Innovation Map: Automatisierte Agrartechnologie und nachhaltige Ernährungstrends

Wirtschaftskammer 02. März 2023, 07:00

Die Frage der weltweiten Ernährung ist für die Zukunft essenziell. Der immer noch hohe Fleischkonsum ist eine der größten Belastungen für die Umwelt, außerdem könnten die Klimakrise und schwindende Ressourcen die Agrarwirtschaft und damit auch die Lebensmittelversorgung künftig deutlich erschweren. Von Robotern in der Landwirtschaft über neue Formen der Anpflanzung bis hin zu Alternativen zu Fleisch: Derartige Konzepte könnten in Zukunft eine massive humanitäre Bedeutung erlangen.

Zukunftsträchtige Ideen in der Agrarwirtschaft und in der Ernährung schießen heute weltweit konstant aus dem Boden, was jedoch die Orientierung schwierig macht. Hierbei hilft die Innovation Map der Wirtschaftskammer Österreich (WKÖ), die insgesamt 105 Ausblicke in die Zukunft bietet. Einer der Kernbereiche ist „Agrartechnologie & Ernährungstrends“. In unserer Serie haben wir außerdem bereits die Daten-Ära, Technologien zur menschlichen Weiterentwicklung sowie Energie & Nachhaltigkeit beschrieben.

Innovation Map: Mit der Blockchain und Hyperpersonalisierung in die Daten-Ära

Innovation Map: 105 Technologien für die Zukunft

In der Innovation Map werden insgesamt 21 Konzepte in den Bereichen Agrartechnologie & Ernährungstrends näher vorgestellt. In einer kreisförmigen, interaktiven Grafik können Interessierte kostenlos sehen, welche Technologien im Jahr 2035 unser Leben und unser Business prägen werden.

Die unter „Agrartechnologie & Ernährungstrends“ aufgeführten Technologien treiben Veränderungen in den Systemen der Lebensmittelproduktion voran – von Werkzeugen, die Landwirt:innen und Produzent:innen helfen technologische Innovationen zu begleiten, bis hin zu komplizierten Konstruktionen, die nicht nur die Ernten, sondern auch die Umwelt als Ganzes verfolgen und überwachen. Wir zeigen insgesamt fünf große Zukunftsthemen, die sich laut der Innovation Map bereits jetzt in der Produktphase befinden, also schon bald massentauglich sein können.

1. Mikrokultur

Für die Züchtung von Nutzpflanzen gibt es mittlerweile auch viele neue Möglichkeiten. Eine davon sind mobile Mikro-Gärten für die Produktion von Gemüse, Obst, Wurzeln und Kräutern auf kleinstem Raum, in Innenräumen oder im Freien. Der Innovation Map zufolge handelt es sich bei einem Mikro-Garten um eine „klimatisierte landwirtschaftliche Einheit in der Größe eines Schiffscontainers, die in der Lage ist, alle Arten von Gemüse für Gastronomie und Haushalte zu erzeugen. Die in sich geschlossenen Farmen ermöglichen es Kleinproduzent:innen, eine Vielzahl von Produkten vor Ort anzubauen und dabei von klimatischen Bedingungen unabhängig zu sein.“

Durch die Verkürzung der Entfernungen zwischen Produzent:innen und Konsument:innen ist es möglich, sowohl die Preise und der CO₂-Abdruck zu reduzieren. Diese Anbaulösung könnte insbesondere in städtischen Räumen zum Einsatz kommen und die Landwirtschaft dauerhaft verändern. Es ist auch möglich, die Mikrokulturen auf den jeweiligen Einsatzort anzupassen. Diese Eigenschaften machen eine Nutzung auch an abgelegensten Orten wie beispielsweise auf Schiffen, Forschungsstationen oder sogar auf Raumfahrtmissionen denkbar.

2. Aus Pilzen gezüchtetes Material

Natürliche Materialien können oft unerwartete, innovative Anwendungsmöglichkeiten haben und sogar umweltbelastende Kunststoffe ersetzen. Beispielsweise ist es möglich, aus kontrollierten Pilzkolonien ein lederähnliches Material herzustellen. Die Pilze setzen eine lederähnliche, polymere Struktur frei, die langlebige und wasserabweisende Eigenschaften besitzt. „Materialien aus Pilzkulturen haben das Potenzial, Liefer- und Produktionsketten radikal zu verändern. Die Beschaffenheit dieses neuen Materials führt zu Herausforderungen und Geschäftsmöglichkeiten im Bereich der Entwicklung spezialisierter Verarbeitungs- und Reinigungssysteme“, heißt es in der Innovation Map.

Materialien auf Pilzbasis sind organisch, erneuerbar, wasserabweisend und antibakteriell. Die Pilze wachsen auf einem Substrat aus verrottenden Pflanzen und Gemüse und können somit zum Upcycling von landwirtschaftlichen Abfällen oder städtischen, organischen Komposten dienen. Das Pilzwachstum ist dabei exponentiell und kann sich an die jeweils zu schaffende Form anpassen. Bis eine neu gestartete Kolonie die Größe eines kuhähnlichen Lederstücks erreicht, dauert es in aktuellen Projekten 2-4 Wochen. Nach Erreichen der gewünschten Größe werden die Pilze geerntet und das Material erhitzt, um das Wachstum zu stoppen. Das Ergebnis ist ein trockenes, flexibles Material, das sich in viele gewünschte Formen bringen lässt.

3. Autonome Landwirtschaftsfahrzeuge

In der Landwirtschaft ist Robotik die Zukunft. Autonome Versionen von landwirtschaftlichen Fahrzeugen wie Traktoren oder Mähdrescher können Aufgaben wie Jäten, Ausbringen von Pflanzenschutz, Ernten und Pflügen KI-gesteuert durchführen. Eine Kombination von Videokameras, Radar, Beschleunigungsmessern, einem LIDAR-System und KI-Software steuert dabei die Fahrzeuge.

„Durch den Entfall eines oder einer menschlichen Bediener:in können die Betriebskosten drastisch reduziert werden. Landwirtschaftliche Fahrzeuge arbeiten in wesentlich kontrollierteren Umgebungen als beispielsweise Automobile. Ihr breitflächiger Einsatz ist somit deutlich schneller möglich und kann als Sprungbrett zu vollautonomen, selbstfahrenden Fahrzeugen dienen“, so die Innovation Map.

Durch einen breitflächigen Einsatz solcher Maschinen könnten sich neue datengetriebene Anwendungs- und Optimierungsfelder ergeben, die zu einer Steigerung der Erntemengen und -qualitäten führen können. Autonome Landwirtschaftsfahrzeuge können rund um die Uhr arbeiten, was bei zeitsensitiven Ernteaufgaben (wie bei der Weinlese) zu deutlichen Verbesserungen führen würde. Eintönige oder risikobehaftete Tätigkeiten könnten an intelligente Maschinen ausgelagert werden und so zu einer Erhöhung der Arbeitssicherheit und -attraktivität beitragen.

4. Wasserdrohne

Ein weiterer Bereich, in dem Robotik eine Revolution auslösen kann, ist die Verwaltung von Wasservorräten. Sogenannte Wasserdrohnen sind unbemannte Wasserfahrzeuge zur Beseitigung von Abfall und Verschmutzung sowie zur Aufzeichnung von Wasserqualitätsdaten in Echtzeit. Sie schwimmen auf der Wasseroberfläche und navigieren bzw. agieren autonom entlang definierter Aufgaben. Zur besseren Navigation sind Wasserdrohnen mit GPS, LIDAR und Tiefenmessgeräten ausgestattet. Somit lassen sich Messungen definierter Parameter selbstständig und kontinuierlich durchführen. Die Drohnen können die Messdaten mittels Mobilfunk direkt an Basisstationen übertragen. Die erhebbaren Daten umfassen beispielsweise Temperatur, pH-Wert, Topografie, Schadstoffbelastungen und Algenkonzentrationen. Durch den Einsatz von KI und vorab definierter Wegprofile können solche Drohnen beispielsweise Gezeitenströmungen oder Fischschwärmen selbstständig folgen. Durch die Bestückung mit Sammelsystemen können solche Wassergefährte auch Treibgut oder Müll gezielt beseitigen.

Die aktuellen Einsatzbereiche umfassen städtischen Umgebungen und stabilere Gewässer oder langsam fließende Strömungen wie Kanäle, Häfen, Flüsse und Seen. Mit 5G und leistungsfähigeren Rechenkapazitäten könnten Wasserdrohnen zu Schwärmen gruppiert werden und in einem ganzheitlichen Ansatz Daten zur Wasserqualität und Informationen zum Leben im Meer sammeln. Sie könnten auch in der Nähe von Offshore-Plattformen eingesetzt werden, um die Aktivitäten rund um die Anlagen zu überwachen.

Darüber hinaus führt die Innovation Map der WKÖ noch weitere interessante Technologien an, die in Zukunft eine Rolle spielen werden, zum Beispiel spezielle Unterwasserfarmen für die Kultivierung von Algen. Aber auch an KI-basierten Wettermodellen, an In-Vitro-Fleisch oder an 3D-gedruckten Lebensmitteln wird bereits fleißig geforscht. Einzig: Der Produktstatus wird in diesen Forschungsfeldern noch ein wenig auf sich warten lassen. Spannend ist der Zukunftsausblick aber allemal.