Frankfurter Allgemeine Zeitung - 07.11.2019

V4 Frankfurter Allgemeine Zeitung Verlagsspezial / Nachhaltigkeit und Klimaschutz / 7. November 2019

Mehr als 40 Prozent

des deutschen Stroms

stammen mittlerweile aus

erneuerbaren Energien. Jetzt

wird nach Lösungen gesucht,

wie die Anlagen auch ohne

staatliche Hilfe rentabel

betrieben werden können.

V O N G U I D O Z I N K E U N D T O M K R A U S

A

cht Prozent betrug der Anteil
erneuerbarer Energien an der
deutschen Stromerzeugung, als
das Erneuerbare-Energien-Gesetz
(EEG) im Jahre 2000 in Kraft trat. Vielen
Menschen galten Photovoltaik (PV)- und
Windkraftanlagen damals noch als techno-
logische Nische, und nicht wenige etablierte
Energieversorger sahen kein Potential in den
„Erneuerbaren“. Tatsächlich kam es anders.

Allein die Photovoltaikleistung steigerte sich

von 0,1 Gigawatt im Jahr 2000 auf 42 Giga-

watt im Jahr 2017. Mittlerweile haben die

Erneuer baren einen Anteil von 40,4 Prozent,

und nach Plänen der Bundesregierung sollen

es bis 2050 80 Prozent werden.

Das EEG garantiert vielen Energieprodu-

zenten – Unternehmen wie Bürgern – eine

feste Einspeisevergütung für ihren grünen

Strom in das Stromnetz. Dies machte es für

Eigenheimbesitzer attraktiv, ihre Häuser

mit Solaranlagen auszustatten, nicht nur

zur Eigenversorgung, sondern auch zur Ver-

marktung des überschüssigen Stroms als

„Prosumer“. Ab dem 1. Januar 2021 fallen

jetzt die ersten Anlagen aus der Förderung

heraus. Es besteht die Gefahr, dass Erzeuger

wegen fehlender ökonomischer Anreize

weniger in neue Anlagen investieren oder

alte gar stilllegen.

Digitaler Stromhandel

Daher wird dringend nach Lösungen

gesucht, wie der rentable Anlagen betrieb

auch ohne staatliche Hilfe sichergestellt

wird. An solchen Lösungen arbeiten

BloGPV, ETIBLOGG, pebbles und SMECS

• vier vom Bundesministerium für Wirt-
  schaft und Energie im Technologiepro-
  gramm Smart Service Welt II geförderte
  Innovationsvorhaben.
  Um die Erzeugung erneuerbarer Ener-
  gien rentabel zu gestalten, kombinieren alle
  vier Projekte Cloud- und Internet-of-Things-
  Ansätze mit der Blockchain für neuartige
  Plattformen und Dienste, in denen der fl exi-
  ble „Peer-to-Peer“-Stromhandel im Zentrum
  steht. Die Blockchain hat dabei die Aufgabe,
  Informationen zu Erzeuger, Abnehmer
  und ausgetauschter Energiemenge für jede
  Energie-Transaktion manipulationssicher
  zu dokumentieren. Dafür muss man sich die
  Blockchain als verteiltes Kassenbuch vor-
  stellen, das jedem Netzwerkteilnehmer als
  lokale Kopie vorliegt. Jede Transaktion ist in
  einem Datensatz abspeichert, der mit einem
  aus vorherigen Transaktionen bestehenden
  Datensatz via kryptographischer Verfahren
  verknüpft ist. So entsteht die namensge-
  bende „Kette“ aus Datenblöcken. Sowohl die
  Datenhaltung als auch das Anfügen neuer
  Blöcke wird dezentral nach festgelegten
  Regeln von Netzwerkteilnehmern umge-
  setzt. Somit ist keine einzelne, zentrale Mitt-
  ler-Instanz nötig, der alle vertrauen müssen.

Der Aufwand, um per Blockchain hin-

terlegte Informationen nachträglich zu

verändern, ist extrem hoch, was etwa

das Projekt BloGPV (Blockchain-basierter

virtueller Großspeicher für PV-Anlagen-

betreiber) nutzt. Projektziel ist es, kleine

Photovoltaik-Hausspeicheranlagen zu einem

virtuellen Großspeicher zusammenzu-

schalten. Dadurch entsteht eine lokale

Community, in der Kleinerzeuger und End-

verbraucher Solarstrom ohne Mittler han-

deln können. Der virtuelle Großspeicher

wieder um optimiert die Stromfl üsse zwi-

schen den Marktteilnehmern und stabilisiert

das Stromnetz.

Will man lokale smarte Netze, soge-

nannte Microgrids, effi zient betreiben,

ist die Netzstabilität elementar. Pebbles

(Peer-to-Peer-Energiehandel auf Basis von

Blockchains) untersucht deshalb Gestal-

tungsmöglichkeiten für einen effi zienten,

plattformbasierten Peer-to-Peer-Stromhan-

del und inwieweit netzdienliches Verhalten

durch spezielle Anreizsysteme hervorge-

rufen werden kann. Das Handelsverfahren

wird hier per Blockchain abgesichert. Zudem

werden Geschäftsmodelle und Maßnah-

men analysiert, um die Nutzerakzeptanz,

ob Unternehmens- oder Privatkunde, zu

sichern. Weiterhin sollen den Teilnehmern

Prognosedienste hinsichtlich Stromver-

brauch und -produktion zur Verfügung

gestellt werden.

Neue Preis- und Marktmodelle

Die Ergänzung bestehender Marktmecha-

nismen um Peer-to-Peer-Verfahren hat auch

ETIBLOGG (Energy Trading via Blockchain-

Technology in the Local Green Grid) im Blick.

Der Einsatz von Blockchain wird hier ver-

wendet, um den Handel von Energie-Kleinst-

mengen lukrativ und in Echtzeit zu gestal-

ten. Zielgruppe sind private wie gewerbliche

Kunden. Für die praktische hardwareseitige

Realisierung eines kurzfristigen, börsenähn-

lichen Energiehandels wird die Einbindung

von industrienahen, eingebetteten Sensoren

und Geräten vorangetrieben. Am Fraunhofer-

Institut für Integrierte Systeme und Bau-

elementetechnologie in Erlangen wird ein

erster Demonstrator für das Projekt gebaut.

Um neue Preis- und Marktmodelle geht es

auch SMECS (Smart Energy Communities).

Das Projekt setzt die Blockchain ein, damit

Kunden genau nachvollziehen können, wo

der gekaufte Strom herkommt. Im Blick hat

man aber auch die Erzeugerseite. In deren

Kooperationsverfl echtungen können neue,

schnellere und fehlerfreie Abstimmungspro-

zesse über eine Cloud-basierte Plattform für

mehr Rentabilität sorgen. Daten, die mittels

IoT-fähiger Sensoren und Geräte erzeugt

werden, werden zu diesem Zweck den Pro-

sumenten für die Analyse der Stromproduk-

tion und des prognostizierten Verbrauchs für

Wartungszwecke sowie für den Blockchain-

Stromhandel bereitstellt.

Die Ansätze sind sehr unterschiedlich,

aber von BloGPV über ETIBLOGG bis hin zu

pebbles oder SMECS verfolgen alle Projekte

das Ziel, mit Peer-to-Peer-Handel und digitalen

Technologien, insbesondere der Blockchain,

den Stromhandel für die Betreiber kleinerer

Erzeugungsanlagen wirtschaftlich attraktiv zu

gestalten – auch ohne staatliche Subventionen.

Guido Zinke und Dr. Tom Kraus sind

wissenschaftliche Mitarbeiter am Institut

für Innovation und Technik der VDI/VDE-IT

und Teil der Begleitforschung des Technolo-

gieprogramms „Smart Service Welt II“, das

vom Bundesministerium für Wirtschaft und

Energie gefördert wird.

Strom handeln mit Nachbarn und Unternehmen

Digitales Ackern

Die Digitalisierung hat längst auch die Landwirtschaft erreicht. Wer vorne dabei sein möchte, muss in großem Stil Pionierarbeit leisten – um ökonomisch

erfolgreich zu sein und das Vertrauen der breiten Bevölkerung zurückzugewinnen, beschreibt Peter Pickel, Experte für Zukunftstechnologie bei John Deere,

die zukünftigen Herausforderungen. Fünf Trends aus der Landwirtschaft der Zukunft.

M E H R P R Ä Z I S I O N A U F D E M A C K E R

Die Landwirtschaft steckt im Klima-Dilemma: Einerseits ist sie ein

bedeutender Emittent von Treibhausgas, andererseits ist sie in

hohem Maße selbst vom Klimawandel betroff en. Daher müssen

neue Wege beim Düngen mit Gülle und Feldmist gegangen

werden. Zugleich gilt es, die steigende Nachfrage nach Nahrungs-

mitteln zu stillen. Dieser Wandel lässt sich nur mit Präzisionsland-

wirtschaft bestreiten.

Es geht nicht mehr um höher, schneller, weiter. Vielmehr

geht es darum, automatisierter, nutzerfreundlicher und präziser

zu arbeiten. Mähdrescher, Traktor, Häcksler und Co. müssen

„aufgewertet“ werden, um effi zienter zu arbeiten, einen höheren

Kundennutzen zu erzielen und somit ökonomisch und ökologisch

erfolgreicher zu sein. Das Motto: Producing more with less. Dahin-

ter steckt die Idee, Ackerfl ächen umweltschonend und dennoch

effi zient zu betreiben und zu erweitern. Hier greifen Kompetenzen

aus Agrarwissenschaft, Maschinentechnik und Informatik

ineinander. So kann schon bei der Aussaat jedes Korn auf

+/- ein Centimeter genau gepfl anzt werden. Präzision ist auch bei

der Düngung gefragt, da jedes Gramm Nährstoff entscheidend

ist. Insbesondere beim Pfl anzenschutz zählt jeder Tropfen weniger

• etwa bei der Blattbenetzung und der Treff sicherheit. Bereits
  heute kann mit Hilfe von Bilderkennung der Einsatz von Pfl anzen-
  schutzmitteln um bis zu 90 Prozent reduziert werden. Aber auch
  beim Einsatz der Maschinen ist Präzision gefragt. Wenn sie heute
  Spur an Spur auf 2,5 cm genau fahren, werden Überlappungen
  vermieden. Dadurch kann der Landwirt Kraftstoff sparen, und die
  Kapazität der Maschinen wird voll ausgeschöpft.
  Digitale Lösungen haben somit einen erheblichen Einfl uss auf
  die Umweltbilanz eines Landwirts. Dabei sind es häufi g kleine
  Stellschrauben, an denen man drehen sollte, um CO 2 einzusparen.
  Ein Nahinfrarot-Sensor kann beispielsweise die Nährstoff e in
  organischem Dünger exakt messen und ermöglicht eine bedarfs-
  gerechte Ausbringung. So wird Gülle von einem Abfallstoff zu
  einem Wertstoff. Gelingt das im großen Stil, spart der Landwirt
  Handelsdünger. Das verbessert die CO 2 -Bilanz enorm, da mineral-
  ischer Dünger mit einem hohen Energieinput produziert wird.
  Studien zeigen, dass sich der Handelsdünger-Aufwand durch den
  gezielteren Gülleeinsatz um bis zu 30 Prozent reduzieren lässt.

A U T O M A T I S I E R T U N D A U T O N O M

F Ü R D I E P E R F E K T E E R N T E

Je Frucht und Bodentyp triff t ein Landwirt rund 140 Entscheidungen

während einer Vegetationsperiode. Das hat Konsequenzen.

Diese zeigen sich jedoch oft erst Monate später, etwa bei der

Ernte. Automatisierte Maschinen können den Landwirt dabei

unterstützen und sogar einen großen Teil dieser Entscheidungen

abnehmen. Denn: häufi g geht es darum, in kleinen Zeitfenstern

an mehreren Stellen gleichzeitig zu arbeiten, und das auch noch

präzise. Traktoren, Erntemaschinen und Co. sprechen sich künftig

untereinander ab. In Zukunft werden Maschinen daher nicht

nur wissen, was vor ihnen auf dem Feld liegt, sondern auch, was

frühere Maschinen auf dem Feld geleistet haben. Das schaff t Prä-

zision. Mehr Autonomie im Job des Landwirts bedeutet, dass der

Ackerbau nachhaltiger, wirtschaftlicher und umweltfreundlicher

wird – denn jede Pfl anze wird und muss bestmöglich behandelt

werden. Das kann so aussehen: Mithilfe von GPS-Technologie und

Korrektursignalen führt die Technologie die Fahrzeuge zentime-

tergenau durch das Feld. So kann sich der Fahrer auf zusätzliche

betriebliche Aktivitäten in der Kabine konzentrieren. Dank der

Vernetzung mit anderen Maschinen und Beratern kann er zum

Beispiel weitere Anbaumaßnahmen planen. Die freigesetzte Zeit

lässt sich aber auch für den Einkauf von Betriebsmitteln oder den

Verkauf der nächsten Ernte nutzen.

I N T E L L I G E N T E M A S C H I N E N F Ü R D E N U M W E L T S C H U T Z

Bodenanalyse, Unkrauterkennung und Gesundheitsmanagement für

Pfl anzen – das Potential für Anwendungen Künstlicher Intelligenz ist

groß. Machine Learning kann so dabei helfen, die lokalen Bedingungen

für jede einzelne Pfl anze individuell oder jedes Korn des geernteten

Getreides zu beurteilen und zu optimieren – eine Grundvoraussetzung für

Präzisionslandwirtschaft.

In der Praxis funktioniert die Optimierung während der

Vegetationsperiode bis hin zur Ernte mit Hilfe von Machine Learning so:

Die Sensor- und Informationssysteme des landwirtschaftlichen Betriebs

analysieren die Entwicklung von Ertrag bzw. des Ertragspotentials

permanent. Sollte das Ergebnis nicht optimal sein, können die

intelligenten Systeme dem Landwirt einen Vorschlag machen, welche

Maßnahmen er ergreifen oder verändern sollte, um ein wirtschaftlich

besseres Ernteergebnis zu erzielen. Das Maschinensystem wird dann

entsprechend der gewählten Maßnahmen optimal zusammengestellt,

voreingestellt und im Betrieb überwacht bzw. optimal gesteuert.

Ein spezielles Einsatzgebiet: Basierend auf Kameraaufnahmen

unterscheiden Maschinen Unkraut von Nutzpfl anzen, während sie das Feld

befahren. Dabei gleicht die Maschine das Bild mit einer Datenbank aus

etlichen Bildern von Feldkombinationen mit Unkraut und Pfl anzen ab und

kann automatisch Herbizide auf das Unkraut sprühen. So muss nur gezielt

ungewünschtes Unkraut bespritzt werden, die breitfl ächige Anwendung

entfällt, und die Aufwandmenge der Pfl anzenschutzmittel sinkt deutlich.

Die Pfl anzenerkennung ermöglicht aber auch eine Renaissance der

mechanischen Unkrautbekämpfung. Mit Hilfe von Highspeed-Kameras

können Hackgeräte mit hoher Geschwindigkeit durch den Bestand geführt

werden, ohne dass die Kulturpfl anzen beschädigt werden.

E L E K T R I F I Z I E R U N G D E S A C K E R S

Auch beim Thema Energieversorgung ist die Landwirtschaft

gefordert, den ökologischen Fußabdruck zu verkleinern. Zugleich

geht es in der Realität auch um Effi zienzsteigerung und die

Maximierung des Ernteertrags. Erneuerbare Energien müssen

künftig auch auf dem Feld zum Einsatz kommen. Hier gibt es noch

erheblichen Handlungsbedarf, um die Klimaschutzpotentiale

zu erschließen. Mechanische und hydraulische Komponenten

können künftig durch elektrische ersetzt werden, um Maschinen

auf dem Feld produktiver zu machen und zugleich emissionsfreier

zu werden. In der Praxis existieren bereits Lösungen zur

Elektrifi zierung des Ackers, wie beispielsweise ein Getriebe, das

zugleich als Generator fungiert, der mit 100 Kilowatt weitere

Maschinen antreiben kann. So lassen sich etwa die Achsen eines

angehängten Güllefasses elektrisch antreiben. Kleinere und

leichtere Traktoren sind dadurch in der Lage, größere Anbaugeräte

ziehen zu können. Elektroantriebe haben das Zeug dazu, Geräte

viel genauer zu steuern, als es hydraulisch oder mechanisch

möglich ist. Das ist wiederum eine wichtige Voraussetzung für mehr

Präzision. Es gilt: Die Elektrifi zierung wird eine Schlüsselrolle bei

der Versorgung der Maschinen in der Landwirtschaft der Zukunft

spielen. Zudem kann die Landwirtschaft zum Selbstversorger

werden, wenn Strom aus eigenen Biogas-, Windkraft- oder

Solaranlagen für den Antrieb der Landmaschinen genutzt wird.

V E R B R A U C H E R V E R T R A U E N D U R C H D O K U M E N T A T I O N

Die Digitalisierung kann Landwirten helfen, das angekratzte Vertrauen

der Bevölkerung zurückzugewinnen. Schärfere Verordnungen treff en die

Landwirte hart. Gleichzeitig sinkt das Vertrauen weiter, und es werden

immer strengere Aufl agen eingeführt. Doch die Digitalisierung stellt

Technologien bereit, die die Transparenz im Ackerbau erhöhen, indem

sie die Fakten zur Umweltwirkung des Ackerbaus aufzeichnen und

veröff entlichen. So kann der Landwirt Auskunft geben, welche Dünger

verwendet wurden, wie rückstandsfrei die Produkte sind und damit seine

Regelkonformität ausweisen. Gerade in der aktuellen Debatte rund um

Klima- und Umweltschutz kann die gewonnene Nachvollziehbarkeit –

auch konkret durch die Veröff entlichung der CO 2 -Bilanz – für ein größeres

Vertrauen und eine bessere Akzeptanz aus der Bevölkerung sorgen.

FOTO VALIO84SL ISTOCK