Das ist die Seite für die Gruppe 5 des Projekts GreenLab. Wir kümmern uns um die Nährstoffversorgung der Pflanzen. Das bedeutet die Besprühung der Wurzeln, und die automatische Messung und Regelung des Nährstoffgehalts und PH-Werts der Sprühlösung.
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Theorie:
Bei der Bewässerung der Pflanzen haben wir uns für ein aeroponisches System entschieden, da diese gegenüber herkömmlicher Bewässerung entscheidende Vorteile aufweisen. Dabei werden die Pflanzen am Stiel kurz oberhalb des Wurzelansatzes befestigt und stabilisiert, den die Wurzeln hängen in der Luft statt in einem stabilisierendem Nährmedium. Die Wurzeln werden durch Sprühköpfe mit einer Nährlösung benetzt. Dabei ist es wichtig das sie nicht konstant benetzt sind, da sonst die Wurzeln von Pilzen befallen werden können und nicht atmen können. Damit ist auch eine konstantes Sprühen ausgeschlossen, den die Wurzeln von Pflanzen müssen Sauerstoff aufnehemen können. Sind die Sprühintervalle jedoch zu groß trockenen die Wurzeln aus und die Pflanze stirbt ab.
Die Nasa hat in den 90 Jahren Untersuchungen zu dieser Art der Bewässerung geführt, unter anderem für die selbstständige Ernährung von Austronauten auf Weltraummissionen. Dabei hat sich ergeben das diese Art von Systeme den Wasserverbrauch bis zu 98% reduzieren können, den Düngemittelgebrauch um bis zu 60% und Pestizidgebrauch um bis zu 100%. All das wird erreicht während gleichzeitig der Ertrag der Ernte maximiert wird, und die Zeit von der Aussaat bis zur Ernte minimiert wird, da die Pflanzen unter nahezu perfekten Bedingungen aufwachsen. Bei Test waren statt der üblichen 1-2 Ernten von Tomaten pro Jahr bis zu 6 Ernten pro Jahr möglich [NASA – Aeroponische Pflanzen]. Im Rahmen von späteren Untersuchungen ergab sich auch das die Tröpchen mit denen die Wurzeln benetzt werden für eine optimale Nährstoffaufnahme einen Durchmesser von 5 bis 50 Mikrometer betragen sollte [Optimum Droplet Size]. Das wollen wir realisieren indem wir Sprühdüsen verwenden die mit einem von eine Wasserpumpe erzeugtem Druck von ungefähr 3 Bar arbeiten [Nebeldüse].
Der EC-Wert ist ungefähr proportional zum Nährstoffgehalt des Wassers, da die von den Pflanzen benötigten Nährstoffe hauptsächlich Salze sind, welche den Leitwert des Wassers verändern. Nichts anderes ist der EC-Wert (electroconductivity). Hier ist ein Link zu Theorie der Umrechnung von EC-Wert zu anderen Größen. Ist der Nährsoffgehalt zu hoch, wachsen die Pflanzen nicht gut, bei einem zu niedrigen auch nicht. Der optimale Wert ist von Pflanze zu Pflanze unterschiedlich, ein typischer Wert ist jedoch um die 1,5 EC. Die Pflanzen können jedoch dies Nährstoffe nur aufnehmen, wenn der PH-Wert der richtige ist, das perfekte Mileu ist wiederrum auch pflanzenabhängig. Nehmen die Pflanzen einen Teil der Nährstoffe auf, so wird das Wasser basischer und gleichzeitig Nährstoffärmer. Um also ein perfektes Mileu zu erzeugen, muss der Säure- und Nährstoffgehalt des Wassers konstant nachreguliert werden
Praxis:
Wir messen den EC- und PH-Wert des Wassertanks, der zum Bewässern der Wurzeln verwendet wird. Dann vergleichen wir diesen mit dem von der Gruppe 1: Interface vorgegebenen Wert, der ein optimales Pflanzenwachstum garantieren soll. Dabei ist es Wichtig das PH- und EC-Wert nicht gleichzeitig gemessen werden, da der EC-Sensor Strom in das Wasser einspeist der den PH-Messwert verfälschen würde. Die Messwerte werden zurück an die Interface-Gruppe gegeben, um sie dem Nutzer anzuzeigen.
Ist der PH-Wert zu niedrig, wird ein Magnetventil geöffnet und dem Bewässerungstank wird Säure hinzugefügt. Ein zu hoher Wert ist unwahrscheinlich, da die Nährstoffzugabe von außen und die Nährstoffaufnahme der Pflanzen das Wasser basischer macht. Deswegen ist nur eine Regelung in eine Richtung notwendig. Ist der EC-Wert zu niedrig, wird ebenfalls über ein Magnetventil eine vorgemischte Nährstofflösung beigefügt. Durch die Nährstoffaufnahme der Pflanzen wird das Wasser nährstoffarmer, der EC-Wert sinkt also. Deswegen ist auch hier nur eine Regelung in eine Richtung erforderlich. Damit das Wasser eine homogene Säure- und Nährstoffverteilung aufweist ist es nötig das es von einer Mixvorrichtung verwirbelt wird.
Aaron (links) und Yannick beim provisorischen Aufbau der Nachregelresevoire mit Magnetventilen und der Mixvorrichtung (rosa Deckel) für die Abschlusspräsentation
Zusätzlich zu diesen Regelungen und Messungen wird der Füllstand des Wassertanks mit einem Kapazitiven Sensor gemessen und an die Interface-Gruppe weitergeleitet. Dazu wird ein Rohr mit einem Stab in der Mitte, in dem Tank befestigt. Diese sind leitend, aber von einander und dem Wasser isoliert. Somit stellen sie die Pole des Kondensators dar. Die Kapazitivität dieses ist von der Höhe des sich zwischen den Platten befindlichen Wassers abhängig. Um die Pflanzen mit Nährstoffen zu versorgen wird ein Pumpe über eine Pulsweitenmodulation gesteuert. Die Weite wird dabei von der Interface-Gruppe vorgegeben.
Abschlussbericht:
Abschlussbericht der Gruppe 5: Nährstoffe des Greenlab-Projekts
Beteiligte Personen:
Projektleiter/Tutor: Leo Blankenfeld
Teilnehmer:
Yannick – PH-Regelkreis und Schnittstellen
Aaron – PH-Regelkreis und Gehäuse
Hannes – EC-Regelkreis und Gehäuse
Jonas – EC-Regelkreis und Public Relations
Momo – Wasserkreislauf und Präsentation
Frederic – Wasserkreislauf und Gehäuse
Phillip – Microcontroller und Bauteile
Hendrik – Microcontroller und Abschlussbericht