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Operacija se izvaja v okviru Operativnega programa razvoja človeških virov za obdobje 2007-2013, razvojne prioritete 3 : »Razvoj človeških virov in 

vseživljenjskega učenja«; prednostne usmeritve 3.3 »Kakovost, konkurenčnost in odzivnost visokega šolstva«.   

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The potential of aquaponics for food production in the 

cities of the future 

 

Ranka Junge and Andreas Graber 

ZHAW Zurich University of Applied Sciences, Institute for Natural Resource Sciences 

Gruental, CH-8820 Waedenswil, Switzerland ([e-mail]) 

 

 

Abstract  

Urban  farming  is  becoming  a  buzzword  nowadays.  It  started  as  a  grassroots  movement,  and 

entered  the  political  agenda  since  early  2000.  To  establish  urban  farming  on  a  sustainable  scale 

beyond the pilot projects that seem to flourish in nearly every city with some self-respect, several 

components are necessary: social, economic, ecological. Visionary and provocative schemes such 

as Vertical farms (Despommier, 2009, 2010) and utopian renders by architects like Callebaut (DD 

14 New Worlds,  2005) are widely disseminated and evidence public interest,  but  do not  provide 

practical tools to address the situation with the technologies that are available now.  

While  recent  accentuations  seem  to  focus  on  social  aspects,  the  scientific  base  for  these 

endeavours should be strengthened as well. If food is to be grown in the city, it should be of high 

quality, not loaded with pollutants of both urban and agricultural origins. Innovations are required 

that  simplify  successful  operations  in  urban  gardening  and  enable  cost-effective  urban  farming, 

while making these products safe for human consumption: new planting techniques, new varieties 

of  produce,  biological  pest  control,  irrigation  techniques,  and  integration  with  existing  building 

infrastructures. Aquaponics has the potential to contribute to all these aspects. 

 

Key  words:  Urban  farming,  Building  integrated  agriculture,  Aquaponics,  Zero  Emission 

Buildings 

 

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Introduction 

Human  society  in  the  21st  century  faces  many  challenges.  Growing  urbanization  and  a  growing 

population  lead  to  increasing  resource  consumption.  Between  2011  and  2050,  the  world 

population is expected to increase from 7.0 billion to 9.3 billion. At the same time, the population 

living in urban areas is projected to gain 2.6 billion, and by 2050 70% will live in the cities. Thus, 

urban  areas  worldwide  are  expected  to  absorb  all  the  population  growth  expected  over  the  next 

four decades, and continue to draw in rural population (United Nations 2012). Climate change is 

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Operacija se izvaja v okviru Operativnega programa razvoja človeških virov za obdobje 2007-2013, razvojne prioritete 3 : »Razvoj človeških virov in 

vseživljenjskega učenja«; prednostne usmeritve 3.3 »Kakovost, konkurenčnost in odzivnost visokega šolstva«.   

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predicted to cause more environmental stressors in the future, while food production needs to be 

intensified. The required transition will require an increased flexibility of the urban environment, 

more sustainable use and re-use of natural resources as well as the adaptation of new infrastructure 

systems (Schuetze & Thomas, 2011).  

In order to assure human health and wellbeing, the resilience of our food supply systems to cope 

with future hazards has to be strengthened. To build a nexus between water, energy and food we 

will  need  cooperation  between  different  sectors,  e.g.  sanitation,  drinking  water  supply,  urban 

design, architecture, agriculture, and provisioning of energy. 

Cities receive inputs, which accumulate and grow, are cycled, attenuated and transformed within 

the  system,  and  produce  outputs  (Figure  1).  The  urban  metabolism  can  be  linear,  cyclic  or  in 

between  (Rogers  1997,  Daigger,  2009).  To  enhance  the  resilience  of  cities,  the  flow-through 

economy should be changed to cycling systems, wherever possible.  

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Integration of food production into the cities 

(Re-)integration  of  food  production  into  the  city  is  a  necessary  element  to  achieve  the  circular 

metabolism.  While  urban  agriculture  cannot  supply  all  of  cities’  needs,  there  is  inherent 

environmental  logic  and  resilience  within  recognised  historic  models  incorporating  urban  food 

growing such as those by Johann von Thünen (1826, cited in van der Schans & Wiskerke 2012) 

and Howard (1902). 

Food  grown  in  the  vicinity  of  the  consumers  will  also  reduce  the  dependency  on  transport  of 

goods  (“Food  Miles”,  Paxton  1994),  energy  and  consumables.  It  will  contribute  to  improved 

health  (Rex  &  Blair,  2003).  Plants  provide  ecosystem  services  for  the  city  (enabling  nutrient 

recycling, mitigating urban heat island effect, reduce storm water runoff and food transport needs) 

and  enhance  its  living  quality.  Sustainable  city  farming  can  produce  excellent  quality  food,  thus 

contributing  to  public  health.  The  water  and  nutrient  demand  can  partly  be  met  by  source-

separation  of  domestic  greywater,  treated  on-site  and  reused  for  irrigation,  and  by  rainwater 

harvesting. 

 

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