WaterWise - ASBA
Das Projekt
Die Niederschlagsverteilung über das Jahr wird durch den prognostizierten Klimawandel deutlich ungleichmäßiger. Insbesondere längere Zeiten ohne Niederschlag beeinträchtigen die Ernte nachhaltig. Um Ernteverluste zu vermeiden, werden in der Landwirtschaft Beregnungsmaschinen eingesetzt, die das Feld durch einen aus einer Düse austretenden Wasserstrahl großflächig beregnen. Nehmen die beregnungsintensiven Perioden zu, steigt der Wasser- und Energiebedarf der Flächen an. Dies führt zum einen zur Frage der Wirtschaftlichkeit, zum anderen aber auch zur Frage der Wasser-verfügbarkeit. Aus Sicht des einzelnen Landwirts ergibt sich hieraus die Forderung nach Beregnungssystemen, die mit möglichst geringem Wasser- und Energieaufwand eine wirtschaftliche Bewässerung sicherstellen.
Die Vision der Operationellen Gruppe „WaterWise – Autonomes System zur sparsamen Bewässerung im Ackerbau unter Einbindung regenerativer Energien bei gleichzeitiger Schonung der Grundwasserreserven“ ist ein System, welches den Erfordernissen einer klimaangepassten Bewässerung Rechnung trägt, erneuerbare Energien nutzt und einen hohen Grad an Automatisierung mit sich bringt. Volatile Verfügbarkeit erneuerbarer Energien soll dabei mit Hilfe eines elektrischen Energiespeicher optimal zum Einsatz gebracht werden.
Das in dem Projekt zu entwickelnde Demonstrator-System besteht aus einer Agrarrobotik, die für die Ausbringung des Wassers zuständig ist und einer entsprechenden Versorgungsstation. Das System soll eine realistische Möglichkeit zur skalierbaren Umsetzung für die landwirtschaftliche Praxis eröffnen.
Konzept
Anders als mit konventionellen großflächig bewässernden Beregnungsmaschinen, sieht das Konzept des „WaterWise-ASBA“ vor, jeder Pflanze nur so viel Wasser zuzuführen, wie sie auch tatsächlich benötigt. Hierzu wurde eine Agrarrobotik konzeptioniert, die an Beregnungstagen über einen Acker fährt und mit einem gelenkten Bewässerungsarm das Wasser präzise an die Jungpflanzen heranbringt.
Bewässerungsvorgang WaterWise-ASBA:
Wenn der 100 Liter On-Board-Tank des Roboters vollständig entleert ist, fährt der Roboter zur Versorgungsstation und befüllt sich autonom mit Wasser. Dabei platziert er sich mit dem Einfüllloch unter dem Betankungsarm, der aus der Versorgungsstation hinausragt. Der schräg gelegene Tankdeckel klappt bei dem Andockmanöver auf. Entsprechende Winkelsensoren registrieren die Öffnung des Deckels. Damit wird das elektrisch betriebene Ventil an dem innenliegenden stationären Wassertank geöffnet und das Wasser fließt in den Tank.
Betankungsvorgang WaterWise-ASBA:
Die elektrische Energie für die Versorgung des Roboters wird von einem 2,5 kWh On-Board-Akku zur Verfügung gestellt. Nach dem der Bewässerungsvorgang beendet ist oder der Akku fast leer ist fährt der Roboter zur Versorgungsstation und lädt den Akku autonom an der induktiven Ladeschnittstelle auf. Die Energie hierfür wird von einer PV-Anlage erzeugt und ggf. in stationären Akkus zwischengespeichert. Bei der Versuchsanlage sind die PV-Module auf dem Dach der Versorgungsstation montiert und stehen den Feldversuchen auf allen Testflächen zur Verfügung.
Während der Feldtests sammelt der Roboter beim Ausbringen des Wassers Daten, wie Leistungen, Speicherstände und Lage des Roboters. Diese Daten werden während des Ladens per WLAN-Kommunikation an die Versorgungsstation übermittelt. Anhand dieser Daten wird anschließend ein genaues Simulationsmodell des Ausbringungsvorgangs erstellt und Simulationsstudien bei unterschiedlicher Dimensionierung der Systemkomponenten durchgeführt. Abschließend wird das System optimiert und eine wirtschaftliche Betrachtung durchgeführt.
Erkenntnisse aus dem Projekt
Am 2. August 2024 fand ein abschließendes Fachgespräch zum Projekt WaterWise auf dem Hof Fleming in Löningen statt. Verschiedene Akteure aus der Landwirtschaft, der Landwirtschaftskammer, dem Fachverband Feldberegnung und der Wissenschaft hatten die Gelegenheit, den Feldroboter im Praxiseinsatz zu beobachten und sich über die Umsetzung der neuen Beregnungstechnologie auszutauschen.
Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass der Beregnungsroboter als weiteres Instrument für eine innovative Bewässerungstechnologie dienen kann. Es hat sich gezeigt, dass die neue Technologie insbesondere für die Bewässerung von Spezial- und Sonderkulturen geeignet ist und möglicherweise bestehende Bewässerungssysteme langfristig ergänzen kann.
Damit spiegeln die bisherigen Ergebnisse das Potenzial dieser Technologie wider, doch es ist klar, dass weitere Forschung notwendig ist, um die Projektergebnisse zu validieren, zu ergänzen und die vorhandenen Technologie weiter zu verbessern. Gerade in Bezug auf die Wasserbereitstellung für den Roboter am Feldrand und zur Integration in die bestehende landwirtschaftliche Infrastruktur sind noch viele Fragen offen .
Die dreijährige Laufzeit der EIP-Agri-Projekte ermöglicht zwar erste Tests und Bewertungen, jedoch ist dieser Zeitraum für eine umfassende Beurteilung und langfristige Optimierung der Technologie begrenzt.
Ein wesentlicher Erfolg des Projekts war die enge Vernetzung von Wissenschaft und Praxis, die eine wichtige Grundlage für die Erprobung und Weiterentwicklung der Technologie in der landwirtschaftlichen Praxis bildet. Weitere Impulse ergaben sich aus der Fachtagung in Suderburg, „Bewässerung im Ackerbau – Herausforderungen und Potentiale von Innovationen“.
Zukünftig werden Fragen zur Robotik und zur autonomen Bewässerung weiter im Fokus stehen. Dabei werden die gewonnenen Erkenntnisse, insbesondere angesichts der zunehmenden Einschränkungen in der Wassernutzung, verstärkt in die Diskussion einfließen. Diese Problematik rückt immer stärker in den Fokus und erfordert innovative Lösungsansätze.
Hochschule Osnabrück
Das beantragte Projekt wird auf Seiten der Hochschule Osnabrück von Prof. Dr.-Ing. Hans-Jürgen Pfisterer sowie Prof. Dr.-Ing. Bernd Johanning durchgeführt.
Prof. Dr. Hans-Jürgen Pfisterer hat an der Universität Karlsruhe (TH) / KIT Elektrotechnik studiert und war mehrere Jahre Leiter des Projektes „Supraleitender Magnetischer Energie Speicher (SMES)” am Karlsruher Institut für Technologie.
Nachdem er in unterschiedlichen Leitungsfunktionen in der HILTI Entwicklungsgesellschaft mbH, bei der ebmpapst Landshut GmbH und der Siemens AG München tätig war, gründete er im Jahr 2008 das Ingenieurbüro DRIVE CONSULT in München. Nach der Berufung zum Professor für Elektrische Antriebstechnik und Grundlagen an die Hochschule Osnabrück etablierte er in 2010 das Kompetenzzentrum Elektronik und Antriebstechnik (KEA).
Die Kernkompetenzen von Prof. Pfisterer liegen in der Leistungselektronik sowie der Entwicklung von energieeffizienten Antriebs- und Energiemanagementsystemen. Seine Arbeitsgruppe erforscht lokale Smart Grids und die dazu nötigen Energiewandler- und Energiespeichertechnologien. Die Kopplung von verschiedenen Energiesystemen bildet den Schwerpunkt (Power to Kinetik, Power to Heat und Power to Mobility). Neben den Forschungstätigkeiten ist er in der Entwicklung von Produkten der Leistungselektronik und energieeffizienter Antriebstechnik tätig.
Prof. Pfisterer leitet den niedersächsischen Forschungsschwerpunkt „Energiespeicherlösungen für die Region Osnabrück-Steinfurt“. Im Projekt „LokSmart JETZT! 1 & 2“ werden von der Arbeitsgruppe von Prof. Pfisterer drei Demonstrationsanlagen in Form von lokalen Smart Grids mit bidirektionaler Anbindung an Elektrofahrzeugen entwickelt, wissenschaftlich begleitet und im Feldtest betrieben.
Gemeinsam mit der Universität der Bundeswehr München betreibt Prof. Pfisterer das Grundlagenforschungsprojekt „Entwicklung, Aufbau und Test einer neuartigen elektronischen Schaltungstopologie zur Kombination von Batteriespeichersystemen, Batterie-Balancing-Systemen, Umrichtern und Ladeschaltungen“. Die Erforschung einer softwarekonfigurierbaren AC-Batterie, die direkt ohne weiteren Umrichter an Elektromotoren angeschlossen werden kann, ermöglicht innovative Antriebssysteme die u. a. in der Elektromobilität eingesetzt werden können. Das im Januar 2017 gestartete Verbundprojekt „Hybride Wertschöpfung“ führt Prof. Pfisterer in enger Kooperation mit den niedersächsischen Universitäten durch. Die Arbeitsgruppe von Prof. Pfisterer entwickelt und erforscht in der Anwendung im Teilprojekt „Electrical Engineering“ Methoden und Werkzeuge zur Transformation der klassischen Elektronik-Produktentwicklungsprozesse zu einer Entwicklungssystematik der Produkt-Service-Systeme (PSS).
Prof. Dr.-Ing. Bernd Johanning studierte Maschinenbau an der TU Braunschweig mit der Fachrichtung „Schlepper, Erdbau- und Landmaschinen“ und war im Anschluss als wissenschaftlicher Mitarbeiter und später als Oberingenieur am Institut für Landmaschinen der TU Braunschweig tätig. Im Jahr 1996 wechselte Prof. Johanning zur Firma Claas selbstfahrende Erntemaschine GmbH in Harsewinkel. Hier übernahm er zunächst die Leitung der Entwicklungsplanung und später die Leitung des Funktionsversuchs. 2001 folgte der Ruf an die FH Köln ans dortige Institut für Landmaschinentechnik und Regenerative Energien.
Seit 2003 ist Prof. Johanning an der HS Osnabrück tätig und leitet hier das von ihm aufgebaute Labor für Landtechnik und mobile Arbeitsmaschinen. Im Labor für Land-technik und mobile Arbeitsmaschinen sind aktuell 10 wissenschaftliche Mitarbeiter beschäftigt. 2014 erhielt Prof. Johanning die Forschungsprofessur „Fahrerassistenzsysteme für mobile Arbeitsmaschinen“ des Landes Niedersachsens, aus der sich u. a. auch aktuell vielfältige Projektaktivitäten zu der Überschrift „autonomes Arbeiten und Fahren im Off-road-Bereich“ entwickelt haben.
Als OG Mitglied übernehmen beide Professoren mit Ihren Mitarbeitern die Bereiche der stationären Versorgungsstation und des autonomen Trägerfahrzeuges (Roboter).
Hof Fleming
Der Hof Fleming ist ein landwirtschaftlicher Familienbetrieb aus Löningen im Landkreis Cloppenburg. Das landwirtschaftliche Unternehmen betreibt Schweinemast, Pferdezucht und -aufzucht, Ackerbau und Grünlandwirtschaft. Der Betrieb war bis vor einigen Jahren weitestgehend „analog“ unterwegs und steht damit exemplarisch für viele landwirtschaftliche Betriebe.
In der Digitalisierung wird eine Chance gesehen, den steigenden gesellschaftlichen Ansprüchen wirtschaftlich erfolgreich begegnen zu können. Aus der jahrelangen Erfahrung in der landwirtschaftlichen Praxis konnten Ideen zusammengetragen werden, die nun im Rahmen der OG Waterwise-ASBA umgesetzt werden. Im Rahmen des Vorhabens tritt der Betrieb als Praxispartner und Versuchsbetrieb auf. Es werden Versuche auf dem Acker durchgeführt, relevante Daten erfasst und notwendige Maßnahmen eingeleitet. Darüber hinaus unterstützt der Betrieb die Entwicklung und Weiterentwicklung des Bewässrungssystems und evaluiert es im Realeinsatz.
Der Hof Fleming initiiert und beteiligt sich über die OG Waterwise-ASBA hinaus an Forschungs- und Entwicklungsvorhaben mit Bezug zur landwirtschaftlichen Praxis. Er ist beispielsweise fester Partner beim Experimentierfeld „Agro-Nordwest“ und bearbeitet dort speziell Themen aus den Bereichen Aus- und Weiterbildung sowie Nährstoffe. Darüber hinaus leitet er die OG SmartTail.
Gut Arenshorst - Günther Claas Vermögensverwaltungs-GmbH & Co. KG
Das aus dem 17. Jahrhundert stammende Rittergut – Gut Arenshorst, Bohmte – gehört der Unternehmerfamilie Günther Claas. Das Gut bewirtschaftet eine Gesamtfläche von 480 ha, eine Biogasanlage mit 585 kW Leistung, eine Photovoltaikanlage mit 90 kWp – als Eigenstromanlage – und eine Forstwirtschaft von 110 ha. Zur Dokumentation und zur Gewinnung von Daten, arbeitet das Gut Arenshorst am konsequenten Einsatz der Digitalisierung einzelner Arbeitsprozesse. Telematics liefert hier eine zuverlässige Information für die einzelnen Flächen. Im Zusammenspiel mit der Software von 365 FarmNet kann das Gut Arenshorst nahezu alle Informationen für die Schlagerfassung erheben. Aus Boden- und Ertragskarten werden Potentialkarten – für die anstehende Herbst-/Frühjahrsbestellung errechnet und auf das jeweilige Terminal der Arbeitsmaschinen eingelesen.
Die schlagbezogene Datenerfassung unterstützt den Betriebsleiter Landwirtschaft, Herrn Dipl.-Ing. agr. Dirk Detlefsen in der betriebswirtschaftlichen Optimierung und im verantwortungsvollen Umgang mit den Ressourcen Grundwasser und Boden.
Neben der Einführung der Digitalisierungsstrategie, wird das Ziel „Energieautarkie Gut Arenshorst“, durch die Errichtung von Eigenstromanlagen verfolgt.
Das Gut Arenshorst ist zum 31.12.2023 aus dem Projekt WaterWise – ASBA ausgeschieden.
Netzwerk Ackerbau Niedersachsen e.V.
Im Netzwerk Ackerbau Niedersachsen (NAN) haben sich engagierte landwirtschaftliche Betriebe und Verbände, Unternehmen der Agrarwirtschaft und Akteure aus Agrarpolitik, -verwaltung und -forschung zusammengeschlossen, um einen nachhaltigen Ackerbau zu fördern. Das NAN wurde 2013 gegründet und besteht aktuell aus 61 Mitgliedern.
Wir wollen uns vernetzen und voneinander lernen. Wir wollen vorausschauen und die Zukunft des Ackerbaus gestalten. Wir sind davon überzeugt, dass wir entlang der gesamten Wertschöpfungskette denken, planen und handeln müssen. Die Herausforderungen für den Ackerbau der Zukunft sind gewaltig. Die regionalen und internationalen Agrarmärkte wandeln sich beständig. Die agrar- und umweltpolitischen Rahmenbedingungen verändern sich auf der nationalen und der europäischen Ebene. Und die Erwartungen der Gesellschaft an die Landwirtschaft im Bereich des Umwelt-, Natur-, Tier- und Verbraucherschutzes steigen immer weiter.
Vor diesem Hintergrund gilt es an Lösungen zu arbeiten. Wir wollen technische Innovationen voranbringen und praxisreif machen. Wir transferieren wissenschaftliche Erkenntnisse in landwirtschaftliches Handeln. Und wir setzen uns dafür ein, dass die Agrarpolitik die Wettbewerbsfähigkeit der Betriebe stärkt und die Umsetzung gesellschaftlicher Anliegen finanziert.
Leitbild des NAN ist ein nachhaltiger Ackerbau, der qualitativ hochwertige Nahrungs- und Futtermittel sowie nachwachsende Rohstoffe erzeugt, der Umwelt und Natur bewahrt und eine positive Strahlkraft für die wirtschaftliche und sozio-kulturelle Entwicklung in den ländlichen Räumen Niedersachsens entfaltet.
Als Träger des Ackerbauzentrums Niedersachsen schafft das NAN eine Plattform, die auf die Herausforderungen und Fragen des heutigen und zukünftigen Ackerbaus Antworten gibt, die Brücken baut und gemeinsam mit engagierten Landwirten, den Unternehmen der Agrarwirtschaft, der Wissenschaft, Politik, Verwaltung sowie den Verbänden und gesellschaftlichen Gruppen Lösungen aufzeigt.
Das Netzwerk Ackerbau Niedersachsen e.V. ist seit Februar 2024 am Projekt WaterWise beteiligt.
Aus der Erfahrung in der Vernetzung zwischen Landwirtschaft, Verbänden und Akteuren aus der Agrarpolitik unterstützt das NAN bei der Vorstellung des Trägerfahrzeugs und der Initiierung von Expertengesprächen für mögliche Einsatzbereiche.
Das NAN e.V. ist über die OG Waterwise-ASBA hinaus an verschiedenen EIP-Projekten beteiligt (u. a. AbDü, LURUU). Das EIP-Projekt AbDü wird vom NAN e.V. koordiniert und der Themenschwerpunkt der Vernetzung und Öffentlichkeitsarbeit bearbeitet.
Mitglieder der Operationellen Gruppe:
Hochschule Osnabrück Fakultät Ingenieurswissenschaften und Informatik
Elektrische Antriebe und Grundlagen
Prof. Dr. Hans-Jürgen Pfisterer
j.pfisterer@hs-osnabrueck.de
0541 969-3664
Hydraulik und Pneumatik
Prof. Dr. Bernd Johanning
b.johanning@hs-osnabrueck.de
0541 969-2044
Vladimir Brunstein
Student der Fakultät Ingenieurwissenschaften und Informatik,
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
vladimir.brunstein@hs-osnabrueck.de
Lars Pelkmann
Science to Business GmbH
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Labor für Landtechnik und mobile Arbeitsmaschinen
lars.pelkmann@hs-osnabrueck.de
Hof Fleming
Dr. Kathrin Müller
kathrin.mueller@hof-fleming.de
05432 5955821
Netzwerk Ackerbau Niedersachsen e.V. (NAN)
Hilmar Freiherr von Münchhausen
Hilmar.von.Muenchhausen@Netzwerk-Ackerbau.de
0172 4594311
GEFÖRDERT VON:
