Wie könnte die Landwirtschaft der Zukunft aussehen?

Die industrielle Landwirtschaft ernährt uns alle – zumindest in der westlichen Welt. Doch steht sie heute auch vor riesigen Herausforderungen. Extremwetter und Fachkräftemangel setzen ihr zu. Die Preise für Energie, Treibstoff, Dünger und Pflanzenschutz kennen momentan nur den Weg nach oben. Geopolitische Verwerfungen wirken sich auch auf die Versorgung mit so manchen Lebensmitteln aus. Und auch die Landwirtschaft selbst birgt Konfliktpotenzial. Jahrzehntelange Praktiken wie chemisch-synthetische Pflanzenschutzmittel oder Kunstdünger werden heute immer stärker hinterfragt und kontrovers diskutiert. Dass sich etwas bewegen muss, darüber sind sich die meisten Beteiligten einig. Was das sein könnte, ist Kern des dritten Teils unserer Serie „Ernährungssystem der Zukunft“.

Konventionell, Öko oder doch ganz anders?

Die konventionelle Landwirtschaft, so heißt es immer wieder pauschal, wäre auf Dauer nicht gut für die Umwelt. Ihr ökologisches Pendant hingegen wäre nachhaltig und schone den Planeten. Dann müssten wir doch einfach nur komplett auf Ökolandbau umsteigen und schon wäre die Welt gerettet. Oder? Ganz so einfach ist die Sache leider nicht. Denn bei der Frage konventionell oder Öko landen wir recht schnell in einem Dilemma.

Richtig ist, dass konventionelle Landwirtschaft als ein Haupttreiber der Umweltzerstörung gilt. Schwere Maschinen, Monokulturen, Pflanzenschutzmittel, Dünger, Antibiotika und einiges mehr führen zum Verlust der Artenvielfalt und zur Belastung von Boden, Wasser und Luft. Doch im direkten Vergleich kommt der Ökolandbau, nicht viel besser weg. Wie genau das aussieht, haben Forscher in einer Übersichtsstudie ausgearbeitet. Darin verglichen sie 742 landwirtschaftliche Systeme und mehr als 90 verschiedene Lebensmittel. Ihr Fazit: Ökologische Landwirtschaft kann zwar mit einem geringeren Energieverbrauch punkten, schneidet aber bei den Treibhausgasemissionen ähnlich ab wie die konventionelle und liegt beim Nährstoffeintrag oder der Versauerung von Böden noch darüber. Das liegt vor allem daran, dass der Verzicht auf synthetische Pflanzenschutzmittel und Kunstdünger mit geringeren Ernteerträgen einher geht. Für die gleiche Menge Nahrung braucht der Ökolandbau also mehr Fläche. Und mehr Flächen für die Landwirtschaft bedeutet weniger natürliche Lebensräume und auch weniger Biodiversität.

Das heißt natürlich nicht, dass Ökolandbau schlechter ist als der konventionelle. Nur ist er eben kein Allheilmittel, um unseren heutigen Ernährungsstil in die Zukunft zu projizieren. Und da sind wir schon bei einer weiteren Erkenntnis, die die Forscher aus ihrer Untersuchung ziehen: Die Frage, sagen sie, sei weniger die nach Öko oder konventionell. Vielmehr spielt die Art der Lebensmittel eine Rolle. In anderen Worten: nicht wie wir unser Essen anbauen, sondern was wir essen. Von der Dünger- und Saatgutproduktion über die Arbeiten auf dem Feld bis zum Verlassen des Bauernhofs hat Pflanzenkost den geringsten Umweltimpakt. In der Mitte liegen Eier, Milchprodukte und das Fleisch von Schweinen und Geflügel. Rinder hingegen haben einen ungleich größeren Impakt auf die Umwelt. Drehen wir etwas an unserer Ernährung, so eine Schlussfolgerung, könnte der Ökolandbau auch ohne neue Flächen die Welt ernähren. Wie diese Proteinwende aussehen könnte, hatten wir im zweiten Teil unserer Serie beleuchtet, den ihr hier nachlesen könnt:

Es gibt aber noch einen zweiten Hebel, mit dem die Landwirtschaft ihren ökologischen Fußabdruck verringern kann: ihre Effizienz.

Robotik und KI auf dem Feld und im Stall

Je präziser die Landwirtschaft arbeitet, umso weniger Ressourcen muss sie für eine Nahrungseinheit einsetzen. Robotik und KI können hier ihre Vorteile ausspielen und einen Grundpfeiler für das Ernährungssystem der Zukunft bilden. Damit können sie gleich mehrere Probleme beim Schopfe packen. Denn mehr Präzision bedeutet z. B. weniger Pflanzenschutzmittel und damit einen geringeren Einfluss auf die Artenvielfalt um die Äcker herum. Weniger synthetische Düngemittel bedeuten weniger Nährstoffeintrag in die Gewässer. Und weniger Bedarf an menschlicher Arbeit bedeutet eine Entlastung bei der Suche nach Fachkräften. Alles zusammen senkt die Kosten für die landwirtschaftliche Produktion.

Verglichen mit den unzähligen Robotern, die in der Elektronikbranche und im Automobilsektor ihre Arbeit verrichten, fristen die elektronischen Helfer im Lebensmittelsektor noch ein Nischendasein. Doch das dreht sich gerade, sodass manch einer die Lebensmittelindustrie bereits als die neue Automobilbranche feiern. Ganz grundlos scheint die Euphorie dabei nicht zu sein. Denn die Potenziale autonomer Maschinen sind groß. Ein Stichwort, das dabei immer wieder fällt, ist die Präzisionslandwirtschaft. Zu Urgroßmutters Zeiten plagten sich viele mit Hacken bewaffnete Feldarbeiterinnen und Feldarbeitern bei der „mechanischen Unkrautbekämpfung“. Heute erledigt das ein riesiger Traktor, der mit Spritzvorrichtung chemisch-synthetische Unkrautvernichter über den Feldern verteilt. Mit beiden Systemen wurde das Ziel erreicht – die Feldfrucht konnte sich gegen den Wildwuchs durchsetzen. Doch heute sind die Nebenwirkungen nicht mehr ohne Weiteres zu tragen. Denn der Arbeitsmarkt gibt mittlerweile kaum noch Heerscharen an Landarbeitern her. Und die Artenvielfalt, die auch unter den Unkrautvernichtern leidet, genießt heute einen hohen Stellenwert in der Bevölkerung.

Hackroboter, die von Satelliten gelenkt, in Schwärmen über die Felder fahren, könnten den Nutzpflanzen in Zukunft den nötigen Raum zum Entfalten schaffen und den Einsatz chemischer Agenzien verringern. Der Einsatz von Robotern ist dabei nicht auf die Pflanzenzucht begrenzt. So gibt es beispielsweise schon heute KI-gestützte Melksysteme, die autonom arbeiten und ganz nebenbei auch den Gesundheitszustand der Tiere bei jedem Melkvorgang erfassen.

Der Landwirtschaft den Boden entzogen

Schon lange wachsen unsere Nahrungspflanzen nicht nur unter freiem Himmel. Gewächshäuser gehören überall auf der Welt zur modernen Landwirtschaft dazu. Doch die haben ihre Grenzen. Erdbeeren im verschneiten Tokio oder frischer Blattsalat im hochsommerlichen Dubai? Das wird mit herkömmlichen Gewächshäusern doch sehr energieintensiv. Nahrungsanbau in den entlegensten Außenposten der Menschheit wie den Polargebieten oder zukünftig auf Mond und Mars? Wohl eher nicht. Doch auch dafür gibt es mittlerweile ein Konzept, das einen Beitrag zur Ernährung der Zukunft liefern könnte: das Vertical Farming. Dabei wird das Pflanzenwachstum vollständig von den natürlichen Umgebungsbedingungen entkoppelt. Denn Vertical Farms sind weitestgehend geschlossenen Systemen. Die gibt es heute bereits von kühlschrankgroßen Geräten für die heimische Küche über getränkeautomatengroße Schränke für Supermärkte bis hin zu Hallen von der Größe eines Logistikzentrums.

Allen gemein ist der viel geringere Ressourceneinsatz im Vergleich zum konventionellen Feldbau. Das lässt sich leicht am Wasser veranschaulichen. Bis zu 98 Prozent des lebenswichtigen Nass‘ werden je nach System eingespart. Das funktioniert, weil die Pflanzen nicht in der Erde wachsen. In hydroponischen Systemen ersetzen Mineralwolle oder ein anorganisches Substrat den Boden. Die Wurzeln werden dabei von einer Nährstofflösung umspült. Quasi in der Luft hängen die Wurzeln hingegen in aeroponischen Systemen. Dort werden sie mit einem Gemisch aus Wasser und genau abgestimmten Nährstoffen besprüht. Alles vom Computer gesteuert, versteht sich.

Da das Wasser in beiden Fällen nicht versickert, sondern in einem geschlossenen Kreislauf gehalten wird, ist wird wenig Wasser benötigt. Ähnliches gilt für den Dünger, der exakt auf die Pflanzen bemessen wird. Schädliche Auswirkungen – zum Beispiel auf Gewässer – sind hier nicht zu erwarten. Und da die Umgebungsbedingungen ständig penibel überwacht werden, sind auch Pflanzenschutzmittel überflüssig. Kein Boden bedeutet aber auch keine Schadstoffe wie zum Beispiel Schwermetalle. Und das Dach über dem Kopf macht die Ernte auch unabhängig von Extremwetterereignissen wie Dürre, Starkregen oder Spätfrösten. Das alles steigert die Effizienz.

Viele Pflanzen, die wir auf Feldern anbauen, lassen sich auch in Vertical Farms heranziehen. Zumindest theoretisch. In der Praxis werden aber bisher hauptsächlich Kräuter und Blattgemüse angebaut, die nicht sehr hochwüchsig sind. Und was Geschmack, Geruch oder Nährstoffgehalt angeht, liegen sie mit der Freilandkost gleich auf. Und noch ein paar weitere Punkte stehen auf der Habenseite: Denn Vertical Farms inmitten einer Metropole verringern die Transportwege. Die Lebensmittel erreichen die Konsumenten in überragender Frische, können mehrmals im Jahr geerntet werden und entlasten den Verkehrssektor. Doch all das hat auch seinen Preis. Im wahrsten Sinne des Wortes. Denn nicht nur die Anfangsinvestitionen stellen eine große Hürde dar. Auch die laufenden Kosten – vor allem für die Energie – drücken die Margen. Denn selbst modernste Lampen brauchen Strom und müssen auch gekühlt werden. Und die Wasserrückgewinnung fordert ebenfalls Energie. Das lohnt sich aktuell nur für wenige, hochpreisige Nahrungsmittel wie Kräuter, Beeren oder essbaren Blumen.

KI weiß, was vom Essen übrigbleibt

Algorithmen, die mit riesigen Datenmengen jonglieren und dabei in Rekordzeit Aufgaben lösen, an denen wir Menschen uns leidlich abmühen, liegen voll im Trend. Wir sagen „künstliche Intelligenz“ dazu, obwohl die Tools noch weit davon entfernt sind, als wirklich intelligent zu gelten. Trotzdem können sie uns eine große Hilfe sein – auch beim Ernährungssystem der Zukunft. Denn auf dem Weg vom Acker bis zum Teller und darüber hinaus fallen jede Menge Daten an. Und in diesem Datenberg steckt unter anderem ein Lösungsansatz für ein drängendes Problem unseres Nahrungsmittelsystems – Food Waste, also Lebensmittelverschwendung. In Luxemburg lag diese im Jahr 2022 bei 128 kg pro Kopf bzw. 79.406 Tonnen insgesamt. Welch bedenkliches Ausmaß die Lebensmittelverschwendung mittlerweile angenommen hat, haben wir bereits im ersten Teil unserer Serie „Ernährung der Zukunft“ bereits gezeigt.

Die Lösungsansätze, die hier nun folgen, haben in aller Regel eines gemein: Sie setzen auf vorausschauende Planung.

Dazu zählt zum Beispiel der smarte Mülleimer. Alles, was darin verschwindet, wird automatisch erfasst. Gedacht ist das System für die Gastronomie, denn halb leere Teller, nicht benötigte vorgekochte Speisen oder die Reste vom Buffet lassen den Food Waste Berg tagtäglich wachsen. Die Idee hinter smarten Mülleimern ist dabei die Folgende: Wenn man weiß, welche Lebensmittel in der Tonne landen, kann man das bei der Planung berücksichtigen. Geht zum Beispiel regelmäßig die Hälfte der Kartoffelbeilage vom Schnitzel zurück, reduziert man die Menge der Erdäpfel auf dem Teller. Bleiben montags immer mehr Portionen übrig als an anderen Wochentagen, hält man sich mit Vorkochen am Wochenanfang zurück. Und wandern größere Mengen vom Buffet in die Tonne, dann legt man vielleicht beim nächsten Mal kurz vor Schluss nicht noch mal nach.

Lebensmittel wandern aber nicht nur vom Teller in die Tonne. Oftmals wird auch mehr produziert, als letzten Endes einen Kunden findet. Problematisch ist das vor allem bei leicht verderblichen Produkten. Brot und Brötchen zum Beispiel, die in den Filialen großer Bäckereiketten täglich angeliefert werden. Mehr als eine halbe Million Tonnen Backwaren, so hat es der WWF im Jahr 2019 nachgerechnet – werden in Deutschland jährlich als Retour von den Filialen zur Zentrale zurückgeschickt und landen dann in der Biogasanlage, im Tierfutter oder auf dem Müll. Um die Ressourcen dafür herzustellen, wäre rein rechnerisch eine Anbaufläche von 140.000 Hektar nötig. Das ist mehr als die Hälfte der Fläche Luxemburgs. Korrekte Planung kann hier also helfen, wertvolle Ressourcen zu schonen. Eine solche kann heute schon Software übernehmen. Maschinelles Lernen ist das Zauberwort. Denn mit den Daten, die bei jedem Verkauf in den Kassensystemen automatisch anfallen, wird ein Computeralgorithmus trainiert. Dieser erkannt dann Muster in den Verkäufen und kann die Verkaufsmengen für die kommenden Tage vorhersagen.

Fazit

Die New Food Economy ist angetreten, die Lebensmittelbranche auf den Kopf zu stellen. Mit Robotern, künstlicher Intelligenz, Vertical Farming und noch vielem mehr will sie die dringendsten Probleme unseres heutigen Ernährungssystems in den Griff bekommen. Die Potenziale klingen dabei sehr verlockend. Doch eines darf man bei all den Möglichkeiten nicht vergessen: Essen ist ein fester Bestandteil der menschlichen Kultur. Und die traditionelle Landwirtschaft ist deren Träger. Ein über viele Jahrzehnte gewachsenes Selbstverständnis wird nun mit typischer Start-up-Kultur konfrontiert. Die große Herausforderung liegt deshalb darin, Tradition und Disruption unter einen Hut zu bekommen.

Im letzten Teil unserer Serie schauen wir uns noch an, wie Flüsse, Seen, Ozeane aber auch künstliche aquatische Lebensräume zu Puzzlesteinen für das Ernährungssystem der Zukunft werden.

Autor: Kai Dürfeld (für scienceRELATIONS - Wissenschaftskommunikation)
Redaktion: Michèle Weber, Gideon Giesselmann (FNR)