Unterwasseranbau von Kräutern, Obst und Gemüse

Nemo’s Gar­den, ein Start-up-Unternehmen, das sich auf den nach­halti­gen Unter­wasser­an­bau von Nutzpflanzen spezial­isiert hat, set­zt das Xcel­er­a­tor-Port­fo­lio von Siemens ein, um seine Inno­va­tion­szyklen zu verkürzen und schneller zur Indus­tri­al­isierung und Skalierung zu gelangen.
 
Nemo’s Gar­den wurde 2021 von Ser­gio Gam­beri­ni, Präsi­dent des ital­ienis­chen Tauchaus­rüs­tung­sh­er­stellers Ocean Reef Group, und seinem Sohn Luca Gam­beri­ni gegrün­det. Ihr Team aus Inge­nieuren, Tauch­ern und Wis­senschaftlern arbeit­et daran, die Mach­barkeit des Anbaus von Kräutern, Obst und Gemüse unter Wass­er zu beweisen. Die Schlüs­selin­no­va­tion von Nemo’s Gar­den, eine Unter­wasser­biosphäre, ist eine unver­gle­ich­liche Art von Unter­wassergewächshaus, das die pos­i­tiv­en Umwelt­fak­toren des Ozeans — Tem­per­atursta­bil­ität, Wasserver­dun­stung, CO2-Absorp­tion, Sauer­stof­fre­ich­tum und Schutz vor Schädlin­gen — nutzt, um eine für den Anbau von Pflanzen ide­ale Umge­bung zu schaffen.
 
Das Team hat nicht nur erfol­gre­ich eine Vielzahl von Nutzpflanzen aus seinen Pro­to­typ-Biosphären geern­tet, son­dern auch fest­gestellt, dass die in dieser Umge­bung ange­baut­en Pflanzen nährstof­fre­ich­er sind als Pflanzen aus herkömm­lichem Anbau. Die näch­ste große Hürde bei der Ver­wirk­lichung ihres Ziels war die Umwand­lung dieses Pro­to­typs in eine Lösung, die weltweit einge­set­zt wer­den kön­nte. Und sie woll­ten nicht noch ein­mal zehn Jahre warten, um dieses Ziel zu erreichen.
 
Strenge Win­ter, kurze Som­mer und anfängliche Beschränkun­gen bei der Genehmi­gung der Nutzung des Meeres­bo­dens beschränk­ten Nemo’s Gar­den auf einen Wach­s­tum­szyk­lus pro Jahr, was wiederum nur einen Inno­va­tion­szyk­lus pro Jahr zur Folge hat­te. Kon­struk­tion­sän­derun­gen, lang­wierige physikalis­che Tests und aufwendi­ge manuelle Überwachung­sprozesse während des Wach­s­tum­szyk­lus ver­an­lassten das Team von Nemo’s Gar­den, nach Möglichkeit­en zu suchen, die Inno­va­tion zu beschle­u­ni­gen und den Betrieb zu skalieren. Das Team wandte sich an Mat­teo Cav­alleroni von Tek­Sea, um her­auszufind­en, wie man Spitzen­tech­nolo­gien ein­set­zen kann, um seine Ziele zu erre­ichen. Nach der ersten Beratung wurde Siemens ein­ge­laden, sich an dem Pro­jekt zu beteili­gen und das Xcel­er­a­tor-Soft­ware­port­fo­lio und seine Dien­stleis­tun­gen zu nutzen, um dem Start-Up dabei zu helfen, die näch­ste Entwick­lungsstufe zu erre­ichen und sich auf die Industrialisierung/Kommerzialisierung vorzubereiten.
 
“Als ich das erste Mal die dig­i­tale Zwill­ing­stech­nolo­gie von Siemens sah, war ich fasziniert. Nemo’s Gar­den ist ein einzi­gar­tiges Sys­tem, und wir müssen es an die jew­eilige Umge­bung anpassen, in der es instal­liert wer­den soll. Wenn man diese Umge­bung virtuell mod­el­lieren kann, bevor man anfängt, kann man die Her­aus­forderun­gen vorherse­hen und sie auf die beste Weise ange­hen”, sagte Luca Gam­beri­ni, Mit­be­grün­der von Nemo’s Gar­den. “Wir ver­ste­hen den Wasser­fluss um unsere Biosphären bess­er und haben bessere Ein­blicke in die Belas­tungspunk­te der Struk­tur um die Biosphären herum. Wir sehen nun auch, wie die ver­schiede­nen Wech­sel­wirkun­gen der Sonnene­in­strahlung, der Tem­per­atur und aller physikalis­chen Fak­toren auf die Pflanzen wirken. Und das alles dank der Fähigkeit des dig­i­tal­en Zwill­ings, unser Sys­tem nachzubilden.”
 
Es wurde ein umfassender dig­i­taler Zwill­ing der Biosphäre von Nemo’s Gar­den erstellt, der nicht nur die Kon­struk­tion der Anla­gen mit Hil­fe der NX-Soft­ware von Siemens umfasst. Hinzu kommt die Sim­u­la­tion der Wach­s­tums­be­din­gun­gen inner­halb der Biosphäre, der Auswirkun­gen der Anla­gen auf das Gewäss­er sowie der gesamten Umge­bung, in der sie instal­liert sind. Für diese Sim­u­la­tio­nen kommt die Soft­ware Sim­cen­ter STAR-CCM+ von Siemens zum Ein­satz. Das Team von Nemo’s Gar­den ist nicht mehr durch Wet­terbe­din­gun­gen, Saison­ab­hängigkeit und kurze Wach­s­tumspe­ri­o­den oder Ein­schränkun­gen beim Tauchen und Überwachen eingeschränkt. Änderun­gen an den Biosphären kön­nen in der virtuellen Welt getestet wer­den, so dass das Team die Kon­struk­tion viel schneller opti­mieren kann.
 
Überwachung am Rande
Neben der Entwick­lung der physis­chen Biosphäre musste Nemo’s Gar­den auch die Prozesse für den Anbau, die Überwachung und die Ernte der Pflanzen opti­mieren und skalieren. Um ein nach­haltiges Unternehmen zu schaf­fen, das nicht auf die Entsendung aus­ge­bilde­ter Tauch­er zur Daten­er­fas­sung angewiesen ist, wurde ein voll­ständig dig­i­taler, automa­tisiert­er Ansatz entwick­elt., Dabei prof­i­tierte das Pro­jekt von der umfan­gre­ichen Erfahrung von Siemens mit der Automa­tisierung tra­di­tioneller land­wirtschaftlich­er Verfahren.
 
Vorhan­dene Videoauf­nah­men der Wach­s­tum­szyklen wur­den zusam­men mit Ref­eren­z­dat­en aus tra­di­tionellen land­wirtschaftlichen Betrieben der­sel­ben Zielkul­turen in ver­schiede­nen Wach­s­tumssta­di­en und Gesund­heit­szustän­den mit dem Mind­Sphere-Dien­stleis­tun­gen von Siemens analysiert. Auf dieser Grund­lage kon­nte Siemens einen Algo­rith­mus für maschinelles Ler­nen trainieren, der das Pflanzenwach­s­tum und die Umweltbe­din­gun­gen inner­halb der Kup­peln überwacht.
 
Wenn dieser Algo­rith­mus auf den Indus­tri­al-Edge-Com­put­ing-Geräten von Siemens in jed­er Biosphäre einge­set­zt wird, kön­nen die Pflanzen über ein cloud­basiertes Dash­board während der gesamten Sai­son in Echtzeit und von jedem Stan­dort aus überwacht wer­den. In der näch­sten Sai­son wer­den diese Indus­tri­al-Edge-Geräte mit Aktoren ver­bun­den, um die Luftzirku­la­tion, die Luft­feuchtigkeit, die Bewässerung und die Nährstoff­dosierung während der gesamten Sai­son automa­tisch anzu­passen. Dies wird die Grund­lage eines glob­alen land­wirtschaftlichen Dien­stes sein, der für den Unter­wasser­be­trieb opti­miert und auf jeden Ozean der Welt abges­timmt ist.
 
Durch die kon­se­quente Umset­zung der dig­i­tal­en Trans­for­ma­tion hat Nemo’s Gar­den eine Idee, die als unter­halt­same Her­aus­forderung bei einem Aben­dessen mit Fre­un­den begann, in eine kom­merziell gewinnbrin­gende Unter­wass­er-Anbau­plat­tform ver­wan­delt, die nach­haltig und weltweit einge­set­zt wer­den kann. Die neu gestal­teten Biosphären wer­den zwar erst in der näch­sten Anbau­sai­son zum Ein­satz kom­men, doch dank des umfassenden dig­i­tal­en Zwill­ings der Anbau­fläche treibt das Team seine Pläne zur weit­eren Opti­mierung sein­er Entwürfe im und zur Automa­tisierung sein­er Prozesse für den glob­alen Ein­satz weit­er voran.
 
“Die Dig­i­tal­isierung ist nicht nur etwas für große Konz­erne, son­dern für alle Unternehmen. Tat­säch­lich lassen sich große Vorteile oft in kleineren Fir­men oder Start-ups real­isieren. Die Arbeit, die wir mit Start-ups leis­ten, kann den Ein­fluss, den sie auf die Welt haben, ver­stärken und die Inno­va­tion unter­stützen und beschle­u­ni­gen”, sagte Eryn Devola, Vice Pres­i­dent of Sus­tain­abil­i­ty, Siemens Dig­i­tal Indus­tries Soft­ware. “Es ist ein­fach, begeis­tert zu sein, wenn wir ein lei­den­schaftlich­es Team mit auf den Men­schen aus­gerichteter Tech­nolo­gie find­en, das daran arbeit­et, Men­schen zu ernähren und gle­ichzeit­ig einen pos­i­tiv­en Ein­fluss auf die Umwelt zu haben.”