Landwirtschaft: Bedarfsgerechte Bewässerung von Nutzpflanzen dank Satellit

Wasser ist bereits heute eine knappe Ressource – und in Zukunft wird das nicht besser werden. Besonders viel Wasser wird in der Landwirtschaft benötigt. Dank einer neuen Satellitentechnologie, die als „LisR“ bereits in Form eines Prototypen auf der internationalen Raumstation ISS erprobt wurde, sollen Nutzpflanzen in Zukunft besser und bedarfsgerecht bewässert werden können. So soll ein nachhaltiger Umgang mit der Ressource Wasser in der Landwirtschaft sichergestellt werden. Entwickelt wurde das System von einem Team des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF sowie der beiden Spin-offs constellr GmbH und SPACEOPTIX GmbH.

Viel Wassersparpotenzial in der Landwirtschaft

Genug Wasser zur Verfügung zu haben ist für Mitteleuropäer vollkommen normal. Allerdings dürfte das kühle Nass auch in unseren Breiten in Zukunft eine immer knappere Ressource werden. Der Weltklimarat IPCC geht davon aus, dass die Intensität und Häufigkeit von Dürren in den kommenden Jahrzehnten immer weiter zunehmen wird. Hinzu kommt der weitere Anstieg der Weltbevölkerung: 2050 soll unser Planet von knapp zehn Milliarden Menschen bewohnt werden. Aktuell werden etwa 70 Prozent des Trinkwassers für Bewässerung verwendet. Davon wiederum werden etwa 60 Prozent durch übermäßige Bewässerung verschwendet.

Es gibt also viel Potenzial für Einsparungen. Potenzial, das von Forscher:innen des Fraunhofer EMI, des Fraunhofer IOF sowie der Unternehmen contellr und SPACEOPTIX, die beide aus diesen Instituten ausgegründet wurden, auch genutzt werden will. Das Team entwickelte die Infrarotkamera LisR (Longwave infrared sensing demonstratoR). Diese wurde auf der internationalen Raumstation ISS erfolgreich erprobt. Nun sollen die Daten der LisR-Mission als Grundlage für eine Satellitenkonstellation genutzt werden. Diese Konstellation soll künftig aus dem Orbit die Landoberflächentemperatur messen. So kann die Bewässerung der Gelder auf den tatsächlichen Bedarf abgestimmt werden. Bereits ab 2025 sollen so Jahr für Jahr 180 Milliarden Tonnen Wasser und 94 Millionen Tonnen CO2 eingespart werden. Doch mehr noch: Die gezieltere Versorgung der Pflanzen könnte zudem die globale Ernte um bis zu vier Prozent steigern lassen, was zusätzliche Nahrung für mehr als 350 Millionen Menschen bedeuten würde.

Bessere Bewässerung dank Satellitendaten

„Von einem Satelliten aus behält die Technologie die Erdoberfläche im Blick und detektiert die von dort ausgesandte Infrarotstrahlung – also die Wärmestrahlung. Während andere Lösungen lediglich die Landoberflächentemperatur modellieren, messen wir die Temperatur des Blätterdachs oder der Landoberfläche der Vegetation direkt. Auf diese Weise können wir eine genaue Bewertung von Wasserverfügbarkeit gegenüber Wasserbedarf vornehmen und Stress früher als je zuvor erkennen„, erklärt Cassi Welling von der constellr GmbH die Technologie.

Die Bewertung der Satellitenbilder erlaubt dann auch, den Bewässerungszustand der Pflanzen zu ermitteln. Denn wenn diese nicht ausreichend mit Wasser versorgt sind, verdunstet weniger Wasser über ihre Blätter, was in einem Temperaturanstieg resultiert. So können Rückschlüsse darauf gezogen werden, wo bewässert werden muss und wo nicht.

Mittels eines Demonstrators soll die neue Technologie nun unter Realbedingungen getestet werden. Dieser wurde bereits im Frühjahr und Sommer 2022 auf der Internationalen Raumstation ISS erprobt. „Von der ISS aus konnten wir etwa zehn Millionen Bilder aufnehmen, mit einer Auflösung von rund 80 Metern„, so Clemens Horch vom Fraunhofer EMI. Darauf aufbauend sollen nun bis zum Jahr 2028 16 Kleinsatelliten im All die Temperatur der Landoberfläche überall auf der Erde mit täglicher Frequenz und einer Auflösung von mehr als 50 Metern präzise zu messen. Diese Daten sollen dann zur Ermittlung der optimalen Bewässerung genutzt werden.

via Fraunhofer Gesellschaft