Was ist Smart Farming?
Smart Farming fällt in die Kategorie der "Digitalisierung der Landwirtschaft". Obwohl Smart Farming oft als ein Synonym für Präzisionslandwirtschaft verwendet wird, gibt es einen Unterschied. Die Präzisionslandwirtschaft ist Landwirtschaft, die ortsspezifische und präzise Entscheidungen für die Einpflanzung, Bewässerung und Düngern von Pflanzen mithilfe der Instrumente wie GPS-Geräte, Sensoren, bildverarbeitende Technologien und Drohnen trifft. Smart Farming ist die Erweiterung des Anwendungsfokus von Präzisionslandwirtschaft auf den ganzen landwirtschaftlichen Betrieb. Diese Erweiterung erfolgt durch weitere Technologien, das Internet of Things (IoT) oder künstliche Intelligenz (KI).
Das Internet of Things bezieht sich auf ein vernetztes System von mit Sensoren ausgestatteten und eindeutig adressierbaren Geräten, die miteinander kommunizieren, Daten teilen und Prozesse automatisieren. Künstliche Intelligenz wird bei der Auswertung großer Datenmengen eingesetzt und entwickelt auf Basis von den ausgewerteten Daten Algorithmen, die die wahrscheinlichen Ereignisse und Folgen der ausgewählten Einsätze vorhersagen können. Mögliche Einsatzbereiche sind da Algorithmen, die den Wasser- oder Nährstoffgehalt vom Boden überwacht und bei ungeeigneten Werten Maßnahmen vorschlägt (oder mithilfe des IoT die Maßnahmen automatisch durchführt). Für das betriebliche Management werden Softwares eingesetzt, die Landwirt*innen über einen Computer oder eine App steuern können, oft Farm-Management-Information-Systeme (FMIS) genannt. Der Bereich Smart Farming kann daher als die Zusammenfassung von Präzisionslandwirtschaft und Entscheidungsunterstützungssysteme verstanden werden[1].
Was ist Vertical Farming?
Vertical Farming verweist auf den schichtweisen Anbau von Pflanzen und wird oft in großen Gebäuden ohne Erde und Sonnenlicht aufgebaut. Obwohl die Kontrolle der landwirtschaftlichen Umgebungen seit den 1970s erzielt wurde, ermöglichten erst preisgünstige LED-Technologien in den letzten paar Jahrzehnten die innenräumliche Landwirtschaft[2]. In solchen Systemen muss eine große Menge an Faktoren kontrolliert werden: Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Licht, Nährstoffe, pH-Werte, CO2-Gehalt, Wassergehalt und mehr. Statt Erde werden hydro- oder aeroponische Systeme verwendet, wo die Pflanzen in nährstoffhaltigem Wasser oder Nebel hängen und alle benötigten Nährstoffe aus diesem Medium entziehen[3]. Das Wasser bleibt im verschlossenen System und geht nicht beim Verdunsten verloren. Daher können hydroponische Systeme bis zu 95% weniger Wasser als der traditionelle Ackerbau nutzen. Diese “Indoor-Farms” können auch auf Pestizide und Pflanzenschutzmittel verzichten, weil Pflanzen in einem kontrollierten Innenraum kaum von außen bedroht sind, z.B. von Unkraut oder Insekten[4].
Allerdings wachsen nicht alle Pflanzen unter diesen Bedingungen; grünes Blattgemüse, Obst und Kräuter sind besonders gut für Vertical Farming geeignet, während für Getreide und Hülsenfrüchte der traditionelle Feldanbau bevorzugt wird. Fast 50% der weltweit gebrauchten Kalorien kommen von Getreide und Hülsenfrüchten und es ist deshalb unwahrscheinlich, dass Vertical Farming die ganze Landwirtschaft ersetzen wird Aber es gibt immerhin vielversprechende Chancen für den Bereich Vertical Farming[3].
Was sind die Chancen des Smart bzw. Vertical Farmings?
Für die Landwirtschaft und für Landwirt*innen ist die Steigerung der Ressourceneffizienz ein großer und oft erwähnter Vorteil. Dank der Präzisionslandwirtschaft können Ersparnisse an Dünge- und Pflanzenschutzmitteln, Wasserverbrauch, Energie und Lebensmittelabfällen erzielt werden. Zum Beispiel ermöglichen Echtzeitmessungen des Stickstoffgehalts einen genaueren Einsatz von Düngemitteln, oder Fortschritte in Bilderkennungssysteme und Satellitenüberwachung ermöglichen eine teilflächenspezifische Applikation von Herbiziden, nur da wo Unkraut oder kranke Pflanzen vorkommen. Diese Ressourceneffizienz trägt nicht nur zum landwirtschaftlichen Gewinn bei, aber auch zum Naturschutz, weil Pestizide und Dünger durch Wind und Abflüsse in andere Ökosysteme gelangen und Schädigungen verursachen können[1][5]. Weitere Chancen im Bereich Smart Farming sind: bessere Monitoringsysteme für umweltbezogene Daten, Bodenentlastung durch den Austausch schwerer Maschine für leichtere Maschine, Feldroboter und Drohnen, die Diversifizierung landwirtschaftlicher Produktionssysteme und Verbesserungen in der Tierhaltung[5].
Vertical Farms bieten oft dieselben Vortiele wie Smart Farms an, jedoch mit ein paar spezifischeren Chancen. Die Landwirt*innen müssen sich nicht auf das Klima verlassen, weil in klimatisierten Gebäuden aufgebaut wird. Die Möglichkeit, Nutzpflanzen in jedem Klima zu kultivieren, könnte Transport- und Vertriebskosten sowie die damit verknüpften Emissionen senken. Dank der möglichen Platzersparnisse könnten Menschen in kleineren Wohnungen und Häusern eigene Vertical Farms einrichten, während Betriebe und große industrielle Vertical Farms zur Sanierung der Industriegebiete beitragen könnten, indem ungenutzte Gebäude umfunktioniert werden[3].
Was sind die Risiken des Smart bzw. Vertical Farmings?
Ein oft erwähntes Risiko ist der sogenannte “Rebound Effekt”, wobei steigende Effizienz nicht zu geringerem Ressourcenverbrauch führt, sondern zu steigender Nachfrage und Produktion. Eine effizientere Präzisionslandwirtschaft führt daher nicht unbedingt zu einem geringeren Einsatz von Pestiziden oder Düngemitteln[1]. Mehr Maschinen, Feldroboter und Drohnen im Einsatz tragen zu höherem Energieverbrauch, Treibhausgasemissionen und Rohstoffabbau bei[5][6]. Zusätzlich gibt es neben den Risiken für die Umwelt auch viele ungeklärte Fragen über Datensicherung, Datenmissbrauch und IT-Sicherheit[6].
Vertical Farms, die auf Sonnenlicht verzichten und Mitarbeitende durch Roboter ersetzen, sind extrem energieaufwendig. Die Nachhaltigkeit der Energiequelle sowie der Energieeffizienz der Lichtquelle (z.B. LEDs) spielen eine große Rolle für die Zukunftsfähigkeit des Vertical Farmings; die durch den begrenzten Transport gewonnenen Emmisionsersparnisse gleichen die Emissionen einer nicht nachhaltigen Energieherstellung nicht unbedingt aus. Andere Risiken sind Fragen über IT-Sicherheit und den Kostenaufwand. Es bleibt abzusehen, wie profitabel Vertical Farms werden bzw. ob die hohen Preise für ihre Produkte sinken, sodass nicht nur die reichsten Menschen sich diese leisten können[3].