It grows like weed. The etymology of the word weed for Cannabis sativa is no coincidence. And while this is basically true, there are great differences and ecological implications in growing industrial hemp versus cannabis for medical use. One major flaw of the growing cannabis market is the environmental impact of cannabis cultivation for medical or recreational purposes, which strongly contrasts with industrial hemp cultivation.
Hemp can be grown as traditional outdoor crops with a low ecological footprint even in temperate climate zones, mostly without the need for intensive fertilizer and pesticide use. Hemp production focuses on sheer accumulation of biomass usually with the aim of harvesting long unbranched stalks for the fiber industry. In contrast, medical cannabis cultivation aims for increased synthesis and high yield of secondary plant metabolites. Special varieties with high cannabinoid and terpen contents are frequently grown to achieve that goal, involving harvesting and processing of the unpollinated female inflorescences in various ways.
Depending on the desired product, choosing an appropriate method for cultivation and processing is crucial. Regarding medical cannabis, inflorescences of a specific Cannabis sativa strain should ideally contain highly comparable and batch-independent levels of active pharmaceutical ingredients. To guarantee standardized and stable active ingredient contents, highly reproducible cultivation and processing methods have to be established. In this regard, special attention should be addressed to light quality and quantity, fertilizer use, and relative humidity during the flowering phase. Ultimately, even under optimized and approved growing conditions, minimizing intra- and inter-harvest variation remains challenging and presents a significant obstacle for the medical cannabis industry. The picture changes when it comes to cannabis extracts and concentrates. During the production process of cannabis extracts, the final product usually undergoes various post-processing steps, overall creating a balanced and standardized mixture of active ingredients. To achieve high levels of cannabinoids and terpenes in products for the medical cannabis industry, choosing the right Cannabis strain is crucial, but also optimizing light intensity, as well as nutrient supply and timing, significantly impacts the overall yield. Considering dilution effects and homogenization during downstream processing, varying cannabinoid and terpen concentrations of individual plants play a subordinate role for the production of cannabis extracts. However, production costs and the environmental impact are of great importance for a sustainable cannabis industry.
Today, medical cannabis that is sold in pharmacies around the world is largely grown under artificial light without the use of natural sunlight during the plants’ 3-4-month-long life. The rising demand for medical cannabis further promotes the fast-growing sector of indoor cannabis cultivation. Factors that promote large-scale indoor cultivation include unfavorable climatic conditions and the resulting economic risks for large-scale production but also local legislation that often restricts outdoor production. In sharp contrast to traditional outdoor cultivation methods, indoor cultivation of cannabis often produces a serious carbon footprint ranging from 2.283 to 5.184 kg CO2-eq/kg of dried cannabis flower, as exemplified by industrially produced cannabis in North America1. The largest contributors to overall greenhouse gas emissions (GHG) are ventilation, temperature and humidity control systems followed by high-intensity grow lights1. Such energy-demanding microclimate control measures are indispensable for the large-scale indoor production of high-quality medical cannabis. For comparison, the carbon footprint of greenhouse tomatoes grown in Greece and Germany ranges from 0.1 to 10.1 kg CO2-eq/kg of fruit2. In addition to highly energy-intensive cultivation methods, factors like pollution and habitat destruction through unregulated use of pesticides and rodenticides negatively impact the environment3.
To minimize the CO2 footprint and the negative environmental impact of cannabis cultivation, we at Terpenia Phytotherapeutics take advantage of the favorable climatic conditions in northern Greece that enable a more sustainable approach towards medical cannabis production. Besides substituting energy-intensive artificial light with natural sunlight, we believe in organic fertilizers and avoid the use of synthetic products. As a result of optimized cultivation procedures, we are able to extend the cultivation period from March to November without the need for artificial light supplementation. In our quest for sustainable cannabis production, we collect the remaining biomass after harvest and extraction to be composted and reused as soil amendment for the next growth period. Following this approach, we strive to establish a natural and resource-conserving cannabis production in harmony with the environment and suitable for sustainable long-term cultivation.
References:
- Summers, H.M., Sproul, E. & Quinn, J.C. The greenhouse gas emissions of indoor cannabis production in the United States. Nat Sustain 4,644–650 (2021). https://doi.org/10.1038/s41893-021-00691-w
- Ntinas, G., Neumair, M., Tsadilas, C., Meyer, J. Carbon footprint and cumulative energy demand of greenhouse and open-field tomato cultivation systems under Southern and Central European climatic conditions. Journal of Cleaner Production. Volume 142, Part 4, (2017), Pages 3617-3626. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.10.106
- Warren, G.S. Regulating Pot to Save the Polar Bear: Energy and Climate Impacts of the Marijuana Industry. Texas A&M University, School of Law. 40 Colum. J. Envt’l L. 385 (2015). https://scholarship.law.tamu.edu/facscholar/647
Ein kurzer Überblick über die Umweltauswirkungen der Produktion von medizinischem Cannabis
Es wächst wie Unkraut. Die Etymologie des Wortes Kraut für Cannabis sativa ist kein Zufall. Und obwohl dies im Grunde genommen stimmt, gibt es große Unterschiede und ökologische Implikationen beim Anbau von Industriehanf und Cannabis für medizinische Zwecke. Ein großes Manko des wachsenden Cannabismarktes sind die Umweltauswirkungen des Cannabisanbaus für medizinische oder Freizeitzwecke, die im groben Gegensatz zu den Vorteilen von industriellen Hanfanbau stehen.
Hanf kann als traditioneller Freilandanbau mit geringem ökologischem Fußabdruck selbst in gemäßigten Klimazonen angebaut werden, zumeist ohne intensiven Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden. Die Hanferzeugung konzentriert sich meist auf die bloße Produktion von Biomasse, in der Regel mit dem Ziel, lange unverzweigte Stängel für die Faserindustrie zu ernten. Im Gegensatz dazu zielt der Anbau von medizinischem Cannabis auf eine erhöhte Synthese und einen hohen Ertrag an sekundären Pflanzenstoffen ab. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden spezielle Sorten mit hohem Cannabinoid- und Terpengehalt gezüchtet, bei denen die bevorzugt unbefruchteten weiblichen Blütenstände auf verschiedene Weise geerntet und verarbeitet werden.
Je nach gewünschtem Produkt ist die Wahl einer geeigneten Anbau- und Verarbeitungsmethode entscheidend. Bei medizinischem Cannabis sollten die Blütenstände einer bestimmten Cannabis sativa Sorte idealerweise einen sehr vergleichbaren und chargenunabhängigen Gehalt an pharmazeutischen Wirkstoffen aufweisen. Um standardisierte und stabile Wirkstoffgehalte zu gewährleisten, müssen hoch reproduzierbare Anbau- und Verarbeitungsmethoden etabliert werden. Besonderes Augenmerk sollte dabei auf die Lichtqualität und -menge, den Düngemitteleinsatz in verschiedenen Wachstumsphasen und die relative Luftfeuchtigkeit während der Blütephase gerichtet werden. Letztendlich bleibt es auch unter optimierten und genehmigten Anbaubedingungen eine Herausforderung, die Schwankungen innerhalb und zwischen den Ernten zu minimieren, und stellt ein erhebliches Hindernis für die medizinische Cannabisindustrie dar. Das Bild ändert sich, wenn es um Cannabisextrakte und -konzentrate geht. Während des Herstellungsprozesses von Cannabisextrakten durchläuft das Endprodukt in der Regel verschiedene Verarbeitungsschritte, wobei insgesamt eine ausgewogene und standardisierte Mischung von Wirkstoffen entsteht. Um einen hohen Gehalt an Cannabinoiden und Terpenen in Produkten für die medizinische Cannabisindustrie zu erreichen, ist die Wahl der richtigen Cannabissorte von entscheidender Bedeutung, aber auch die Optimierung der Beleuchtung sowie der Nährstoffzufuhr haben einen erheblichen Einfluss auf den Gesamtertrag. Unter Berücksichtigung von Verdünnungseffekten und Homogenisierung bei der Weiterverarbeitung spielen unterschiedliche Cannabinoid- und Terpenkonzentrationen der einzelnen Pflanzen bei der Herstellung von Cannabisextrakten eine untergeordnete Rolle. Die Produktionskosten und die Umweltauswirkungen sind jedoch von großer Bedeutung für eine nachhaltige Cannabisindustrie.
Heutzutage wird medizinisches Cannabis, das in Apotheken auf der ganzen Welt verkauft wird, größtenteils unter künstlichem Licht angebaut, ohne die Verwendung von natürlichem Sonnenlicht während der 3-4-monatigen Lebensdauer der Pflanzen. Die steigende Nachfrage nach medizinischem Cannabis fördert den schnell wachsenden Sektor des Cannabisanbaus in Innenräumen weiter. Zu den Faktoren, die den groß angelegten Indoor-Anbau begünstigen, gehören ungünstige klimatische Bedingungen und die daraus resultierenden wirtschaftlichen Risiken für eine groß angelegte Produktion, aber auch die lokale Gesetzgebung, die den Anbau im Freien oft einschränkt. Im krassen Gegensatz zu den traditionellen Anbaumethoden im Freien verursacht der Indoor-Anbau von Cannabis oft einen erheblichen Kohlenstoff-Fußabdruck, der zwischen 2.283 und 5.184 kg CO2-eq/kg getrockneter Cannabisblüten liegt, wie das Beispiel des industriell hergestellten Cannabis in Nordamerika zeigt1. Den größten Beitrag zu den gesamten Treibhausgasemissionen (THG) leisten Belüftungs-, Temperatur- und Feuchtigkeitskontrollsysteme, gefolgt von hochintensiven Grow-Lampen1. Solche energieaufwendigen Maßnahmen zur Kontrolle des Mikroklimas sind für die groß angelegte Indoor-Produktion von hochwertigem medizinischem Cannabis unerlässlich. Zum Vergleich: Der CO2-Fußabdruck von Gewächshaustomaten, die in Griechenland und Deutschland angebaut werden, liegt zwischen 0.1 und 10.1 kg CO2-eq/kg Frucht2. Neben sehr energieintensiven Anbaumethoden wirken sich auch Faktoren wie Umweltverschmutzung und die Zerstörung von Lebensräumen durch den unregulierten Einsatz von Pestiziden und Rodentiziden negativ auf die Umwelt aus3.
Um den CO2-Fußabdruck und die negativen Umweltauswirkungen des Cannabisanbaus zu minimieren, nutzen wir bei Terpenia Phytotherapeutics die günstigen klimatischen Bedingungen in Nordgriechenland, die einen nachhaltigeren Ansatz für die Produktion von medizinischem Cannabis ermöglichen. Wir ersetzen nicht nur energieintensives Kunstlicht durch natürliches Sonnenlicht, sondern setzen auch auf organische Düngemittel und vermeiden die Verwendung synthetischer Produkte. Dank optimierter Anbauverfahren sind wir in der Lage, die Anbauperiode von März bis November zu verlängern, ohne dass wir künstliches Licht einsetzen müssen. In unserem Streben nach einer nachhaltigen Cannabisproduktion sammeln wir die nach der Ernte und Extraktion verbleibende Biomasse, um sie zu kompostieren und als Bodenverbesserungsmittel für die nächste Wachstumsperiode wiederzuverwenden. Mit diesem Ansatz streben wir eine natürliche und ressourcenschonende Cannabisproduktion an, im Einklang mit der Umwelt und geeignet für einen nachhaltigen langfristigen Anbau.
Quellen:
- Summers, H.M., Sproul, E. & Quinn, J.C. The greenhouse gas emissions of indoor cannabis production in the United States. Nat Sustain 4,644–650 (2021). https://doi.org/10.1038/s41893-021-00691-w
- Ntinas, G., Neumair, M., Tsadilas, C., Meyer, J. Carbon footprint and cumulative energy demand of greenhouse and open-field tomato cultivation systems under Southern and Central European climatic conditions. Journal of Cleaner Production. Volume 142, Part 4, (2017), Pages 3617-3626. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.10.106
- Warren, G.S. Regulating Pot to Save the Polar Bear: Energy and Climate Impacts of the Marijuana Industry. Texas A&M University, School of Law. 40 Colum. J. Envt’l L. 385 (2015). https://scholarship.law.tamu.edu/facscholar/647
