Smart Farming: die Digitalisierung der Landwirtschaft
Inhaltsverzeichnis
01 - Bauernhof 4.0
Im Märzen wird gesät, das Jahr über geackert und im Herbst wird die Ernte eingefahren: Das hat sich in den letzten hundert Jahren auf dem Feld und im Stall bewährt und ist überall so Brauch. Ein Wechsel steht aber bevor, Smart Farming klopft an die Stalltür. Die Saat ist gelegt: Ein landläufiger Traktor besitzt heute schon mehr elektronische Elemente und Funktionen als die Spitzenmodelle der Automobilindustrie. 30 Prozent des Wertes einer modernen Landmaschine machen Software, Elektronik und Sensorik aus – in Ihrem PKW sind es gerade einmal zehn Prozent.
50% aller landwirtschaftlichen Maschinen besitzen heute Sensoren
Das digitale Auge des Bauern sieht Feuchtigkeit, Reife und Schädlinge
Ein Landwirt ernährt in Deutschland:
1949
10 Menschen
1970
27 Menschen
2000
127 Menschen
2020
140 Menschen
Die Hälfte aller Landwirte nutzt inzwischen satellitengesteuerte Landmaschinen beziehungsweise intelligente Fütterungssysteme. 40 Prozent führen ihren Betrieb mithilfe von Farm- oder Herdenmanagement-Systemen. Jeder dritte Landwirt bringt Pflanzenschutz und Düngemittel gezielt teilflächenspezifisch aus. Jeder vierte überwacht Tiere, Böden und Pflanzen mit Sensoren. Ein Fünftel baut auf vorausschauende Wartung, die drohende Ausfälle von Anlagen und Maschinen frühzeitig prognostiziert. Und bereits jeder zehnte Landwirt verschafft sich mit Drohnen einen hochwertigen Überblick.
02 - Der Sinn von Sensoren
Der digitalste Bauer erntet die dicksten Kartoffeln
Smart Farming kann dem Bauer Arbeit abnehmen – und Tiere und Natur schützen. Das zeigen die bisher schon bewährten Einsatzbereiche digitaler Technologien rund ums Feld. So sind heute elektronische Ackerschlag-Karteien bereits großflächig verbreitet. In einer Schlagkartei dokumentiert der Landwirt alle Aktionen auf dem Feld: angefangen von der genauen Vermessung über Saat und Ernte, die ausgebrachte Düngung, dazu die Auswertung plus Vergleichswerte sowie eine Planung für die nächsten Jahre.
Der digitale Zwilling kann mehr: Satelliten, Drohnen, Traktoren, Sensoren und Bodendetektoren analysieren das Feld nicht nur zentimetergenau, sondern erkennen und dokumentieren auch besonders fruchtbare, trockene und von Unkräutern oder Schädlingen befallene Stellen. Das wiederum ist die Basis für eine flächenspezifische Bearbeitung.
Moderne Traktoren bringen Saatgut, Dünger und Pflanzenschutzmittel zentimetergenau aus: viel Stickstoff, wo es sich lohnt, ein wenig Pflanzenschutz nur dort, wo es notwendig ist. Laut einer aktuellen Bitkom-Umfrage ist die Hälfte aller digital affinen Landwirte davon überzeugt, dass digitale Helfer im Stall und auf den Feldern auch dem Umweltschutz dienen.
„Ein Update – und schon versteht der Traktor die Egge nicht mehr. Was wir brauchen, sind herstellerübergreifende Normen.“
03 - Ein Morgen Zukunft
Landwirtschaft ohne Landwirt
Kann die Technik den Bauern ganz ersetzen?
Nein – aber sie kann ihn unterstützen. Bei den relativ kleinen Ackerflächen in Europa rechnen sich vollautomatische, führerlose Bearbeitungs- und Erntemaschinen im Vergleich zu den beispielsweise riesigen Flächen in Amerika nicht immer – und weil das die deutsche Straßenverkehrsordnung derzeit (noch) nicht zulässt. Aber ein Monitor im Traktor zeigt dem Bauern dafür bereits zentimetergenau an, dass er präzise neben und nicht auf der Zuckerrübe fährt. Darüber hinaus kann er dieselbe Spur im nächsten Jahr wiederverwenden und unnötige Bodenverdichtungen vermeiden. Eine intelligente Spurlinien- und Vorgewende-Planung erspart ihm gleichzeitig unnötige Wege und viel Zeit. Sie haben Ihr Ziel erreicht!
Wissen wo der Mais herkommt
Mehrertrag bei gleicher Düngermenge: bis zu 10%
Spurgenauigkeit eines GPS-geführten Traktors: 2cm
Kann die Technik den Bauern ganz ersetzen?
Nein – aber sie kann ihn unterstützen. Bei den relativ kleinen Ackerflächen in Europa rechnen sich vollautomatische, führerlose Bearbeitungs- und Erntemaschinen im Vergleich zu den beispielsweise riesigen Flächen in Amerika nicht immer – und weil das die deutsche Straßenverkehrsordnung derzeit (noch) nicht zulässt. Aber ein Monitor im Traktor zeigt dem Bauern dafür bereits zentimetergenau an, dass er präzise neben und nicht auf der Zuckerrübe fährt. Darüber hinaus kann er dieselbe Spur im nächsten Jahr wiederverwenden und unnötige Bodenverdichtungen vermeiden. Eine intelligente Spurlinien- und Vorgewende-Planung erspart ihm gleichzeitig unnötige Wege und viel Zeit. Sie haben Ihr Ziel erreicht!
Schrauben brauchen keine Lobby. Schweine und Kühe schon
Melkmaschinen finden sich heute in jedem Stall; jeder fünfte Hof besitzt sogar einen Melkroboter. Damit kann Berta jederzeit frei entscheiden, wann sie fressen, wiederkäuen oder Milch geben will. Verspürt sie ein tierisches Bedürfnis, geht sie einfach Richtung Melkstand. Dort wird ihr Euter per Laser erfasst, robotergestützt gereinigt und dann gemolken. Der stressfreiere Alltag wirkt sich positiv auf ihre Gesundheit aus – und auf die Milchleistung. Im nächsten Digitalisierungsschritt schluckt zukünftig jede Kuh einen Sensor, der im Netzmagen landet und von dort aus Temperatur und pH-Werte an eine Basisstation sendet. Damit kann der Landwirt nicht nur die Paarungsbereitschaft erkennen, sondern auch Krankheiten diagnostizieren, die Futterverwertung kontrollieren und auf den Tag genau vorhersagen, wann das Kälbchen denn nun kommt.
„Zukünftige Generationen werden sich wundern, dass auf Traktoren einmal Menschen saßen.“
Schönes neues Feld?
Das gibt es bisher vor allem in der Neuen Welt – in den USA. Dort ist die Agrardigitalisierung weiter fortgeschritten. Kein Wunder, der durchschnittliche bäuerliche Betrieb umfasst in Deutschland rund siebzig Hektar, sein transatlantisches Pendant ist im Durchschnitt doppelt so groß. Außerdem gibt es dort keine deutsche Straßenverkehrsordnung.
Größere Höfe und weniger Bürokratie: In diesem Umfeld rechnen sich Investitionen schneller. Ein neuer Markt ist entstanden – mit alten Marktteilnehmern: Global Players treiben die Digitalisierung auch in der Landwirtschaft voran. Da sind zum einen die Landmaschinenhersteller – allen voran die großen Traktorenhersteller. Aber auch im Silicon Valley arbeiten große Hightech-Unternehmen wie auch Start-ups unter Hochdruck an einem System für die lokale Wetterprognose.
90 Prozent aller Ernteausfälle gehen auf das Konto von Unwettern. Zudem hängt landwirtschaftlicher Erfolg maßgeblich vom optimalen Zeitpunkt für Aussaat, Bewässerung, Pflege und nicht zuletzt auch für die Ernte ab. Ein Tag zu spät kann die Arbeit eines ganzen Jahres verderben. Das macht eine professionelle Wettervorhersage zum lukrativen Bezahlmodell.
04 - Werte im Web
Bytes säen, Bares ernten.
Die „Bayrische Landesanstalt für Landwirtschaft“ rechnet vor, dass der Bauer 4.0 mit einem digitalisierten Betrieb insgesamt 12 Prozent seiner Arbeitszeit, 10 Prozent der Betriebsmittel, weitere 10 Prozent der Pflanzenschutzmittel sowie bis zu 60 Prozent Energie einsparen kann – zum Beispiel durch eine Wegeoptimierung bei der Feldbearbeitung oder durch eine gezielte Ausbringung von Dünger und Pflanzenschutzmitteln. Die Landwirte selbst erhoffen sich vor allem eine körperliche Entlastung, eine höhere Produktionseffizienz und eine Entbürokratisierung.
Doch Landwirtschaft 4.0 muss zuerst einmal bezahlt werden. „GPS-Spurführungssysteme waren die letzte Innovation, die sich direkt gerechnet hat – damit können wir tatsächlich Saatgut und Dünger einsparen“, stellt Johannes von Laer fest, ein durchaus digital affiner Betriebsleiter auf zwei modernen Marktfruchtbetrieben in Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen.
„Aber jede Investition muss sich auszahlen – und die meisten Feldarbeiten kann ich auch mit einem normalen Traktor erledigen.“ Entlastung verspricht sich von Laer zukünftig vor allem durch eine Entbürokratisierung dank Digitalisierung. Einen guten Teil seiner Arbeitszeit verbringt er am Schreibtisch.
Eine große Chance im Smart Farming liegt in der automatischen Übernahme aller Daten in die behördlich geforderte Dokumentation aller Vorgänge auf dem Hof – vom Saatgut bis hin zum Düngemittelverbrauch. Das wäre ein wirklicher Effizienzsprung.“
„Über digitale Plattformen können sich Landwirte direkt vernetzen – mit den Herstellern und Lieferanten und auch mit dem Endverbraucher.“
Algorithmen und Bauernregeln
Digitalisierung ist kein Selbstzweck – weder in der Industrie noch in der Landwirtschaft. Sie ist die Folge der technischen Entwicklung und gleichzeitig Antwort auf drängende Fragen unserer Zeit. Alte Bauernregeln sind heute nicht mehr das Maß aller Dinge – das wird zukünftig auch der digitale Zwilling übernehmen. Denn in manchen Bereichen hat die Landwirtschaft inzwischen Grenzen erreicht, die mit konventionellen Methoden nicht mehr überwunden werden können. So kann wegen des Klimawandels in weiten Teilen der Erde nur noch mit einem intelligenten Wassermanagement geerntet werden.
Kuh an Bäuerin: mir geht’s gut, aber langsam bekomme ich hunger.
Im digital gepflegten Kuhstall steiget die Milkchleistung um 20%
40% der Bauern setzten Farm- oder Herdenmangement-Systeme ein.
24% planen den Einsatz
Die wachsende Erdbevölkerung verringert gleichzeitig die pro Kopf zur Verfügung stehende Ackerfläche: von rund 5.200 Quadratmetern im Jahr 1950 auf prognostizierte 1.700 im Jahr 2050. Oder das Beispiel Hightech-Traktoren: Sie haben mittlerweile im Durchschnitt ein Gewicht erreicht, mit dem zwar eine immer größere Fläche bearbeitet werden kann, die aber den Boden durch Verdichtung schwer belastet. Und noch mehr Dünger nützt den Pflanzen nicht mehr und schadet nur noch der Umwelt.
Die grüne Revolution der vergangenen 60 Jahre stößt an natürliche Grenzen. Gentechnik ist aus politischen Gründen zumindest in Europa auch keine Alternative. Es wird Zeit für die nächste Entwicklungsstufe: für Landwirtschaft 4.0.
„Das Reinheitsgebot war die erste Lebensmittelnorm der Welt. Was den Nutzen von Normen beweist.“
05 - Bauer sucht Maus
Mehr bytes mehr Bio
Der Vergleich drängt sich auf: So wie aktuell die überwiegende Mehrzahl der produzierenden Unternehmen bestenfalls Industrie-3.5-Niveau erreicht hat, besitzt auch die Digitalisierung in der Landwirtschaft enormes Wachstumspotenzial. Voraussetzung dafür ist eine durchgehende Produktionskette von der Ackerkrume bis zur Supermarkttheke. Sensoren im Stall, Drohnen über dem Feld und Management-Systeme auf dem bäuerlichen Schreibtisch sind zwar inzwischen verfügbar, aber nicht schnittstellenfrei vernetzt. Aber erst mit dieser Verzahnung erschließt sich das gesamte Potenzial von Smart Farming.
Auf einer soliden Datenbasis kann beispielsweise Künstliche Intelligenz den Bauern bei seinen Entscheidungen unterstützen, digitale Strukturen können vollautomatisch seine Dokumentationspflichten übernehmen und den Hof flexibel auf seine Abnehmer, auf Logistikkapazitäten und aktuelle Verbraucherwünsche ausrichten. Mehr noch: Marktteilnehmer können sich dezentral zusammenschließen, der Handel kann Lieferketten via Blockchain lückenlos dokumentieren. From farm to fork: Die Technik steht – was fehlt, ist allein die Vernetzung.
Heutige Grenzen sind zukünftige Chancen
Nicht jeder Marktteilnehmer wünscht derzeit diese Vernetzung. Kleinere Höfe scheuen existenzbedrohende Investitionen, große Betriebe eine unwägbare Technologisierung ihres Betriebsablaufes – und alle zusammen einen Verlust der Kontrolle über den eigenen Hof. Über die Hälfte der Landwirte hat laut der Bitkom-Umfrage zudem Angst vor wachsenden staatlichen Kontrollmöglichkeiten.
Zudem sind manche Bauern technologisch eher zurückhaltend. „Die Jüngeren sind experimentierfreudiger, die Älteren warten lieber ab“, schildert Andreas Loewel seine Erfahrungen. Er ist Betriebsleiter auf einem fränkischen Biobauernhof. „Die Pioniere zahlen das Lehrgeld. Aber sie sind auch die Ersten, die profitieren. Zum Beispiel indem sie ihren Böden genau kennen und Dünger einsparen. Wir Bauern müssen unseren Boden einfach weiterhin nach guter fachlicher Praxis bewirtschaften und gesund erhalten.“
06 - Global Farmers
Vom Landwirt zum Chief Operating Officer (COO)
Die Befürworter verweisen auf erfolgreiche Erfahrungen und Pilotprojekte. Danach profitieren gerade auch kleine und mittlere Unternehmen von einer Arbeitserleichterung durch Automatisierung. Michael Clasen, Professor für Agrarinformatik an der Hochschule Hannover, ist optimistisch: „Entscheidungen treffen Betriebsleiter zukünftig am Monitor und nicht mehr im Stall oder auf dem Feld. Sie müssen dann nur noch als Feuerwehr in Ausnahmesituationen in Aktion treten – die eigentliche Arbeit übernehmen Maschinen. Und je mehr Sensoren und Daten wir nutzen, desto gefährlicher wird es für die schwarzen Schafe, verbindliche Regeln zu überschreiten.“
Das stärkt gerade auch die meist kleineren Biohöfe. Diese machen derzeit zwar nur gut zehn Prozent des Marktes aus, wachsen aber überproportional mit der ebenfalls zunehmenden Nachfrage nach Bioprodukten.
Datensilo im Backoffice
Hilfe am Schreibtisch und Lenkrad
Fingerspitzengefühl ersetzt Muskelkraft
Gut vernetzt:
89%
2G/3G74G
72%
Satelitendaten
61%
Bluetooth
41%
WIFI
18%
NB-IOT
Damit zeichnen sich für die Zukunft des digitalen Bauernhofes vielschichtige ökonomische, ökologische und ethische Trends ab. Ganz konkret zum Beispiel die Entwicklung hin zu großen und hochproduktiven Hightech-Unternehmen, die Nahrungsmittel in marktgerechter Qualität und zu niedrigen Kosten herstellen.
Parallel dazu wird sich ein biologischer Markt mit kleineren Anbietern weiterentwickeln, auf dem Abnehmer freiwillig höhere Preise für biologisch erzeugte Produkte bezahlen. Beide Marktsegmente werden von Smart Farming profitieren – sofern es gelingt, herstellerübergreifende Normen und Standards zu definieren und zu installieren.
07 - Blühende Bytes
Das Internet der Früchte
Im Vergleich zu Industrienormen ist die agrartechnische Normung noch ein zartes Pflänzchen. Basis für eine technologische Integration aller Marktteilnehmer ist ein offenes, flexibles und skalierbares Datenmodell mit einheitlichen Schnittstellen und Normen.
Ein Blick auf die Akteure und ihr unterschiedliches Nutzungsverhalten zeigt die Komplexität der Aufgabe: Die Bandbreite reicht vom Nebenerwerbsbauern bis zum industriellen Agrarbetrieb, vom Getreidebauern zum Viehzüchter, vom Bierbrauer zum Fischwirt. Dazu kommen die Zulieferer sowie der Handel mit seinen ganz eigenen Anforderungen und Standards – und nicht zuletzt die Lohn- und Logistikunternehmen.
Normung und Standardisierung „from farm to fork“ wird damit zur ganzheitlichen Aufgabe, die nur konzertiert von allen Marktteilnehmern geschultert werden kann.
13,94 Millarden Eier wurden 2019 in Deutschland gelegt
10.000 bis 30.000 Tiere leben durchschnittlich auf einem Hühnerhof
236 Eier lassen wir uns im Durchschnitt pro JAhr schmecken
27% des deutschen Eierbedarfs müssen importiert werden
„Auf die Automatisierung der Muskelkraft folgt eine Automatisierung des Denkens.“
Voraussetzung für verbindende Normen: Landwirte, Verbraucher, Handel, Politiker und Verbände müssen an einen Tisch. Dafür gibt es bereits mehrere Initiativen; nicht zuletzt vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). Das BMEL beackert seit März 2020 unter anderem 14 „digitale Experimentierfelder“.
Mit 50 Millionen Euro Förderung wird in diesen Pilotprojekten untersucht, wie digitale Techniken am besten unternehmens- und branchenübergreifend konzertiert werden: zum Schutz der Umwelt, zur Steigerung des Tierwohls und zum Wohl der Biodiversität. Die Experimentierfelder sind deutschlandweit verteilt und besitzen unterschiedliche Schwerpunkte.
Sau liebt ISO
Die Standardisierung wird momentan nicht nur auf Konzeptebene, sondern auch technologisch vorangetrieben. Ziel ist die Überwindung von Systemgrenzen. Erste Ansätze existieren beziehungsweise bauen auf vorhandenen Normen auf.
So verbindet das Kommunikations-Standardprotokoll ISOBUS schon seit Jahren europäische Traktoren und Anbaugeräte. Aber ISOBus, ISOXML oder auch das Agricultural Data Application Programming Toolkit (ADAPT) decken nicht die Bandbreite der notwendigen Standards für Smart Farming ab.
Wie komplex das technologische Netzwerk und die damit verbundenen Standards sein müssen, zeigt das Beispiel Schädlingsbekämpfung: Im besten Fall werden Drohnendaten mit der aktuellen Wettervorhersage für Windrichtung und Luftfeuchtigkeit kombiniert, diese mit historischen Daten abgeglichen und auf dieser Informationsbasis werden Handlungsanweisungen mithilfe von KI generiert. Diese werden dann auf digitalen Landkarten abgebildet, vom Landwirt freigegeben und dienen letztlich als zielgenaue Steuerimpulse für den Traktor.
Aber schon bei diesem einfachen Beispiel müssen Drohnen, Plattformen, Maschinen und Menschen reibungslos miteinander arbeiten. Eine Herkulesaufgabe in Sachen Normung, eine Aufgabe für alle.
DAS REINHEITSGEBOT WAR DIE ERSTE LEBENSMITTELNORM DER WELT. WAS DEN NUTZEN VON NORMEN BEWEIST.
08 - DIN hält Hof
Vom Feld ins Geschäftsfeld
Um Landwirtschaft, Maschinenhersteller, Plattformanbieter, Retailer, den Lebensmittelhandel und nicht zuletzt Politik, Verbraucher und Gesellschaft bei der Lösung dieser Herausforderungen zu begleiten, hat DIN das Geschäftsfeld Smart Farming ins Leben gerufen.
Leiter Geschäftsfeldentwicklung, Johannes Lehmann, umreißt die Schwerpunkte: „Wir identifizieren und strukturieren die Bedürfnisse von Stakeholdern und Kunden. Gemeinsam mit Wirtschaft, Politik, Forschung und Gesellschaft unterstützen wir die Normung und Standardisierung im Bereich Smart Farming und richten sie auf die Bedürfnisse der Kunden aus.
Das ist nur zum Teil Schreibtischarbeit, vor allem aber viel Abstimmung draußen vor Ort mit den Praktikern – im Stall, auf dem Feld und manchmal auch neben einem Misthaufen.“
Damit sich Drohne und Traktor verstehen und die gesamte Wertschöpfungskette der Lebensmittelindustrie von der landwirtschaftlichen Produktion bis zu den Verbraucher*innen durch Digitalisierung unterstützt werden kann, braucht es offene Schnittstellen und einheitliche Datenformate. Normen und Standards schaffen eine einheitliche Sprache, die alle Marktteilnehmenden verstehen und ermöglichen ihnen einen offenen Zugang zu neuen Technologien.
Kontakt:
Sie sind herzlich eingeladen, an der Normung und Standardisierung von Smart Farming mitzuarbeiten.
Sprechen Sie mit Johannes Lehmann:
johannes.lehmann@din.de
