Ob Eliza Doolittle begeistert wäre ist fraglich, Pflanzen im Gewächshaus dürfte rotes LED-Licht allerdings gut gefallen. Die japanische Firma Showa Denko setzt auf den Effekt.

Die Frage nach der optimalen Beleuchtung von Pflanzen ist spannend. Grundsätzlich ist es ja so, dass der Energiegehalt von elektromagnetischen Wellen (d.h. auch von Licht) eng mit der Wellenlänge zusammenhängt. Dies sieht man daran, dass kurzwellige und damit sehr energiereiche Strahlung (z.B. Röntgenstrahlung) enorm gefährlich sein kann, während langwellige, energiearme Strahlung (z.B. Radio- und TV-Signale) eher harmlos ist.

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Das elektromagnetische Spektrum ((c) NASA, gefunden in der Wikipedia)

Die Regel “je kurzwelliger desto energiereicher” gilt natürlich auch für den sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums – das Lichtspektrum. So ist blaues Licht energiereicher als grünes Licht, rotes Licht energieärmer als gelbes Licht. Man könnte daher meinen, dass die Bestrahlung von Pflanzen mit blauem Licht ein optimales Wachstum garantiert – und in der Tat wird blaues Licht auch besonders gut absorbiert. Ähnliche Wachstumserfolge lassen sich jedoch auch mit rotem Licht erzielen – und das trotz der enormen Energiedifferenz von 298 kJ/mol bei 400nm (blaues Licht) zu 168kJ/mol (rotes Licht). Grund hierfür ist, dass das Chlorophyll rotes und blaues Licht besonders gut in chemische Energie umsetzen kann, wie dieses Diagramm der Photosyntheserate zeigt:

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Photosyntheserate in Abhängigkeit von der Wellenlänge
(Diagramm aus einem alten Folienvortrag und hoffentlich nicht Copyright-geschützt)

Mit Wellenlängen oberhalb von 700nm braucht man es also gar nicht erst zu versuchen, auch Licht im grünen Bereich scheidet aus, da das grüne Licht vom Chlorophyll nicht absorbiert, sondern gestreut wird, weshalb wir die Pflanzen als grün wahrnehmen. Ganz besonders gut umgesetzt wird dagegen blaues Licht im Bereich von 420 bis 450nm sowie rotes Licht im Bereich von 640 bis 660nm, wie die beiden Maxima im Diagramm unterstreichen.

Rote LED-Wachstumslampen können somit nicht nur Pflanzen mit Licht auf der idealen Wellenlänge von 660nm versorgen, sondern (dank ihrer höheren Energieeffizienz) auch noch Energie sparen helfen. Dazu kommen die generellen Vorteile des LED-Einsatzes (enorm lange Lebensdauer, minimale Wärmeentwicklung, umweltfreundliche Entsorgung). Da rote LEDs zudem recht preisgünstig sind, da sie in größeren Mengen für CD-Player, DVD-Laufwerke etc. produziert werden, ist es nicht weiter verwunderlich, dass LED-Systeme wie dieses bereits in vielen Gewächshäusern eingesetzt werden.

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Rote LED (aufgenommen im KT-Labor der Hochschule Harz)

Deren Effizienz will das japanische Unternehmen Showa Denko nun mit Hilfe von neuartigen High-Performance-AlGaInP-LEDs (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid-LEDs) um ganze 70% steigern können – sollte dies tatsächlich der Fall sein, dürfte dem endgültigen Durchbruch der LED-Wachstumslampen wohl nichts mehr im Wege stehen. Eine neue, lichtemittierende Schicht soll bei einem Ansteuerungsstrom von 20mA eine Leistung von 11mW ermöglichen, zudem emittieren die LEDs “ideales Rotlicht” mit einer Wellenlänge von 660nm, die von herkömmlichen AlGainP-LEDs nicht erreicht wird.

Wie April Streeter im Treehugger-Blog schreibt, dürfte die größte Hürde bei der Einführung der Preis solcher Anlagen sein: Wie dem Produktkatalog von LEDsGrowingGreen – einem LED-Wachstumslampenhersteller aus Oregon – zu entnehmen ist, kostet ein 240W “LED GrowLight Set” aktuell knapp 1.600 EUR (2.100 USD), was in etwa dem dreifachen Preis eines vergleichbaren konventionellen Systems entspricht.

Man darf also gespannt sein, zu welchem Preis Showa Denko die neuen “Wunderlampen” auf den Markt werfen wird. Sollten sie im Preisbereich bisheriger LED-Wachstumslampen liegen, könnte dem Produkt möglicherweise der Durchbruch gelingen, liegen sie dagegen oberhalb dieses Preisbereichs, kann ich mir einen breiten Einsatz (noch) nicht vorstellen.

So oder so wird an der LED in Zukunft aber mit Sicherheit kein Weg vorbeiführen – auch und gerade nicht in der Gewächshausbeleuchtung…


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Kommentare

  1. #1 Alexander Knoll
    16. April 2009

    Ich erinnere mich nicht mehr so gut an die Pflanzenphysiologie-Vorlesung, aber zwei mögliche Probleme mit einer reinen Rot-Bestrahlung von Pflanzen fallen mir noch ein:
    Das Chlorophyll kann durch Lichtabsorption zwei verschiedene angeregte Energieniveaus annehmen. In das höhere der beiden kann es aber nur durch Absorption von Blaulicht kommen. Gut, es fällt dann ziemlich schnell in das zweite Niveau herunter, und die freiwerdende Energie wird als Wärme abgegeben. Diese zusätzliche Energie steht also erstmal nicht direkt für die Photosynthese zur Verfügung, der Pflanze fehlt trotzdem Wärmeenergie.
    Wichtiger halte ich aber den Einfluss des Rotlichtes auf das Phytochromsystem. Bei 660 nm Emission gingen bei mir die Alarmglocken an. Phytochrome sind Photorezeptoren der Pflanze, die zwei Formen annehmen können, und durch Absorption bestimmter Wellenlängen in diese Formen überführt werden. Eine dieser Wellenlängen ist eben 660 nm. Phytochrome steuern unheimlich viele Prozesse in der Pflanze, die von einer Lichtregulation profitieren.

    Aus dem Wikipedia-Artikel:

    In Pflanzen steuern Phytochrome eine Vielzahl von Prozessen, unter anderem der Keimung, Photomorphogenese der Keimlinge, Blütenbildung, Photoperiodismus, und Vermeidung von Grünschatten, wie er unter Blattdecken anzutreffen ist.

  2. #2 rolak
    16. April 2009

    hmm, bei einer gewissen Eigenzuchtreihe hat es sich herausgestellt, daß während der Wuchsphase Blau (Hg) das Zufrühblühen zuverlässig verhindert, während in der Blühphase Rot(gelb, Na) völlig ausreicht bzw zuviel Blau hinderlich ist (alles Metalldampflampen 400W, ~60000 Lumen). Aber das wird wohl von einer Pflanzensorte zur anderen variieren.

  3. #3 Christian Reinboth
    16. April 2009

    @Alexander Knoll: Auf der Detailebene versagen meine Biologiekenntnisse leider ihren Dienst. Ich meine mich zu erinnern, dass blaues Licht für die Wachstumsphase und in der Zucht in den Morgenstunden eingesetzt wird, und danach rotes Licht über den Tag. Der Hinweis auf die Phytochrome hat sich mir (vermutlich mangels Detailwissen) nicht vollständig erschlossen. Wenn das Absorptionsmaximum der Pr-Form bei 660nm liegt, das der Pfr-Form bei 730nm würde das bedeuten, dass man durch ausschließliche Bestrahlung mit 660nm viel Pr in Pfr überführt, dafür aber kein Pfr zu Pr wird, da hierzu Licht bei 730nm benötigt werden würde – falls ich die Sache richtig interpretiere. Das Verhältnis von Pr- zu Pfr-Phytochromen würde sich durch 660nm-only-Bestrahlung demnach verschieben – aber mit welchen Folgen?

  4. #4 Alexander
    19. April 2009

    @Christian Reinboth:
    Sorry, aber wie gesagt ist das auch nicht wirklich mein Fachgebiet. Was ich damit ausdrücken wollte, war eben genau das: Über das Phytochromsystem werden so viele Prozesse der Pflanze, wie Keimung, Wachstum, etc. reguliert, dass man gut aufpassen muss wenn man da eingreift. Viel ist davon noch nicht verstanden, daran wird aktuell sehr intensiv geforscht.
    Ich denke mal, die Firma hat das getestet, bevor sie ihr System auf den Markt gebracht hat. Wäre ja blöd, wenn beispielsweise weniger Energie für die Beleuchtung benötigt wird, dafür dann aber die Pflanzen länger brauchen bis sie ausgewachsen sind. Dann wäre der Energiegewinn schnell dahin.

  5. #5 fede0001
    22. April 2009

    gute tag allerseits! beschäftige mich auch mit dem thema. werde im sommer einen Versuch anlegen mit LED’s als Assimilationsbeleuchtung. habe zwei produkte gefunden, wobei ich mich nicht wirklich entscheiden kann.

    Produkt 1:
    http://cgi.ebay.de/300-LED-UFO-300W-Rot%2FBlau-Grow-Pflanzenlicht-WuchsBl%FCte_W0QQitemZ260390547279QQcmdZViewItemQQimsxZ20090409?IMSfp=TL090409125005r25866

    Produkt 2:
    http://www.flowmagic.nl/folder/clusterled32.pdf

    ob die Produkte etwas taugen, kann ich vor dem kauf leider nicht sagen. hat sich jemand von euch bereits erfahrung mit einem dieser produkte? oder was denkt ihr darüber?

    MfG fede0001