Trends 2018: Farming – The Rise of AgTech

Landwirtschaft – dieser Begriff erzeugt romantische Bilder vom beschaulichen Leben auf dem Dorf in unseren Köpfen. Doch die Branche ist stark technologisiert. Bereits in den 80er Jahren begannen Landwirte mit der Digitalisierung ihrer Produktionsstätten. Zunächst stand die Ertrags- bzw. Gewinnmaximierung dabei im Fokus. Im Zuge des fortschreitenden Klimawandels und eines starken Zuwachses der Weltbevölkerung gewinnt die Frage nach der Nachhaltigkeit aber zunehmend an Gewicht. Das Thema ist im Jahr 2018 hoch emotional – Menschen jeder Altersgruppe hinterfragen zunehmend die Umstände der Produktion und haben ein starkes Interesse an ökologisch und auch moralisch vertretbaren Methoden bei der Lebensmittelherstellung.

Bekannte Investoren und Visionäre wie Kimbal Musk – der jüngere Bruder von Tesla-Gründer Elon Musk – haben diesen Trend erkannt. Sie investieren in Technologie, welche dem veränderten Konsumentenverhalten gerecht wird. So bekommt der Begriff der “Regionalität” eine völlig neue Bedeutung, wenn das Gemüse exakt Null Kilometer Transportweg hinter sich hat, bevor es auf unseren Tellern landet. In Berlin im Jahr 2018 bereits Realität – die Produkte werden durch Vertical Farming Module des Berliner Startups InFarm direkt im Supermarkt oder Restaurant angezogen und geerntet. Aber auch die traditionelle Landwirtschaft auf dem Acker geht mit der Zeit. Auf der AgriTechnica, der Weltleitmesse der Landtechnik, wurden Ende 2017 die zukunftsweisensten Innovationen ausgezeichnet. Darunter Roboterschwärme die Feldarbeiten verrichten, ein Augmented-Reality-System zur Fernunterstützung von Servicetechnikern und intelligente Drohnen zur Automatisierung der Begutachtung von Wildschäden.

Kann Technologie der Schlüssel zur Ernährungssicherung sein und gleichzeitig einen Beitrag zum Umweltschutz leisten? Unsere Studie skizziert die Kulturgeschichte der Digitalisierung in der Landwirtschaft, gibt einen Überblick zum Status quo und zeigt das disruptive Potenzial von neuen Technologien für die bisherige Lebensmittel-Lieferkette auf.

Einleitung

Ein Drittel der gesamten Landfläche unseres Planeten wird landwirtschaftlich genutzt. Land-, Forstwirtschaft und Fischerei bilden den primären Sektor unserer Volkswirtschaft ab:

  • Produktionswert des gesamten Sektors: 52 Milliarden Euro
  • Somit deutlich vor dem Textilgewerbe und der Pharmazie
  • 4,6 Millionen Arbeitnehmer in ca. 750.000 Betrieben
  • Jeder neunte Arbeitsplatz hängt also am Agribusiness

Allerdings gilt der Markt in Mitteleuropa als gesättigt – die Landtechnikindustrie geht von jährlich drei Prozent weniger Betrieben aus und die staatlichen Subventionen nehmen tendenziell eher ab. Als große Zukunftsmärkte gelten Entwicklungsländer wie China und Indien – bis 2020 wollen die großen Hersteller mehr als die Hälfte ihrer Produkte in diesen beiden Ländern absetzen.

Die Weltbevölkerung wird bis zum Jahr 2050 um über zwei Milliarden auf geschätzte 9,8 Milliarden wachsen, wobei rund 97% dieses Zuwachses in Entwicklungsländern erwartet wird. Zeitgleich werden die Wüsten auf unserem Planeten immer größer und die bestehenden Gletscher schmelzen – der Klimawandel entfaltet nach und nach seine volle Wirkung. Dies führt bereits akut dazu, dass landwirtschaftlich nutzbare Flächen weniger werden und es perspektivisch (ceteris paribus) zu einer großen Knappheit an Trinkwasser kommt. Parallel zu dieser bedenklichen Entwicklung beansprucht die Landwirtschaft aktuell rund 70% der bestehenden, weltweiten Süßwasserressourcen und ist außerdem für fast 25% des gesamten CO2-Ausstoßes verantwortlich. Weitere natürliche Ressourcen werden aber auch nach dem Abschluss der eigentlichen Produktion beansprucht. Denn die Lebensmittel müssen von ihrer Produktionsstätte noch zum Konsumenten transportiert werden – nicht selten über viele hunderte Kilometer hinweg.

Rund ein Drittel dieser produzierten Güter gelangen nie in unsere Mägen, denn jährlich werden 1,3 Milliarden Tonnen an Lebensmitteln vernichtet oder überleben bereits den Transport zum Endkonsumenten nicht. Zum aktuellen Zeitpunkt kann die Landwirtschaft daher, obgleich weltweit wichtiger Wirtschaftsfaktor und Lebensgrundlage aller Menschen, kaum als nachhaltig bezeichnet werden.

  • Die Absatzmärkte der Zukunft liegen in den Entwicklungsländern
  • Dort wird auch ein Großteil des massiven Bevölkerungswachstums stattfinden
  • Gleichzeitig verändern sich die Rahmenbedingungen der Produktion
  • Mit viel weniger Ressourcen müssen viel mehr Menschen ernährt werden
  • Technologie kann der Schlüssel zur nachhaltigen Ernährungssicherung werden

AgTech in der jüngeren Vergangenheit: Precision Agriculture der 80er und 90er

Der in der Landwirtschaft seit den späten 80er Jahren viel zitierte Begriff der “Precision Agriculture” konnotiert den effizienten Einsatz von – auch natürlichen – Ressourcen. Die Unternehmen der Landwirtschaft selbst sahen in der neuen Technologie aber vornehmlich eine Möglichkeit zur Gewinn- bzw. Ertragsmaximierung.

Eine nachhaltigere Bewirtschaftung ist, wenn überhaupt, ein Nebeneffekt dieser Entwicklung. So stellt die Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft in einer Veröffentlichung zum Thema “Computer Aided Farming” bereits im Jahr 1994 fest, dass die negativen, ökologischen Folgen der landwirtschaftlichen Produktion von unserer Gesellschaft immer weniger toleriert werden und gleichzeitig steigende Produktionskosten für eine “progressive Verstärkung von ökonomischen Zwängen” in der Produktion sorgen.  Abhilfe schaffen soll daher die computergestützte Optimierung der variablen Kosten, durch die exakte Berechnung der nötigen Auftragsmenge von z.B. Dünge- und Pflanzenschutzmitteln. Diese Menge ist abhängig von den jeweiligen Standortfaktoren und der jeweiligen Pflanzkultur. Landwirte beginnen dementsprechend, die Qualität der organischen Bodensubstanz mit der Hilfe von im Boden versenkten Sensoren zu tracken, bald werden diese Informationen zusätzlich mit Satellitenbildern und Daten von mobilen Sensoren (z.B. am Traktor) ergänzt. Auf dieser Berechnungsgrundlage werden die kostenintensiven Betriebsmittel dann quantitativ und auf die jeweilige Kulturform optimiert ausgebracht. Gerade der Einsatz von Pestiziden schadet der Umwelt nachhaltig auf verschiedenen Ebenen. Entsprechend impliziert ein quantitativ reduzierter, bzw. optimierter Auftrag von solchen Substanzen auch eine Entlastung des Ökosystems. Gleichzeitig wurde die Produktivität der Maschinen aber auch über ihre Motorleistung gesteigert, was wiederum zu einer größeren Verdichtung und damit Schädigung der Böden führt. Die Technologisierung der Agrartechnik hatte in ihren Anfangszeiten also einen nur bedingt nachhaltigen Charakter.

AgTech im Jahr 2017: Smart Farming

Während das Precision Farming der 80er und 90er Jahre also den Produktionsprozess selbst optimieren wollte, geht das “Smart Farming” noch viele Schritte weiter. Die spürbar zunehmende Verbreitung von Sensoren und smarten Maschinen in landwirtschaftlichen Unternehmen führt heute dazu, dass ein beständiges Mehr an Daten in einer höheren Qualität bzw. Tiefe zur Verfügung steht.

  • Das niederösterreichische Startup Farmdok arbeitet an AgTech Software, welche auf Grundlage dieser gesammelten Daten erkennt, welche landwirtschaftlichen Arbeiten als nächstes zu bewerkstelligen sind. Daraus werden automatisch Vorschläge für den Einsatz von Betriebsmitteln, Maschinen und Personal generiert – beispielsweise für den Austrag von Mineraldünger und Pflanzenschutzmitteln.

  • Intelligente Drohnen unterstützen heute die Beurteilung von Schäden, dreidimensional-bildgebende Verfahren machen eine exakte und zeitsparende Bewertung aus der Luft möglich. Das polnische Unternehmen Agrocom stellte Ende 2017 eine entsprechende Lösung vor.
Augmented Reality AgTech

Bild: Amazone

  • Mittels Augmented-Reality-Anwendungen wie dem marktreifen Smart Service 4.0 der Amazone-Werke ist es Ingenieuren möglich, ihre Kollegen aus der Ferne bei Reparaturarbeiten zu beraten und ihnen komplexere Vorgänge multimedial in das Sichtfeld einzuspielen.

Smart Farming ist im Jahr 2017 also Realität: Viele der großen Technologietrends haben bereits Einzug in die Landwirtschaft gehalten – autonom agierende Landmaschinen, Drohneneinsatz und Augmented Reality sind einige Beispiele für diese Entwicklung. Offenbar haben die größeren Player in der eher konservativen Branche den technologischen Strukturwandel sowie den dringenden Bedarf nach nachhaltigerer Bewirtschaftung nun erkannt und reagieren mit entsprechenden Initiativen.

How a Drone Tractor Works

Bild: agcanada

John Deere, der nordamerikanische Weltmarktführer im Bereich Landmaschinen, hat sich mit Mittelständlern und akademischen Instituten aus dem Technikbereich zusammengetan, um autonom agierende Module für einen nachhaltigen Landbau zu entwickeln. Das Ziel des ambitionierten Projektes “Feldschwarm” ist die Entwicklung von elektrisch betriebenen, vernetzten Maschinen für die Landwirtschaft. Diese sollen völlig autonom und im A.I.-gesteuerten Schwarm die Felder bearbeiten und dabei möglichst ressourcenschonend agieren. Die Firma Fendt, der direkte Konkurrent von John Deere, präsentierte im Winter 2017 bereits ein vergleichbares, marktreifes Produkt für die Maisaussaat. Die wirkliche Innovation ist hier der nicht länger mechanisch-hydraulische Antrieb und der Aspekt der Schwarmintelligenz. Die Maschinen sind deutlich kompakter bzw. leichter und verdichten den Boden daher nicht so stark. Sie verursachen außerdem keinen CO2-Ausstoß. Jüngste technologische Innovationen berücksichtigen nun also bewusst den Aspekt der Nachhaltigkeit.

AgTech in der nahen Zukunft: Big Data Farming

Wenn Schwarmintelligenz und Deep-Tech Einzug in die Landwirtschaft halten, wird sich die verfügbare Datenmenge exponentiell um ein Vielfaches erhöhen. Die neuen Systeme werden auf komplexe und vielschichtige Art und Weise Daten sammeln, vergleichbar mit Teslas “Neural-Net”, beispielsweise durch 360° Kameras sowie mit der Hilfe von Sonar- und Radartechnologie. Die gesammelten Daten werden so umfangreich sein, dass eine künstliche Intelligenz sie auswerten und kontextualisieren muss. Die im Schwarm agierenden Maschinen entwickeln auf dieser Grundlage ein agiles Situationsbewusstsein und können in Echtzeit auf  Betriebsereignisse  reagieren. Wenn sich beispielsweise ein Unwetter ankündigt oder ein Schädlingsbefall auftritt, kann das System eigenständig Gegenmaßnahmen einleiten. Die künstliche Intelligenz steuert perspektivisch also das gesamte Farmsystem. Der Mensch wird sowohl bei Analysen, als auch bei der Planung und der Durchführungen der Arbeiten massiv unterstützt.

Forscher der Universität Wageningen gehen in einer der wenigen verfügbaren, peer-reviewten Veröffentlichungen zum Thema Big Data in der Landwirtschaft davon aus, dass Big-Data-Technologie der Gamechanger im Smart Farming Business werden könnte:

  • Die Big-Player würden demnach auf proprietäre Plattformlösungen setzen, welche die Farmer im Franchisesystem nutzen müssten.
  • Oder aber Systeme auf Open-Source-Basis verdrängen die geschlossenen Lösungen. Farmer könnten dann sehr einfach untereinander Daten austauschen und Zulieferfirmen kurzfristig und flexibel beauftragen. Hierdurch würden neue, sehr kurze Lieferketten entstehen.

Dass sich die großen Unternehmen der Branche mit Mittelständlern, der Universität sowie der Regierung zusammentun, um an den Themen AI und Schwarmintelligenz zu forschen, kann als Indikator für sich ankündigende, disruptive Geschäftsmodelle interpretiert werden. Und das nicht ohne Grund: Tüftler, Startups und Investoren sind längst dabei, die Lebensmittelversorgung der Zukunft zu revolutionieren.

Gemüse aus der vertikalen Stadt-Farm

Bisher werden landwirtschaftliche Nutzflächen mittels Bauleit- und Flächennutzungsplanung infrastrukturell durch den Staat gesteuert und durch die jeweiligen privatwirtschaftlichen Eigentümer bewirtschaftet. Aber Besitz von Land und behördliche Genehmigungen sind nicht länger eine zwingende Voraussetzung für den Anbau von essbaren Pflanzen. In Entwicklungsländern ist fruchtbarer Boden ohnehin knapp und diese Situation wird sich durch den Klimawandel kaum verbessern. Es müssen also alternative Wege für die Lebensmittelversorgung von Morgen gefunden werden. Architektur-Magazine präsentieren aktuell verstärkt Konzepte für die sich selbst versorgende Stadt der Zukunft – als große, grüne, vertikale Farm. Inspiriert durch diese Vorschläge aus dem Designbereich, erfahren Kulturtechniken jenseits des Ackerbaus, wie z.B. die Hydrokultur, gerade ihre Renaissance:

Junge Unternehmen wie das Berliner Startup InFarm oder deren Wettbewerber von AeroFarms aus New Jersey haben die Zeichen der Zeit erkannt und greifen die etablierte Landwirtschaft nun an, ohne auch nur einen Quadratmeter eigenes Land zu besitzen. Es ist bereits heute möglich, auf wenigen Quadratmetern ein komplett autonomes Vertical-Farming-Modul zu betreiben. Dieses ist weder auf Sonnenlicht, noch auf große Mengen Süßwasser angewiesen und ist damit im Gegensatz zum traditionellen Anbau vollkommen unabhängig von Witterungsbedingungen und anderen Standortfaktoren. AeroFarms Mitgründer David Rosenberg erläutert, dass sein System nicht nur 95% weniger Wasser und 50% weniger künstliche Nährstoffe benötigt als die traditionelle Landwirtschaft – auch die Produktivität pro Quadratmeter ist ganze 75 mal höher. InFarm CEO Erez Galonska erklärt im Interview, dass sein Unternehmen Vertical-Farming mit Big Data Science kombiniert um möglichst nachhaltig und produktiv zu agieren. In letzter Konsequenz wird Farming also zum Tech-Business: Eine komplexe Sensoren-Matrix sammelt beständig Daten von jeder “Farm” und optimiert den Produktionsprozess auf dieser Grundlage, z.B. um den Nährstoffgehalt oder PH-Wert konstant zu halten. Innerhalb dieser autonomen Module werden außerdem artifizielle Kreisläufe erzeugt, die ein ganzes Ökosystem abbilden:

  • Die photosynthetisch aktive Strahlung wird durch Leuchtdioden (LEDs) erzeugt
  • Sämtliche andere Standortfaktoren wie z.B. die korrekte Luftfeuchtigkeit können ebenfalls künstlich erschaffen werden
  • Es ist somit möglich, Pflanzkulturen von jedem Kontinent anzubauen

Diese Module sind energieeffizient, ressourcenschonend und können jeden urbanen oder sonstigen Raum – von der großen Industriehalle bis zur kleinen Abstellkammer – zur vertikalen Farm verwandeln. Dies ist im Jahr 2018 bereits Realität. In Berlin-Friedrichshain betreibt die METRO Cash & Carry Deutschland bereits den ersten Großmarkt, in dem Kräuter- und Gemüsesorten vor Ort im Vertical-Farming-Modul betrieben werden.

Das Restaurant Good Bank in Berlin-Mitte hat ebenfalls ein solches Modul im Betrieb. Salate und Gemüse werden vor den Augen der Kundschaft angebaut und geerntet.

Das Konzept der Vertikalen-Farm ist also keinesfalls Zukunftsmusik, sondern bereits Realität. Auch ingenieurtechnische Lösungen für eine Versorgung von großen Anlagen dieser Art mit nachhaltiger Energie, z.B. Windkraft oder Solarenergie, existieren bereits. Perspektivisch ist damit der Weg für eine Selbstversorgung mit ultra-kurzen Lieferketten geebnet. Der Salat muss dann nicht mehr von Bauern geliefert werden, sondern wächst direkt auf unseren Dächern, in unseren Häusern oder in unseren Supermärkten. Dadurch würde sich nicht nur der transportbedingte CO2-Ausstoß reduzieren, auch der aktuell drastische Ernteverlust durch zu lange Lieferwege würde wegfallen, die aktuell für einen Verlust von bis zu 65% des Gesamterntevolumens verantwortlich sind.

Offensichtlich sind auch namhafte Investoren von der Zukunftsfähigkeit dieser Technologie überzeugt – das Startup Infarm sicherte sich im Februar 2018 eine zweite Finanzierungsrunde in Höhe von 20 Millionen Euro.

Die mögliche Disruption der Lebensmittelversorgung endet aber nicht bei der Selbstversorgung mit Obst und Gemüse.

Tierleidfreies Fleisch aus dem Biorekator

Auch die Produktion von Fleisch, dessen Lieferkette eng mit dem Anbau von Pflanzen verwoben ist, steht seit Jahren gesamtgesellschaftlich in der Kritik. Die Vorwürfe reichen von der Verschwendung von Ressourcen bis hin zur Grausamkeit der Massentierhaltung. Neben den moralischen Aspekten verursacht die Massentierhaltung tatsächlich stolze 9% der weltweiten CO2-Emission. Zum Vergleich: Der Anteil des weltweiten Personen- und Güterverkehrs liegt bei gerade einmal 25%. Google Gründer Sergey Brin finanzierte bereits im Jahr 2013 ein Forschungsprojekt der Universität Maastricht, in dessen Rahmen einem Rind Stammzellen entnommen und in der Petrischale zu Muskelfasern herangezüchtet wurden. Brin hält die Technologie für revolutionär und auch Microsoft Gründer Bill Gates investiert. Die Kosten für das Burger-Pattie von 2013 lagen noch bei stolzen 250.000€, heute kann das Produkt in den Niederlanden für rund 10€ pro Stück produziert werden. Auch in Israel und den USA arbeiten verschiedene Unternehmen an vergleichbaren Produkten. Die Assoziation mit “GM Foods”, also genetisch modifizierten Lebensmitteln, liegt hier zwar nahe – ist aber falsch:

  • Die Produktion beginnt mit der Ernte von adulten Stammzellen aus dem Muskelgewebe einer lebendigen Kuh.
  • Dieser Zellentyp bildet sich immer dann aus, wenn bei einer Verletzung des Muskels neues Muskelgewebe entsteht.
  • Im Bioreaktor werden diese Zellen mit einem Überschuss an Nährstoffen versorgt, so dass sie neues Muskelgewebe ausbilden.

Es kann also von einer Simulation normaler Stoffwechselprozesse gesprochen werden.

Fazit

Klimawandel, Bevölkerungszuwachs, Ressourcenknappheit – neue Lösungen zur Ernährungssicherung müssen gefunden werden. Vertical Farming und Fleisch aus dem Bioreaktor sind weder auf fruchtbaren Boden, noch auf uneingeschränkten Zugang zu Süßwasser angewiesen. Beide Technologien können informelle Teilräume in Entwicklungsgebieten besetzen und mit alternativen Energien betrieben werden. Sie sind somit weitestgehend unabhängig von der komplexen Infrastruktur unserer momentanen Lebensmittel-Lieferkette. AI-gesteuerte Roboter und Drohnen könnten diese Farmen der Zukunft bewirtschaften. Auch unter widrigsten klimatischen Bedingungen, z.B. bei extrem hohen oder extrem niedrigen Temperaturen und großer Trockenheit. Die Universität Sidney testet bereits erfolgreich Roboter-Prototypen, die vollautomatisch Obst ernten können. Diese Technologien ermöglichen bereits heute enorme Effizienzgewinne.

Alternativ könnten die Selbstversorger-Einheiten neue Fixpunkte in der Stadtplanung werden, so dass es praktisch nur noch Lieferwege von wenigen hundert Metern zum Endkonsumenten gibt. Es wäre denkbar, dass Farming-Module in Bestandsgebäude integriert werden, für die es in Zukunft keine Verwendung mehr geben wird. Architekten und Stadtplaner diskutieren beispielsweise seit Jahren darüber, was mit den zahlreichen traditionellen Parkhäusern passieren soll, wenn der Individualverkehr in Zukunft nur noch eine untergeordnete Rolle spielt.

Gardening

Auch aus wirtschaftlicher Perspektive betrachtet bleibt es spannend. Die US-Nichtregierungsorganisation ETC Group prophezeit, dass die Global Player der Agrarbranche ihre enormen finanziellen Mittel nutzen werden, um ihre Macht weiter auszubauen, indem sie die der Lebensmittelproduktion vor- und nachgelagerten Bereiche übernehmen. Allerdings fokussieren diese Maßnahmen stark auf die Annahme, dass die Landwirtschaft der Zukunft zentralisiert in landwirtschaftlichen Betrieben stattfindet. Spätestens wenn Süßwasser und fruchtbarer Boden zur Mangelware werden, muss die Ernährungssicherung aber dezentralisiert werden. Dann könnte Technologie, die heute noch nach Zukunftsmusik klingt, innerhalb kürzester Zeit die ganze Branche verändern. Das Fundament hierzu ist bereits gelegt.

Bild: pinterest

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