Globale Megatrends
Megatrends markieren globale Veränderungen, die uns bereits heute begegnen und uns zukünftig prägen werden. Sie lassen uns erkennen in welche Richtung neue Entwicklungen laufen. Sie liefern aber auch die Basis für strategische Entscheidungen.
Aber auch gerade Fragen zur Ethik sind dabei untrennbar mit vielen Richtungen verbunden. Den nicht absehbaren langfristigen Folgen und der unklaren Rechtslage in vielen Ländern stehen Möglichkeiten wie wirksame Mittel gegen unheilbare Krankheiten und eine grössere Lebensspanne gegenüber.
Trends in der Landwirtschaft
Auch die Landwirtschaft unterliegt dem Wandel und weisst gewisse Trends auf und mit ihnen die Herausforderungen. Die wesentlichen Impacts ist der Wandel der Ernährung und des Foodsektors sowie die Politik mit internationale Abkommen und Verpflichtungen. Ein weiterer Bereich der die Komplexität erhöht sind die Einflüsse durch die globalen Player und das Machtgefüge immer grösser werdender Konzerne.
Die aufgeführten Informationen ergeben sich aus Recherchen und verschiedenen Beiträgen zu Trends und Zukunftsausrichtungen im Ernährungs- und Landwirtschaftsumfeld. Daraus kristallisieren sich die folgenden Themen heraus.
Pflanzen basierte Nahrungsmittel
Pflanzen rücken immer mehr ins Rampenlicht unserer Ernährung und die Rolle von pflanzlichen Produkten wird auch in Zukunft weiter zunehmen.
neue Kombinationen
Angestossen durch eine neue Köche-Generation, die Inspiration im Ausland gesammelt hat, werden Klassiker mit Zutaten aus aller Welt neu interpretiert (Asiatische/ Arabische/ Balkanische Spezialitäten).
Transparenz
Herkunft, Verarbeitung, Inhaltsstoffe, Vertrieb und Verkauf: der Verbraucher von heute will es wissen. Nur wer eine lückenlose Dokumentation und Transparenz innerhalb der Produktherstellung vorweisen kann, gewinnt das Vertrauen.
Sinnvoll und nachhaltig
Eine gesunde Ernährung und eine gesunde Lebensweise ist für viele Menschen heutzutage sehr wichtig aber am liebsten ohne Verzicht. Gastronomen, Produzenten und Händler versuchen das Thema Gesundheit immer mehr mit positiven Impulsen und Genussmomenten zu verknüpfen. Hier spielen auch die Themen Regionalität, biologische Lebensmittel und weniger Zusatzstoffe eine wichtige Rolle.
Individualität
Streetfood, unzählige Online-Handel und Zustell-Lieferservices - dieses Überangebot an Lebensmitteln führt zur Überforderung vieler Konsumenten und zu dem Wunsch nach ganz individuell zugeschnittenen Einkaufs- und Zustelllösungen für Lebensmittel.
Autonom
Case IH präsentierte Ende August 2016 auf der Farm Progress Show in den USA erstmals sein autonomes Traktorkonzept. Das wirkt auf den ersten Blick sehr futuristisch aber mittlerweile sind immer mehr Hersteller dabei, autonome Trakorkonzepte aufzusetzen. Autonome Geräte für Gemüse- oder Weinbau sind hingegen schon länger bekannt und in der praktischen Erprobung.
Robotik und Schwarmtechnologie
Der Einsatz von Robotern wird sich fortsetzen. Der Melkroboter ist bereits seit vielen Jahren auf den Höfen angekommen. Auf dem Feld werden anstelle einer grossen Maschine mehrere flexible und kombinierte Einheiten zum Einsatz kommen. Der Feldschwarm besteht aus automatisierten und selbstfahrenden Einheiten. Der Grubber ist beispielsweise nicht mehr ein einzelnes Gerät mit neun Metern Arbeitsbreite, sondern mehrere kleinere Einheiten werden (virtuell) verbunden.
- Feldschwarm: Flexible kleinere Einheiten statt grosser Einzelkapazitäten
- Cobotic (Collaborative Robotic) verbindet Mensch und Maschine (praxisreife kollaborative Robotik in der Landtechnik gibt es noch nicht)
- Künstliche Intelligenz basiert primär auf Rechnerkapazitäten
- Automatisierte Bodenbearbeitung erst im Anfangsstadium
- Roboter optimieren Arbeitsprozesse
Mobile Administration und Anwendungen
Mit dem Internet der Dinge, wo verschiedene Geräte als intelligente Gegenstände miteinander kommunizieren, nimmt eine weitere technologische Innovation zu. In der Zukunft werden alle technischen Komponenten eines Agrarbetriebes Daten nicht nur sammeln, sondern auch untereinander austauschen und verwerten können. Mobile Apps und intelligente Anwendungen, mit denen sich beispielsweise operative Aufgaben bequem von unterwegs bearbeiten lassen, oder die Unkräuter identifizieren und sofort die passende Bekämpfungsmethode anzeigen, können für den Landwirt eine grosse Bereicherung darstellen.
Künstliche Intelligenz/ virtuelle Realität
Einsatzformen für Künstliche Intelligenz in der Landwirtschaft sind digitale Assistenten, selbsttätige Roboter, sprechende Geräte, autonome Fahrzeuge oder Drohnen. Fortschritte wurden zuletzt mit dem sogenannten tiefen Lernen in künstlichen neuronalen Netzen erzielt. Voraussetzungen für den Innovationsschub waren die Big-Data-Welle, das schnelle Internet und die sozialen Medien, berichtet das Fraunhofer Institut in einer Analyse. virtuelle und auch Augmented Reality wird der Computerwoche zufolge in der Landwirtschaft eine wichtige Rolle spielen - beispielsweise beim Pflanzenanbau, bei der Schädlingsbekämpfung oder Ackerplanung.
Plattformen
Vernetzte Ökosystem für landwirtschaftliche Prozesse sollen sowohl die ökonomischen als auch die ökologischen Aspekte gleichermassen optimieren können. Automatisierung und Sensorik bilden die Basis für ein Ökosystem in der digitalisierten Landwirtschaft. Daten über komplexe Zusammenhänge sollen in der Feld- und Viehwirtschaft erfasst werden um darauf aufbauend Entscheidungsprozesse im Wertschöpfungsnetzwerk unterstützen zu können.
Vertical Farming (vertikale Landwirtschaft)
Bei dieser Produktionsweise werden Pflanzen auf kleinstem Raum in Etagen übereinander angebaut. Ackerboden und Sonnenlicht werden mit künstlichen Mitteln ersetzt. Die Pflanzen werden mit LED-Licht (zum Teil in Kombination mit natürlicher Sonneneinstrahlung) beschienen und wachsen in einer Nährlösung. Die Klimabedingungen können genauestens gesteuert werden. Mit dieser Methode wird eine ganzjährige und wetterunabhängige Kultivierung von Lebensmitteln möglich. Seit den 90er Jahren gibt es bereits die Idee der vertikalen Landwirtschaft, vermochte sich bis jetzt noch nicht durchzusetzen.
Indoor Farming
Pflanzen werden dabei auf mehreren Etagen in einem geschlossenen System (z. B. in einer Halle oder in einem Container) unter Ausschluss des Sonnenlichts mit Hilfe von LEDs kultiviert. Für die Steuerung der notwendigen Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Bewässerung sorgt eine umfangreiche Sensorik und teil- oder vollautomatisierte Systeme. Die Bewässerung und Vergabe der Nährlösung erfolgen dabei über ein hydroponisches, also erdeloses System.
Die Bedeutung der Direktvermarktung scheint in den kommenden Jahren weiterhin an Bedeutung zu gewinnen, muss sich tendenziell aber auch die Bereitschaft der Anpassung haben. Einige Tendenzen die sich in den kommenden Jahren verstärken können:
- Automation und Erhöhung der Verfügbarkeit 24/7
- erweiterte Wertschöpfung durch eigene Produktion oder Verarbeitung: Milchverarbeitung, Backwaren, Marmeladen, bis hin zur take away Theke
- Eingehen von Partnerschaften mit Organisationen ausserhalb der Landwirtschaft: z.B. Tourismus, Bildungseinrichtungen, soziale Einrichtungen, ...Einrichtung von zusätzlichen Verkaufsstellen in der Stadt, Parkplätze, Hauptverkehrslinie, ...
- externe Dienstleister einbeziehen z.B. für Bestellwesen, Lieferung, Werbungsaktivitäten. Aktive Einbindung von Konsumenten in den Produktionsprozess (Ladenlogistik, Verpackung, Lieferdienste, .. ) oder gar Beteiligungen (AG's, Ernte-Vorauszahlung, Anteilspacht)
- Marketing: Aufbau eines Labels, Konsumenten gezielt ansprechen, Emotionen schaffen für Konsumenten: Nachhaltigkeit, Tierwohl, Regionalität
- Produktangebot auf Kundenbedarfe ausgerichtet, Spezialisierung, besondere Produkte
- soziale Medienpräsenz (Plattformen, Homepage, Konsumenten gezielt ansprechen) Social Media Unternehmen mobilisieren intensiv innovative Kommunikationstechnologien der Zukunft, sie werden den Alltag der Konsumenten und der Landwirtschaft beeinflussen
Die Grüne Gentechnik oder Agrogentechnik ist die Anwendung gentechnischer Verfahren im Bereich der Pflanzenzüchtung. Das Ergebnis gentechnischer Verfahren sind gentechnisch veränderte Pflanzen. Insbesondere bezeichnet der Begriff Verfahren zur Herstellung pflanzlicher gentechnisch veränderter Organismen (GVO), in deren Erbgut gezielt einzelne Gene eingeschleust werden. (Wikipedia)
Genom Editierung: Eine gezielte Veränderung in der DNA-Sequenz an einem vorher bestimmten Gen wird als Genome Editing bezeichnet. Hierbei wird eine Endonuklease in die Zelle eingebracht, die die erwünschte DNA-Sequenz spezifisch erkennt und schneidet. Als Endonukleasen werden z.B. das CRISPR/Cas-System eingefügt. CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) sind Abschnitte sich wiederholender DNA (repeats), die im Erbgut vieler Bakterien und Archaeen auftreten. Sie dienen einem Mechanismus, dem CRISPR/Cas-System, der Resistenz gegen das Eindringen fremden Erbguts von Viren oder Plasmiden verschafft, und sind hierdurch ein Teil des Immunsystem-Äquivalents vieler Prokaryoten. Dieses System bildet die Grundlage der gentechnischen CRISPR/Cas-Methode zur Erzeugung gentechnisch veränderter Organismen. (Wikipedia)
Es gibt dafür in der Schweiz keine Anbauerlaubnis.
Akademie der Naturwissenschaften (SCNAT)
Beispiele Ideen im Umfeld Farm and Food
Im folgenden werden einige Beispiele aufgeführt, welche bereits Entwicklungen aus den obigen Trends aufzeigen.
Forscher an der EPFL in Lausanne haben eine Web-Plattform entwickelt, mit der ein Parasitenbefall in einem Bienenstock festgestellt werden kann. Dazu muss ein Bild einer Platte unter dem Bienenstock mit verendeten Varroamilben auf die Plattform hochgeladen werden. KI ermittelt innerhalb kürzester Zeit die Anzahl der Milben. Die Innovation ist das automatisierte Auszählen der Milben mittels Foto, da bisher der Imker die Milben händisch auszählen musste.
Forscher der University of Washington haben ein Sensorsystem entwickelt, das so winzig ist, dass es auf dem Rücken von Bienen befestigt werden kann, dank einer wiederaufladbaren Batterie sieben Flugstunden hält und nachts drahtlos im Bienenstock aufgeladen werden kann. Die Bienen sollen in Zukunft die Arbeit von Landwirtschaftsdrohnen übernehmen und bei ihren Ausflügen Daten sammeln. Dafür wurden mehrere Rundfunkantennen eingerichtet, die die Dreieckspositionen der Bienen basierend auf der abgegebenen Signalstärke und der Winkelfrequenz bestimmen können.
https://techxplore.com/news/2018-12-sensor-package-aboard-bees.html
Die Region im Bundesstaat North Dakota in der die Grand Farm erstellt werden soll, verfügt über alle notwendigen Infrastrukturen, um den zukünftigen Farmprototypen bis zum Jahr 2025 zu erstellen. Die Farm wird dazu beitragen, die wachsende Welt zu ernähren, neue Möglichkeiten für die Regionen zu entwickeln und Organisationen an den sich entwickelnden Themen auszurichten, die den Wandel begleiten werden. Beteiligt hat sich auch der Softwarekonzern Microsoft, um im Zuge des Projekts „Grand Farm“ neue Verfahren für die Landwirtschaft der Zukunft in der Praxis zu erproben. Sie sollen zu einer nachhaltigen und effizienten Nahrungsmittelproduktion verhelfen.
Bienen transportieren ein Pulver, welches auf einem unschädlichen Pilz basiert. Am Ausgang des Bienenstocks wird das Pulver ausgelegt
und klebt an ihren Beinen und transportieren es so zu den Blüten. Dieses Mittel dient der Vorbeugung von Schimmel an den späteren Früchten. Es kann in den Kulturen: Raps, Tomaten, Äpfeln, Erd- und Heidelbeeren eingesetzt werden. In Kanada hat das Unternehmen Bee Vectoring Technologies dafür eine staatliche Zulassung für das biologisches Fungizid erhalten.
LG Electronics (LG) hat auf der CES® 2020 ein Indoor-Gartengerät vorgestellt. Das eingebaute LG-Gartengerät verwendet eine fortschrittliche Licht-, Temperatur- und Wasserkontrolle, praktische All-in-One-Saatgutpakete und eine App zur Wachstumsüberwachung, mit der Benutzer nährstoffreiche und aromatische Grüns in ihren eigenen vier Wänden kultivieren können. Der „Column Garden“ benötigt einen Wasseranschluss.
Nach Angaben der Queen's University in Belfast entsorgen Brauereien in der Europäischen Union jährlich etwa 3,4 Millionen Tonnen verbrauchtes Gerstenkorn. Dies könnte sich jedoch bald ändern, da Wissenschaftler der Universität eine Methode entwickelt haben, um diesen Abfall in nützliche Holzkohle umzuwandeln. Forscher entwickelten einen Prozess, der mit dem Austrocknen des Getreides beginnt. Es folgt eine zweistufiger chemischer und Wärmebehandlungsprozess. Was zurückbleibt, ist Aktivkohle, die in Anwendungen wie dem Erhitzen von Kraftstoff in Haushalten, Grillbriketts oder Wasserfiltern Verwendung finden könnte. In Labortests war 1 kg Getreide ausreichend, um genug Kohlenstoff zu erzeugen, um "100 Fussballfelder" zu bedecken. Zudem können auch Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die unter anderem für Batterien genutzt werden, hergestellt werden.
https://newatlas.com/environment/brewery-waste-activated-charcoal/
Eine spezielle Seidenbeschichtung könnte Samen vor Salzgehalt schützen und gleichzeitig Düngemittel erzeugende Mikroben liefern, so eine neue Studie des Massachusetts Institute of Technology (MIT). Die Bereitstellung einer Schutzbeschichtung für Samen, die auch die keimende Pflanze mit essentiellen Nährstoffen versorgt, könnte laut neuen Forschungen am Massachusetts Institute of Technology (MIT) den Anbau von Pflanzen auf ansonsten unproduktiven Böden ermöglichen. Berichten zufolge hat ein Team von Ingenieuren Samen mit Seide überzogen, die mit einer Art Bakterien behandelt wurde, die auf natürliche Weise einen Stickstoffdünger produzieren, um die Entwicklung der keimenden Pflanzen zu unterstützen.
IBM Global High-Resolution Atmospheric Forecasting IBM GRAF ist ein hochpräzises, schnell aktualisiertes globales Wettermodell, das stündlich und mit einer Auflösung von 3 km (anstatt 12 km) aktualisiert wird, um ein klareres Bild der Wetteraktivität rund um den Globus zu erhalten. Die Datenverarbeitung läuft auf Hochleitungsrechner und bezieht auch bislang ungenutzte Datenquellen mit ein.
Dadurch sollen auch für die Landwirtschaft Vorhersagen besser getroffen werden und Vorbereitung auf dramatische Wetterveränderungen gemacht werden können.
Satellitendaten spielen bereits eine wichtige Rolle in der Landwirtschaft. So sollen mit Wetterdaten und Informationen zur Bodenfeuchte das Pflanzenwachstum und der Einsatz von Düngemitteln zu optimiert werden. Wetterdaten und andere Echtzeitdaten zusammen mit Deep Learning und künstlicher Intelligenz ermitteln dabei Bodenfeuchtigkeit und wollen die Mineralisation von Stickstoff und Verfügbarkeit von Phosphor vorherzusagen. Sie sollen dabei ohne Sensoren im Feld auskommen.
Forscher der University of Missouri und des Agrarforschungsdienstes des USDA haben einen neuartigen Ansatz entwickelt, mit dem präzise visuelle Erntetemperaturdaten zu geringeren Kosten bereitgestellt werden können. Durch die Kombination einer normalen Digitalkamera mit einer Miniatur-Infrarotkamera zu einer speziell entwickelten Struktur kann das System sowohl Temperaturdaten als auch detaillierte Bilder liefern und den Landwirten eine große Menge an Informationen über ihre Ernten liefern.Zusammen erzeugen die Kameras zwei unterschiedliche Bilder desselben Bereichs: ein visuell detailliertes Foto und ein Infrarotbild. In Verbindung mit einem Algorithmus, der automatisch Boden, Schatten und andere nicht pflanzliche Präsenzen aus den Bildern filtert, würde das Kamerasystem es den Landwirten ermöglichen, ihre Pflanzen genau nach den spezifischen Bedürfnissen der einzelnen Pflanzen zu bewässern, die Erträge zu maximieren und den Wasserverbrauch zu optimieren, ohne den Kauf zu erfordern von teureren Infrarotkameras.
Das französische Start-up Beelife hat mit „CoCoon“ einen smarten Bienenstock entwickelt, der Varroamilben in Bienenstöcken bekämpfen will. In ihrem natürlichen Zustand erhöhen Bienen die Temperatur des Bienenstocks auf 42 ° C und verursachen den Tod des Raubtieres. Dank eines Systems aus Sonnenkollektoren, Sensoren und intelligenter Belüftung reproduziert der CoCoon-Bienenstock dieses Abwehrsystem, ohne die Lebensdauer des Bienenstocks zu stören und ohne schädliche Chemikalien die Qualität des Honigs zu beeinträchtigen. Per App-Steuerung kann der Bienenstock auch gekühlt werden und kann mithilfe von Sensoren einen Diebstahl feststellen.
Comet Bio wurde von einer Gruppe von kanadischen Visionären gegründet, die Probleme unterschiedlich angehen, und wurde als Transformationsunternehmen entwickelt. Comet Bio hatte von Anfang an das Ziel, gesunde Upcycling-Zutaten herzustellen. Heute verändert Comet Bio die Art und Weise, wie Zutaten hergestellt werden, mit einer Technologie, die Erntereste von Farmen in gesunde, hochwertige und nachhaltige Zutaten umwandelt. Sie haben ein innovatives Verfahren entwickelt, um Erntereste zu gesunden und nachhaltigen Zutaten zu verarbeiten. Die Produkte eignen sich als Ergänzungs-, Lebensmittel- und für Getränke.
