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Digitale Landwirtschaft ist in den USA weit fortgeschritten

Land: USA


 

In den USA verschwimmen die Grenzen zwischen Agrarproduktion, Informatik, Telekommunikation, Sensor- und Automatisierungstechnik sowie hochpräzisem Maschinen- und Gerätebau.

 

08.02.2021

Von Ullrich Umann | Washington, D.C.

  • Digitalisierte Bauernhöfe investieren in bessere Vernetzung

    US-Landwirte investieren in Hard- und Software. Dabei geht es 2021 vor allem um die bessere Vernetzung und Interoperabilität der vorhandenen Systeme.

    Landwirte in den USA wollen 2021 die Effizienz ihrer Agrarproduktion weniger durch die bloße Erweiterung ihres digitalen Fuhr- und Maschinenparks steigern, sondern mehr über eine bessere Vernetzung der vorhandenen Technik. Mehr Daten sollen erfasst und besser ausgewertet werden, um Zeit und Produktionskosten zu sparen.

    Einheitliche Kommunikationsstandards gefordert

    Um eine bessere Vernetzung zu erreichen, mahnen Entwickler und Anbieter von Hard- und Software einheitliche Standards und Normen an. Bisherige Insellösungen in der intelligenten Landtechnik sollen in Zukunft über "All-in-One"-Plattformen erfasst und gesteuert werden. 

    Die digitalen Wertschöpfungsketten werden aber nicht nur reicher an Daten, sie werden mit Hilfe zentraler Plattformen auch verlängert: An den eigentlichen Produktionsprozess werden vor- und nachgelagerte Abläufe angedockt, darunter die Kreditaufnahme bei der Hausbank, der Abschluss von Versicherungsverträgen, die Bestellung von Betriebsmitteln, Saatgut und Agrarchemie sowie der nachgelagerte Absatz der Agrarprodukte. 

    Ohne 5G-Netze keine digitale Landwirtschaft

    Eine bessere Vernetzung setzt 2021 den zügigen Ausbau des Breitbandnetzes im 5G-Standard im ländlichen Raum voraus. Nicht umsonst erwirkten die Mobilfunkanbieter T-Mobile und Sprint ihre Fusionsgenehmigung durch eine  Selbstverpflichtung, massiv in den Ausbau der 5G-Netze zu investieren, und zwar landesweit und nicht allein in den Metropolen.

    Begünstigt wird die Digitalisierung der Agrarproduktion aber auch durch den Wunsch der Verbraucher, die Herkunft von Lebensmitteln transparenter nachverfolgen zukönnen. Dem kommen unter anderem digitale Fingerabdrücke in Form von RFID-Chips entgegen. Aber auch der steigende Verbrauch von landwirtschaftlichen Nischenprodukten aus kleinen, digital und hocheffizient arbeitenden Farmen beschleunigt diese Entwicklung.  

    Digitalisierung ermöglicht neue Lieferketten

    Nicht zuletzt hat sich die digitalisierte Agrarproduktion während der Covid-19-Pandemie als lebensfähig erwiesen. So zerbrachen Lieferketten in der landwirtschaftlichen Produktion während des ersten Lockdowns im März 2020. Doch konnten Agrarproduzenten über zentrale Onlineplattformen relativ schnell neue Geschäftspartner auf der Zuliefer- und Abnehmerseite finden.

    Landmaschinen arbeiten in den USA immer öfter autonom

    Kaum eine fabrikneue Landmaschine kommt heute ohne Sensoren, Antennen, Empfänger, Chiptechnik, Halbleiter, Zwischenspeicher und leistungsfähige Akkutechnik aus.

    Inzwischen stehen die ersten rein elektrogetriebenen Landmaschinen und Traktoren in den Verkaufsräumen der Händler. So brachte zum Beispiel der Hersteller Monarch aus Livermore in Kalifornien 2020 einen E-Traktor auf den Markt. Im Regelbetrieb wird das Gefährt mit 40 PS betrieben, was unter Spitzenlast auf 70 PS hochgeregelt werden kann. Nach Angaben des Herstellers kann der Traktor in allen Geländearten eingesetzt werden, sogar ferngesteuert. Im autonomen Betrieb hält der Landwirt über eine App auf seinem Handy Verbindung zum Traktor.

    Der Traktor kann zudem mittels Sensoren und Kameras Daten sammeln, die bei Bedarf zur Auswertung an die Universität UC Davis in Nordkalifornien überspielt werden. Dort werden die Daten aufgearbeitet, woraus sich Handlungsempfehlungen für den Landwirt ableiten lassen.

    Zur bereits erhältlichen smarten Agrartechnik gehört unter anderem das System TerraClear, mit dem Bulldozer und Frontlader ausgerüstet und damit in die Lage versetzt werden, landwirtschaftliche Nutzfläche von Gesteinsbrocken zu säubern. Drohnen scannen dafür das Terrain und markieren alle Fundstellen in einer digitalen Landkarte.

    Optimierung des Düngereinsatzes

    Der Roboter SmartCore von Rogo Ag sammelt wiederum Bodenproben, und stellt anschließend fest, welche Art Düngemittel und in welchen Mengen an bestimmten Stellen des Feldes aufgetragen werden sollten. Damit beugt SmartCore Überdüngungen vor.

    Ein weiteres System, der kettenbetriebene Roboter Rowbot, kommt vorrangig in Maisfeldern zum Einsatz. Dort fährt er zwischen den Pflanzenreihen hindurch und erfasst dabei Daten über den Zustand der Pflanzen. Zusätzlich kann das System Dünger hochpräzise ausbringen. 

    Aussaat erfolgt automatisch

    Die Firma Sabanto hat eine autonom fahrende Feldmaschine entwickelt, die binnen 24 Stunden Saatgut, etwa Sojabohnen, auf bis zu 500 Hektar Nutzfläche aussähen kann. Die Maschine kann wahlweise aber auch zum autonomen Pflügen eingesetzt werden. Das Unternehmen Raven Industries stellt wiederum das Softwareprogramm AutoCard bereit, das zur Steuerung von autonom fahrenden Traktoren und Erntemaschinen eingesetzt wird.

    Landwirte erobern die Lüfte

    Drohnen zur Überwachung von Feldern und zur Datenerhebung sowie -übermittlung stellt das Unternehmen Rantizo her. Damit lassen sich schnell Problemzonen auf der Nutzfläche, etwa eine Unter- oder Überdüngung, Feuchtigkeitsmängel oder Schädlingsbefall ermitteln. Die Drohnen werden ebenfalls zum Aufbringen von Agrarchemie aus der Luft eingesetzt. 

    Maschinenkonzerne mit einem breiten Angebot

    Zu den Platzhirschen auf dem Markt für digitale Landmaschinen gehört John Deere. Der Konzern steht bei der Entwicklung rundum vernetzter, sensorbestückter und autonom arbeitender Agrartechnik mit an vorderster Stelle, ebenfalls bei der Entwicklung von Steuerungsprogrammen und der Einrichtung von Portalen und Cloudanwendungen. 

    John Deere unterstützt Start-ups

    Zudem unterstützt der Konzern seit 2019 junge Unternehmen im Rahmen eines Kollaborationsprogramms mit Start-ups. Auf diese Weise fördert John Deere die Entwicklung frischer Ideen und neuer Technologien. Die Start-ups erhalten in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, Ausarbeitungen an Kunden und im Händlernetz von John Deere auszutesten. Dabei werden sie von Experten aus dem Konzern begleitet und beraten.

    Für das Kalenderjahr 2021 hat John Deere vier Start-ups für das Programm ausgesucht. Dabei handelt es sich zum einen um die Neugründung Nori. Diese Firma betreibt eine Handelsplattform, über die private und juristische Personen CO2-Zertifikate direkt von umweltbewusst wirtschaftenden Landwirten erwerben können. Nori möchte damit zur Eindämmung des Klimawandels beitragen. 

    Bei dem zweiten Start-up handelt es sich um die NVision Ag. Dieses Unternehmen wertet Luftbilder mit einer patentierten Methode aus, die an der University of Missouri entwickelt wurde. Damit werden auf einer Internetplattform digitale Landkarten erstellt, auf denen Ernteverluste und zu erwartende Ernteschäden ersichtlich werden. Auf dieser Grundlage können zum Beispiel Empfehlungen zum punktgenauen Einsatz von Stickstoffdünger gegeben werden.

    Das dritte Start-up, AmsterChem, hilft Landwirten mit seinem Program Scanit, die Gefahr von luftübertragenen Pflanzenkrankheiten rechtzeitig zu erkennen und wirksame Gegenmaßnahmen einzuleiten. Mit Hilfe des vierten Start-ups, Teleo, können Landwirte ihren vorhandenen Park an Landmaschinen in ferngesteuerte und fahrerlose Fahrzeuge und Maschinen umrüsten. 

    Ausländische Start-ups können sich in Iowa vernetzen

    Ausländische Start-ups, die Kontakte zu potenziellen Kunden und Kooperationspartnern suchen, haben die Gelegenheit, sich in Iowa für die Teilnahme an einem sechswöchigen virtuellen Programm mit der Bezeichnung Cultivo Virtual Academy zu bewerben.

    Bei dieser Gelegenheit werden die ausländischen Teilnehmer mit Vertretern der Agrarindustrie, von Agrarverbänden und der Politik aus Iowa vernetzt. Das Programm ist auf bis zu 30 ausländische Start-ups pro Jahr ausgelegt. 

    Deutschland wichtigstes Herkunftsland für Landmaschinen

    Die deutschen Landmaschinenhersteller dominieren die Einfuhren von Landmaschinen und -technik in den USA mit einem Anteil von knapp 20 Prozent. Im Krisenjahr 2020 legten die deutschen Exporteure nach Angaben der US-Zollbehörde von Januar bis einschließlich November im analogen Vorjahresvergleich sogar noch wertmäßig um rund 19 Prozent zu. Eine ähnlich positive Entwicklung war bereits 2019 zu verzeichnen.

    US-Importe von Landmaschinen und -technik (in Millionen US-Dollar, Veränderung in Prozent) 1)

    Herkunftsland

    2018

    2019

    Jan.-Nov. 2019

    Jan.-Nov. 2020

    Veränderung Jan.-Nov. 19/20 2)

    Deutschland

    1.273,3

    1.453,9

    1.312,5

    1.559,6

    18,8

    Kanada

    1.156,9

    1.174,5

    1.083,2

    1.044,9

    -3,5

    Japan

    1.031,5

    1.235,4

    1.133,8

    984,2

    -13,2

    China

    987,2

    903,2

    822,0

    951,3

    15,7

    Mexiko

    839,6

    801,8

    749,0

    642,8

    -14,2

    1) NAICS-Position 333111; 2) Abweichung durch RundungenQuelle: U.S. International Trade Commission

    Agrarproduktion ist zunehmend softwaregetrieben

    Software ist bereits ein unabdingbares Produktionsinstrument in der Landwirtschaft geworden. Vier Anwendungsgebiete haben sich dabei herauskristallisiert.

    Statt einem Blick gen Himmel erhalten Landwirte den Wetterbericht jetzt per Satellitenbild auf ihrem Rechner oder Smartphone. Sensoren nehmen auf dem Feld, in den Ställen, an Tieren und um Landmaschinen herum Daten auf, die ausgewertet und dem Landwirt in einem verarbeiteten Zustand zur weiteren Entscheidungsfindung zugespielt werden. 

    Unternehmensberater mit eigener Software

    Spezialisierte Unternehmensberatungen wie Accenture versprechen bei Anwendung ihrer Agrarprogramme eine wesentlich höhere Rendite pro Hektar landwirtschaftlicher Nutzfläche. Die Programme sollen unter anderem in der Lage sein, den richtigen Zeitpunkt für die Saat und Ernte ermitteln zu können. Berücksichtigt werden Faktoren wie Bodenbeschaffenheit und Feuchtigkeit, klimatische Einflüsse, aber auch der Einsatz von Bewässerungstechnik und Agrarchemie.

    Da die USA von vielfältigen Klimakatastrophen heimgesucht wird, ob Trockenheit, Wirbelstürme, Sturmfluten, Überschwemmungen oder Waldbrände, haben die Softwarefirmen mit ihren Produkten insbesondere bei den Eigentümern von Großflächenfarmen ein erstklassiges Verkaufsargument. Die Agrarprogramme können unter anderem den Landwirten dabei helfen, sich längerfristig auf eine heranziehende Klimakatastrophe vorzubereiten.

    Softwaremarkt gliedert sich in vier Einsatzgebiete 

    Auf dem Markt für Agrarsoftware haben sich in den USA im Groben vier unterschiedliche Sektoren herausgebildet. Dabei handelt es sich um Software für die Präzisionslandwirtschaft, für die Warenwirtschaft, für den Großflächenanbau und für die Viehzucht. 

    Software für die Präzisionslandwirtschaft

    Zu den führenden Softwareanbietern für die Präzisionslandwirtschaft gehört der US-Konzern John Deere. Seine Software spricht GPS-basierte Lenksysteme in Maschinen an und verringert über optimale Steuerungen den Kraftstoffverbrauch sowie den Einsatz von Saatgut und Agrarchemikalien. 

    Landwirte können über das Online-Portal des Unternehmens ihre Landmaschinen aus der Ferne steuern. Gleichzeitig werden Kontrollwerte und Echtzeitdiagnosen angezeigt. 

    Software für die Warenwirtschaft

    Um Transparenz in Logistik und Lieferketten zu bringen, wurde Software für die Warenwirtschaft in der Agrarproduktion entwickelt. Ein Beispiel dafür ist die ursprünglich aus Australien stammende, aber in den USA gut eingeführte cloudbasierte Rohstoffmanagement-Plattform AgriDigital. Farmer können über diese Plattform Verträge, Lieferungen, Bestände, Bestellungen, Rechnungen und Zahlungen an einem zentralen Ort und in Echtzeit überwachen.

    Software für den Großflächenanbau

    Damit Agronomen und Landwirte ihre Arbeit gut untereinander abstimmen können, sollten sie über dieselbe Software verfügen. Agworld ist ein solches Programm, das ebenfalls aus Australien stammt und die Zusammenarbeit vereinfacht. Integriert sind zum einen Tools zur Datenerfassung und zum anderen für das Dokumentenmanagement, aber auch digitale Landkarten, um nur einige der vielfältigen Funktionen zu nennen.

    Software für die Viehzucht

    Dank App-basierter Software ist aber auch die Datenerhebung und -verarbeitung in der Tierhaltung und Viehwirtschaft einfacher geworden. Mit dem Programm AgriWebb wird zum Beispiel von der Gewichtszunahme über die Fütterung bis hin zur Haltung auf der Weide oder im Stall der Tagesablauf der landwirtschaftlichen Nutztiere erfasst und gesteuert.

    Zum Einsatz gelangt unter anderem Drag-and-Drop-Technik. Viehzüchter können darüber hinaus Weide- und Futterpläne sowie Kalender für die betriebsinternen Abläufe erstellen. Diese Software wurde ebenfalls in Australien entwickelt.

    Der Erfolg australischer Anbieter von Agrarsoftware in den USA erklärt sich neben der anerkanntermaßen hohen Funktionalität und Qualität der Programme unter anderem noch aus einem anderen Sachverhalt: Zwischen den beiden Ländern bestehen weder sprachliche Barrieren noch grundsätzliche Unterschiede in der durchschnittlichen Größe der landwirtschaftlichen Betriebe. Insofern lassen sich Erfahrungen aus einem Land leicht in dem anderen Land nutzbringend anwenden.

    Staat und Wirtschaft treiben Innovationen an

    Bei der Technologieentwicklung für das Smart Farming spielen die USA ganz vorne mit. Es bestehen vielfältige  Forschungskooperationen.

    Smart Farming ist kein junges Thema: Die New York Times veröffentlichte bereits am 5. April 1994 einen Bericht unter der Überschrift "Feeding a Booming Population Without Destroying the Planet". In ihm wird eine intelligente Landwirtschaft angemahnt. 

    Was es damals jedoch noch nicht gab, waren mobile Breitbandverbindungen, zumindest nicht im ländlichen Raum. Ebenfalls kamen die Begriffe künstliche Intelligenz oder Cloud-Anwendungen, wenn überhaupt, nur in der utopischen Literatur vor. 

    Inzwischen ist Smart Farming aktueller denn je geworden. Neben notwendigen Effizienzsteigerungen in der Agrarwirtschaft, um gegen kostengünstigere Standorte bestehen zu können, ist die Verbesserung der CO2-Bilanz bei der Pflanzenproduktion und in der Viehwirtschaft ein Gebot der Stunde. Aber auch die Themen Lebensmittelreinheit sowie die Verringerung der Umweltbelastung infolge eines bislang massiven Einsatzes von Agrarchemie spielen dabei eine Rolle. 

    Das Weiße Haus bietet politische Rückendeckung

    In den USA nehmen sowohl der Staat als auch die Wirtschaft seit einigen Jahren umfangreiche Forschungsgelder zur Digitalisierung der Landwirtschaft in die Hand. Unter der Umweltagenda von Präsident Biden bekommt Smart Farming seit kurzem sogar politische Rückendeckung aus dem Weißen Haus.

    Zu den wichtigen Behörden auf Bundesebene, die Forschung und Entwicklung (FuE) von Dienstleistungen und Investitionsgütern für die digitale Landwirtschaft mit beträchtlichen Beträgen fördern, gehören die National Science Foundation (NSF) sowie das Landwirtschaftsministerium USDA (U.S. Department of Agriculture). 

    Staatliche Fördergelder fließen in die Forschung

    Die NSF fördert zum Beispiel das Engineering Research Center for the Internet of Things for Precision Agriculture (IoT4Ag). Dieses Zentrum wurde an der School of Engineering and Applied Science an der University of Pennsylvania eingerichtet. Es handelt um ein breit angelegtes Kooperationsprojekt, an dem Forscher aus verschiedenen Wissenschafts- und Bildungseinrichtungen mitarbeiten, darunter von der Penn Engineering, Purdue University, University of California Merced und der University of Florida. 

    Es wird unter anderem an Modellen gearbeitet, mit denen kleine und mobile Sensoren auf den Feldern Daten ermitteln und damit Roboter und autonom arbeitende Landtechnik füttern. Dieser Vorgang wird zeitgleich in einer Cloud erfasst. Landwirte, die auf die Cloud zugreifen, erhalten dadurch eine Bestandsaufnahme in Echtzeit und können auf dieser Grundlage weitere Entscheidungen treffen. 

    Indiana möchte Zentrum für Sensortechnik werden

    Das IoT4Ag kooperiert mit weiteren Forschungszentren, unter anderem mit dem Wabash Heartland Innovation Network (WHIN), einem Netzwerk für digitale Landwirtschaft und Innovation im verarbeitenden Gewerbe im Nordwesten des Bundesstaates Indiana. WHIN stellt für ansiedlungswillige Hersteller von digitaler Agrartechnik und Forschungslabors eine moderne Infrastruktur zur Verfügung. Die Region soll damit zu einem Zentrum der Entwicklung und Herstellung von Sensoren- sowie Digitaltechnik für das Smart Farming werden.

    Ministerium will höhere Produktion bei besserer Klimabilanz... 

    USDA hatte im Februar 2020 eine Agriculture Innovation Agenda (AIA) verkündet. Ziel sei die Steigerung der Agrarproduktion um 40 Prozent bis zum Jahr 2050 bei gleichzeitiger Halbierung von klimaschädlichen Auswirkungen, die aus der landwirtschaftlichen Produktion erwachsen. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Digitalisierung und Automatisierung der Agrarproduktion unter breiter Anwendung von Sensortechnik.

    Das Ministerium fördert im Rahmen dieser Agenda auch wissenschaftliche Einrichtungen, darunter die Washington State University. Die Universität erhielt zum Beispiel einen Zuschuss in Höhe von 1 Million US-Dollar (US$). Mit dem Geld entwickeln Forscher des Lehrstuhls Biological Systems Engineering and Center for Precision and Automated Agricultural Systems Robotertechnik zur künstlichen Pflanzenbestäubung und arbeiten dabei eng mit der Penn State University zusammen.

    ...und fördert Smart Grids in 21 Bundesstaaten

    USDA hat 2020 aber auch ein sogenanntes "Electric Loan Program" zum Ausbau der Stromnetze im ländlichen Raum, unter anderem zur Einrichtung von intelligenten Verteilernetzen (Smart Grids) verabschiedet, die auf dem Gebiet von 21 Bundesstaaten benötigt werden. Dabei ist das Electric Loan Program mit umfangreichen Finanzmitteln in Höhe von 1,6 Milliarden US$ ausgestattet. Allein für die Einrichtung der Smart Grids sind 386 Millionen US$ vorgesehen. 

    Die Mittel werden in Form von Darlehen und Darlehensbürgschaften zum Bau von Stromverteilungs-, Übertragungs- und Erzeugungsanlagen vergeben. Ziel ist die Verbesserung der Stromversorgung in ländlichen Gebieten, was neben Breitbandverbindungen die zweite Grundvoraussetzung für den Ausbau der digitalen Agrarproduktion darstellt. Um die Darlehen und Bürgschaft können sich Genossenschaften zur Stromversorgung, rein private Firmen, aber auch öffentliche Körperschaften bewerben.

Quelle: www.gtai.de/gtai-de/trade/branchen/branchenbericht/usa/digitale-landwirtschaft-ist-in-den-usa-weit-fortgeschritten-607404