Hydroponik – das Aushängeschild der Urban-Farming-Bewegung – basiert auf der Idee, Pflanzen ohne Erde anzubauen, sondern indem man ihre Wurzeln in Nährlösungen schweben lässt.
Die Produktion von Lebensmitteln auf diese Weise erfordert 95 % weniger Wasser, Chemikalien und Pestizide als eine Farm auf dem Land und ist 2-4 mal platzsparender. Ganz zu schweigen von der Tatsache, dass sie für den Anbau von Lebensmitteln in Innenräumen und in Städten konzipiert ist, was bedeutet, dass man, wenn man in Gegenden mit tödlich kalten Wintern lebt, im Grunde das ganze Jahr über frische Produkte aus dem eigenen Wohnzimmer beziehen kann. Dies wiederum hat weitere Auswirkungen auf die lokale Wirtschaft, die Verringerung der Transportemissionen und die Verringerung des Materialabfalls.
Alles in allem birgt die Hydrokultur ein großes Potenzial für die Ernährung unserer wachsenden Städte in den kommenden Jahrzehnten. Sie ist kein allgemeingültiger Ersatz für die Landwirtschaft auf dem Land, aber unter bestimmten Umständen macht sie einfach mehr Sinn.
Aber hier ist, was keinen Sinn macht… der Versuch, eines dieser Systeme zu BAUEN (glauben Sie mir, ich habe es versucht).
Die populärste Art von hydroponischem System wird Nutrient Film Technique (NFT) genannt. Es funktioniert durch
- Verbinden eines Netzes von Trögen, in der Regel aus PVC-Rohren
- Einbringen von Löchern für Pflanzenkörbe (kleine perforierte Kartuschen, in denen Pflanzen wachsen, so dass ihre Wurzeln aus dem Boden heraushängen können)
- Füllen eines Behälters mit Wasser und einer Nährstoffmischung, der am Boden des Systems platziert wird
- Einbringen einer Pumpe in diesen Behälter (ähnlich der in einem Aquarium) und Verlegen eines Kabels bis zum oberen Ende des Systems.
Auf diese Weise werden, wenn die Pumpe eingeschaltet ist
- Nährstoffe aus dem Bottich zur Öffnung im oberen Teil
- durch die Tröge fließen, wo die Wurzeln sie erreichen können
- und unten wieder in den Bottich zurückfließen
Letzten Sommer, als ich auf einer Farm war, sagte ich zu meinem Vater, wir würden einen neuen Garten anlegen, erzählte ich meinem Vater, dass wir ein solches System zusammenbauen würden. Also fuhren wir zum Baumarkt und besorgten mehrere Meter PVC-Rohre, Rohrbögen, Pflanzkörbe, Nährstoffe und eine Pumpe. Im Grunde genommen alles, was man für den Bau eines solchen Systems brauchte.
Mein Vater, der in seiner fernen Vergangenheit Holzarbeiter war, hatte die Klammern, Bohrer und Schmiermittel, die man brauchte, um all diese Dinge zu schneiden und zusammenzufügen. Also dachte ich, ich könnte das ohne all das Blut, den Schweiß und die Tränen machen.
Ich würde die PVC-Rohre einfach in 5-Fuß-Tröge schneiden, alle 6 Zoll 2 Zoll breite Löcher bohren und die Winkel und T-Verbindungen dazwischen zementieren.
Wie auch immer, ich machte mich an die Arbeit und schnitt und bohrte, und nach der ersten Stunde schaffte ich es, ein Loch zu machen.
Nur ein Loch.
Und für den Rest des Sommers lagen die Materialien einfach in unserem Schuppen und ich habe sie seitdem nicht mehr angerührt.
Keine Geschichte über Widerstandsfähigkeit.
Auf jeden Fall bin ich nicht der handlichste Mensch, der je auf diesem Planeten gelebt hat, und es gibt viele Leute, die viel talentierter sind als ich und die versucht haben, solche Systeme zu bauen, und damit Erfolg hatten.
Aber die Sache ist die. Nicht viele Menschen, die in Mietshäusern in Städten leben, sind verkappte Handwerker. Ganz zu schweigen davon, dass die meisten Leute wahrscheinlich nicht die Werkzeuge, Klemmen und Bohrer, die für den Bau eines solchen Systems notwendig sind, einfach so herumliegen haben.
Die Hydrokultur ist zwar für die Städte und die Menschen, die in ihnen leben, gedacht, aber nicht unbedingt für sie selbst.
Das ist eine ziemlich große Einschränkung, wenn du mich fragst.
3D-Druck ist eine Art der additiven Fertigung, bei der ein Objekt in viele Querschnitte zerlegt und übereinander gedruckt wird.
Wenn wir das auf die Herstellung von Hydrokultur-Systemen anwenden würden, müssten wir nicht unzählige Stunden damit verbringen, Plastikrohre zu zerhacken, um das ganze Jahr über frischen Salat zu haben, sondern könnten einfach einen Drucker benutzen, um ihn von Grund auf zu extrudieren.
Hört sich viel einfacher an.
Aber nehmen wir an, Sie – der opportunistische Stadtbauer – beschließen, Ihre Wohnzimmerwand mit einer 3 Meter langen NFT-Anlage zu füllen. Ein paar Monate später stellen Sie fest, dass es an einem anderen Ort besser aufgehoben wäre. Nur, an diesem Ort haben Sie nicht genug Platz für 10 Fuß Pflanzen, aber Sie haben genug Platz, um weitere vertikale Ebenen hinzuzufügen.
Nun, im Grunde ist Ihr derzeitiges System nicht kompatibel. Aber da alles in einem großen Stück gedruckt wird, müssen Sie entweder alle Werkzeuge herausholen, die Sie nicht haben, um alles neu zu gestalten, oder ganz von vorne anfangen.
Aber was wäre, wenn wir eine modulare Hydroponik-Einheit in 3D drucken? Zum Beispiel einen 15-cm-Trog, den man mit anderen 15-cm-Trögen zusammenstecken kann, um ihn so breit oder hoch zu machen, wie man will?
Wenn man dann irgendwelche Änderungen vornehmen muss, nimmt man die einzelnen Module einfach auseinander und setzt sie anders wieder zusammen.
So muss man im Grunde nicht jedes Mal von vorne anfangen, wenn man feststellt, dass man nicht genug Salat hat.
In diesem Artikel werden wir meinen Entwurf für ein modulares 3D-gedrucktes NFT-Hydroponiksystem besprechen.
Das System wird aus einer Reihe von modularen Zylindern bestehen, mit einem Durchmesser von 10 cm, einer Länge von 15 cm und Platz für einen Pflanztrog von 5 cm.
Um das Hydrokulturmodul zu entwerfen, habe ich ein Programm namens TinkerCAD verwendet, eine kostenlose Online-CAD-Plattform (computerunterstütztes Design), mit der man 3D-druckbare Objekte entwerfen kann.
TinkerCAD verfügt über eine Bibliothek mit einer Reihe verschiedener Formen, Zahlen und Buchstaben, mit denen man praktisch alles bauen kann. Wir werden eine Technik verwenden, die man Segmentierung nennt – d.h. wir zerlegen das Modul in kleinere Formen und setzen sie dann alle zusammen.
Schritt 1: Das Rohr
Der Trog, in dem die Pflanzen wachsen werden, wird 150 mm lang sein, einen Außendurchmesser von 100 mm haben und eine Materialstärke von 5 mm.
Dazu konstruieren wir
- einen Zylinder mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von 150 mm
- Diesen Zylinder duplizieren und seinen Durchmesser auf 90 mm verkleinern
- Ein Loch daraus machen (durch Anklicken des Symbols in der oberen rechten Ecke)
Ein Loch ist im Grunde genommen negativer Raum, d.h. immer wenn es mit einem anderen Objekt verschmolzen wird, entsteht ein Loch dieser Form in dem Objekt. So wie wenn du durch eine Schneewehe läufst, dein Stiefel ein Loch macht, das wie dein Fuß im Schnee geformt ist.
Wir werden dann diesen Lochzylinder in der Mitte des ursprünglichen Zylinders verschmelzen.
Nun sind diese beiden Formen unabhängig und da wir sie zu einer gemeinsamen Form machen wollen, wählen wir beide aus und drücken die Gruppenfunktion. Dadurch werden sie zusammengefügt, so dass, wenn man eine Form bewegt, auch die andere bewegt wird.
Dann verwenden wir das Drehwerkzeug (der kleine Pfeil um die ausgewählte Form), um das Objekt seitlich um 90 Grad zu drehen, so dass es auf der gekrümmten Fläche aufliegt.
Schritt 2: Das Pflanzbeet
Ein typischer Pflanzkorb hat einen 2.5 cm Radius, und deshalb wollen wir, dass das Loch, in dem dieser Korb ruht, gleich groß ist.
Um das zu erreichen, machen wir
- einen Zylinder
- mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 35 mm
- ein Loch
- Mit dem Erhöhungswerkzeug (der Pfeil nach oben über der ausgewählten Form) heben wir ihn um 65 mm an
- Verschieben wir ihn in die Mitte des Rohrzylinders, so dass zwischen ihm und den beiden Kanten des Rohrzylinders 50 mm liegen. Die runde Fläche des Lochs sollte bündig mit der Krümmung des größeren Rohrzylinders abschließen.
Und natürlich alles gruppieren!
Schritt 3: Die Schrauben
Um dieses Modul modular zu machen, muss es also ein Tessellation werden (wenn man ein paar davon zusammensetzt, passen sie perfekt und lassen keine Lücken).
Das bedeutet, dass wir so tun können, als ob das eine Ende der Röhre in das andere Ende der Röhre geschraubt werden soll. Aber im Moment sind beide Enden gleich groß, so dass das eine nicht in das andere passt.
Um das zu beheben, fügen wir an einem Ende eine Verlängerung hinzu, die den gleichen Außendurchmesser wie der Innendurchmesser des großen Rohrs (90 mm) und die gleiche Materialstärke hat.
Dazu nehmen wir
- einen Zylinder und geben ihm eine Höhe von 20 mm und einen Durchmesser von 90 mm.
- Dupliziere ihn und schrumpfe seinen Durchmesser auf 80 mm
- Mache ein Loch und füge es in die Mitte des ursprünglichen Zylinders ein.
- Und… gruppiere die beiden!
Dann können wir ihn seitlich um 90 Grad drehen und ihn 5 mm in ein Ende des größeren Rohrs einfügen.
So, jetzt können wir diese beiden verschiedenen Enden gut zusammenfügen, aber es gibt nichts, was sie festhält. Sie können sich einfach mit einer kleinen seitlichen Kraft lösen.
Um dies zu beheben, werden wir ein Drehmoment einführen – d.h. eine Rotationskraft. Wegen des Winkels, in dem diese Kraft ausgeübt wird, ist es schwieriger, der Schwerkraft entgegenzuwirken.
Und wie könnte man das besser machen als mit einer Schraube.
Nun ist es ziemlich schwierig, eine Schraube herzustellen. Glücklicherweise verfügt TinkerCAD über ein gemeinsames Repository von zufälligen Formen, die wunderbar talentierte Leute zusammengestellt haben, von denen einer eine Schraube gemacht hat.
Um die Parameter der Schraube zu ändern, hat jede Form ein praktisches Dropdown-Menü, in das Sie einfach die gewünschten Abmessungen eingeben können.
So werden wir den Innenradius der Schraube auf 18 und den Außenradius der Schraube auf 20 setzen. Die Höhe des Innengewindes beträgt 1 mm und die Höhe des Außengewindes 2 mm. Außerdem geben wir der Schraube zwei „Umdrehungen“, d.h. wir lassen sie zweimal umlaufen.
Wir geben der äußeren Schraube einen Durchmesser von 100 mm und eine Höhe von 10 mm. Dann duplizieren wir diese Schraube und ändern ihren Durchmesser auf 90 mm für die innere Schraube.
Die äußere Schraube geht 4 mm über das Ende der Verlängerung hinaus, und die innere Schraube geht 6 mm über das andere Ende hinaus.
Und zum Schluss. Alles gruppieren.
Und da haben Sie es, eine modulare Hydroponik-Einheit. Kombiniert mit einem Haufen anderer identischer Einheiten kann man im Grunde ein komplettes NFT-System bauen, das man nach Belieben konfigurieren kann.
Das Einzige, was noch fehlt, sind Ellbogengelenke und solide Verbindungen, um mehrere Tröge und mehrere Ebenen zu bauen. Diese sind mit PVC-Rohren recht einfach zu realisieren, aber dazu später mehr… :).