Energiemesslösung eignet sich für anspruchsvolle Umgebungen

Das Gewächshaus im Weltraum

Wenn man unter den Extrembedingungen im Weltall Gemüse anbauen will, muss man den Energiebedarf dafür genau kalkulieren. Tests mit einem Gewächshaus finden ab Dezember 2017 in der Antarktis statt. Mit der Energiemesslösung Diris Digiware von Socomec soll der Energieverbrauch aller Gewächshaus-Systeme erfasst werden, damit er im Hinblick auf künftige Weltraummissionen optimiert werden kann.

Der Gewächshauscontainer für die Forschungsmission zur Antarktis. In diesem Forschungslabor werden Anzuchtmethoden für zukünftige Missionen zu Mond und Mars getestet. (Bild: DLR (CC-BY 3.0))

Bis zur ersten bemannten Mars-Mission wird es noch einige Zeit dauern. Aber üben kann man schon mal, z.B. den Anbau von Gurken und Radieschen. Dafür sind Mitglieder der Forschungsgruppe Eden ISS seit Dezember 2017 ein Jahr lang auf der Forschungsstation Neumeyer III in der Antarktis. Im Rahmen des Projektes Eden ISS beschäftigen sich das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt am Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen und 13 internationale Partner mit der Entwicklung von Technologien für den Pflanzenanbau in zukünftigen Raumstationen und Habitaten auf Mond und Mars. Zur Vorbereitung sind die Bedingungen in der Antarktis ideal: Mit Kälte, Sturm, Schnee und Dunkelheit ist die Umgebung ausgesprochen lebensfeindlich, und was das Forscherteam zum Leben und Arbeiten benötigt , muss, wie später dann auch im Weltall, mitgebracht oder selbst erzeugt werden. Anders als in dem Film „Der Marsianer“, in dem der Astronaut Mark Watney alias Matt Damon nur dank einer Kartoffelzucht in der Marsstation überlebt, wird das geplante Gewächshaus im ewigen Eis nicht den Kalorienbedarf des Teams decken, sondern eher das Topping liefern – frisches Gemüse und knackiger Salat steigern nun mal das menschliche Wohlbefinden. Außerdem tragen Pflanzen als Sauerstoff-Produzenten und als Verwerter von CO2, Brauchwasser und Abfällen zum Erhalt der Ressourcen bei, die der Mensch zum Überleben braucht. Das eigentliche Ziel der Mission liegt denn auch darin herauszufinden, wie sich möglichst viel Nahrung auf kleinstem Raum und bei niedrigstem Energiebedarf produzieren lässt.

Energiebedarf erfassen und Einsparmöglichkeiten identifizieren

Für die Gewächshaus-Testanlage wurden Komponenten der Messlösung Diris Digiware zu einem System mit 36 Messpunkten sowie einer Anzeigeeinheit und einer Kommunikationseinheit zusammengestellt. (Bild: Socomec GmbH)

Als Gewächshaus dienen zwei miteinander verschraubte Schiffscontainer, in die eine Anlage für bioregenerative Lebenserhaltungssysteme eingebaut wurde. Während des Versuchsjahres sollen die Schlüsseltechnologien für Weltraumgewächshäuser verifiziert und darüber hinaus auch Wissen und Erfahrung im Umgang mit sämtlichen darin eingesetzten Systemen gesammelt werden. Nicht zuletzt müssen der Energiebedarf des Weltraumgewächshauses untersucht und Einsparmöglichkeiten identifiziert und umgesetzt werden. Dafür wurde eine Messlösung gesucht, wie sie Unternehmen ansonsten für die Verbesserung der Energieeffizienz nach dem Energiedienstleistungsgesetz einsetzen. Die Forschungsgruppe entschied sich für Diris Digiware des Spezialisten für Energieversorgung und Energieeffizienz in Niederspannungsnetzen Socomec. Die gesamte Gewächshaus-Testanlage ist sehr kompakt und hoch integriert. Konkret bedeutet das, dass der Platz für jedes einzelne System, auch für den Energieverteilerschrank, streng begrenzt ist. Kompaktheit ist deshalb ein entscheidendes Auswahlkriterium für die Energiemesslösung, damit die Größe des Verteilerschranks zugunsten von weiterem wissenschaftlichem Equipment verringert werden kann. Der modulare und flexible Aufbau von Diris Digiware ermöglicht dabei die Messung des Energiebedarfs auf sehr platzsparende Art und Weise. Die Lösung lässt sich aus Stromsensoren, Strommessmodulen, Spannungsmessmodul und Anzeigegerät zusammenstellen, wobei einzelne Module platzsparend gemeinsam genutzt werden können. Das zweite entscheidende Kriterium ist die Genauigkeit, die bei den Messsensoren von Socomec die für wissenschaftliche Auswertungen notwendige Güte erreicht und nach IEC61557-12 bei Klasse 0,5 für die gesamte Messkette bei 2 bis 120 Prozent des Primärstroms liegt und bei Klasse 0,2 für das Messgerät allein.

Reduzierter Montageaufwand

So sieht es im Inneren des Gewächshausmoduls für die Antarktis-Mission aus. (Bild: DLR (CC-BY 3.0))

Für Eden ISS wurde eine maßgeschneiderte Diris Digiware-Lösung aus 36 Messpunkten, Anzeigeeinheit und Kommunikationseinheit zusammengestellt und im Gewächshaus installiert. Teilbare und flexible Sensoren reduzieren dabei den Montageaufwand auf ein Viertel gegenüber traditionellen Messsystemen, und das Konzept, bei dem die Module und Kabel mit Klickverschlüssen verbunden werden, vermeidet Anschluss- und Installationsfehler. Während der Antarktisexpedition wird das Energiemesssystem dann wertvolle Daten zum Energieverbrauch der einzelnen Subsysteme und Komponenten liefern. Mit Hilfe dieser Daten wird es den Wissenschaftlern des DLR möglich sein, genaue Aussagen über den Energiebedarf eines Weltraum-Gewächshauses zu treffen und Komponenten zu identifizieren, bei denen die Energieeffizienz verbessert werden muss. Das Projekt Eden ISS wird im Rahmen des Horizon 2020 Forschungsprogramms durch die Europäische Kommission unter der Projektnummer 636501 gefördert.

Autor | Steffen Breiter, Marketing Manager Germany, Socomec GmbH