Förderphase 1 (2019 – 2024)

Die erste Förderphase von SUSKULT haben die Projektpartner die wissenschaftlichen Grundlagen für eine metropolnahe, kreislaufbasierte Agrarproduktion gelegt und einzelne Bausteine entwickelt. Die Arbeit erfolgte in den folgenden vier Teilprojekten:

Teilprojekt 1 NEWtrient®-Center

Unter der Leitung der TU Kaiserslautern sah das Teilprojekt 1 die schrittweise Umstrukturierung gegenwärtiger Kläranlagen von einer reinen Abwasserbehandlungsanlage hin zu einem Ressourcenlieferanten (»NEWtrient®-Center«) vor. Hierzu wurden mögliche Synergien und auch Ausschlusskriterien für die Integration des neu entwickelten Systems in bestehende Kläranlagen eruiert und Anpassungsstrategien für die kontinuierliche Implementierung entwickelt.
Gemeinsam mit der Emschergenossenschaft K. ö. R und dem Ruhrverband identifizierte die Technische Universität auf Basis dieser Erkenntnisse Ressourcenpotenziale auf Kläranlagen und entwickelte verschiedene Strategien und Konzepte für eine integrierte Breitstellung und Nutzung der Ressourcen.

Um das neue Agrarsystem in Kläranlagen integrieren zu können, ist ein grundlegendes Umdenken auf Seiten der Kläranlagen(betreiber) erforderlich. Außerdem müssen dynamische, bedarfsgerechte und automatische Prozesssteuerungen erarbeitet werden. Das Deutsche Forschungszentrum für künstliche Intelligenz GmbH (DFKI) entwickelte daher im Rahmen des Teilprojekts 1 die Grundlagen für eine vorausschauende (prädiktive) Prozessführung auf Basis von Methoden des maschinellen Lernens.

Teilprojekt 2 NEWtrient®-Aufbereitungssystem

Im Teilprojekt 2 wurden unter der Leitung von Fraunhofer UMSICHT Methoden und Technologien analysiert, bewertet und entwickelt, die eine Rückgewinnung der Ressourcen Wasser, Stickstoff, Phosphor, Kalium, CO2 und Wärme ermöglichen. Diese technologischen Konzepte wurden dann zu Prozessketten optimiert. Zielsetzung war die Erzeugung von Ressourcen, die frei von Keimen, Mikroschadstoffen sowie Störstoffen sind, die das Pflanzenwachstum negativ beeinflussen können. Die Forschungsergebnisse wurden in eine Demonstrationsanlage zur Produktion von Nahrungsmitteln integriert.

Im Labor wurden dazu zunächst vielversprechende Technologien auf ihre Eignung hin untersucht und schrittweise für die Pilotanwendung optimiert. Am Teilprojekt 2 arbeiteten unter anderem auch die Montanuniversität Leoben und die TU Kaiserslautern an einer Neuentwicklung für eine Verfahrenstechnik zur Rückgewinnung von Kalium aus kommunalem Abwasser. Weitere Partner in diesem Teilprojekt waren die A3 water solutions GmbH, die Trilux Lighting Solutions GmbH, die Yara GmbH & Co. KG., das Helmholtz Zentrum für Umweltforschung und die Hochschule Osnabrück.

Teilprojekt 3 Nahrungsmittelproduktion

Die Leitung des Teilprojekts 3 oblag der Hochschule Osnabrück. Mittels verschiedener Abhängigkeitsanalysen und der Erarbeitung umweltrelevanter Anforderungsprofile für das Nährstoffmanagement sollte eine sichere, effiziente und gezielte Kultivierung von Gemüsepflanzen auf Basis hydroponischer Systeme realisiert werden. So wurden im Rahmen des Teilprojekts zum Beispiel Versuche mit Tomaten und Blattsalaten durchgeführt, um bestimmte Abhängigkeitskriterien hinsichtlich Wachstumsdynamik, Pflanzengesundheit Produktqualität zu untersuchen.

Darüber hinaus sah das Teilprojekt die Entwicklung eines dynamischen Moduls zur Aufbereitung der flüssigen Ressourcen aus dem »NEWtrient®-Center« vor. So wurden Teilströme des Agrarsystems bei hohen Nährstoffkonzentrationen über eine aquatische Anlage geführt und proteinreiche Pflanzengattungen in kompakten vertikalen Produktionssystemen kultiviert.

In diesem Teilprojekt arbeiteten die verschiedensten Partner des Konsortiums mit.

Teilprojekt 4 Umfeld- und Systemanalyse

Im Teilprojekt 4 trafen Systemwissen, Zielwissen und Transformationswissen aufeinander. Unter der Leitung der Justus-Liebig-Universität Gießen wurden die gesamtgesellschaftlichen Auswirkungen der technologischen Innovationsentwicklung von SUSKULT analysiert sowie Transformationsbarrieren und zugleich Chancen eruiert. Zudem hat das Teilprojekt praktische Gestaltungsmöglichkeiten zum Umgang mit dem neuen Agrarsystem auf unterschiedlichen politischen Ebenen aufzeigen, unerwünschte Auswirkungen und inhärente Risiken bewertet sowie SUSKULT bedarfsgerecht an unterschiedliche Anspruchsgruppen angebunden.

So wurden zum Beispiel neue Regulierungsbedarfe (etwa im Lebensmittel- oder Haftungsrecht) und Marktpotenziale im inter- und transdisziplinären Austausch der Justus-Liebig-Universität mit Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft im Rahmen von Stakeholder Dialogen diskutiert und analysiert. Neben dem Ruhrverband und der Emschergenossenschaft waren auch Yara GmbH & Co. KG, Rewe Markt GmbH und die Metro AG, sowie das Deutsche Forschungszentrum für künstliche Intelligenz GmbH (DFKI) und das Institut für Landes- und Stadtentwicklungsforschung (ILS) an diesem Teilprojekt beteiligt.