Neue Techniken für sparsame Landmaschinen

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Prof. Dr. Stefan Böttinger und sein Team an der Universität Hohenheim in Stuttgart forschen mit Computersimulationen und Praxis-Tests mit ihren Projektpartnern, wie Treibhausgase in der Landtechnik effizient eingespart werden können. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft fördert das Projekt EKoTech mit gut 670.000 Euro und macht es so zu einem Schwergewicht der Forschung.

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Prof. Dr. Stefan Böttinger und sein Team an der Universität Hohenheim in Stuttgart forschen mit Computersimulationen und Praxis-Tests mit ihren Projektpartnern, wie Treibhausgase in der Landtechnik effizient eingespart werden können. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft fördert das Projekt EKoTech mit gut 670.000 Euro und macht es so zu einem Schwergewicht der Forschung.

Der Kraftstoffverbrauch von Traktoren ist keineswegs eine feste Größe: Für optimale Werte sollte beispielsweise ihr Reifendruck auf der Straße hoch sein, auf dem Feld dagegen niedrig. Eine Reifendruckregelanlage könnte ihn immer automatisch anpassen. Ob und unter welchen Bedingungen diese und andere technische Innovationen bei Landmaschinen sinnvoll sind, testen Prof. Dr. Stefan Böttinger und sein Team.

Alle an einem Strang

Denn die Europäische Union hat ehrgeizige Klimaschutz-Ziele: Bis 2030 will sie unter anderem die Treibhausgas-Emissionen um mindestens 40 Prozent gegenüber dem Stand von 1990 senken. Dazu können auch die Landwirtschaft und die Landtechnik-Industrie beitragen – und erhalten nun Unterstützung aus der Wissenschaft. Im Projekt EKoTech kooperieren Landwirte, Hersteller und Forschung eng miteinander.

Kohlendioxid pro Maiskolben

Das Problem: „Bisher fehlte uns die Bezugsgröße“, erklärt Prof. Dr. Böttinger. „Bei PKWs ist das einfach, da gibt man den Kohlendioxid-Ausstoß pro gefahrenem Kilometer an. Beim Traktor reicht diese Angabe nicht, da die Kilometerleistung hier nicht das Entscheidende ist: Wir betrachten letztendlich den Kohlendioxid-Ausstoß aller eingesetzten Maschinen pro Tonne Erntegut.“

Auf diese Weise wollen die Forscher ermitteln, welche technischen Neuerungen die größten Vorteile bringen. Die Agrartechniker an der Universität Hohenheim fokussieren dabei auf Einzelmaschinen und deren Kraftstoffverbrauch. Sie drehen an verschiedenen Stellschrauben in der Technik, simulieren Innovationen und leiten daraus Einsparpotenziale ab.

Immer den optimalen Reifendruck

„Ein Beispiel ist der angepasste Reifendruck“, verdeutlicht Steffen Häberle, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Agrartechnik an der Universität Hohenheim. „Der Kraftstoffverbrauch ist am geringsten, wenn die Schlepper-Reifen wenig Druck auf dem Acker und auf der Straße einen hohen Reifendruck aufweisen.“

Eine Reifendruckregelanlage könnte dies automatisch optimieren. „Doch es stellt sich die Frage: Lohnt es sich für den Hersteller, sie einzubauen? Und rechnet es sich für den Landwirt, dafür Geld zu investieren?“

Virtuelle Betriebe in Mecklenburg-Vorpommern oder BadenWürttemberg

Die Antwort auf diese Fragen fällt nicht auf jedem Betrieb gleich aus: „Bei einem Großbetrieb in Mecklenburg-Vorpommern ist das anders als bei einem kleinen Hof in Baden-Württemberg“, erklärt Häberle. Der Projektpartner der Forscher, das Thünen-Institut in Braunschweig, erstellt deshalb virtuelle Modellbetriebe – neun in Deutschland und sechs in verschiedenen Ländern Europas.

„Diese Modellbetriebe sind jeweils typisch für eine Region, beispielsweise in der Flächenstruktur, der Größe, der Fruchtfolge oder den Verfahrensschritten. Betrachtet wird dann jeweils eine Fruchtart, also Weizen, Mais oder Grünland.“

Kraftstoffverbrauch von 1990 und 2030 im Vergleich

Für diese Modellbetriebe vergleichen die Wissenschaftler die Maschinenausstattung von 1990, heute und 2030 – angelehnt an die Eckpunkte der EU-Klimaziele. Julian Schwehn ermittelt im Rahmen seiner Doktorarbeit die verfügbaren Daten aus dem Jahr 1990. „Das ist nicht immer einfach, denn in der Vergangenheit standen nur wenig qualitativ hochwertige Daten zur Verfügung“, berichtet er. Fokusgruppen-Diskussionen mit Landwirten seien dabei hilfreich, um letztlich den Kraftstoffverbrauch in der Vergangenheit mit dem von heute zu vergleichen.

Schwehns Kollege Arwid Meiners schlägt die Brücke zur Zukunft. „Die Industriepartner sind dabei eine wertvolle Hilfe“, erklärt er. „Sie können abschätzen, welche Entwicklungen künftig relevant sein werden.“ Und sie liefern die Daten für die Simulationen der Forscher: „Entsprechend der Bedürfnisse der Modellbetriebe simulieren wir die Kraftstoff-Verbräuche etwa für Bodenbearbeitung, Pflege oder Ernte und können so eine Prognose für 2030 erstellen.“

Feldversuche schließen die Daten-Lücken

Nicht immer sind die dafür notwendigen Daten vorhanden. Dann sitzen die Wissenschaftler selbst auf dem Traktor und messen sie in Feldversuchen nach. „Für den Traktor selbst gibt es meist schon Angaben zum Kraftstoffverbrauch, doch er verändert sich, sobald Anbaugeräte zur Bodenbearbeitung ins Spiel kommen“, zeigt Meiners die Lücken auf.

„Wir messen deshalb den Kraftstoffbedarf unter verschiedenen Bedingungen und gleichen ihn mit der Simulation ab“, erklärt Schwehn. Im Augenblick führen die beiden Versuche mit der Kreiselegge durch. „Dabei verändern wir verschiedene Parameter, zum Beispiel die Drehzahl, die Arbeitstiefe oder die Geschwindigkeit.“

Ziel: Handlungsempfehlungen für Anwender, Hersteller und Politik

Letztendlich wollen die Wissenschaftler ihre Ergebnisse mit denen der Projektpartner zusammenführen, Zukunftsszenarien für die Verbrauchswerte für 2030 erstellen – und daraus Empfehlungen für Anwender und Hersteller ableiten.

Auch die Politik soll Empfehlungen an die Hand bekommen. „Auch politische Entscheidungen wirken sich auf die Treibhausgas-Emissionen der Landwirtschaft aus“, zeigt Prof. Dr. Böttinger auf. Die Forscher können dazu verschiedene Optionen vergleichen: „Nehmen Sie zum Beispiel ein mögliches Verbot des Totalherbizids Glyphosat. Dann wäre insgesamt mehr Bodenbearbeitung nötig, und der Kraftstoffverbrauch würde steigen, obwohl die neuen Maschinen sparsamer sind. Umgekehrt könnten sich Subventionen für sparsame Maschinen auswirken.“

Hintergrund zum Projekt

Das Projekt EKoTech (Effiziente Kraftstoffnutzung der Agrartechnik) startete am 10.7.2016 und wird bis zum 9.9.2019 laufen. Die Universität Hohenheim bearbeitet das Teilprojekt 9, für das sie mit 673.384 Euro unterstützt wird.

Die Förderung des Vorhabens erfolgt aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages. Die Projektträgerschaft erfolgt über die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) im Rahmen des Programms zur Innovationsförderung.

Wissenschaftliche Projektpartner der Universität Hohenheim sind die Technische Universität Braunschweig (wissenschaftliche Leitung), das Thünen-Institut, das Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL) und das private Institut für Nachhaltige Landbewirtschaftung (INL). Aus dem Bereich der Industrie sind Agco, die Amazonen-Werke, Claas, Lemken, John Deere, Krone und der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA), bei dem die Projektleitung liegt, in das Vorhaben eingebunden.

Schwergewichte der Forschung

32 Millionen Euro an Drittmitteln akquirierten Wissenschaftler der Universität Hohenheim 2017 für Forschung und Lehre. In loser Folge präsentiert die Reihe „Schwergewichte der Forschung“ herausragende Forschungsprojekte mit einem finanziellen Volumen von mindestens 250.000 Euro für apparative Forschung bzw. 125.000 Euro für nicht-apparative Forschung.

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