„Wachstumsturbo“ CO2 – Wie funktioniert eine CO2-Düngung im Gewächshaus?

CO2-Düngung im Gewächshaus

Die Aufzucht und Kultivierung von Zier- und Nutzpflanzen in Gewächshäusern ermöglicht es Gärtnereien und landwirtschaftlichen Betrieben, ihre Produkte saisonal unabhängig und in gleichbleibender Qualität zu produzieren. Vorrangiges Ziel im Unterglasanbau ist es, durch eine optimale Regulierung der klimatischen Bedingungen für ideale Wachstumsbedingungen zu sorgen und so die Produktivität zu steigern. Neben der richtigen Luftfeuchtigkeit und Temperatur brauchen die Pflanzen Kohlendioxid um sich gut zu entwickeln. Durch eine künstliche Steigerung der CO2-Konzentration im Gewächshaus können vor allem bei Gemüsepflanzen höhere Erträge erzielt werden. Dies stellt für Gewächshausbetreiber einen enormen Wettbewerbsvorteil gegenüber dem Freilandanbau dar.

Mit CO2-Düngung zu höheren Erträgen

Kohlendioxid fördert das Pflanzenwachstum 

Pflanzen erzeugen mittels Fotosynthese Traubenzucker (Glukose), den sie zum Wachsen brauchen. Die „Grundzutaten“ für diesen biochemischen Prozess sind Licht, Wasser und Kohlendioxid. Steht den Pflanzen nicht genügend CO2 zur Verfügung, produzieren sie weniger Traubenzucker und wachsen langsamer. Umgekehrt wirkt sich mehr CO2 positiv auf das Pflanzenwachstum aus. Eine hohe CO2-Konzentration lässt Pflanzen schneller wachsen, fördert die Wurzelbildung, sorgt für eine frühere Blüte und höhere Ertrag. 

Daher wird in Gewächshäusern der CO2-Gehalt durch eine sogenannte CO2-Düngung (oder CO2-Begasung) künstlich erhöht. Die Produktivität und Qualität der kultivierten Pflanzen kann dadurch deutlich gesteigert werden. Speziell in der lichtarmen Jahreszeit ist eine CO2-Düngung sinnvoll, da sie auch die Wirkung von künstlichem Licht verstärkt und somit dem natürlichen Lichtmangel entgegenwirkt.

Arten der CO2-Düngung

In der Praxis kommen grundsätzlich zwei technische Lösungen für die CO2-Düngung zum Einsatz:
 

  • CO2-Generatoren (CO2-Kanonen), die Erdgas oder Flüssiggas verbrennen um die CO2-Konzentration anzuheben. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wird gleichzeitig auch zum Beheizen des Gewächshauses genutzt.
  • Kohlendioxid-Anlagen, die reines Gas (technisches Kohlendioxid) aus Gasflaschenbündeln oder Gastanks über ein Rohrleitungssystem in das Gewächshaus einleiten. Die Regelung der Gaszufuhr kann dabei von manuell bis hin zu vollautomatisiert (unter Berücksichtigung der vorherrschenden CO2-Konzentration, den Lichtverhältnissen und Lüftung) erfolgen. 
     

Wieviel CO2 benötigt wird, hängt vom Gewächshausvolumen, dessen Dichtheit und vom natürlichen oder geregelten Luftaustausch ab. Die Höhe der CO2-Konzentration variiert je nach Pflanzenart. In der Regel liegen die Werte im Bereich von 600 bis 1200 ppm. Grundsätzlich gilt, je höher der Massezuwachs einer Pflanze, umso höher die CO2-Konzentration. Gemüsepflanzen profitieren deshalb stärker von einer CO2-Düngung als z.B. Zierpflanzen. 

  • Tomaten im Gewächshaus
    Eine CO2-Düngung im Gewächshaus sorgt für gesunde Pflanzen und höhere Erträge

Überwachen der CO2-Konzentration im Gewächshaus

Beim Einsatz einer CO2-Düngung sollte der CO2-Gehalt im Gewächshaus aus mehreren Gründen kontinuierlich gemessen und überwacht werden:
 

  • Zuviel CO2 wirkt sich negativ auf das Pflanzenwachstum aus. Ist die CO2-Konzentration zu hoch, wachsen die Pflanzen langsamer und entwickeln sich nicht so gut.
  • Die Erzeugung und Zufuhr von CO2 kostet Geld. Durch die Überwachung des CO2-Gehalts kann die CO2-Düngung so effizient und damit kostensparend wie möglich betrieben werden.
  • In hoher Konzentration kann CO2 für Menschen gesundheitsschädigend sein und zu Schwindel, Kopfschmerzen, Übelkeit bis hin zu Bewusstlosigkeit führen. Die gesetzlich festgelegte maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Grenzwert) von 5000 ppm (= 0,5 % CO2) darf daher nicht überschritten werden. Auch deshalb müssen verantwortungsvolle Gewächshausbetreiber die CO2-Konzentration im Auge behalten

 

CO2-Messung mit CO2-Sensoren

Um den CO2-Gehalt der Luft zu messen, sind CO2-Sensoren das Mittel der Wahl. Allerdings müssen die CO2-Sensoren dabei mit den im Gewächshaus vorherrschenden Umgebungsbedingungen zurechtkommen. 
Besonders herausfordernd für die Sensoren sind eine hohe Luftfeuchtigkeit oder gar Kondensation in Kombination mit Verunreinigungen und chemischer Belastung durch Düngemittel, Pestizide, Herbizide oder Desinfektionsmitteln (z.B. Wasserstoffperoxid). Kondensationsbedingte Ablagerungen am Sensorelement können die Messgenauigkeit beeinträchtigen und zu Korrosion führen. 

Damit CO2-Sensoren unter diesen schwierigen Bedingungen langzeitstabil und zuverlässig arbeiten, sollten diese hinsichtlich ihrer technischen Eignung genau geprüft werden.
 

Darauf sollten Gewächshausbetreiber bei der Anschaffung von CO2-Sensoren achten:

  • Besitzen die Sensoren einen ausreichend breiten CO2-Messbreich?
  • Wie gut ist die Messgenauigkeit und Langzeitstabilität der Sensoren? 
  • Auf welchem Messprinzip basiert die CO2-Messung?
  • Eignen sich die Sensoren für den Einsatz bei hoher relativer Feuchte?
  • Sind die Sensoren resistent gegenüber Verschmutzung und chemische Belastung? 
  • Wie rasch reagieren die Sensoren bei einer Änderung des CO2-Gehalts (Ansprechzeit)?
  • Verfügen die Sensoren über eine entsprechend hohe Gehäuseschutzklasse (IP65 / NEMA4)?
  • Welche Wartungs- und Kalibriermöglichkeiten bieten die Sensoren?
  • Können die Sensoren in die Gewächshaussteuerung integriert werden (z.b. via Modbus RTU-Schnittstelle)?

 

EE872 – Modularer 4-in-1 Fühler für CO2, Feuchte, Temperatur und Druck

Der EE872 Messfühler von E+E Elektronik erfüllt alle Voraussetzungen für den Einsatz in Gewächshäusern. 
 

  • Das CO2-Messprinzip (NDIR-Zweistrahlverfahren) ist besonders verschmutzungsresistent und kompensiert Alterungseffekte automatisch. 
  • Die aktive Temperatur- und Druckkompensation sorgt für eine hohe CO2-Messgenauigkeit.
  • Dank innovativer rapidX-Technologie kann das Sensormodul in wenigen Sekunden getauscht werden.


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    Der EE872 besitzt ein robustes IP65 Edelstahl- oder Polycarbonat-Gehäuse für den Einsatz in rauer und aggressiver Umgebung

Auch Feuchte und Temperatur müssen überwacht werden

Neben der ausreichenden Versorgung mit CO2 benötigen Pflanzen die richtige Luftfeuchtigkeit und Temperatur, um optimal zu gedeihen. Daher gilt es, auch diese Klimaparameter mit geeigneten Feuchte- und Temperatursensoren exakt und zuverlässig zu überwachen. Nur so kann sichergestellt werden, dass sich Gewächshauskulturen optimal entwickeln und zum gewünschten wirtschaftlichen Erfolg führen. Bei der Wahl der Sensoren sollten Gewächshausbetreiber auf Qualität setzen und sich vor der Kaufentscheidung von Experten beraten lassen.

 

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