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Energiesparen im Pflanzenlabor

Rote Leuchtdioden für grüne Blätter

| Redakteur: Christian Lüttmann

Stromsparen lohnt sich besonders dort, wo der Energieverbrauch generell sehr hoch ist. So zum Beispiel in den Pflanzenlaboren der Universität Stuttgart, die mit künstlichem Licht für kontrollierte Wachstumsbedingungen ihrer Setzlinge sorgen. Seit Anfang des Jahres sorgt eine genau abgestimmte Mischung verschiedener LEDs für die Beleuchtung, die nun im Vergleich zu den alten Leuchtstoffröhren über 50 Prozent Energiekosten einspart.

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Auf die Pflanzen abgestimmte Lichtfarbe und Spiegel an den Wänden sorgen für eine optimale Ausnutzung der Beleuchtung.
Auf die Pflanzen abgestimmte Lichtfarbe und Spiegel an den Wänden sorgen für eine optimale Ausnutzung der Beleuchtung.
(Bild: Kovalenko)

Stuttgart – Die Wände sind größtenteils verspiegelt. Von der Decke strahlen rote und blaue LEDs herab und tauchen den Raum in ein unwirkliches Licht. Diese seltsame Szenerie sah nicht immer so aus: Im vergangenen Jahr waren die beiden großen Pflanzenlabore im zehnten Stock des Instituts für Biomaterialien und biomolekulare Systeme (IBBS) noch mit klassischen Leuchtstoffröhren ausgestattet. Die umfangreiche Beleuchtung der Wachstumskammern für Pflanzen hatte einen entsprechend hohen Energieverbrauch.

Vor drei Jahren rief Harald Hentze, der Energiemanager der Universität Stuttgart, eine Energiesparinitiative ins Leben und im Zusammenhang damit den Ideenwettbewerb „Goldene Glühbirne“. Die Verantwortlichen des IBBS nahmen die Gelegenheit wahr und schlugen vor, die Leuchtstoffröhren in den Wachstumskammern gegen Leuchtdioden (LED) auszuwechseln, um auf diese Weise Energiekosten einzusparen. „Damit überzeugten wir den Nutzerbeirat Energie und den Energiemanager, die das Projekt unter allen Vorschlägen des Wettbewerbs zur Umsetzung auswählten“, erzählt Dr. Simon Stutz, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter des Instituts und hauptverantwortlicher Ideengeber.

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Genau das Licht, was die Pflanzen brauchen

Für die Umrüstung wurde aber nicht nur die Lichtquelle verändert, sondern auch die Lichtfarbe. Da Pflanzen nur Licht bestimmter Wellenlängen zur Energiegewinnung nutzen, ist ein großer Anteil von weißem Licht für sie nicht verwertbar. Herkömmliche Leuchtmittel, unter anderem Leuchtstoffröhren, decken aber einen breiten Bereich des Lichtspektrums ab – für die Pflanzenzucht eine unnötige Energieverschwendung. LEDs hingegen emittieren nur Licht einer relativ genau definierten Wellenlänge. „Wählt man passende LEDs aus, dann können sie genau das von den Pflanzen nutzbare Spektrum abdecken und somit sehr energieeffizient arbeiten“, erklärt Stutz.

„Da in den Pflanzenkammern auch gearbeitet wird, mussten wir allerdings einen kleinen Anteil des eigentlich einsparbaren Lichtes wieder zugeben – ein Arbeiten nur unter Rot- und Blaulicht ist für Menschen unmöglich.“ Dieses Problem wurde durch den Einsatz von weißen LEDs gelöst. Das Institut entschied sich schließlich für den Einsatz von sechs unterschiedlichen LED-Typen.

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Wofür werden die Wachstumskammern genutzt?

Die Abteilung Pflanzen-Biotechnologie zieht in den Kammern hauptsächlich die Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) an, und zwar verschiedene Ökotypen aus ganz Europa sowie verschiedene Stoffwechselmutanten. Die Wissenschaftler untersuchen zum Beispiel die Auswirkungen von Kälte, Trockenheit und Salz auf den Pflanzenstoffwechsel. Darüber hinaus erforschen sie die Auswirkungen von steigendem CO2-Gehalt auf die Pflanzen. Diese Grundlagenforschung ist insbesondere im Zuge des Klimawandels für die Nutzpflanzenzucht von zentraler Bedeutung.

Um die Untersuchung von Geminiviren und ihre Bedeutung als Schädlinge sowie die Resistenz von Kulturpflanzen geht es der Abteilung Molekularbiologie und Virologie. Dafür braucht sie tropische und subtropische Nutzpflanzen. Darüber hinaus bauen die Wissenschaftler verschiedene Tabakpflanzen zur Produktion von Tabakmosaikviren (TMV) an. Unter anderem nutzen sie diese, um vielfältige Virusderivate als nanostrukturierte Bausteine für analytische, technische und therapeutische Anwendungen herzustellen.

Die Gesamtkosten für den Umbau betrugen 145.000 Euro. Neben dem Austausch von 120 LED-Modulen (Kosten eines Moduls ca. 1.000 Euro) wurden neue Zwischendecken, die praktisch kein Licht absorbieren, sowie Reflektoren an allen Wänden zur Optimierung des Systems eingebaut. Nach einer recht langen Testphase, wie die Pflanzen auf die veränderte Lichtsituation reagieren, ist die Anlage nun seit Anfang des Jahres fertiggestellt.

Neue Beleuchtung spart auch Klimatisierungskosten

Zwar sind LEDs in der Anschaffung derzeit noch kostenintensiver als herkömmliche Lichtquellen, dennoch zahlt sich die Umrüstung des Beleuchtung aus, wie Energiemanager Hentze vorrechnet: „In den Wachstumskammern waren Leuchtstoffröhren mit einer Gesamtleistung von rund 33 kW verbaut, die nun durch LEDs ersetzt wurden und bei weniger Verbrauch sogar deutlich heller sind. Die neuen Leuchten werden meist auf etwa 40 Prozent gedimmt, wodurch im Durchschnitt sogar die Einsparung von elektrischer Energie im Bereich von 65 Prozent erreicht wird.“

Darüber hinaus wird durch die geringere Wärmeemission auch Kälteenergie zur Raumklimatisierung eingespart. Die längere Lebensdauer der LEDs verbessert zudem die Wartungsintervalle der Beleuchtung. „Trotz der noch relativ hohen Kosten dieser jungen Technologie amortisiert sich die Maßnahme nach gut fünf Jahren“, erläutert der Energiemanager.

Mit der Umsetzung dieses Projekts wird also für das Ziel der Universität Stuttgart, Energie einzusparen, ein beträchtlicher Beitrag geleistet. Die Anlage dient auch als Referenzprojekt für die Ausstattung weiterer Gebäude der Universität Stuttgart mit LED-Leuchtmitteln, ergänzt Hentze.

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