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Projekt49
Vertikaler Energiepark

Jonas Fleischmann, Ulrich Heiss

Vorüberlegungen und Konzeptfindung:

Geschichte

Das Konzept zum Standort des „projekts_49“ an der Südflanke des Burgbergs resultiert aus dessen geschichtlich-traditioneller Belegung durch Landwirtschaft, Viehzucht und Energieproduktion durch die vergangenen Jahrhunderte der Erlanger Stadtgeschichte.

So wurde zum Beispiel der „Berg“ schon im 15. Jahrhundert, bedingt durch die gute Südlage zum Weinbau herangezogen, sowie als Weidegrund genutzt. Die Anlage der bestehenden Bierkeller im Sandstein folgte im 18. Jhd. Eine Windmühle ist für den Südwestbereich belegt und der noch genutzte Wasserturm zur Versorgung mit Trinkwasser entstand  bereits 1905.

Demographie und Grundlagen

Aufbauend auf dieser Grundlage entwickelte sich im Laufe der Bearbeitungsphase eine energetische- sowie landwirtschaftlich geprägte Konzeption zur Bebauung des Grundstücks am Skulpturengarten.

Da für Erlangen eine prosperierende Zukunft in Hinblick auf Bevölkerungszuwachs und als Wirtschaftsstandort, nicht zuletzt wegen der Ansässigkeit der FAU und des Unternehmens Siemens, prognostiziert wird, sollte Erlangen und die Region im Jahr 2050 Energieunabhängigkeit und Biodiversität  anstreben.

Durch den demographischen Wandel, die steigende Degradierung von guten Bodenbonitäten und den bereits eingeleiteten Energiewandel bedingt dies eine Verdichtung von landwirtschaftlicher Nutzfläche in der Vertikalität und die mögliche Symbiose der neuartig gestaffelten Ackerflächen mit einem integrativen, zukunftsweisenden „Energiepark“.

Trotz der für Erlangen extremen Gebäudegrößen wurde versucht integrativ und nachhaltig zu planen, um dem grundsätzlichen traditionellen Gepräge des „grünen“ Burgbergs mit  Altbaumbestand und den historischen Kelleranlagen gerecht zu werden.

Durch den dauerhaften Grundbewuchs und die Wechselfruchtfolge auf den Ebenen sowie der bemoosten Grünstruktur der Tanks sollen die Energietürme ein zwar künstlich hergestellter aber integrierter Bestandteil des „Bergs“ werden und daher kaum als Fremdkörper wahrnehmbar sein.

Neben der Energieproduktion und den landwirtschaftlichen Erträgen wird auch das der breiten Öffentlichkeit zugängliche Restaurant „SkyBean“ seinen Beitrag leisten, um die Akzeptanz der Agrarverdichtung in die Höhe zu steigern.

Der Standort

Der Standort am Skulpturengarten (Südwestflanke) des Burgbergs in Erlangen ist wegen seines Höhenunterschieds und der fast unbebauten Lage prädestiniert als Ort der dezentralen Energie-und Nahrungsmittelversorgung für die Studenten- und Siemensstadt Erlangen.

Die Energietürme beinhalten die für die nach der Energiewende in Zukunft notwendigen Hauptenergieträger Wind, Wasser und Sonnenergie, letztere jedoch in Form von biologischem Anbau von Gemüsen, Getreiden etc. in verschiedensten Pflanzengenerationen auf den einzelnen Plattformen.

Vertical Farming

Diese Art der modern interpretierten „Dreifelderwirtschaft“ in der Vertikalität wird helfen die Bevölkerung Erlangens biodivers zu ernähren.

Bionische Erntemaschinen können vollautomatisch die Ernte einbringen, Unkraut jäten etc. Die Ernteroboter werden mit eigens produziertem Strom über Dockstationen versorgt.

Die Türme sind so in der Höhe und im Querschnitt in Sonnen- Halbschatten und Schattenzonen gegliedert, um verschiedensten Nutzpflanzen Heimat zu bieten.

Die wichtigsten Nutzpflanzengattungen sind:

Ölpflanzen (Kreuzblütler, Flachs, Sonnenblumen)

Gemüse (Bohnen, Salate, Tomaten, Gurken/Kürbisse, Kraut, Wurzelgemüse)

Knollenfrüchte (Manjok, Yams, Kartoffeln, Topinambur)

u.v.a.m.

Hopfen und Zuckerrohr, Süßgras mehrjährig als Windbrecher in den oberen Etagen

Die Düngung erfolgt über Zwischensaaten um Kunstdünger, Kali- Nitrat- und Stickstoffeinsatz zu vermeiden, so werden Lupinen als Stickstoffbildner (Rhizomben) und Ackersenf als Nitratersatz gepflanzt und untergeackert.

Erneuerbare Energien und Technische Konzeption

Die Feldbewässerung funktioniert über die zwei H2O Speichertanks am Mittelturm. Von dort werden auch die voraussichtlich vier (Überdruck) Pelton-Turbinen zur Gewinnung von elektr. Strom betrieben.

Die Trafos und Speicherakkus werden in den unteren Etagen eingebracht und geben den erzeugten billigen Nachtstrom zu Spitzenlastzeiten an das Erlanger Netz (Siemens und FAU) ab.

Die Abwärme der Turbinen und technischen Einrichtungen der Energietürme können Über eine Kraft-Wärme-Kälte Kopplung sommerlich die Umgegend kühlen und im Winter die Türme und die Umgebung erwärmen.

Auch die Gründung der Gebäude über Tiefenbohrpfähle kann zu energetischen Versorgung der Stadt über Geothermie herangezogen werden.

Parasitäre Wassertanks

Die H2O-Tanks an der Spitze des Mittelturms bestehen aus einer semipermeablen Membran mit bemooster Oberfläche um für Verdunstungskühlung in den oberen Etagen zu sorgen. Durch den Falldruck werden die Feldbewässerung und die Sprühnebelbewässerung bewerkstelligt.

Da in Zukunft die Niederschlagsmengen in den Sommermonaten abnehmen werden, wird eine breite Höhenlinie des Burgbergs als Regenwasserrückhaltebecken ausgeformt. Dieses Wasser kann mithilfe der Kapillarwirkung und hydraulischen Widdern, wenn möglich, ohne viel Energieaufwand nach oben in die Tanks gebracht werden.

Windturbinen ÄolusCocoons

Die neu konzipierten Windkraftanlagen, respektive Staudruckturbinen, werden um eine größtmögliche Ausnutzung der Windenergie zu gewährleisten zwischen den Türmen aufgehängt. Ähnlich einem Fruchtstand der Zanoniapflanze sind die mit einem NACA 015 Profil versehenen Anströmkörper mit  Kiemenhutzen und dahinterliegenden zweifachen Strömungsturbinen 360° schwenkbar aufgehängt, um auch auf geringste Windgeschwindigkeiten anzusprechen. Neue Smart – Materials wie CFK und Titandioxidoberflächen werden 2050 helfen die Tragstruktur und Aufhängung der Windkraftanlagen flexibel und möglichst reibungswiderstandslos konzipieren zu können.

Statik und Aufbau

Die gesamte Turmstatik beruht, wie oben beschrieben auf der Bohrpfahlgründung ca. 160m -200m  im Untergrund die den statischen Kern der Türme trägt. Die reibungswiderstandsintensive Bohrpfahlgründung in knapp 200 m Tiefe kann eventuell zu geothermischen Nutzung herangezogen werden, (geologische Schichtung Obere Trias – Keuper (Raethium)).

Die einzelnen Pflanzebenen sind über radial angeordnete Kragträger und bei den breitesten Ebenen zusätzlich über „bonestructure“ Stützen baumartig abgelastet.

Die Bauweise soll dem Aufbau von Laubholz mit Zug und Druckzone in der Hauptwindrichtung entsprechen und die Tragelemente wie Früh- und Spätholztracheiden sowie Parenchym Zellen fungieren. Diese neue Baustruktur soll leicht und flexibel sein um Material und Gewicht zu sparen.  Zusätzliche helixartig gewundene, aussteifende Leitungsstränge helfen eine Querverwindung der Gebäude zu verhindern.

Die Ebenen bestehen aus Einzelmodulen von 24 – 82 m2 die beliebig gekoppelt und auch gestapelt werden können um eine Anbauflächenverdichtung zu erreichen.

Interne Rampenanlagen helfen den Erntemaschinen und Menschen die Anbauflächen schnell zu erreichen.

Auf jeder Ebene existieren der Überwachung der Anlage wegen auch Aufenthaltsräume für die Techniker und Agrarökonomen.

Die für die Technik gedachten Plattformen liegen im unteren Drittel der Turmanlage ebenso die Speicher Verarbeitungsmaschinerie und Verpackungseinheiten für Obst und Gemüse.

Vertrieb der Nutzpflanzen

Von dort werden die Nahrungsmittel direkt an die Bevölkerung geliefert oder auf den Märkten Erlangens vertrieben. Auch eine Bio- Gemüsekiste zum Direktabholen kann von den Studenten und Anwohnern abonniert werden.

Öffentlichkeit, Restaurant „SkyBean“

Um auch der breiten Allgemeinheit auch Zutritt zu den Energietürmen zu ermöglichen gibt es eingebaut zwischen den Wassertanks auf ab der 99 Etage die „SkyBean“ ein Restaurant in dem direkt verarbeitete Lebensmittel aus den Türmen und der Umgegend frisch angeboten, und verkostet werden können. Der Rundblick geht über die Metropolregion Nürnberg- Fürth- Erlangen im Süden, über Forchheim nach Bamberg zum „Walberla“ nach Westen und nach Oberfranken Richtung Fichtelgebirge, auch in die Fränkische Schweiz geht der Blick nach Osten.

Ebenso besteht zusätzlich die Möglichkeit in den bestehenden barocken Bierkelleranlagen der Anbau von Sprossen und Pilzen (schon in den 20er Jahren des 20 Jhds. so geschehen) zur Versorgung der Bevölkerung nebst der traditionellen Bierlagerung zu generieren.

Anbauarten/Zonen:

Sonnenzone:
Getreidearten:

Weizen (Triticum)
Einkorn (T. monococcum)
Emmer (T. dicoccum)
Hartweizen (T. durum)
Kamut (T. durum x polonicum)
Dinkel (T. spelta)
Weichweizen (T. aestivum)
Roggen (Secale)
Gerste (Hordeum)
Hafer (Avena)
Hirse (Sorghum, Panicum)

Krautarten: (Brassica spec.)

Weiß/Blaukraut
Wirsing
Rosenkohl
Grünkohl
Kohlrabi
Blumenkohl
Broccoli
Chinakohl
Romanesco

Halbschatten:
Bohnengewächse: Fabaceae

Sojabohne (Glycine max.)
Feuerbohne (Phasenolus coccileus)
Buschbohne (Cajanus cajan)

Halbschatten:
Knollenfrüchte:

Manjok (Manihot esculenta)
Yams (Dioscoreaceae opposita)
Topinambur (Helianthus tuberosus)
Batate (Ipomeoa batatas)
Kartoffel (Solanum tuberosum)
Trüffel (Tuber melanosporum)

Zwiebelartige:

Zwiebel (Allium cepa)
Winterzwiebel (Allium fistulosum)
Knoblauch (Allium sativum)
Schalotte (Allium ascalonicum)
Schnittlauch (Allium schoenoprasum)
Porree (Allium porrum)
Bärlauch (Allium ursinum).

Sonnenzone:
Fruchtgemüse:

Tomate (Solanum lycopersicum spec.)
Gurke (Cucumis sativus spec.)
Zuckermelonen (Cucumis melo)
Wassermelonen (Citrullus lanatus)
Garten-Kürbis (Cucurbita pepo)
Riesen-Kürbis (Cucurbita maxima)

Zwischenfrüchte zur Gründüngung:
(alle Zonen möglich)
Lupinen (Lupinus poliphyllus)
Ackersenf (Sinapis arvensis)
Luzerne (Meticago sativa)
Ölrettich (Raphanus sativus)

Ackerbeipflanzen als Ölfrüchte und
Zuckerersatz sowie Biergrundlage:

Schatten
Raps (Brassica napus)

Sonnenzone
Sonnenblumen (Helianthus annuus)
Lein/Flachs (Linum usitatissimum)
Zuckerrohr (Saccarum officinarum)
Hopfen (Humulus lupulus)

Südsonnenterrassen
Weinarten/Rebensorten:
Edle Weinrebe (Vitis vinifera subsp. vinifera)

Vollschatten
Sprossen und Keimlinge, Kresse und
Wurzelgemüse (z.B. Garten-Schwarzwurzel (Scorzonera hispanica)
Garten-Spargel (Asparagus officinalis L.))