CO₂-Messung (NDIR) & Quellen
Kurzdefinition
NDIR (Non-Dispersive Infrared) ist der Standardsensor für CO₂-Monitoring in Growräumen: Messung der IR-Absorption bei 4,26 µm mit Genauigkeit ±30–50 ppm im 0–5000 ppm-Bereich; für CO₂-Enrichment werden Tank-CO₂ (99,9 % rein, keine Verbrennungsnebenprodukte) und CO₂-Generatoren (Propan/Erdgas, günstiger für große Flächen) unterschieden; Tank-CO₂ ist für Blüteräume bevorzugt (keine Ethylenverunreinigung); korrekte Sensor-Platzierung auf Kronendachhöhe ist kritisch.
Wissenschaftliche Beschreibung
NDIR-Messprinzip: NDIR (Non-Dispersive Infrared): IR-Strahl (meist mit Breitband-IR-Quelle) durchleuchtet Messkammer mit Probengasfluss. CO₂ absorbiert IR bei 4,26 µm (asymmetrische Streckschwingung ν₃). Intensitätsvergleich mit Referenzkanal (CO₂-freies Gas oder optische Referenz) → Lambert-Beer-Gesetz → CO₂-Konzentration.
NDIR-Sensor-Eigenschaften:
| Parameter | Spezifikation | Relevanz für Anbau |
|---|---|---|
| Messbereich | 0–5000 ppm (Horticulture) | Genug für Enrichment |
| Genauigkeit | ±30–50 ppm | Ausreichend für Grow-Steuerung |
| Reaktionszeit | 30–120 s | Für Solenoid-Regelung ausreichend |
| Drift | < 2 % pro Jahr | Jährliche Kalibrierung empfohlen |
| Temperaturkompensation | ±0,1 % /°C bei kompensierten Modellen | Wichtig in wechselnden T-Umgebungen |
| Feuchteempfindlichkeit | RH-abhängig; gute Sensoren haben H₂O-Kompensation | RH > 90 % kann stören |
Zwei-Punkt-Kalibrierung: 1. Referenzpunkt 1 (Zero): N₂ oder CO₂-freie Luft durch Sensor leiten → Ausgangssignal = 0 ppm 2. Referenzpunkt 2 (Span): Kalibriergas bekannter Konzentration (z.B. 1000 ppm CO₂-Standard-Flasche) → Ausgangssignal kalibrieren Empfohlen: 1× jährlich oder nach Transport/Erschütterungen.
Sensor-Platzierung: - Kronendachhöhe: CO₂ wird von Pflanzen auf Blattebene verbraucht; Messung auf Kronendach-Niveau = tatsächlicher CO₂-Wert den Pflanzen erfahren - Nicht am Boden: CO₂ ist schwerer als Luft (Molekulargewicht 44 vs. 29 für Luft) → akkumuliert in Bodennähe; Bodenmessung überschätzt Blatt-CO₂ um 100–200 ppm in ruhiger Luft - Nicht direkt an CO₂-Einlass: Erhöhte lokale Konzentration → Fehlmessung; Sensor mindestens 1 m von CO₂-Einlass entfernt
CO₂-Quellen — Tank vs. Generator:
| Merkmal | Tank-CO₂ (flüssig/Druckgas) | CO₂-Generator (Verbrennung) |
|---|---|---|
| CO₂-Reinheit | 99,9 %+ | 97–99 % + Verbrennungsnebenprodukte |
| Nebenprodukte | Keine | CO, NOx, Ethylen (Spuren), H₂O |
| Wärmeabgabe | Keine (Kühlung durch Expansion) | 3–10 kW (je nach Größe) |
| Feuchteabgabe | Keine | +Luftfeuchtigkeit (H₂O aus Verbrennung) |
| Kosten (laufend) | Hoch (Tankwechsel/-füllung) | Niedrig (Propan/Gas-Kosten) |
| Steuerungsgenauigkeit | ±25–50 ppm (Solenoid-Ventil) | ±100–200 ppm (On/Off-Brenner) |
| Ethylen-Risiko | Keines | Möglich bei schlechten Generatoren |
| Sicherheit | Erstickungsgefahr bei Leckage | Brandgefahr + CO-Vergiftung |
| Beste Anwendung | Blüteräume (keine Nebenprodukte), kleine Flächen | Veg-Räume > 50 m², große Betriebe |
Ethylen-Risiko bei Generatoren: Verbrennungsgeneratoren können geringe Mengen Ethylen (C₂H₄) als Verbrennungsnebenprodukt produzieren. Ethylen beschleunigt bei Cannabis: Seneszenz, Fruchtentwicklung (Samenbildung), Blütenreife-Beschleunigung. Bei Blütepflanzen (BBCH 65+): Generator-Betrieb mit Ethylen-Verunreinigung → Risiko für unerwünschte frühe Seneszenz → Tank-CO₂ bevorzugt. VSCarbonics (2024): dokumentiert drei Hauptliefermethoden und empfiehlt Tank für sensitive Blütephasen.
CO₂-Steuerungssysteme:
| Typ | Beschreibung | Preis |
|---|---|---|
| Einfacher CO₂-Controller | NDIR + Relais-Ausgang → Solenoid-Ventil | 80–200 € |
| Growraum-Umweltcontroller | CO₂ + T + RH + VPD + Licht; Vollautomatik | 300–1500 € |
| Professioneller CO₂-Regler | Fuzzy-Logic-Regelung, Datalogging, Alarmfunktion | 400–2000 € |
| Analox AX60+ Cultivate | Zertifizierter Growroom-CO₂-Monitor + Alarm | ~800 € |
Kohlenstoff-Fußabdruck (Mills 2025): Mills (2025, One Earth) analysierte den CO₂-Fußabdruck der Cannabis-Industrie: CO₂-Enrichment erhöht die CO₂-Konzentration im Indoor-Grow auf das 2–4-fache des Ambientwertes und ist ein signifikanter Treiber der Energieintensität des Indoor-Anbaus. Nachhaltigkeitsbetrachtung: Biomasseverbrennung-CO₂ als Quelle (CO₂-neutral-Perspektive) vs. fossile Verbrennung.
Sicherheitsprotokoll für CO₂-Enrichment-Räume: 1. CO₂-Alarm mit Schwellenwert 1000 ppm (MAK-Warnschwelle) und 5000 ppm (MAK Deutschland) 2. Raumbelüftung vor Betreten für 3–5 min (Abluft öffnen) 3. CO₂ füllt Boden zuerst → Erstickungsgefahr beim Bücken ohne Belüftung 4. Kommerziell: Persönlicher CO₂-Monitor (Clip-on) für Personen im Growraum
Biologische Auswirkungen
- Sensorgenauigkeit bestimmt Enrichment-Effizienz: Ungekalibrierter Sensor → CO₂-Ziel verfehlt → entweder Unterversorgung (Photosynthese suboptimal) oder Überversorgung (Kosten + Stomataschließung)
- Ethylen-Kontamination: Generator-Ethylen in Blüteräumen → beschleunigte Seneszenz → Ernteverlust möglich
Anbau-Relevanz
- NDIR-Sensor: Minimum-Investment für Enrichment: Ohne Sensor kein geregeltes Enrichment; manuelles Abschätzen ungenau
- Tankpräferenz für Blüte: Reinheitsgarantie; keine Verbrennungsrisiken; keine Wärme/Feuchte-Interferenz; trotz höherer Betriebskosten bevorzugt
- Generator für Veg-Flächen: > 50 m² Veg-Fläche → Generatorgas wirtschaftlich; Ethylen-Sensitivität der Veg-Phase geringer
- Mythos: "NDIR-Sensor braucht man nicht" — ohne Messung keine Steuerung; manuelle CO₂-Schätzung (Pflanzenwachstum-Sichtbeobachtung) zu ungenau für professionelles Enrichment
Verwandte Begriffe
- co2-duengung-enrichment — Enrichment-Protokoll
- co2-ppfd-kopplung — PPFD-Kopplung bei Enrichment
- abluft-co2-management — CO₂-Verlust durch Abluft
Quellen
- CO2Meter (2025) 5 Best CO2 Controllers for your Grow Room. co2meter.com
- VSCarbonics (2024) The Role of CO2 and Cannabis Growth. vscarbonics.com
- Mills E (2025) One Earth 8:101179. DOI: 10.1016/j.oneear.2025.101179