SWAG – Gemüse auf dem Mond

Philipp Osterwalder
Student Umweltingenieurwesen ZHAW
  • 11.03.2020
  • 7 min
Ein Bachelor Studententeam der ZHAW School of Life Sciences and Facility Management in Wädenswil, bestehend aus Umweltingenieuren, Informatikerinnen, Chemielaboranten und Elektronikerinnen konzipiert und baut für das internationale Studentenprojekt ESA_Lab@CH IGLUNA 2020 einen Gemüse-Automaten für Astronauten - das SWAG-System.

SWAG-System steht fĂŒr Smart Waste-based Agriculture Growing System und soll in Zukunft durch die Kultivierung von GemĂŒse das Überleben von Astronauten in einer Weltraumbasis ermöglichen. Das IGLUNA Projekt wurde 2018 vom Swiss Space Center ins Leben gerufen und wird von der EuropĂ€ischen Raumfahrtbehörde ESA unterstĂŒtzt. IGLUNA soll ein Testlauf fĂŒr das Überleben auf einem anderen Planeten sein. Gleichzeitig bietet dieses internationale Projekt Studierenden aus der ganzen Welt eine Gelegenheit, an ihren eigenen Ideen zu arbeite, diese zu realisieren und zu testen. Die zweite Ausgabe des IGLUNA Projekts stellt die Fernsteuerung der entwickelten Systeme in den Fokus. Das Ziel ist die Field Campaign vom 10. bis 19. Juli 2020 in Luzern. Die simulierte Mondbasis wird auf dem Luzerner Hausberg Pilatus auf rund 2128 Meter ĂŒber Meer installiert. FĂŒr die dafĂŒr nötige Überwachung der «Mondbasis» wird im Verkehrshaus in Luzern ein Control Room (Erde) eingerichtet. Dadurch soll es möglich sein, Systemtests und einzelne simulierte Weltraum-Missionen mit einer eingebauten Zeitverzögerung durchzufĂŒhren. “Es ist wie ein simulierter Ausflug zum Mond. Das vermittelt ein GefĂŒhl von Abenteuer und Expedition“, sagen sie. Die Ideen und Konzepte der Bachelorteams werden wĂ€hrend neun Monaten an ihren UniversitĂ€ten entwickelt und von Experten begleitet, bis im Juli alle Teams in Luzern zusammenkommen und ihre Entwicklungen fĂŒr zehn Tage testen. „Dort können wir erstmals alles im Ganzen aufbauen.“ Die Field Campaign ist öffentlich und kann von Interessierten an beiden Standorten besucht werden.

Frisches GemĂŒse fĂŒr Astronauten

Insgesamt 15 Teams arbeiten an unterschiedlichen Komponenten einer simulierten Weltraumbasis.  Das SWAG-System gehört zu der Kategorie Life Support System und soll Astronauten mit frischem GemĂŒse versorgen. FĂŒr das Überleben auf einem anderen Planeten gibt es die Möglichkeit einer kontinuierlichen Versorgung an benötigten Ressourcen von der Erde oder das vom ZHAW-Team angestrebte Ziel der Schliessung möglichst vieler NĂ€hrstoffkreislĂ€ufe. So soll es in Zukunft möglich sein, menschliche Abfallstoffe wie Urin fĂŒr die DĂŒngung der Pflanzen zu nutzen und FĂ€zes mittels technischer Umwandlung als Substrat fĂŒr WurzelgemĂŒse verwenden zu können. Das System ist in sich als geschlossene Einheit geplant, kann jedoch je nach Pflanzenart individuell umgebaut und erweitert werden.

Interaktion zwischen Mensch und Pflanze

Das Team verzichtet auf die Automatisierung des gesamten Pflanzenanbauprozesses. Auf anderen Planeten, wie dem Mond, herrschen extreme und isolierte Bedingungen. Wir wollen die Interaktion zwischen Mensch und Pflanze fördern, damit eine Bindung entstehen. Die manuellen Arbeitsschritte beschrĂ€nken sich mehrheitlich auf das Setzen und Ernten von GemĂŒse, als auch auf Systemkalibrierung und Wartung. Das System wurde so konzipiert, dass es einfach zu bedienen und auch im Notfall zu reparieren ist. Auf teure Robotik konnte somit komplett verzichtet werden. Im SWAG-Pflanzenautomat sind dennoch einige Innovationen verbaut. So wurde eine adaptive LED-Pflanzenlampe entwickelt, die ein komplettes Sonnenlichtspektrum simuliert und intelligent auf die BedĂŒrfnisse der einzelnen Pflanzen reagiert. «Wir können mit bestimmten Lichtspektren das Wachstum, wie auch die Chemie der Pflanzen beeinflussen und steuern», so Remo, der fĂŒr die Entwicklung des Lichts verantwortlich ist. DafĂŒr wurde von Grund auf ein komplettes Lampenmodul entwickelt.

Umsetzung dank spannenden Kooperationen

Weiter arbeitet das Team mit diversen Partnerfirmen zusammen, um sein System bis im Juli realisieren zu können. So wird die Struktur von aurovis bereitgestellt. Die Firma antrimon half, die Elektronikplatine fĂŒr die Beleuchtung umzusetzen. Weitere Komponenten wie der integrierte Wasserfilter stammen vom Ermatinger Startup Umuntu und die hochprĂ€zisen Sensoren von Hach. Eine spannende Kooperation ging das Studierendenteam mit dem Design Studio FINK aus Basel ein. Die drei Industriedesigner von FINK ĂŒbernahmen die Konzeptionierung fĂŒr das Aussehen des Pflanzen-GewĂ€chshauses. Wir haben uns auch einen Ă€sthetischen Anspruch gesetzt, denn das Aussehen und die Bedienung muss zeitgemĂ€ss sein und zum Kontext passen. Das finale Design wird aber erst an der Field Campaign veröffentlich.

Den AnsprĂŒchen gerecht werden

Die AnsprĂŒche an das SWAG Team, als auch an das gesamte Projekt sind hoch. «Wir wollen nicht nur ein GemĂŒseanbausystem fĂŒr den Mond entwickelt, sondern auch fĂŒr jedes Zuhause auf der Erde», so die ZHAW-Studentin EdmĂ©e Perritaz, die fĂŒr die Kommunikation verantwortlich ist und die im MĂ€rz lancierte Crowdfunding Kampagne koordiniert.

Sieht man sich die Erde aus der Entfernung an, fĂ€llt auf, dass zwei Drittel Wasser ist. Nur rund ein Drittel der ErdoberflĂ€che ist Landmasse. Davon können jedoch nur rund zehn Prozent vom Menschen genutzt werden. Die restlichen 90% davon sind Gebirge, WĂ€lder oder WĂŒsten. Diese 10% LandflĂ€che werden momentan von rund 7.6 Milliarden Menschen fĂŒr Wohnen, Landwirtschaft und Freizeit genutzt. Bis 2050 wird die Bevölkerung laut Hochrechnungen auf 10 Milliarden Menschen steigen. Durch die KlimaerwĂ€rmung wird der Meerwasserspiegel steigen. Nur allein durch konventionelle Landwirtschaft wird es nicht mehr möglich sein, die Lebensmittelversorgung zu sichern. «Wir benötigen alternative Lebensmittelanbausysteme, die ressourcenschonend, platzsparend und ortsunabhĂ€ngig genutzt werden können», so Stefan, der Pflanzenspezialist im Team. «Ausserdem werden StĂ€dte in Zukunft immer dichter und grösser, dadurch wird die Versorgung mit Lebensmitteln immer schwieriger. Also warum nicht gleich frische Lebensmittel direkt in der Stadt produzieren und das mit möglichst minimalem Ressourcenverbrauch und Kreislaufschliessung?»

Ein Anbausystem mit vielseitigem Einsatzgebiet

Das ZHAW-Bachelor-Team arbeitet zielstrebig an der Umsetzung seines Pflanzen-Automaten und kann sich die zukĂŒnftige Anwendung in einer Mondbasis, aber auch in vielen Eigenheimen, Restaurants und LĂ€den sehr gut vorstellen.

«Wir wollen auch aufmerksam machen auf die steigende Lebensmittel- und Ressourcenverschwendung. Das System ist nicht dazu gedacht, mehr GemĂŒse zu produzieren, um es anschliessend wegzuwerfen. Wir wollen vielmehr den Konsumentinnen und Konsumenten das GefĂŒhl zurĂŒckgeben, den wirklichen Wert von frisch angebautem GemĂŒse neu zu entdecken.»

Ziel: Das SWAG-System in einer Weltraumbasis

PlanmĂ€ssig hĂ€tten sich alle Teams vom 10.-13.MĂ€rz im CERN in Genf zum Midterm Event getroffen. Dieser musste jedoch wegen der aktuellen Situation abgesagt werden. Dennoch fand ein reger Austausch in dieser Woche statt. Anstatt physisch zusammen zu kommen und zu prĂ€sentieren und zu diskutieren, wurde der Event einfach virtuell abgehalten. So konnten Informationen ausgetauscht und Schnittstellen definiert werden. Nach dieser Woche werden weitere News zur Mission, zur Field Campaign und zum System bekannt gegeben. Ausserdem ist das Team auf UnterstĂŒtzung angewiesen. Wir haben viele Sponsoren und Partner gefunden, die mit uns gemeinsam das System umsetzten. Jedoch fehlt uns noch ein Teil der Finanzierung, um wichtige Bauteile kaufen zu können. Ich muss nicht unbedingt auf den Mond oder Mars. Jedoch wĂ€re es unglaublich, wenn das SWAG irgendwann in einer Weltraumbasis stehen wĂŒrde.

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