Nachhaltige Landwirtschaft

Die Agrartechnik sieht sich aufgrund wachsender Anforderungen an Umweltschutz und Nachhaltigkeit bei begrenzten Flächen und fossilen Ressourcen auch in Deutschland immer größeren Herausforderungen gegenüber. Um diese erfolgreich zu meistern, sind optimierte Prozesse unabdingbar. Industrialisierung hat daher auch die Landtechnik in den vergangenen Jahrzehnten stark geprägt. Digitalisierung, Automatisierung und Elektrifizierung der landwirtschaftlichen Prozesse bieten zahlreiche Ansatzpunkte, den Zielkonflikt zwischen Nachhaltigkeit und Produktivität aufzulösen. Aufbauend auf einem Verständnis der Wirkzusammenhänge in der Biosphäre kann die Produktivität durch optimierte Abläufe auf der Basis umfassender Daten erheblich gesteigert werden. Gleichzeitig soll die Nachhaltigkeit durch hochautomatisierte teilschlag- bzw. pflanzenspezifische Feldbearbeitung mit elektrifizierter Anbaugerätetechnik erreicht werden.

Fraunhofer IPM treibt die Entwicklung neuer und verbesserter Sensoren speziell für den landwirtschaftlichen Einsatz voran. Der Fokus liegt dabei auf der Emission klimaschädlicher Gase wie Ammoniak (NH3), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O) auf landwirtschaftlich genutzten Flächen. Hierzu haben wir ein Laser-Absorptionsspektrometer mit spezieller Auswertesoftware und einer angepassten Probennahme entwickelt.

Feldforschung: Robustes Spektrometer misst Lachgasemissionen

© Fraunhofer IPM
Das laserbasierte Gasmesssystem ist in einem tragbaren Koffer untergebracht. Die Gasflüsse in den Messkammern geben Aufschluss über Bodenaktivität und Düngewirkung.

Depotdüngung setzt deutlich weniger Treibhausgase frei

Die Düngung mit Stickstoff sorgt für hohe Erträge in der Landwirtschaft. Der Erntesegen ist jedoch mit Nachteilen erkauft: Bei der Stickstoffdüngung entsteht gesundheits- und umweltschädliches Ammoniak (NH3) sowie das Treibhausgas Distickstoffoxid (N2O), auch bekannt als Lachgas. Zudem treiben steigende Energie- und Rohstoffpreise die Kosten für Düngemittel in die Höhe. Statt wie bisher mit der Gießkanne, soll Dünger daher in Zukunft gezielt in der Nähe der Wurzeln ausgebracht werden.

Gaskonzentrationsmessungen ermöglichen einen effizienten Düngereinsatz

Spezialfirmen wie die RAUCH Landmaschinenfabrik GmbH, unser Partner im Projekt ESKILA, arbeiten an Techniken für die sogenannte Depotdüngung, bei der Langzeit-Stickstoffdünger punktuell oder über Bodenschlitze in tiefere Bodenschichten injiziert wird. Dabei werden deutlich weniger Treibhausgase freigesetzt als bei der flächigen Ausbringung. Ein mobiles photoakustisches Spektrometer, das wir im Rahmen von ESKILA entwickeln, misst insbesondere die Konzentration von Lachgas bei der Depotdüngung und ermöglicht so einen effizienten Düngereinsatz. In einer Reihe von Feldversuchen wurden verschiedene Düngestrategien auf unterschiedlichen Parzellen an typischen Pflanzensorten verglichen. Pro Düngeperiode werden noch bis zum Projektende im Herbst 2025 an bis zu 60 Messstellen Daten gesammelt und ausgewertet.

Mobiles Low-Energy-System – für den Einsatz direkt auf dem Feld

Das laserbasierte Gasmesssystem misst N2O-Konzentration mittels photoakustischer Spektroskopie im ppb-Bereich direkt auf dem Feld ohne Probenaufbereitung – innerhalb weniger Sekunden. Aufbauend auf einem Demonstrator aus dem Fraunhofer-Leitprojekt »Cognitive Agriculture « entwickelte das Team ein kostengünstiges und robustes Messsystem, das dank neuartiger Interbandkaskadenlaser mit sehr geringer Leistung auskommt und somit im Akkubetrieb mobil eingesetzt werden kann. Auf den Versuchsflächen befinden sich gezielt platzierte Messkammern, die mit dem mobilen Gasmesssystem nach einem bestimmten Schema mehrfach aufgesucht werden. Bei jeder Messung wird über wenige Minuten der Konzentrationsanstieg von N2O mitgeschrieben und über den Verlauf anschließend der lokale Gasfluss ermittelt.

Weitere Informationen

Projekt »ESKILA«

Wie unterscheiden sich verschiedene Düngemittelkombinationen und Dosiertechniken hinsichtlich ihrer Treibhausgasemission?

Dieser Frage gehen wir im invest BW-geförderten Projekt ESKILA nach.