Das Weltwirtschaftsforum (WEF) bat eine Gruppe internationaler Technologieexperten, die diesjährigen Top 10 der aufstrebenden Technologien zu ermitteln. Nachdem die Gruppe bei weiteren Experten auf der ganzen Welt Nominierungen eingeholt hatte, bewertete sie Dutzende von Vorschlägen gemäß einer Reihe von Kriterien. Haben die vorgeschlagenen Technologien das Potenzial, den Gesellschaften und Volkswirtschaften einen großen Nutzen zu bringen? Könnten sie die etablierten Vorgehensweisen ändern? Werden sie in den nächsten Jahren voraussichtlich erhebliche Fortschritte machen? „Technologien, die heute entstehen, werden die Welt morgen bald und weit in die Zukunft gestalten – mit Auswirkungen auf die Wirtschaft und die Gesellschaft insgesamt“, sagte Mariette DiChristina, Chefredakteurin von Scientific American und Vorsitzende des Emerging Technologies Steering Committee. Auf der Suche nach den Ursprüngen der Innovation wird IO die Top-10 der aufkommenden Technologien des WEF in einer 10-teiligen Serie präsentieren. Heute Teil 5: Intelligente Düngung und Precision Farming.

Nach der Veröffentlichung von Teil 10 finden Sie die gesamte Serie hier.

Wenn Innovation Origins Geschichten über die Landwirtschaft schreibt, geht es vor allem um Agrotech: den Einsatz von Technologie zur Ertragssteigerung und Entlastung der Erde. Sie haben vielleicht über Indoor-Landwirtschaft, einen Melkroboter, intelligente Gewächshäuser, einen Food-Scanner, den angebauten Fleischburger, ein Gerät zur Bestimmung der Gesundheit von Pflanzen gelesen. Es geht sogar um Lebensmittel aus Luft. Wir haben uns auch eingehend damit beschäftigt, wie (und warum) Technologie auf den Bauernhof gebracht werden kann. Und genau das hat auch der WEF getan. Um die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren, gibt es nach Ansicht der Forscher des WEF keine andere Möglichkeit, als den Ertrag der Pflanzen zu steigern. „Mehr Düngung kann helfen, aber die aktuellen Methoden sind ineffizient und oft umweltschädlich. Glücklicherweise sind auch umweltfreundlichere Produkte – Düngemittel mit kontrollierter Freisetzung – erhältlich und werden immer intelligenter.“

Die Landwirte düngen die Pflanzen in der Regel auf zwei Arten. Sie besprühen Felder mit Ammoniak, Harnstoff oder anderen Substanzen, die den Nährstoff Stickstoff erzeugen, wenn sie mit Wasser reagieren. Und sie verwenden Granulat aus Kalium oder anderen Mineralien hinzu, um Phosphor zu produzieren, auch als Reaktion auf Wasser. Relativ wenige dieser Nährstoffe gelangen aber in die Pflanzen. Stattdessen landet ein großer Teil des Stickstoffs in Form von Treibhausgasen in der Atmosphäre und Phosphor in Gräben und Teichen, was oft zu einem übermäßigen Wachstum von Algen und anderen Organismen führt. Eine bessere kontrollierte Freisetzung der Düngemittel kann dieses Problem lösen: mehr Nährstoffe für die Pflanzen, höhere Erträge und weniger Verschmutzung durch Dünger

Langzeitdünger

Seit einiger Zeit wird eine Art verkauft, die als Langzeitdünger bekannt ist. Diese Arten bestehen typischerweise aus
winzigen Kapseln, die mit Substanzen gefüllt sind, die Stickstoff, Phosphor und andere gewünschte Nährstoffe enthalten. Die Außenhülle verlangsamt sowohl die Geschwindigkeit, mit der Wasser nach innen an den Inhalt gelangen kann, um die Nährstoffe freizusetzen, als auch die Geschwindigkeit, mit der die Endprodukte aus der Kapsel kommen. Vor Kurzem wurden Düngemittel entwickelt, die besser als „kontrollierte Freisetzung“ beschrieben werden können. Mit Hilfe modernster Materialien und Produktionstechniken kann die Schale so eingestellt werden, dass sich die Menge der freigesetzten Nährstoffe bei Änderung des Temperatur-, Säure- oder Feuchtigkeitsgehalts des Bodens in der gewünschten Weise ändert.

Obwohl diese Technologien der kontrollierten Freisetzung Düngemittel effizienter machen, beseitigen sie nicht alle Nachteile des Düngemitteleinsatzes. Dazu gehören nach wie vor beispielsweise Ammoniak, Harnstoff und Kalium; die Herstellung dieser Stoffe ist energieintensiv, so dass sie zu Treibhausgasen und zum Klimawandel beitragen kann. Dieser Effekt könnte durch die Verwendung umweltfreundlicherer Stickstoffquellen und die Integration von Mikroorganismen gemildert werden, die die Effizienz der Stickstoff- und Phosphoraufnahme durch Pflanzen verbessern. Und dann ist da noch die Hülle der Kapseln: Es gibt keine Beweise dafür, dass die darin enthaltenen Materialien umweltschädlich sind, aber dieses Risiko muss überwacht werden, wenn neue Stoffe in großen Mengen eingeführt werden.

Precision Farming

Düngemittel mit kontrollierter Freisetzung sind Teil eines nachhaltigen Ansatzes für die Landwirtschaft, der als Precision Farming bekannt ist. Dieser Ansatz verbessert die Ernteerträge und minimiert die Nährstofffreisetzung durch die Kombination von Datenanalyse, künstlicher Intelligenz (KI) und verschiedenen Sensorsystemen, um genau zu bestimmen, wie viel Düngemittel und Wasser die Pflanzen zu einem bestimmten Zeitpunkt brauchen. Mit dem Einsatz von autonomen (Elektro-)Fahrzeugen, die die Nährstoffe in vorgegebenen Mengen und genau an die gewünschten Stellen liefern, schließt sich der Kreis. Die Installation von Präzisionssystemen ist jedoch teuer, so dass nur Großbetriebe sie sich leisten können. Im Vergleich dazu sind fortschrittliche Düngemittel mit kontrollierter Freisetzung relativ preiswert; sie könnten für jeden Landwirt eine Hilfe sein, um die Erträge seiner Kulturen nachhaltig zu steigern.

(Die Grundlage für diesen Artikel bildete der WEF Top 10 Emerging Technologies Report 2019)