Vertikale Landwirtschaft

Vertikale Landwirtschaft bezeichnet den Anbau von Nutzpflanzen in vertikal und horizontal übereinander angeordneten Schichten. ^{[ 1 ]} Sie kombiniert häufig kontrollierte Anbaumethoden zur Optimierung des Pflanzenwachstums mit erdlosen Anbautechniken wie Hydroponik , Aquaponik und Aeroponik . ^{[ 1 ]} Gängige Strukturen für vertikale Landwirtschaftssysteme sind Gebäude, Schiffscontainer , unterirdische Tunnel und stillgelegte Bergwerksschächte.

Das moderne Konzept der vertikalen Landwirtschaft wurde 1999 von Dickson Despommier , Professor für öffentliche Gesundheit und Umweltmedizin an der Columbia University, vorgeschlagen. ^{[ 2 ]} Despommier und seine Studenten entwarfen eine Wolkenkratzerfarm, die 50.000 Menschen ernähren könnte. ^{[ 3 ]} Obwohl dieser Entwurf noch nicht realisiert wurde, trug er maßgeblich zur Popularisierung der vertikalen Landwirtschaft bei. ^{[ 3 ]} Aktuelle Anwendungen der vertikalen Landwirtschaft, kombiniert mit anderen hochmodernen Technologien wie speziellen LED- Leuchten, erzielen mehr als zehnmal höhere Ernteerträge als traditionelle Anbaumethoden. ^{[ 4 ]}

Der Hauptvorteil vertikaler Landwirtschaftstechnologien liegt in den höheren Ernteerträgen bei gleichzeitig geringerem Flächenbedarf. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, eine größere Vielfalt an Nutzpflanzen gleichzeitig anzubauen, da diese nicht auf denselben Flächen wachsen. Zudem sind die Pflanzen durch die Indoor-Anbauweise weniger witterungsbeständig, wodurch Ernteausfälle durch extreme oder unerwartete Wetterereignisse reduziert werden. Schließlich schont die vertikale Landwirtschaft aufgrund des geringen Flächenbedarfs die einheimische Flora und Fauna und trägt so zu deren Erhaltung bei. ^{[ 7 ]}

Vertikale Landwirtschaftstechnologien stehen im Vergleich zu traditionellen Anbaumethoden vor wirtschaftlichen Herausforderungen, insbesondere aufgrund der hohen Anlaufkosten. Sie eignen sich nicht für alle Nutzpflanzen, können aber für hochwertige Produkte wie Salate kosteneffizient sein. ^{[ 8 ]} Vertikale Farmen haben zudem einen hohen Energiebedarf, bedingt durch den Einsatz von Zusatzbeleuchtung wie LEDs. Die Gebäude erfordern außerdem eine präzise Steuerung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Wasserversorgung. Wird zur Deckung dieses Energiebedarfs konventioneller Strom verwendet, können vertikale Farmen mehr Umweltverschmutzung verursachen als traditionelle Anbaumethoden oder Gewächshäuser . Ein Ansatz zur Verbesserung der energiebezogenen Umweltbilanz ist die Nutzung von Agri-Photovoltaik -gestützter vertikaler Landwirtschaft in einem Agrotunnel ^{[ 9 ]} oder einer ähnlichen Anlage. Auf diese Weise können Nutzpflanzen unter Agri-Photovoltaik-Anlagen im Freien angebaut werden, und der erzeugte Solarstrom kann für die Stromversorgung der vertikalen Farmen genutzt werden.

Der Begriff „vertikale Landwirtschaft“ wurde 1915 von Gilbert Ellis Bailey in seinem Buch „Vertical Farming“ geprägt . Seine Verwendung des Begriffs unterscheidet sich von der heutigen Bedeutung – er schrieb über Landwirtschaft mit besonderem Interesse an der Bodenbeschaffenheit, dem Nährstoffgehalt und der Betrachtung von Pflanzen als „vertikale“ Lebensformen, insbesondere im Hinblick auf ihre unterirdischen Wurzelstrukturen. ^{[ 10 ]} Heutzutage bezeichnet der Begriff „vertikale Landwirtschaft“ üblicherweise den Anbau von Pflanzen in mehreren Schichten, sei es in einem mehrstöckigen Hochhaus, einer umgebauten Lagerhalle oder einem Schiffscontainer.

Der Architekt Ken Yeang entwarf und baute Wolkenkratzer mit Mischnutzung . Yeang schlägt vor, Pflanzen nicht in hermetisch abgeschlossenen, massenproduzierten Anbauflächen zu betreiben, sondern sie im Freien in diesen Wolkenkratzern anzubauen, um das Klima zu regulieren und die Pflanzen selbst zu verbrauchen. Diese Form der vertikalen Landwirtschaft basiert auf dem Eigenbedarf oder dem Bedarf der Gemeinschaft und nicht auf der großflächigen Produktion und dem Vertrieb, die darauf abzielen, eine ganze Stadt zu ernähren. ^{[ 11 ]}

Der Ökologe Dickson Despommier argumentiert, dass vertikale Landwirtschaft aus ökologischen Gründen legitim sei. Er behauptet, dass der Anbau von Pflanzen in Wolkenkratzern weniger Energieaufwand erfordere und weniger Umweltverschmutzung verursache als manche Anbaumethoden in natürlichen Landschaften. Durch die Umstellung auf vertikale Landwirtschaft, so Despommier, könne Ackerland in seinen natürlichen Zustand (d. h. Wälder) zurückkehren, was dazu beitragen würde, die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern. Darüber hinaus behauptet er, dass natürliche Landschaften für eine natürliche Landwirtschaft zu toxisch seien. Vertikale Landwirtschaft würde einige der mit der Landwirtschaft verbundenen Risiken eliminieren. ^{[ 12 ]}

Despommiers Konzept der vertikalen Farm entstand 1999 an der Columbia University . Es propagiert den massenhaften Anbau von Pflanzen für kommerzielle Zwecke in Wolkenkratzern. ^{[ 13 ]}

Mehrere Unternehmen haben die Stapelung von recycelten Schiffscontainern im urbanen Raum entwickelt. Die Container dienen als standardisierte, modulare Klimakammern für den Pflanzenanbau. Durch die Stapelung der Container lässt sich eine höhere Ertragsdichte pro Quadratmeter erzielen. Die Herausforderung besteht jedoch darin, die einzelnen Ebenen effektiv und kostengünstig zugänglich zu machen.

Freight Farms produzierte „Greenery“, ein komplettes System mit vertikaler Hydrokultur, LED-Beleuchtung und Klimatisierung, das in einem 12 m × 2,4 m großen Schiffscontainer untergebracht ist. ^{[ 14 ]} Podponics errichtete in Atlanta eine vertikale Farm mit über 100 gestapelten „Growpods“, ging aber Berichten zufolge im Mai 2016 in Konkurs. ^{[ 15 ]}

2017 bot TerraFarms ein System aus 40-Fuß-Seecontainern an, das mit Computer Vision und einem künstlichen neuronalen Netzwerk zur Pflanzenüberwachung ausgestattet war ^{[ 16 ]} und ferngesteuert überwacht wurde. Laut Aussage des Unternehmens erreichte das TerraFarm-System „Kostenparität mit traditioneller Landwirtschaft im Freien“ ^{[ 17 ].} Jede Einheit produzierte die Erträge von „drei bis fünf Acres [ein bis zwei Hektar] Ackerland“ und verbrauchte dabei 97 % weniger Wasser ^{[ 18 ]} durch Wasserrückgewinnung und die Nutzung des durch die Klimaanlage verdunsteten Wassers ^{[ 19 ] .}

Vertikale Landwirtschaft in stillgelegten Bergwerksschächten wird als „Tiefenlandwirtschaft“ bezeichnet und soll die konstanten Temperaturen unter Tage sowie die Nähe zu oder die Lage in städtischen Gebieten nutzen. Zudem könnte nahegelegenes Grundwasser verwendet werden, wodurch die Wasserkosten für die Bewässerung der Farm gesenkt würden. ^{[ 20 ]}

Die Beleuchtung kann natürlich oder mittels LEDs erfolgen. Kommerzielle LEDs erreichten 2018 einen Wirkungsgrad von etwa 28 %, was die Produktionskosten hoch hält und vertikale Farmen daran hindert, in Regionen mit reichlich günstigem Gemüse wettbewerbsfähig zu sein. ^{[ 21 ]} Die Energiekosten lassen sich senken, da kein vollspektrales weißes Licht benötigt wird. Stattdessen kann rotes, blaues oder violettes Licht mit weniger Strom erzeugt werden.

Eine der frühesten Zeichnungen eines Hochhauses, das Nahrungsmittel produziert, wurde 2009 im Life Magazine veröffentlicht. ^{[ 22 ]} Die reproduzierten Zeichnungen zeigen vertikal gestapelte Gehöfte inmitten einer Agrarlandschaft. Dieser Entwurf findet sich auch in Rem Koolhaas ’ Buch „Delirious New York“ . Koolhaas schrieb, dass dieses Theorem „den Wolkenkratzer als utopisches Mittel zur Schaffung unbegrenzter Mengen unberührter Flächen in Ballungsräumen“ beschreibt. ^{[ 23 ]}

Zu den frühen architektonischen Entwürfen, die zur Entwicklung vertikaler Landwirtschaft beitragen, zählen Le Corbusiers „Immeubles-Villas“ (1922) und SITEs „Highrise of Homes“ (1972). ^{[ 24 ]} SITEs „Highrise of Homes“ stellt eine Art Wiederbelebung des 1909 im Life Magazine veröffentlichten Theorems dar. ^{[ 25 ]} Gebaute Beispiele vertikaler Hydrokulturanlagen sind in John Hix’ Buch „The Glass House“ dokumentiert . Bilder der vertikalen Farmen an der Gärtnerschule in Langenlois, Österreich, und des Glasturms auf der Internationalen Gartenbauausstellung in Wien (1964) belegen die Existenz vertikaler Farmen. ^{[ 26 ]} Die technologischen Grundlagen vertikaler Landwirtschaft lassen sich bis zur Geschichte des Gartenbaus zurückverfolgen, genauer gesagt zur Entwicklung der Gewächshaus- und Hydrokulturtechnik . Frühe Hydrokulturanlagen integrierten die Hydrokulturtechnik in Gebäudesysteme. Diese gartenbaulichen Gebäudesysteme entwickelten sich aus der Gewächshaustechnik. Die British Interplanetary Society entwickelte ein Hydroponikum für Mondbedingungen, während in den Anfängen der Weltraumforschung weitere Gebäudeprototypen entwickelt wurden.

Die armenischen Turmhydroponikanlagen sind die ersten gebauten Beispiele einer vertikalen Farm und sind in Sholto Douglas' Hydroponik : Das Bengalische System dokumentiert, das erstmals 1951 mit Daten aus dem damaligen Ostpakistan , dem heutigen Bangladesch und dem indischen Bundesstaat Westbengalen veröffentlicht wurde . ^{[ 27 ] [ 28 ]}

Spätere Vorläuferprojekte, die veröffentlicht oder realisiert wurden, sind Ken Yeangs Bioklimatischer Wolkenkratzer (Menara Mesiniaga, erbaut 1992); MVRDVs PigCity (2000); MVRDVs Meta City/Datatown (1998–2000); und Pich-Aguileras Garden Towers (2001). ^{[ 24 ]}

Ken Yeang ist wohl der bekannteste Architekt, der die Idee des „gemischt genutzten“ bioklimatischen Wolkenkratzers propagiert hat, der Wohneinheiten und Nahrungsmittelproduktion kombiniert.

Dickson Despommier ist Professor für Umweltgesundheitswissenschaften und Mikrobiologie . 1999 griff er das Thema VF (Vascular Flux) in einem Kurs für medizinische Ökologie mit Doktoranden erneut auf. Er spekulierte, dass eine 30-stöckige Farm, die einen ganzen Häuserblock einnehmen würde, 50.000 Menschen mit Nahrungsmitteln wie Gemüse, Obst, Eiern und Fleisch versorgen könnte. Er erklärte, dass in den oberen Stockwerken hydroponisch angebaute Pflanzen wachsen könnten, während die unteren Stockwerke für Hühner und Fische geeignet wären, die sich von Pflanzenresten ernähren.

Obwohl viele von Despommiers Vorschlägen aus umweltwissenschaftlicher und ingenieurtechnischer Sicht infrage gestellt wurden, konnte er seine These, dass die Lebensmittelproduktion transformiert werden kann, erfolgreich popularisieren. Kritiker argumentierten, dass der zusätzliche Energiebedarf für künstliche Beleuchtung, Heizung und andere Betriebsabläufe den Vorteil der räumlichen Nähe des Gebäudes zu den Verbrauchsbereichen überwiegen würde. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

Despommier stellte seine Klasse ursprünglich vor die Herausforderung, die gesamte Bevölkerung Manhattans (etwa 2 Millionen Menschen) mit nur 5 Hektar Dachgärten zu ernähren . Die Klasse berechnete, dass Dachgärten lediglich 2 % der Bevölkerung ernährt werden könnten. Unzufrieden mit den Ergebnissen, schlug Despommier spontan vor, Pflanzen vertikal in Innenräumen anzubauen. Im Jahr 2001 wurde der erste Entwurf einer vertikalen Farm vorgestellt. In einem Interview beschrieb Despommier die Funktionsweise vertikaler Farmen:

Jede Etage verfügt über eigene Bewässerungs- und Nährstoffüberwachungssysteme. Sensoren erfassen für jede einzelne Pflanze, wie viele und welche Nährstoffe sie aufgenommen hat. Systeme zur Überwachung von Pflanzenkrankheiten nutzen DNA-Chip-Technologien, um Pflanzenpathogene durch einfache Luftproben und DNA-Fragmente verschiedener Virus- und Bakterieninfektionen nachzuweisen. Das ist ganz einfach. Ein Gaschromatograph analysiert zudem die enthaltenen Flavonoide und gibt so den optimalen Erntezeitpunkt an . Diese Flavonoide verleihen den Lebensmitteln ihren beliebten Geschmack, insbesondere aromatischen Sorten wie Tomaten und Paprika. All diese Technologien sind bereits verfügbar. Der Bau einer vertikalen Farm ist heute möglich. Wir müssen nichts Neues entwickeln. ^{[ 31 ]}

Die architektonischen Entwürfe wurden unabhängig voneinander von den Designern Chris Jacobs, Andrew Kranis und Gordon Graff erstellt. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Die Aufmerksamkeit der Massenmedien begann mit einem Artikel im New York Magazine, gefolgt von weiteren Artikeln ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} sowie Beiträgen im Radio und Fernsehen.

Im Jahr 2011 baute das Werk in Chicago eine Biogasanlage in das Gebäude ein. Dadurch kann der Betrieb netzunabhängig arbeiten. Außerdem werden in der Biogasanlage Abfälle von nahegelegenen Unternehmen recycelt, die sonst auf Mülldeponien landen würden. ^{[ 38 ]}

Im Jahr 2014 betrieb Vertical Fresh Farms in Buffalo , New York, eine Anlage, die sich auf Salate , Kräuter und Sprossen spezialisiert hatte. ^{[ 39 ]} Im März eröffnete in Scranton, Pennsylvania, die damals größte vertikale Farm der Welt, errichtet von Green Spirit Farms (GSF). Das Unternehmen ist in einem eingeschossigen Gebäude auf einer Fläche von 3,25 Hektar untergebracht. In sechs Lagen übereinander angeordneten Regalen finden 17 Millionen Pflanzen Platz. Die Farm sollte 14 Salaternten pro Jahr sowie Spinat, Grünkohl, Tomaten, Paprika, Basilikum und Erdbeeren anbauen. Mithilfe eines Luftentfeuchters wird der Raumluft Wasser entzogen . ^{[ 21 ]}

Die US-amerikanische Defense Advanced Research Projects Agency ( DARPA ) betreibt ein 18-stöckiges Projekt zur Herstellung gentechnisch veränderter Pflanzen , die Proteine ​​produzieren, welche für Impfstoffe geeignet sind . ^{[ 21 ]}

Plenty hat ein neues, KI-gesteuertes, modulares Anbausystem für verschiedene Nutzpflanzen entwickelt. Das Unternehmen eröffnet eine Farm in Chesterfield , Virginia, auf der jährlich über 1,8 Millionen Kilogramm Erdbeeren produziert werden. Die Farm benötigt 97 % weniger Land und Wasser als herkömmliche Anbaumethoden. ^{[ 40 ]}

Im August 2025 fusionierte das US-amerikanische Unternehmen für vertikale Landwirtschaft „80 Acres Farms“ mit Soil Organics. Das Unternehmen betreibt sieben vertikale Farmen in den Vereinigten Staaten mit einer geschätzten hydroponischen Produktproduktion von bis zu 20 Millionen Pfund pro Jahr. ^{[ 41 ]}

Viele der potenziellen Vorteile von VF ergeben sich aus der Skalierung hydroponischer oder aeroponischer Anbaumethoden. ^{[ 42 ]}

Eine Studie aus dem Jahr 2018 schätzte den Wert von vier Ökosystemleistungen, die von der vorhandenen Vegetation in städtischen Gebieten erbracht werden, auf rund 33 Milliarden US-Dollar jährlich. Der quantitative Rahmen der Studie prognostizierte eine jährliche Nahrungsmittelproduktion von 100–180 Millionen Tonnen, Energieeinsparungen von 14 bis 15 Milliarden Kilowattstunden, eine Stickstoffbindung zwischen 100.000 und 170.000 Tonnen sowie eine Reduzierung des Oberflächenabflusses um 45 bis 57 Milliarden Kubikmeter jährlich. Nahrungsmittelproduktion, Stickstofffixierung, Energieeinsparungen, Bestäubung, Klimaregulierung, Bodenbildung und biologische Schädlingsbekämpfung könnten einen Wert von bis zu 80–160 Milliarden US-Dollar jährlich erreichen. ^{[ 43 ]}

Schätzungen zufolge wird die Weltbevölkerung bis zum Jahr 2048 um 3 Milliarden Menschen anwachsen, und fast 80 % werden in Städten leben. ^{[ 44 ]} Vertikale Farmen haben das Potenzial, den Bedarf an zusätzlicher Ackerfläche zu reduzieren oder sogar ganz zu eliminieren. ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

Im Gegensatz zur traditionellen Landwirtschaft in nicht-tropischen Gebieten ermöglicht die Indoor-Landwirtschaft ganzjährige Ernten. Der Anbau in Gewächshäusern steigert die Produktivität der Anbaufläche je nach Kulturpflanze um das Vier- bis Sechsfache. Bei Kulturpflanzen wie Erdbeeren kann der Faktor sogar bis zu 30 betragen. ^{[ 47 ] [ 48 ]}

Da die Ernte direkt vor Ort verbraucht wird, dürften lange Transportwege mit den damit verbundenen Zeitverzögerungen Verderb, Schädlingsbefall und den Energiebedarf reduzieren. Weltweit gehen etwa 30 % der Ernte durch Verderb und Schädlingsbefall verloren, wobei diese Zahl in Industrieländern deutlich niedriger ist. ^{[ 37 ]}

Despommier schlägt vor, dass, sobald Zwergformen von Nutzpflanzen (z. B. Zwergweizen , der kleiner, aber nährstoffreicher ist ^{[ 49 ]} ), ganzjährige Kulturen und sogenannte „Stapelpflanzenhalter“ berücksichtigt werden, ein 30-stöckiges Gebäude mit einer Grundfläche von einem Baustein (2 Hektar oder 5 Acres) einen Jahresertrag erzielen würde, der dem von 1.000 Hektar (2.400 Acres) traditioneller Landwirtschaft entspricht. ^{[ 37 ]}

Der Anbau von Nutzpflanzen im traditionellen Freilandanbau ist auf günstige Witterungsbedingungen angewiesen und leidet unter ungünstigen Temperaturen, Regen, Monsun, Hagelstürmen, Tornados, Überschwemmungen, Waldbränden und Dürre. ^{[ 42 ]} „Drei Überschwemmungen in jüngster Zeit (1993, 2007 und 2008) verursachten in den Vereinigten Staaten Ernteausfälle in Milliardenhöhe, wobei die Verluste an fruchtbarem Oberboden noch verheerender waren. Veränderungen der Niederschlagsmuster und der Temperatur könnten die landwirtschaftliche Produktion Indiens bis zum Ende des Jahrhunderts um 30 % verringern.“ ^{[ 50 ]}

Die Produktivität von VF ist weitgehend unabhängig vom Wetter, obwohl Erdbeben und Tornados nach wie vor eine Bedrohung darstellen.

Das Problem widriger Wetterbedingungen ist besonders relevant für arktische und subarktische Gebiete wie Alaska und Nordkanada , wo traditionelle Landwirtschaft weitgehend unmöglich ist. Ernährungsunsicherheit ist in abgelegenen nördlichen Gemeinden seit Langem ein Problem, da frische Produkte über weite Strecken transportiert werden müssen, was zu hohen Kosten und Mangelernährung führt. ^{[ 51 ]} Containerfarmen können ganzjährig frische Produkte zu geringeren Kosten als der Transport von Waren aus südlicheren Regionen anbieten. Mehrere solcher Farmen sind beispielsweise in Churchill, Manitoba , und Unalaska, Alaska, in Betrieb. ^{[ 52 ] [ 53 ]} Ähnlich wie bei Störungen im Pflanzenbau sind lokale Containerfarmen auch weniger anfällig für solche Störungen als die langen Lieferketten, die für die Versorgung abgelegener Gemeinden mit traditionell angebauten Produkten notwendig sind. Die Lebensmittelpreise in Churchill stiegen nach Überschwemmungen im Mai und Juni 2017 sprunghaft an, da die Bahnstrecke, die die einzige permanente Landverbindung zwischen Churchill und dem Rest Kanadas darstellt, stillgelegt werden musste. ^{[ 54 ]}

Bis zu 20 Einheiten Ackerland im Freien pro Einheit VF könnten aufgrund der erhöhten Produktivität von VF in ihren natürlichen Zustand zurückkehren, ^{[ 55 ] [ 56 ] .}

Vertikale Landwirtschaft würde somit die landwirtschaftliche Nutzfläche reduzieren und dadurch viele natürliche Ressourcen schonen. ^{[ 37 ]} Entwaldung und Wüstenbildung , die durch die Ausdehnung der Landwirtschaft auf natürliche Biome verursacht werden , könnten vermieden werden. Die Produktion von Lebensmitteln in Innenräumen reduziert oder eliminiert das herkömmliche Pflügen, Säen und Ernten mit Landmaschinen, wodurch der Boden geschützt und Emissionen verringert werden.

Die Knappheit an Düngemittelkomponenten wie Phosphor ^{[ 57 ]} stellt eine Bedrohung für die industrielle Landwirtschaft dar. Das geschlossene Kreislaufsystem vertikaler Farmen minimiert den Nährstoffverlust, während in der traditionellen Landwirtschaft Nährstoffe durch Oberflächenabfluss und Auswaschung verloren gehen. ^{[ 58 ]}

Um dem vom Menschen verursachten Massenaussterben entgegenzuwirken, könnte es notwendig sein, die menschlichen Aktivitäten aus großen Teilen der Erdoberfläche zurückzuziehen .

Traditional agriculture disrupts wild populations and may be unethical given a viable alternative. One study showed that wood mouse populations dropped from 25 per hectare to 5 per hectare after harvest, estimating 10 animals killed per hectare each year with conventional farming.^[59] In comparison, vertical farming would cause nominal harm to wildlife.^[59][60]

Traditional farming is a hazardous occupation that often affects the health of farmers. Such risks include: exposure to infectious agents such as malaria and schistosomes, as well as soil-borne microbes, exposure to toxic pesticides and fungicides, confrontations with wildlife such as venomous snakes, and injuries that can occur when using large industrial farming equipment. VF reduces some of these risks.^[42] The modern industrial food system makes unhealthy food cheap while fresh produce is more expensive, encouraging poor eating habits. These habits lead to health problems such as obesity, heart disease and diabetes.

Food insecurity is one of the primary factors leading to absolute poverty. Constructing farms will allow continued growth of culturally significant food items without sacrificing sustainability or basic needs, which can be significant to the recovery of a society from poverty.^[61]

Vertical farming, used in conjunction with other technologies and socioeconomic practices, could allow cities to expand while remaining substantially self-sufficient in food. This would allow large urban centers to grow without food constraints.^[42]

Vertical farms could exploit methane digesters to generate energy. Methane digesters could be built on site to transform the organic waste generated at the farm into biogas that is generally composed of 65% methane along with other gases. This biogas could then be burned to generate electricity for the greenhouse.^[62]

Vertikale Farmen benötigen erhebliche Startkapitalien, und einige Start-up-Unternehmen konnten vor ihrer Insolvenz keinen Gewinn erzielen. ^{[ 63 ]} Kritiker bezweifeln die potenzielle Rentabilität der vertikalen Landwirtschaft. ^{[ 64 ]} Ihre wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile beruhen teilweise auf dem Konzept der Minimierung der Transportwege von Lebensmitteln , also der Entfernung, die Lebensmittel vom Erzeuger zum Verbraucher zurücklegen. Eine aktuelle Analyse legt jedoch nahe, dass der Transport nur einen geringen Anteil an den wirtschaftlichen und ökologischen Kosten der Lebensmittelversorgung städtischer Bevölkerungen ausmacht. Die Analyse kommt zu dem Schluss, dass „Transportwege bestenfalls eine Marketing-Modeerscheinung sind“. ^{[ 65 ]} Daher müsste die Anlage ihre Kosten senken oder höhere Preise verlangen, um ihren Verbleib in der Stadt zu rechtfertigen.

Wenn der Energiebedarf durch fossile Brennstoffe gedeckt wird, kann der Umwelteffekt unterm Strich einen Verlust darstellen; ^{[ 66 ]} selbst der Aufbau von CO2-armen Anlagen zur Stromversorgung der landwirtschaftlichen Betriebe ist möglicherweise nicht so sinnvoll wie die Beibehaltung der traditionellen landwirtschaftlichen Betriebe bei gleichzeitigem Verbrauch von weniger Kohle.

Die anfänglichen Baukosten für eine 60 Hektar große vertikale Farm würden 100 Millionen US-Dollar übersteigen. ^{[ 67 ]} Die Kosten für Büroflächen können in Großstädten hoch sein; in Städten wie Tokio , Moskau , Mumbai , Dubai , Mailand , Zürich und São Paulo liegen sie zwischen 880 und 1850 US-Dollar pro Quadratmeter. ^{[ 68 ]}

Die Entwickler des TerraFarm-Systems, das aus gebrauchten 40-Fuß-Schiffscontainern hergestellt wird, behaupteten, dass ihr System „Kostenparität mit der traditionellen Landwirtschaft im Freien erreicht hat“. ^{[ 17 ]}

Während der Wachstumsperiode trifft die Sonne in einem extremen Winkel auf eine vertikale Fläche, sodass den Pflanzen deutlich weniger Licht zur Verfügung steht als beim Anbau auf flachem Land. Daher wäre Zusatzlicht erforderlich. Bruce Bugbee argumentierte, dass der Energiebedarf der vertikalen Landwirtschaft im Vergleich zu traditionellen, ausschließlich mit natürlichem Licht betriebenen Betrieben nicht wettbewerbsfähig sei. ^{[ 29 ] [ 69 ]} Der Umweltjournalist George Monbiot berechnete, dass die Kosten für ausreichend Zusatzlicht zum Anbau des Getreides für ein einzelnes Brot etwa 15 US-Dollar betragen würden. ^{[ 70 ]} Ein Artikel im Economist führte aus, dass „selbst wenn Pflanzen in einem gläsernen Wolkenkratzer tagsüber etwas natürliches Sonnenlicht erhalten, dies nicht ausreicht“ und „die Kosten für künstliches Licht die Indoor-Landwirtschaft unerschwinglich machen“. ^{[ 71 ]}

Da die „Vertikale Farm“ eine kontrollierte Umgebung vorsieht, ähneln die Heiz- und Kühlkosten denen anderer Hochhäuser. Für die Verteilung von Nährstoffen und Wasser sind Rohrleitungen und Aufzüge erforderlich. Im nördlichen Teil der kontinentalen USA können die Heizkosten für fossile Brennstoffe über 200.000 US-Dollar pro Hektar betragen. ^{[ 72 ]}

Die Jones Food Company eröffnete 2024 in Gloucestershire , England, eine Farm mit 14.500 Quadratmetern Anbaufläche, die ausschließlich mit erneuerbarem Strom betrieben wurde . ^{[ 73 ] [ 74 ]} Das Unternehmen erwirtschaftete keine Gewinne und musste im April 2025 Insolvenz anmelden . ^{[ 75 ]}

Je nach Art der Stromerzeugung können Gewächshausprodukte mehr Treibhausgase erzeugen als Freilandprodukte ^{[ 76 ]} , hauptsächlich aufgrund des höheren Energieverbrauchs pro Kilogramm. Vertikale Farmen benötigen deutlich mehr Energie pro Kilogramm als herkömmliche Gewächshäuser, vor allem durch den erhöhten Beleuchtungsaufwand. Die Menge der entstehenden Schadstoffe hängt von der Art der Energieerzeugung ab.

Gewächshäuser erhöhen den CO₂ _- Gehalt üblicherweise auf das Drei- bis Vierfache des atmosphärischen Wertes. Diese CO₂-Erhöhung _steigert die Photosyntheserate um 50 % und trägt so zu höheren Erträgen bei. ^{[ 77 ]} Einige Gewächshäuser verbrennen fossile Brennstoffe ausschließlich zu diesem Zweck, da andere CO₂- _Quellen , wie beispielsweise aus Heizkesseln, Schadstoffe wie Schwefeldioxid und Ethylen enthalten , die Pflanzen erheblich schädigen. ^{[ 77 ]} Daher benötigt eine vertikale Farm eine CO₂- _Quelle , höchstwahrscheinlich aus Verbrennungsprozessen . Auch die notwendige Belüftung kann dazu führen, dass CO₂ _in die Atmosphäre entweicht.

Gewächshausbetreiber nutzen häufig den Photoperiodismus von Pflanzen, um zu steuern, ob sich die Pflanzen im vegetativen oder reproduktiven Stadium befinden. Zu diesem Zweck bleibt die Beleuchtung nach Sonnenuntergang und vor Sonnenaufgang oder periodisch während der Nacht eingeschaltet. Eingeschossige Gewächshäuser stehen wegen Lichtverschmutzung in der Kritik . ^{[ 78 ]}

Hydroponische Gewächshäuser wechseln das Wasser regelmäßig, wodurch Wasser entsteht, das Düngemittel und Pestizide enthält und entsorgt werden muss. Die gängigste Methode, das Abwasser auf benachbarten Ackerflächen oder Feuchtgebieten zu verteilen , wäre für eine urbane vertikale Farm schwieriger umzusetzen. ^{[ 79 ]}

Vertikale Landwirtschaft nutzt verschiedene physikalische Methoden, um effektiv zu sein. Die Integration dieser Technologien und Geräte ist notwendig, um vertikale Landwirtschaft zu realisieren. Verschiedene Methoden werden vorgeschlagen und erforscht. Die gängigsten vorgeschlagenen Technologien sind: ^{[ 80 ]}

• Gewächshäuser
• Die Folkewall-Anlage und andere vertikale Anbauarchitekturen ^{[ 81 ]}
• Aeroponik
• Landwirtschaftsroboter
• Aquaponik
• Kompostierung
• Landwirtschaft in kontrollierter Umgebung
• Blumentöpfe
• Pflanzenlampen
• Hydroponik
• Phytosanierung
• Präzisionslandwirtschaft
• Wolkenkratzer

Entwickler und Kommunalverwaltungen in vielen Städten haben Interesse an der Errichtung vertikaler Farmen bekundet, beispielsweise in Incheon ( Südkorea ), Abu Dhabi ( Vereinigte Arabische Emirate ), Dongtan ( China ), ^{[ 82 ]} New York City, Portland (Oregon), Los Angeles, Las Vegas, ^{[ 83 ]} Seattle, Surrey (British Columbia), Toronto, Paris, Bangalore, Dubai, Shanghai und Peking. ^{[ 84 ]} Es gibt verschiedene Ansätze zur Implementierung vertikaler Landwirtschaftssysteme in Gemeinden, beispielsweise in Kanada (London) , ^{[ 85 ]} Großbritannien ( Paignton ), ^{[ 86 ]} Israel , ^{[ 87 ]} Singapur , ^{[ 88 ]} USA ( Chicago ), ^{[ 89 ]} Deutschland ( München ), ^{[ 90 ]} Großbritannien ( London ), ^{[ 91 ]} Japan [ ^{4 ]} und Großbritannien ( ^Lincolnshire ) . ^{[ 92 ]}

Im Jahr 2009 wurde im Paignton Zoo Environmental Park in Großbritannien die weltweit erste Pilotanlage zur vertikalen Landwirtschaft installiert. Das Projekt demonstrierte die Vorteile der vertikalen Landwirtschaft und bot eine Grundlage für die Erforschung nachhaltiger urbaner Lebensmittelproduktion. Die Erzeugnisse dienen der Fütterung der Zootiere, während das Projekt die Evaluierung der Systeme ermöglicht und als Bildungsressource dient, um sich für eine Veränderung nicht nachhaltiger Landnutzungspraktiken einzusetzen, die die globale Biodiversität und Ökosystemleistungen beeinträchtigen . ^{[ 93 ]}

Im Jahr 2010 schlug die Grüne Zionistische Allianz auf dem 36. Weltzionistenkongress eine Resolution vor, in der sie Keren Kayemet L'Yisrael ( Jüdischer Nationalfonds in Israel) aufforderte, vertikale Farmen in Israel zu entwickeln . ^{[ 94 ]}

Im Jahr 2012 wurde in Singapur die weltweit erste kommerzielle vertikale Farm eröffnet. Sie wurde von Sky Greens Farms entwickelt und erstreckt sich über drei Stockwerke. ^{[ 95 ] [ 96 ]} Derzeit betreibt das Unternehmen über 100 neun Meter hohe Türme. ^{[ 97 ]}

Die Association for Vertical Farming (AVF) wurde 2013 in München gegründet. ^{[ 98 ]} Bis Mai 2015 expandierte die AVF mit regionalen Ablegern in ganz Europa, Asien, den USA, Kanada und Großbritannien. ^{[ 99 ]} Diese Organisation vereint Anbauer und Erfinder, um die Ernährungssicherheit und nachhaltige Entwicklung zu verbessern. Die AVF konzentriert sich auf die Weiterentwicklung von Technologien, Designs und Geschäftsmodellen im Bereich der vertikalen Landwirtschaft durch die Ausrichtung internationaler Informationstage, Workshops und Gipfeltreffen. ^{[ 100 ]}

Die weltweit größte vertikale Farm wurde 2022 in Dubai eröffnet . Sie produziert jährlich mehr als eine Million Kilogramm Blattgemüse, verbraucht dabei 95 % weniger Wasser als der traditionelle Anbau und spart jährlich 250 Millionen Liter Wasser ein. ^{[ 101 ]}

Das in Kyoto , Japan, ansässige Unternehmen Nuvege (ausgesprochen „neues Gemüse“) betreibt eine fensterlose Farm. Die LED-Beleuchtung ist auf zwei Chlorophylltypen abgestimmt, wobei einer rotes und der andere blaues Licht bevorzugt. Nuvege produziert jährlich 6 Millionen Kopfsalate. ^{[ 21 ]}

Vertikale Landwirtschaft wurde im Libanon mit Unterstützung der lokalen Organisationen Basmeh und Zeitooneh und unter Verwendung internationaler Entwicklungsgelder von CAFOD in Großbritannien entwickelt. ^{[ 102 ]}

• Lernmaterialien zum Thema „Haushaltsnahrungsmittelproduktion“ auf Wikiversity