Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Biomimetrisch-simulationsbasierte Textilstrukturen für neuartige Lösungen zur Feuchteverdunstung,

-kondensation und -versorgung von Pflanzen in Gewächshausgartenbau

Zu den größten Herausforderungen im lokalen Gewächshausgartenbau zählen die Beheizung und Wasseraufbereitung sowie die Reduktion der Luftfeuchte. Weiter gibt es Bestrebungen, möglichst Pflanzsubstrat-Alternativen zu Torf einzusetzen. Dieses branchenübergreifende Projekt erarbeitet biomimetisch, simulationsbasiert und mit Industrie 4.0-Methodik Basiswissen für folgende neuartige Module: biobasierte Feuchtekondensationsvliese, kombinierter flexibler solarbetriebener textiler Verdunster und Warmwasserkollektor sowie biomimetisch gestaltete, biobasierte Feuchteverteil- und -speichervliese. Diese neuartigen textilen Lösungen ermöglichen Energieeinsparungen im Gewächshausgartenbau. Dabei dienen heimische epiphytische Moose, die Wasserhyazinthe und das Torfmoos dienen als biomimetische Entwicklungsvorbilder. Mithilfe dieser Module werden eine demineralisierende Feuchteversorgung für sowie eine kombinierte Heizungsunterstützung und Wasserentkeimung für den Gewächshausgartenbau erprobt und vergleichend mit umfassendem SPAC-Monitoring hinsichtlich der Energie- und Ertragsbilanz validiert. Der gesamte branchenübergreifende Entwicklungsprozess erfolgt anforderungsgetrieben und simulationsgestützt nach dem allgemeinen V-Modell des Systems Engineering. Durch das Forschungsprojekt ergeben sich für die deutsche Textilindustrie neue Märkte sowohl im Bereich des Gewächshausgartenbaus, als auch im Bereich des zukunftsweisenden Wachstumsmarktes des Urbanen Gartenbaus. Der potentielle Ergebnisnutzerkreis umfasst ca. 3.479 KMU, ca. 21.947 weitere KMU werden sich für Erfahrungen mit SysML und der anforderungsgetriebenen modellgestützten Produktentwicklung interessieren. Eine neuartige Transfermethode für modellbasierte Entwicklungsergebnisse in die Geschäftsmodelle eröffnen KMU neue Nischenmärkte neben den direkt im Projekt adressierten Branchen auf dem Weg zu Industrie 4.0 wie den Hygienesektor sowie die Dach-, Fassaden- und Innenraumbegrünung.

Ergebniszusammenfassung:

Die Ergebnisse des Projekts sind drei auf Biomimetik basierende Module, mit Moosen als Vorbild aus der Natur, sowie einer Methodik, in der die Wirkprinzipanalyse der Biomimetik in das Systems Engineering integriert wurde.

Das erste Modul ist ein biobasiertes Feuchtekondensationsvlies. Dieses Vlies kann bspw. zur Ankeimunterstützung auf freiem Feld genutzt werden, in dem Morgennebel an den Vliesen kondensiert und in die Erde geleitet wird. Ein anderer Anwendungsfall ist die Kondensation von feuchter Luft aus einem textilen Verdunster um keimfreies und mineralfreies Wasser für die Bewässerung im Gewächshaus zu bekommen. Neben diesen beiden untersuchten Szenarien, gibt es weitere wie bspw. die Feuchteregulierung im Gewächshaus.

Das zweite Modul ist ein biobasierter, solarbetriebener textiler Verdunster. Mit Diesem kann verunreinigtes Wasser bzw. Brauchwasser verdunstet werden, um in Kombination mit dem ersten Modul entmineralisiertes und entkeimtes Wasser zu bekommen. Dieses Wasser kann, dann nach Zugabe von Düngemittel, für Bewässerung herangezogen werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Verdunstungsanlagen ist der Energiebedarf sehr niedrig und in der Formgebung sehr flexibel bei gleichzeitig niedrigen Skalierungskosten.

Das dritte Modul ist ein biobasiertes Feuchteverteil- und -speichervlies. Dieses kann zur Speicherung großer Wassermengen und ihrer Verteilung an die Pflanzen genutzt werden. Damit ist es eine weitere Alternative zur Torfnutzung und ihrer Alternativen Steinwolle und Perlit. Die Vliese sind biologisch abbaubar und sind damit für die Einmalnutzung (Unterbinden der Übertragung von Krankheitserregern auf verschiedene Pflanzgenerationen) geeignet.

Das letzte Ergebnis ist eine Methodik zur Integration der Wirkprinzipanalyse in das Systems Engineering. Damit können nun systematisch Vorbilder aus der Natur in neuartige textile Anwendungen und Strukturen überführt werden und machen damit diesen Ansatz für die gesamte textile Wertschöpfungskette interessant