Heutzutage haben Grower die Möglichkeit, den Pflanzen Photonen auch ohne Hilfe der Sonne zur Verfügung zu stellen. Sie können auf moderne Pflanzenlampen zurückgreifen, die aus einer Manipulation von Elektronen, des eingesetzten Materials und der entsprechenden Konfiguration das nötige Licht erzeugen. Anders ausgedrückt wandeln sie elektrischen Strom in Licht (und Wärme) um. Zu diesen Lampen gehören fluoreszierende Lampen, Plasma-Lampen, hochintensive Gasentladungslampen (HID) und mittlerweile auch die LEDs.

In hochintensiven Gasentladungslampen (HID), die heutzutage den Standard in der Indoor-Pflanzenbeleuchtung darstellen, werden Natrium, Metall-Haloid oder andere Materialien eingesetzt, die sich unter Hochdruck in einem Glaskolben befinden und durch elektrische Energie zum Leuchten angeregt werden.

Das Ziel der Entwicklung einer hochwertigen Pflanzenbeleuchtungstechnologie sollte es sein, dass durch die elektromagnetischen Prozesse möglichst effizient Photonen erzeugt werden, die genau das Wellenlängen-Spektrum aufweisen, das die Photosynthese und andere Stoffwechselprozesse in der Pflanze antreibt.

Als vor etwa 40 Jahren die ersten Cannabis-Grower mit dem Indooranbau begannen, haben sie fluoreszierende Lampen verwendet, die nicht für die Pflanzenbeleuchtung konzipiert waren. Und so mussten sie feststellen, dass solche Lampen nur für junge Pflanzen wie Sämlinge und Stecklinge geeignet waren.

Sie brauchten stärkere und intensivere Lichtquellen. So wurden sie auf HID-Straßenlaternen, Kaufhaus- und Stadionbeleuchtung aufmerksam und adaptierten sie für ihre Growräume. Diese Lampen waren wesentlich heller als die fluoreszierenden, aber auch viel heißer und sehr viel energieintensiver.

Bis in die Mitte der siebziger Jahre schien es die HID-Lampen produzierende Industrie nicht zu merken oder nicht zu kümmern, dass immer mehr Cannabis-Grower ihre Lampen für den Indooranbau nutzten.
Anfang der achtziger Jahre begannen einige Lampenhersteller damit, HID-Leuchtmittel mit speziellem Lichtspektrum für den Einsatz im Gemüse- und Blumenanbau in Gewächshäusern und kommerziellem Indooranbau zu entwickeln.
Um 1990 gab es bereits einige Produzenten, die meisten davon in Europa, die große Mengen Leuchtmittel für die industrielle Landwirtschaft in Gewächshäusern herstellten.

Doch keines der produzierten Leuchtmittel war das Produkt einer Cannabis-spezifischen Forschung gewesen.

In Nordamerika dauerte es bis in die späten neunziger Jahre, bis HID-Lampen, die speziell und korrekt für den Indooranbau von Pflanzen entwickelt wurden, überhaupt großflächig verfügbar waren. Aber auch bei diesen Leuchtmitteln war das Lichtspektrum nicht auf die Bedürfnisse von Cannabis abgestimmt, sondern auf die von anderen Pflanzentypen, wie etwa Gemüsepflanzen.

Doch Cannabis stellt besondere und einzigartige Anforderungen an das Lichtspektrum, genauso wie es auch spezielle Nährstoffe benötigt. Die Hersteller von Pflanzenlampen haben bei der Entwicklung ihrer Leuchtmittel meistens versucht, dem Lichtspektrum entsprechend der „ McCree-Kurve“ gerecht zu werden.

Die McCree-Kurve wurde von dem US-amerikanischen Wissenschaftler Dr. Keith McCree in den frühen Siebzigern entwickelt. Dazu hatte er für 30 verschiedene Pflanzentypen die optimalen Lichtspektren ermittelt und die Durchschnittswerte in die McCree-Kurve übertragen.Zu den von McCree untersuchten Pflanzen gehörten aber keine Cannabispflanzen, was für den Cannabis-Grower einen signifikanten Unterschied ausmacht.

Cannabis ist eine lichtliebende Pflanze, und ihre Stoffwechselfunktionen laufen am besten, wenn sie Licht in der richtigen Intensität und passende Wellenlängen erhält, weil so ihre Photosynthese auf dem Maximum laufen kann.

Bei den meisten Leuchtmittelherstellern spielte die Beleuchtung für Cannabispflanzen lange Zeit keine Rolle. Zum einen auf Grund des Cannabisverbots, zum anderen aber auch, weil Cannabis eine sehr anpassungsfähige Pflanze ist, die selbst unter schlechten Lichtbedingungen mit zu geringer Intensität und/oder nicht optimalem Lichtspektrum wenigstens einige brauchbare Blüten ausbilden kann.

Cannabis wird auch unter fluoreszierenden oder minderwertigen HID-Lampen wachsen, blühen und harzige Blüten produzieren. Es ist also nicht so, das Cannabis unter Lampen, die die McCree-Kurve reproduzieren, gar nicht wachsen würde.
Es ist nur so, dass sie unter diesen Bedingungen nicht annähernd ihr optimales Wachstum erreichen. Cannabispflanzen, die unter minderwertigem Licht wachsen (sei es durch zu viel Verschattung outdoor oder durch schlechte elektrische Beleuchtung indoor) gedeihen langsamer, bleiben kleiner, besitzen weniger Wurzelmasse, nehmen weniger Nährstoffe auf, haben einen schlechteren Stoffwechsel und eine geringere Widerstandsfähigkeit, und sie produzieren einen geringeren Ertrag mit weniger potenten Blüten.

Cannabispflanzen, die draußen mindestens sieben Stunden pro Tag volles Sonnenlicht erhalten, werden sehr gut wachsen, sofern auch ihre anderen Bedürfnisse erfüllt werden. Cannabispflanzen, die unter hochwertigen HID-Lampen wachsen, können einen sehr hohen Ertrag an harzreichen Blüten erzielen.

Allerdings gibt es auch einige Probleme mit den HID-Lampen:

• Sie verschlingen eine Menge elektrischer Energie.
• Sie werden im Betrieb sehr heiß, was Brände auslösen und die Haut des Growers verbrennen kann, wenn er sie versehentlich berührt.
• Ihre starke Hitzeentwicklung macht eine kostspielige Klimatisierung mit entsprechendem Equipment und Energieverbrauch erforderlich.
• Es sind in der Regel komplizierte Geräte, bestehend aus Vorschaltgerät, Leuchtmittel und Reflektor, nötig. Besonders die Vorschaltgeräte und die Leuchtmittel haben Probleme mit ihrer Langlebigkeit und müssen regelmäßig ersetzt werden. Leuchtmittel verlieren ihre Brauchbarkeit bereits nach zwei bis vier Grow-Durchläufen.
• HID-Vorschaltgeräte generieren Radio-Frequenzstörungen, die Elektronik im Haushalt stören und von außerhalb des Anbauraums detektiert werden können.
• Sie können bautechnisch nicht so hergestellt werden, dass sie ein für Cannabis optimiertes Lichtspektrum haben, das Wachstumsrate, Ernteertrag und Wirkstoffgehalt maximieren würde.

Die gute Nachricht ist, dass neue Forschungen zu modernisierten LED-Anbaulampen geführt haben, die endlich in der Lage sind, Cannabispflanzen so gut zu beleuchten, dass sie gleiche und teilweise sogar höhere Erträge liefern, als unter der Sonne oder HID-Lampen.

Um diese neue Technologie verstehen zu können, muss zuerst verstanden werden, dass Cannabis einzigartig im Pflanzenreich ist. Es produziert Substanzen und Kombinationen von Substanzen, die keine andere Pflanze produziert, insbesondere die Cannabinoide wie das THC.

Cannabispflanzen besitzen exklusive Stoffwechselwege, die - werden sie optimiert - für hohe Wachstumsraten, gute Wurzelsynthese und eine enorme Blüten- und Harzproduktion sorgen können. Licht ist einer von den zwei Hauptfaktoren, die sich manipulieren lassen, um den Stoffwechsel anzuregen und das Wachstum zu beschleunigen, was zu gesünderen, produktiveren und potenteren Pflanzen führt.
Der andere der beiden Hauptfaktoren ist die Nährstoffzufuhr. 

In den USA kamen viele der großen Entdeckungen bezüglich der modernen Cannabis-Beleuchtung von Forschern, die für einen LED-Anbaulampenhersteller aus dem Bundesstaat Michigan arbeiten. In Michigan ist der Anbau für medizinische Zwecke mit einer entsprechenden Lizenz legal.

Angefangen hatte alles mit zwei legalen Growern von medizinischem Cannabis, einem Ehepaar namens Matt und Renae Johnson, die sehr damit zu kämpfen hatten, die Temperatur in ihren mit HID-Lampen beleuchteten Growräumen ausreichend abzukühlen. „Wir hätten noch mehr Platz für mehr Pflanzen und mehr Lampen gehabt, doch wir hatten bereits unsere Möglichkeiten für den Betrieb von Klimaanlagen ausgereizt. Das Stromnetz hätte eine noch höhere Belastung nicht ausgehalten“, erklärt Matt Johnson.

Die „offensichtliche Lösung“ und eine, der sich bereits viele Grower zugewandt haben, war der Einsatz von LED-, anstatt weiterer HID-Lampen. LED-Lampen emittieren nur halb so viel oder weniger Wärme als eine HID-Lampe, und sie verbrauchen deutlich weniger elektrischen Strom.

Johnson war sogar auf LED-Lampen gestoßen, deren Hersteller behaupteten, ihr Lichtspektrum sei besser für Cannabis geeignet als das von HID-Lampen. Das machte ihn neugierig und er investierte einen großen Geldbetrag in die gängigsten US-amerikanischen LED-Anbaulampen. Einige von ihnen kosten rund 2000 US-Dollar pro Stück.

„Die Lampen sahen gut aus, und jeder, der einmal ihr farbiges Licht gesehen hat, weiß, wie attraktiv sie im Growraum sind. Ich hatte große Hoffnung, dass ich mit Hilfe der LEDs meine Betriebskosten senken und gleichzeitig den Ertrag steigern könnte, was für mich den Beginn einer neuen Ära beim Growen bedeutet hätte“, erinnert sich Johnson.

Doch Johnson musste schon bald bittere Enttäuschungen hinnehmen.

Viele der LED-Lampen hatten Probleme, wie Fehlfunktionen von Dioden, Ventilatoren, Kühlblechen, der Stromversorgung oder auch vom Stromkabel. Zudem waren die Gebrauchsanleitungen unverständlich.

Als Johnson versuchte, die Garantie in Anspruch zu nehmen und auf einen Ersatz oder die Reparatur der defekten Geräte hoffte, musste er feststellen, dass die Hersteller nicht an der Zufriedenheit ihrer Kunden interessiert waren.

So nahm er die wenigen intakten LED-Lampen und führte verschiedene Messungen durch, wie etwa der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR) und der Lichtintensität. Er verglich die Ergebnisse der LEDs mit denen von HPS-Lampen (Natriumhochdrucklampen, dem Haupttypen der HID-Lampen, der in der Blütephase zum Einsatz kommt), und machte verschiedene Anbauversuche. Das Ergebnis war eindeutig: Unter den LEDs blieben die Pflanzen stets kleiner, leichter und entwickelten weniger Blütenmasse.

Je mehr sich Johnson mit dem Thema beschäftigte und dabei auch mit anderen legalen Growern sprach, desto bewusster wurde ihm, dass „jemand den Schritt gehen müsste und LED-Lampen entwickelt, die speziell auf Cannabis abgestimmt sind. Und vielleicht könnte er ja die LED-Lampen ins 21. Jahrhundert führen“.

Johnson versammelte schnell ein Team aus Wissenschaftlern und Ingenieuren um sich und untersuchte die aktuell in den USA verfügbaren licht-emittierenden Dioden (LED), ihre Herstellungsweise und welche Fortschritte es bisher gegeben hatte.

Doch Johnson selbst interessierte sich am meisten für die Frage, wie eine Cannabispflanze mit Hilfe der Photosynthese und anderen Stoffwechselfunktionen in der Lage ist, Wurzeln zu bilden, neues Wachstum zu schaffen, Blütenstrukturen zu formen und Cannabinoide und Terpenoide zu produzieren. Er lernte dabei, dass Cannabis seine ganz eigene Art und Weise hat, die Lichtenergie umzuwandeln. Er konzentriere sich auf die Pigmente, die auf die Absorption von Licht spezialisiert sind, das sogenannte Chlorophyll und Carotinoid.

Chlorophyll kommt in zwei Hauptkategorien vor: a und b. Die Formen absorbieren rote und blaue Lichtwellenlängen, reflektieren aber grünes Licht. Carotinoide können ein breites Band von Lichtwellenlängen im blauen Spektrum absorbieren, die das Chlorophyll a und b kaum oder gar nicht aufnehmen können.Es gibt noch weitere, weniger licht-absorbierende Pigmente, denen die meisten Lampenhersteller wenig Beachtung schenken.

Jede Pflanzenart hat ihr eigenes und ganz spezielles Pigment-Profil, und Johnson und sein Team wollten herausfinden, wie das bei Cannabis aussieht.

Wenn diese Pigmente die Lichtenergie absorbieren, ermöglichen sie die Photosynthese, also den Prozess, bei dem Energie in chemische Moleküle umgewandelt wird. Bei diesem Prozess wird atmosphärisches Kohlendioxid (CO2) in Kohlenhydrate und andere Substanzen umgewandelt. Dabei wird auch Wasser (H2O) aufgespalten, wodurch das Sauerstoffatom in die Atmosphäre gelangen kann. Der Prozess der Photosynthese findet in den „Chloroplasten“ statt, die den Kohlenstoff und die Energie der Pflanze erzeugen. Im Gegenzug versorgt die Pflanze die Chloroplasten mit CO2, Wasser, Stickstoff, Phosphor, Kalium und anderen Nährstoffen.

Man könnte sagen, dass die Pflanze regelrecht „Licht erntet“, erklärt Johnson, und merkt dabei an, dass ihn immer ein „Gefühl der Ehrfurcht“ überkommt, wenn er sich vorstellt, was die Pflanzen für diesen Planeten und uns Menschen alles leisten.

Als Johnson und sein Team erste Versuche mit eigenen und fremden LED-Anbaulampen durchführten, konzentrierten sie sich vor allem auf die Lichtabsorption durch Chlorophyll und Carotinoide. Sie mussten geschockt feststellen, dass viele der als Anbaulampen angebotenen LEDs ein Lichtspektrum aufweisen, das bei Cannabis eher gegen als für die Photosynthese arbeitet. Sie untersuchten, wie spezielle Lichtwellenlängen von Cannabis absorbiert werden können. Sie führten Untersuchungen in isolierten Mikro-Gärten mit genetisch identischen Stecklingen bei identischen Bedingungen durch, nur die Lichtquellen waren unterschiedlich. Sie hatten LEDs in unterschiedlichen Konfigurationen und Lichtwellenlängen zusammengestellt und sie auf diese Weise getestet. Dabei stellten sie fest, dass einige Lichtspektren anderen deutlich überlegen sind und bei Cannabis zu sichtbar besseren Ergebnissen führen.

„Man sah es auf den ersten Blick, wenn man sich die einzelnen Mikro-Gärten anschaute. Unter einigen LED-Konfigurationen waren die Pflanzen langsamer gewachsen, hatten weniger Zweige und Blätter und eine schlechtere Blütenentwicklung.
Bei anderen unserer Prototypen sah es wiederum ganz anders aus: Die waren so üppig gewachsen, das war schon erstaunlich. Und so kamen wir auf den Namen für unsere Firma: „Lush Lighting“ (lush = üppig)“, berichtet Johnson.

Johnson sagt, dass es ihr „ultimatives Ziel“ sei, die HID-Lampen zu schlagen und überflüssig zu machen. „Der größte Kritikpunkt an den bisher verfügbaren LED-Lampen - selbst wenn sie in kleinen Gärten oder mit Autoflowering-Cannabis funktionieren mögen - ist, dass es Probleme gibt, sobald sie für voll ausgewachsene Pflanzen eingesetzt werden sollen (und die meisten amerikanischen Grower wollen große Pflanzen). Es wurde angenommen, dass dies an einer zu geringen Lichtintensität, nicht am PAR-Spektrum liege. LEDs können anscheinend nicht genug intensives Licht erzeugen, um alle Blattoberflächen einer großen Pflanzen ausreichend mit Licht zu versorgen“, sagt Johnson.

Allerdings haben LED- gegenüber HID-Anbaulampen den großen Vorteil, dass sich ihr Lichtspektrum viel besser an die speziellen Anforderungen von Pflanzen wie Cannabis anpassen lässt.

Johnson nennt es „Spektren-Tuning“, wenn er unterschiedliche LEDs mit verschiedenen Lichtfarben kombiniert und den Effekt auf Wurzel- und Cannabinoidproduktion, das Blütengewicht und die Wachstumsform, das Immunsystem und die allgemeine Vitalität beeinflusst.

Johnson und sein Team investierten fast zwei Jahre in das Testen von neuen Typen von Dioden und neuen Dioden-Kombinationen, wie auch von neuen Typen von Wärmeleitblechen, Netzgeräten, Reflektionsmaterialien und optischen Linsen.
„Wir mussten viele der Komponenten für LED-Anbaulampen neu erfinden. Schließlich waren wir in der Lage, unsere LED-Prototypen einem ultimativen Vergleichstest zu unterziehen. Sie stellten sich einigen LED-Lampen anderer Hersteller und einigen HPS-Lampen. Unsere Prototypen schlugen alle anderen LEDs und konnten mit den HPS mithalten, sie teilweise sogar übertreffen“, sagt Johnson.

Als die Entwicklungs- und Testphase abgeschlossen waren, gründete Johnson seine Firma „Lush Lighting“ und begann, verschiedene Typen von LED-Anbaulampen herzustellen. Einige sind nur für Stecklinge, Sämlinge und die Wachstumsphase bestimmt. Andere können von Anfang bis zum Ende eines Lebenszyklus' von Cannabis eingesetzt werden.

Johnson behauptet, seine LED-Anbaulampen würden Folgendes bieten:

• Sie sparen im Vergleich zu HID-Anbaulampen Kosten durch geringeren Energieverbrauch und weniger Hitzeentwicklung.
• Sie sparen Kosten, weil sie ein optimiertes Lichtspektrum liefern, was den Pro-Watt-Ertrag und damit die Effizienz der eingesetzten Energie steigert.
• Die Pflanzen wachsen schneller, bilden mehr Wurzeln aus, sind resistenter gegen Krankheiten und Schädlinge, haben eine dichtere Blütenbildung und höhere Cannabinoid- und Terpenoid-Konzentration, sind früher erntereif, wodurch sich mehr Ernten pro Jahr erzielen lassen.
• Es lassen sich mehr Pflanzen auf dem selben Platz anbauen, wobei die Kosten für Klimatisierung und andere elektrische Verbraucher reduziert sind.
• Geringe Betriebskosten, denn nach den anfänglichen Kosten für die Anschaffung der LED-Lampen, fallen lange Zeit keine neuen Kosten an, denn sie haben eine deutlich längere Lebensdauer als HID-Leuchtmittel und Vorschaltgeräte.
• Sie weisen ein auf Cannabis abgestimmtes Lichtspektrum auf.

Johnson sagt, dass seine Lampen die „Versprechen der LEDs erfüllen und die Pflanzenbeleuchtung liefern, nach der viele Grower über Jahre gesucht, sie aber nicht gefunden haben“. Er erklärt, dass nun LEDs nicht mehr nur in kleinen Räumen, Growzelten und bei Autoflowering-Pflanzen zum Einsatz kommen müssen.

„Zurzeit beobachten wir zwei große Trends in puncto Cannabis-Beleuchtung in den USA“, sagt Johnson weiter. „Der eine sind die ultimativen HIDs – nämlich doppelendige Lampen. Sie werden sehr heiß und müssen daher relativ hoch über den Pflanzen aufgehängt werden, was hohe Räume und zudem eine gute Klimatisierung erfordert. Solche Lampen sind in der Lage, über ein Kilo getrockneter Blüten pro 1000 Watt Lichtleistung zu bringen.

Der andere Trend sind unsere LED-Lampen. Sie bleiben deutlich kühler, sind genau auf das optimale Lichtspektrum abgestimmt und können fast genauso viel Ertrag liefern wie eine normale HID-Lampe, allerdings mit mehr Cannabinoiden und Terpenoiden, und das bei geringeren Betriebskosten.“

„Uns ging es dabei nicht ums Geldverdienen und Kapitalismus“, sagt Johnson. „Es ging um meine Frau und mich und unsere Arbeit als legale Grower und dass wir – wie viele andere Grower aus unserem Bekanntenkreis – Probleme mit den damals verfügbaren HID- und LED-Lampen hatten. Diese Probleme wollten wir lösen und so auch vielen anderen Growern helfen.“

Johnson weist darauf hin, dass durch die Verwendung von hochwertigen LED-Anbaulampen wie den LUSH-LEDs der Stoffwechsel der Pflanze auf besondere Weise angeregt und gefördert wird. Das bedeutet für den Grower, dass er die anderen Faktoren entsprechend darauf abstimmen muss.

Zu diesen Anpassungen gehört:

• Steigerung von Qualität und EC-Wert einer hydroponischen Nährlösung, denn Pflanzen unter cannbisspezifischen LED-Lampen benötigen mehr und bessere Nährstoffe, besonders in der Blütephase.
• Verwendung von Umkehrosmose-Wasser mit genau eingestelltem pH-Wert, um eine optimale Aufnahme der Nährstoffe zu gewährleisten.
• Verbesserung der Luftzirkulation, der Fischluftzufuhr, Klimakontrolle und anderer Faktoren, die das Milieu im Growraum beeinflussen.
• Steigerung des CO2-Gehalts der Raumluft auf 1200 ppm während des Beleuchtungszyklus'.
  Verwendung eines rein hydroponischen Systems, denn diese Systeme können den Wurzeln Wasser, Nährstoffe und Sauerstoff effektiver liefern.
• Die Entwicklung der Blüten muss genau beobachtet werden, da das Wachstum und die Reife beschleunigt sind. Gute LED-Lampen können im Vergleich zu einer HID-Lampe zu einer 5 bis 10 Prozent früheren Ernte führen. Um den maximalen Reifepunkt nicht zu verpassen, ist eine regelmäßige Kontrolle unablässig.

Zum Schluss möchte ich anmerken, dass Johnson nur Erfahrungen mit LED-Anbaulampen gesammelt hat, die in Nordamerika verkauft werden. Er hat die der europäischen Firmen noch nicht ausprobiert, deshalb kann er hierzu nichts sagen.
Wie ich von meinen Kollegen aus der grow!-Redaktion weiß, gibt es auch in Europa mittlerweile gute LED-Lampen, die eine HID-Lampe ersetzen können. Allerdings haben es die europäischen Unternehmer oftmals schwerer, ausgiebige Tests mit Cannabis durchzuführen.

Die Möglichkeit, in immer mehr Bundesstaaten der USA legal Cannabis anbauen zu können, fördert Innovationen und Entwicklungen, die zu einem neuen Zeitalter des Indooranbaus von Cannabis führen werden.
Ich halte für euch Augen und Ohren auf und berichte euch weiter von zukunftsweisenden Entwicklungen aus der boomenden US-amerikanischen Cannabis-Szene.

Steve Davis

Link: Homepage von LUSH Lighting

Steve Davis ist ein in Colorado und Kalifornien beheimateter Cannabis-Grower, Fotograf und Wissenschaftler mit einer langen Erfahrung im Cannabisanbau. Seine Artikel sind journalistische Berichte von Orten, wo Cannabis bereits legal angebaut und besessen werden darf. Sie sollen einen Eindruck davon vermitteln, welch breitgefächertes Spektrum der Anbau von Cannabis beinhalten kann. Diese Berichte sollen dazu beitragen, die Wahrheit über Cannabis zu erkennen und Vorurteile abzubauen.