Technik mit Biss

Zur Mitte des Jahrhunderts wird es ein wenig eng am globalen Esstisch: Das sollte Ihnen aber jetzt nicht den Appetit verderben. Wissenschaftler servieren schon jetzt nachhaltige Menüs.

Die Menschheit wächst. Bis zum Jahr 2050 sollen zehn Milliarden Menschen den Planeten bevölkern. Eine enorme Zahl, die die Staaten dieser Welt zum Handeln auffordert, denn diese Masse an Menschen muss ernährt werden – und das, obwohl schon heute elf Prozent der Weltbevölkerung Hunger leiden. Hinzu kommen Faktoren wie Wasserknappheit, Nahrungsmittelspekulationen und Klimawandel, die eine gerechte Verteilung der Lebensmittel erschweren. Die Wissenschaft ist sich der Problematik bewusst, und es liegen auch einige Konzepte in der Schublade, die das Schlimmste verhindern wollen und können.

Jenseits des Tellerrands

Das Umdenken hat längst stattgefunden. Wer in der Nahrungsmittelproduktion ein wenig über den Tellerrand blickt, erkennt bald, dass schon zahlreiche Innovationen am Markt sind, die traditionelle Landwirtschaft neu definieren. Ein gutes Beispiel dafür ist Holland. Der Staat ist der weltweit zweitwichtigste Exporteur für landwirtschaftliche Güter. Das liegt nicht an den fantastischen klimatischen Verhältnissen, vielmehr verdankt das Land seinen grünen Daumen einigen extrem effizien­ten Anbaumethoden. So kontrollieren die Bauern ihre Bodenbeschaffenheit und das Pflanzenwachstum mittels Drohnen, und eine exakte GPS-Überwachung der Traktoren sorgt dafür, dass kein Flecken Land zu viel gedüngt wird. Hinzu kommen modernste Hydrokulturglashäuser, in denen mittels Hydroponik angebaut wird. Dort wachsen Pflanzen nicht in der Erde, sondern in einem anorganischen Substrat, das sie in idealer Menge mit Nährstoffen versorgt – das braucht weniger Platz und ­weniger Ressourcen. Inzwischen wurde die Technik noch weiter ausgebaut und mit der Aufzucht von Speisefischen kombiniert. Diese Methode nennt sich Aqua­ponik, bei der die Ausscheidungen der ­Fische als Nährstoffe für die Pflanzen genutzt werden. 

Nahrhafte Platzanweisung

Was aktuell als revolutionär betrachtet wird, kann in Wahrheit aber erst der Anfang sein. Experten sind sich einig, dass unsere aktuellen Ernährungsgewohnheiten nicht auf Dauer zu befriedigen sein werden. Hoffnung gibt dabei das sogenannte Ver­tical Farming. Es handelt sich dabei um eine Sonderform der urbanen Landwirtschaft: Die Pflanzen werden nicht klassisch im ­Boden angepflanzt, sondern in Gebäudekomplexen auf mehreren übereinander ­gelagerten Ebenen. Dabei sollen unter ­Gewächshausbedingungen ganzjährig Früchte, Gemüse, Algen und Pilze gedeihen. Somit wird nicht nur das Platzproblem in Städten gelöst, sondern es werden zusätzlich auch die langen Lieferwege gespart und der CO₂-Ausstoss wird reduziert. Dass es funktioniert, beweist aktuell die grösste vertikale Farm der Welt, Aerofarms, wo Blattgemüse vollkommen ohne Sonnenlicht und ohne Boden gezüchtet werden. Die Wurzeln der Pflanzen sind dort der Luft ausgesetzt, die wiederum mit Wasserdampf und speziellen Nährstoffen angereichert ist. Ausgeleuchtet wird die Fläche mit LEDs. Der Vorteil: 95 Prozent weniger Wasserverbrauch, kein Einsatz von Pestiziden und Düngemitteln und ein höherer Ertrag pro Quadratmeter. Eine andere Strategie verfolgt das Start-up Seawater ­Greenhouse. Es produziert Gewächshäuser für sehr ­trockene Landschaften und nutzt Meer­wasser, um die Gewächshäuser innen zu befeuchten. Das Salzwasser wird anschliessend destilliert und dient zum Giessen. Das hochtechnisierte Gewächshaus ist aber nicht nur auf diesem Planeten gefragt. Das Jahr 2018 verbrachte ein Raumfahrtingenieur auf dem Ekström-Schelfeis in der ­Antarktis, um dort mithilfe eines Gewächshauses unter den extremen Bedingungen des Südpols Gemüse anzupflanzen. Der Grund dafür war, dass getestet werden sollte, welche Technologien im Weltall eingesetzt werden können, um Astronauten auf Raumstationen oder gar Kolonisten auf Mond oder Mars zu ernähren. Auch bei diesem Projekt handelte es sich um ein autarkes System, die Wurzeln lagen frei und wurden mit einem speziellen Wasser-Nährstoff-Gemisch besprüht. Wasser, das wieder abgegeben wurde, wurde recycelt. Im Gewächshaus selbst gab es einen geschlos­senen Luftkreislauf, Sporen und Keime wurden mittels UV-Strahlung eliminiert, der CO₂-Gehalt wurde künstlich erhöht. Die Hürde der Lebensmittelproduktion bei langen interstellaren Flügen ist also fürs Erste genommen. 

Fleisch ohne Tierleid

Wer diese Techniken ausbaut, kann punkto Gemüseanbau schon einiges bewirken. Dem Problem, dass der Mensch zunehmend Fleisch konsumiert, wird damit aber nicht gegengesteuert. Die Massentierhaltung produziert 14,5 Prozent der weltweiten Treibhausgase. Ein Beispiel: Rund 1,5 Milliarden Kühe und 20 Milliarden Hühner tummeln sich auf unserem Planeten. Der Fleischkonsum soll sich bis 2050 verdoppeln. Mit klassischer Viehzucht ist dieser Heisshunger nicht mehr zu stillen, und wenn doch, dann nur mit einer vollkommen neuen Verteilung der Nutzfläche. Ein Weg aus der Misere könnte das In-vitro-Fleisch sein, also quasi der Burger aus dem Labor. Das Prinzip ist relativ einfach: Tierische Ausgangszellen werden in Nährlösungen vermehrt und können dann auf einem essbaren Gerüst zu Fleischprodukten heranwachsen. Bereits 2013 wurde die erste Frikadelle aus Rindermuskelstammzellen produziert, und zwar von dem niederländischen Forscher Mark Post. In Anbetracht der Produktions­kosten handelt es sich mit Sicherheit um den teuersten Burger der Welt – 260’000 Franken musste Post investieren. Inzwischen hat sich in der Entwicklung sehr viel getan, und ein vergleichbares Produkt kommt heute nur noch auf rund 60 Franken. Dennoch, es bleiben zwei Pro­bleme: Einerseits müssten die Menschen erst einmal dazu gebracht werden, Fleisch aus der Retorte zu essen, und andererseits ist es weitaus komplizierter, ein Steak wachsen zu lassen als Hackfleisch. Geht die Forschung aber ähnlich schnell wie bisher, hat die Technik sicher Potenzial. Und wer sich partout nicht daran ­gewöhnen kann, künstlich gewachsenes Fleisch zu essen, kann Algen oder Insekten als Proteinquelle wählen. Mikroalgen, Grillen, Buffalowürmer – sie alle gelten schon heute als potenzielle Nahrungsmittel der Zukunft, denn die Ratio von eingesetzten Ressourcen und gewonnenem Protein ist wesentlich höher als die der Nutztierhaltung – von der CO₂-Bilanz ganz zu schweigen. Es ist alles eine Frage der (Ess-)Gewohnheit.

Chance für Gen-Schneider

Gleiches gilt auch für die Gentechnik. Bei vielen ist sie verschrien, und dennoch gilt sie nach wie vor als einer der grössten Hoffnungsträger für die Zukunft. Als besonders vielversprechend gilt CRISPR/​Cas9, eine Geneditierungsmethode, die Gene im Erbgut von Pflanzen ausschalten oder modifizieren kann, ohne Mithilfe von Fremd-DNA. Dank dieser Technik steht die Wissenschaft kurz davor, die komplette Genomsequenz des Brotweizens zu entschlüsseln. Dabei handelt es sich um ein Megaprojekt, denn das Erbgut des Weizens hat etwa fünfmal so viele Bausteine wie jenes des Menschen, rund 17 Milliarden. Dennoch lohnt sich der Aufwand. Neben der Verbesserung des Ertrags könnten die Pflanzen resistent gegen Schädlinge oder Dürre gemacht werden. Die Technik kann aber nicht nur der Wissenschaft dienen. Jeder Mensch wird in Zukunft die Möglichkeit haben, seine Nahrungsmittel selbst herzustellen. Viel Potenzial wird hierbei dem 3‑D-Druck nachgesagt. Noch werden vor allem künstliche Gegenstände mit dieser Technik hergestellt, die Lebensmittelbranche steht aber schon vor dem Durchbruch. Erste Süsswaren konnten bereits aus einem solchen Drucker genascht werden. Im Prinzip funktioniert es recht einfach: Eine Düse bewegt sich über mehrere Achsen und trägt unter Zufuhr von unterschiedlichen Lebensmittelrohstoffen in Form von Pasten die verschiedenen Phasen eines Produkts auf. Die Produktion der Lebensmittel wird so ortsunabhängig und erspart jegliche Liefer- und Stückkosten. Am vielversprechendsten ist der Einsatz von Lebensmittel-3-D-Druck in Mega-Citys oder auch in Entwicklungsländern mit ­lückenhafter Infrastruktur. Aber auch eine zweite Technologie mit ähnlicher Philosophie ist in der Pipeline der Forschung. Ein wenig erinnert sie an die Replikatoren, die in den Star-Trek-Filmen zu sehen waren. Es handelt sich dabei um ein Küchengerät, das innerhalb von 30 Sekunden diverseste Speisen zubereiten kann, sein Name ist «Genie». Die Entwicklerin Ayelet Carasso hält grosse Stücke auf ihre Erfindung. Das «Genie» verwandelt gefriergetrocknete oder pulverisierte Lebensmittel gemeinsam mit Wasser in ein vollwertiges Gericht. Auch wenn es um die Qualität der Lebensmittel geht, hat die Technik Antworten ­parat. Aktuell arbeiten Forscher von IBM daran, Smartphone-Sensoren mit künstlicher ­Intelligenz auszustatten: So sind sie in der Lage, Schadstoffe in Lebensmitteln zu erkennen. In Zukunft könnte diese Technik auch in Schneidbrettern oder in Arbeitsflächen verbaut werden. Laut dem Center of Disease Control and Prevention könnten allein in den USA mithilfe dieser Sensoren gegen Lebensmittelvergiftung jährlich bis zu 5’000 Leben gerettet werden. Der Sensor zeichnet dabei Wellenlänge und mikroskopische Details des Materials auf einer Blockchain auf und vergleicht diesen «Fingerabdruck» mit dem anderer identischer Substanzen. Algorithmen helfen dann, die Gefahr zu erkennen. Aber auch wenn Algorithmen und 3‑D-Drucker Einzug in der Küche halten, ist immer noch der Mensch gefragt. Nicht nur was Ressourcenschonung betrifft: Essen ist und bleibt einfach eine Genusssache.

Food-Watchlist

Ernährung ist ein Bereich, der uns alle betrifft. Anbei ein paar Zahlen und Fakten zum Thema Lebensmittel. 

Elf Prozent der Weltbevölkerung leiden Hunger, das entspricht rund 821 Millionen Menschen. Die Zahl der betroffenen Menschen ist jedoch in den letzten 25 Jahren um 200 Millionen gesunken. 68 Prozent der Weltbevölkerung werden 2050 in Städten leben. 1950 lebten noch zwei Drittel der Menschen auf dem Land. Nur elf Prozent der Gesamtoberfläche dienen als Agrarfläche, die Tendenz ist sinkend. Bis 2050 muss die landwirtschaftliche Produktion um 50 Prozent zulegen, um die Menschen ernähren zu können. Urbane Landwirtschaft wächst – 420 Tonnen Blattgemüse wachsen jedes Jahr in Europas grösster «Vertical Farm». In den Industriestaaten werden 40 Prozent der Lebensmittel verschwendet. In den Entwicklungsländern hingegen entstehen 40 Prozent Lebensmittelverluste.