aber das ist nicht ihr einziger Vorteil. Erhöhter Sauerstoffgehalt in der Wurzelzone verschiebt die Umgebung in Richtung einer aeroben Situation und begünstigt nützliche Bakterien gegenüber schädlichen.

Davey Rock ist Moleaer Business Development Manager für den Mittleren Westen der USA. Er sagt, ein häufiger Grund, warum Landwirte Nanobläschen in ihr System einbauen, sei die Minderung von Biofilmen und die Reduzierung der Linienwartung. Nanobläschen sind aufgrund ihrer starken negativen Ladung und harten, stabilen Oberfläche eine effiziente und sichere Möglichkeit, Biofilmprobleme in Ihrem Betrieb zu minimieren.

Rock erklärt, dass Nanobläschen auch ein Oxidationsmittel sind und beim Platzen ein Hydroxyradikal freisetzen. In einer Fallstudie wurde der Pythiumgehalt im Vergleich zu unbehandeltem Wasser am gleichen Standort um 81 % reduziert. Höhere Erträge, schnellere Erntezyklen und weniger Krankheitsprobleme machen Nanobläschen lohnenswert.

Unsere Sonne erzeugt Licht in vielen Wellenlängen, aber wie Züchter wissen, sind nicht alle gleichermaßen effizient für die Photosynthese.

UbiGro ist ein Unternehmen, das einen flexiblen Film herstellt, der mithilfe von Nanotechnologie einfallendes Sonnenlicht verändert, ein UV- oder blaues Photon absorbiert und stattdessen ein orangefarbenes/rotes Photon emittiert. Der Prozess wird Photolumineszenz genannt und die Folie leuchtet im Sonnenlicht, wodurch die Helligkeit und Intensität der Sonne im Gewächshaus erhalten bleibt, anstatt sie zu filtern oder zu blockieren. Dr. Damon Hebert ist Direktor für Agrarforschung bei UbiGro.

„Was das Spektrum angeht, können wir es besser machen als das Sonnenlicht“, sagt er.

Mithilfe einer Technologie namens Quantenpunkte, die auch in anderen Anwendungen wie High-End-Fernsehern zu finden ist, strahlt der Film Licht in effizienteren Wellenlängen ab und streut es, wodurch eine effizientere Umgebung für das Pflanzenwachstum entsteht.

Der Quantenpunktfilm verstärkt vorhandenes Licht und erhöht die Effizienz, macht aber nicht mehr daraus. Der Film ist eine passive Technologie – nichts wird in die Wand gesteckt. Etwa die Hälfte der Kunden nutzt laut Hebert auch künstliches Licht, um die Tageslänge oder die insgesamt verfügbare Lichtmenge zu verlängern, bekannt als Daily Light Integral (DLI).

„Das Endergebnis führt zu einer Ertragssteigerung“, sagt Hebert. „Wir haben bei einer Vielzahl von Kulturpflanzen Ertragssteigerungen von +5 % bis +25 % gesehen, mit Amortisationszeiten von weniger als zwei Jahren für hochwertiges Gemüse und ein bis zwei Ernten für hochwertige Heilpflanzen.“

Diese Folien sind für den Einbau in bestehende Strukturen konzipiert, von Low-Tech-Reifenhäusern bis hin zu großen technischen Gewächshäusern. Sie wurden weltweit in einer Vielzahl von Nutzpflanzen getestet, darunter Cannabis, Erdbeeren, Salat, Tomaten und Microgreens. Nanotechnologie mag nur für die größten Erzeuger wie eine Zukunftstechnologie erscheinen, aber das ist weit von der Wahrheit entfernt. Nanodünger, Nanobläschen und Nanofilme sind skalierbar und für kleine und große Landwirte nutzbar. Angesichts der steigenden Kosten für Betriebsmittel und Energie ist etwas mehr Effizienz mehr als willkommen.

Andy Wilcox ist Blumenzüchter und freiberuflicher Autor mit einer Leidenschaft für Bodengesundheit, Kleinproduzenten, Forstwirtschaft und Gartenbau. Er und sein Partner betreiben Stone's Throw Flowers und bieten Schnittblumenarrangements für Einzel- und Großhandelskunden an. Andy ist aktives Mitglied der Farmer Veteran Coalition of Wisconsin. Alle Autorengeschichten finden Sie hier.