Dass die Kooperation von Forschung und landwirtschaftlicher Erzeugung Früchte trägt, zeigen neue und von der Wissenschaft begleitete Green Farming-Projekte. Die Idee: hochautomatisierte und interaktive Systeme für die Lebensmittelproduktion zu schaffen. Dabei sind vielfältige Anwendungsszenarien möglich, beispielsweise in urbanen Lebensräumen mit wenig Platz für einen Flächenanbau.
Foto: Fraunhofer IMW
Die Überwachung von Pflanzen ermöglicht eine Früherkennung von Krankheiten, was zu einer größeren und qualitativ besseren Ernte führt.
Den Anbau von Obst- und Gemüse sensorbasiert zu steuern, dabei Einfluss auf die Güte des Produktes zu nehmen und Daten mit Erzeugern, Produzenten und Verbrauchern zu teilen – wie geht das?
Ein perfektes Zusammenspiel von Cloud, IoT-Daten und Blockchain ist dafür unerlässlich. Es sorgt für Transparenz über die gesamte Produktions- und Lieferkette – vom Anbau über den abgesicherten Vertrieb bis hin zum Einblick für Verbraucher. Ein Tagebuch der Pflanzen entsteht. Die Nachverfolgung erfüllt damit auch neue gesetzliche Rahmenbedingungen. Doch wie gewinnt man das Vertrauen der Verbraucher? Welche Wertschöpfung ergibt sich aus den „überwachten“ Pflanzen?
Mutter Natur beim Wachsen und Gedeihen unter die Arme zu greifen, ist ein uraltes Bestreben. Stets haben Menschen neue Konzepte entwickelt, die Lebensmittelversorgung sicherzustellen und so Hungersnöten vorzubeugen: mit Getreidespeichern, der Drei-Felder-Wirtschaft, der Nutzung von Wind- und Wassermühlen bis hin zu modernen Agrartechnologien. Doch die wachsende Bevölkerung weltweit ruft nach mehr Versorgung. Engpässe und Hungersnöte sind bis in die heutige Zeit ein ungelöstes Problem. Über 800 Millionen Menschen leiden immer noch an Hunger und fast 2 Milliarden sind von Mangelernährung betroffen.
Ein Grund dafür ist die Abhängigkeit von reibungslos funktionierenden Lieferketten. Es ist eine wesentliche Herausforderung, Störungen zu reduzieren und die Infrastrukturen unabhängiger von klimatischen und geopolitischen Einflüssen zu gestalten. Das aber lässt sich nicht mit weitgereisten Produkten und komplexen Lieferketten bewerkstelligen.
Mit dezentralen und regionalen Ansätzen findet ein Umdenken statt. Regional erzeugte Produkte haben kürzere Lieferwege, was wiederum den Carbon Footprint – den nötigen CO2-Ausstoss bei Erzeugung und Transport – reduziert. Durch neue Kommunikationskanäle erhalten Verbraucher nun die Möglichkeit, die möglichst kurzen Wege ihres Produkts lückenlos digital zu überprüfen.
Eine Blockchain stellt alle gesammelten Informationen des Produkts zur Verfügung. Ausganspunkt mag dabei die regionale Bio-Landwirtschaft sein, weiter geht die überwachte Reise mit dem Transport und dem Verkauf bis auf den Tisch der Konsumenten. Diese erhalten mit einem QR-Code-Scan Daten darüber, wann ein Produkt geerntet und produziert wurde und wer es hergestellt hat. Doch wie sicher und verlässlich ist das?
Die in der Blockchain aufgezeichneten Informationen sind unveränderlich – einmal ausgelöst liefern sie in einer Kette aneinandergereiht verlässliche Informationen durch einen für alle Teilnehmer nachvollziehbaren Konsens. Dabei werden die Informationen nicht von einer zentralen Instanz geprüft sondern als dezentrales Register organisiert. Darin sind die Transaktionen zu einem Block zusammengefasst und die Blöcke in chronologischer Reihenfolge miteinander verkettet – über die gesamte Wertschöpfungskette aller Betriebe und Beteiligten hinweg.
Die Fälschungssicherheit gewährleisten manipulationssichere Zeitstempel und digitale Signaturen. Alle Teilnehmer können Änderungen einsehen und kontrollieren sich somit gegenseitig. Welche Blockchain-Lösung kann das realisieren?
Nachverfolgung mit maximaler Transparenz: QR-Codes hier scannen.
Mit der Blockchain Lösung tDAO hat T-Systems ein Register geschaffen, das den Zugriff auf die separat verwahrten Informationen zum Liefergegenstand, auf Zertifikate oder detaillierte Produktinformationen ermöglicht. Teilnehmende können den lesenden Zugriff darauf gezielt freigeben. Damit steht es ihnen frei, nur notwendige Informationen Auditoren des Vertrauens zur Verfügung zu stellen – oder mit dem Anspruch auf maximale Transparenz der Öffentlichkeit vollen Einblick in Produktherkunft und in die Lieferbeziehungen zu gewähren. Das geht hin bis zum Bio-Bauern wenige Kilometer entfernt.
Durch die Wahl der offenen Blockchain Ethereum als Grundlage und mit maßgeschneiderten Smart Contracts und APIs unterstützt tDAO unterschiedliche Firmenphilosophien, Marketingstrategien und Sicherheitsbedürfnisse gleichermaßen. Der Zugriff auf diese Blockchain-Lösung ist von T-Systems als Gatekeeper geschützt, was das Missbrauchsrisiko noch einmal reduziert.
Im Zusammenschluss von tDAO und Ethereum bedeutet das, eben nicht wie bekannte Kryptowährungen einen hohen Energiebedarf zu benötigen, sondern die Transaktionen sehr effizient zu verbuchen und damit nachhaltig und energieeffizient zu agieren. Ein ideales Szenario für Zusammenschlüsse kleinerer Erzeuger und Produzenten, die ihre Produkte nachhaltig und transparent am Markt platzieren möchten. Genossenschaften entstehen, die die Ansprüche der Konsumenten im Hinblick auf Nachhaltigkeit und Nachvollziehbarkeit der Lieferketten erfüllen. Mit welchen Techniken jedoch wird das realisiert?
Der Einsatz des IoT im Lieferkettenmanagement ermöglicht es, Daten für eine bessere Bestandsverwaltung, den Transport und die Reaktion auf Zwischenfälle zu erheben. IoT-Devices sammeln Daten zum Standort oder der Temperatur während des Transports. So kann beispielsweise die Durchgängigkeit der Kühlkette überwacht werden. Dabei sind die Sensoren vergleichsweise kostengünstig und lassen sich leicht beim Transport beispielsweise an der Europalette anbringen.
Das bedeutet, IoT-Devices geben dem Liefermanagement reaktionsschnelle Mittel an die Hand, die Zeit und Geld sparen und auf Zwischenfälle flexibel reagieren. Der Transport wird überwacht und auf Störungen kann schnell reagiert werden, zum Beispiel durch eine automatisierte Ersatzbestellung. Aber die Nachverfolgbarkeit ist nicht der einzige Vorteil der Sensoren. Die können vielmehr auch in der Erzeugung kleine Wunder auf kleinem Raum bewirken.
Patrick Köhler von T-Systems ist die sensorüberwachte Aufzucht von Chillis und Kaffeebohnen auf solch kleinem Raum gelungen. Im Innovation Center in München ist das Mini-Gewächshaus zu bewundern. Der Usecase „Connected Greenhouse“ zeigt beispielhaft, was schon heute möglich ist. Die Ziele: Den Ertrag zu maximieren und dabei möglichst wenig Energie zu verbrauchen. Dank integrierten IoT und der Blockchain lassen sich so Lebensmittel auf kleiner Fläche und mittels vertikaler Anordnung wesentlich effizienter anbauen.
Über das ganze Jahr ergeben sich optimale Anbaubedingungen und eine hochsichere Versorgung. Honoriert wurde dieser Usecase mit dem Paragon ISG Award. Doch da geht noch mehr. Mit dem Gewächshaus ist es möglich, Einfluss auf die Güte und Eigenschaften der Pflanzen zu nehmen.
Über die genaue Steuerung der Umweltparameter, wie Bewässerung, Beleuchtung, Düngung sowie Temperatur und Luftfeuchtigkeit können die Pflanzen optimal wachsen. Das ist aber nicht genug. Wir haben damit die Option, die Wachstumsgeschwindigkeit, den Reifeprozess der Früchte und am Ende sogar den Geschmack zu beeinflussen. Wir schreiben damit im Prinzip das Tagebuch für unsere Pflanzen selbst.
Patrick Köhler, Senior Innovation Manager bei T-Systems
Foto: Fraunhofer IMW
T-Systems hat Chillies und Kaffeebohnen auf kleinstem Raum mit der Hilfe von Sensoren zum Wachsen gebracht.
Dass sich die Kombination aus IoT, Blockchain-Technologie und Machine Learning aber auch in größerem Stil bewährt, zeigen neueste Forschungen in enger Kooperation mit der Agrarwirtschaft.
