Photonik laut Studie ein Schlüsselfaktor bei der Ernährung in der Welt

Die Photonik ist ein Alleskönner. Diejenigen von uns, die in der Industrie arbeiten, kennen ihre enormen technologischen Möglichkeiten.

Und in der Tat ist die Photonik der Schlüssel zur Lösung der Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Sie kann den technologischen Fortschritt in einer Vielzahl von Bereichen vorantreiben, wie z. B. Nachhaltigkeit, CO2-Reduzierung, Gesundheitswesen, Veränderungen im Verkehrsaufkommen, autonomes autonomes Fahren, E-Mobilität, Halbleiter, Quantensysteme und Kommunikation.

In all diesen Bereichen bildet die Photonik die unverzichtbare Grundlage für den technologischen Fortschritt, ohne den die großen Herausforderungen der Gesellschaft nicht gelöst werden können. In unserer Studie möchten wir einen weiteren Bereich beleuchten: die Nahrungsmittelproduktion.

Angesichts der großen Zahl von Menschen weltweit, die keinen Zugang zu ausreichender oder guter Nahrung haben, besteht ein großer Bedarf an technologischen Lösungen, die auch nachhaltig sind und die die Wege der konventionellen Landwirtschaft mit ihren immensen Auswirkungen auf die Umwelt verlassen. Die Photonik bietet nicht die eine technologische Lösung für diese Herausforderung, so wie zum Beispiel die verbesserte Batterietechnologie ein Game Changer für die Elektromobilität war. Vielmehr liefert die Photonik Bausteine von technischen Lösungen, die die Landwirtschaft präziser, schneller schneller und effizienter machen. Es gibt auch nicht den einen Nutzer, auf den sich Photonik Anbieter auf einen Nutzer konzentrieren. Die Zielgruppen sind breit entlang der landwirtschaftlichen Wertschöpfungskette verteilt. Für jede Zielgruppe lohnt es sich, jetzt und in den kommenden Jahren nach technologischen Fortschritten Ausschau zu halten, die die erhebliche Effizienzgewinne versprechen. Umgekehrt sollten die Entwickler von photonischen Komponenten und Lösungen ihre Anwender im Agrarsektor gut kennen und gezielt ansprechen.

Das technologische Konzept für die neuen und besseren Lösungen lässt sich unter dem Begriff Präzisionslandwirtschaft zusammenfassen, der auf vier Technologiefamilien basiert: Robotik und und Automatisierungstechnik, Bildgebung und Sensorik, Digitalisierung und Big-Data-Analytik sowie Bioengineering. Die Photonik trägt dazu bei, indem sie erkennt, überwacht, versteht und steuern. Und wie Sie sich schon denken können, ist keiner dieser Technologiebereiche wäre ohne Photonik nicht denkbar. Es gibt bereits zahlreiche Lösungen, und doch steckt die Präzisionslandwirtschaft erst in den Kinderschuhen. Die Vielfalt der Ideen und Innovationen ist enorm, genau wie das Potenzial. Jährliches Wachstum von 15 Prozent wird allein für die kommenden Jahre erwartet. Noch sprechen wir von der Energiewende, aber schon bald werden wir über die Agrarrevolution sprechen.

Jörg Mayer, SPECTARIS-Geschäftsführer

Mithilfe der Präzisionslandwirtschaft können unter anderem Düngemittel und Wasser gezielter eingesetzt und Pestizide reduziert oder in Zukunft sogar gänzlich vermieden werden

Bereits heute sind rund zehn Prozent der Menschheit unterernährt. Tendenz steigend. Bis zum Jahr 2100 wird die Weltbevölkerung um 40 Prozent auf dann elf Milliarden Menschen anwachsen. Dazu kommen rückläufige Anbauflächen, Bodendegrationen sowie zunehmende Wasserknappheit. Um die Menschheit gleichermaßen effizient und nachhaltig ernähren zu können, führt kein Weg an den innovativen Technologien der Präzisionslandwirtschaft und damit an den Lösungen der Photonik vorbei. Dies belegt eine neue Studie Industrieverbandes SPECTARIS und der Messe München in Kooperation mit dem Marktforschungsunternehmen Tematys.

Die traditionelle Landwirtschaft wird nicht in der Lage sein, die Anbauflächen und Erträge in dem Maße nachhaltig auszuweiten, wie es demografisch nötig wäre. „Lange Zeit konnten Düngemittel und Pestizide die Erträge noch erhöhen, inzwischen sind diese Möglichkeiten weitestgehend ausgereizt, und Umweltaspekte werden immer wichtiger“, betont Dr. Bernhard Ohnesorge, Vorsitzender Photonik bei SPECTARIS. Weltweit entfallen bereits 72 Prozent aller Oberflächen- und Grundwasserentnahmen auf die Landwirtschaft, hauptsächlich für die Bewässerung.

Hier kommt die sogenannte Präzisionslandwirtschaft ins Spiel: Mithilfe der Präzisionslandwirtschaft können unter anderem Düngemittel und Wasser gezielter eingesetzt und Pestizide reduziert oder in Zukunft sogar gänzlich vermieden werden. Gleichzeitig werden die Erträge durch eine kontinuierliche Überwachung von Tieren und Pflanzen gesteigert und neue Formen der Agrarwirtschaft, zum Beispiel Urban oder Vertical Farming, ermöglicht. Die digitale Vernetzung und die Zunahme selbststeuernder Einheiten bis hin zu Landwirtschaftsrobotern führen zu einer deutlichen Effizienzsteigerung und können dabei helfen, dem Fachkräftemangel zu begegnen oder die Arbeitsbelastung der Landwirte zu verringern. „Die Photonik wird somit zu einem Schlüsselfaktor bei der Ernährung in der Welt“, erklärt Ohnesorge.

Beispiele sind etwa das zentimetergenaue, teil- oder vollautonome Fahren landwirtschaftlicher Fahrzeuge sowie die Sammlung und Kartierung von Daten zu Feuchtigkeit, Nährstoffen, Verdichtung und Pflanzengesundheit mit Hilfe optischer Sensoren oder Kameras. Zur Präzisionslandwirtschaft gehören auch robotisches Jäten und Schädlingsbekämpfung als Alternative zu Chemikalien. In Gewächshäusern und in der vertikalen Landwirtschaft kommen optimierte, energieeffiziente Beleuchtungssysteme zum Einsatz. Für diese noch jungen Anwendungsfelder der Photonik prognostizieren die Autoren der Studie in den nächsten Jahren ein jährliches Wachstum von rund 15 Prozent und eine Verdopplung des Weltmarktes von 4,6 Milliarden Euro im Jahr 2022 auf 9,1 Milliarden Euro im Jahr 2027.