Autonome batteriebetriebene Agrarroboter können Ressourcen sparen
Die Landwirtschaft steht weltweit vor der Herausforderung, eine wachsende Nachfrage nach Nahrungsmitteln zu bedienen und gleichzeitig Treibhausgasemissionen sowie den Verbrauch knapper Ressourcen zu reduzieren. Steigende Betriebsmittelkosten und ein zunehmender Arbeitskräftemangel sind weitere Probleme. Autonome batteriebetriebene Agrarroboter könnten helfen, indem sie Tätigkeiten selbstständig ausführen, Wasser, Dünger und Pflanzenschutzmittel präziser einsetzen und dieselbetriebene Maschinen teilweise ersetzen. Ein Forschungsteam von der Universität Münster und der University of California, Davis (USA) hat nun in einer Modellstudie – also nicht anhand von Feldversuchen – analysiert, unter welchen Bedingungen kleine batteriebetriebene Agrarroboter wirtschaftliche und ökologische Vorteile bieten können. Die Ergebnisse: Je nach Szenario lagen die Kosten zwischen 76 Prozent unter und 17 Prozent über den aus der Fachliteratur bekannten Vergleichswerten. Dabei wurden die Erntekosten anhand von Literaturdaten eingerechnet. Die Treibhausgasemissionen lagen überwiegend im unteren Bereich oder unterhalb der berichteten Bandbreiten. Besonders vielversprechend war der Einsatz bei Zwiebeln und Salat, vor allem im ökologischen Anbau, bei dem die Unkrautbekämpfung ohne chemisch-synthetische Herbizide häufig arbeits- und kostenintensiv ist.
Entscheidend sind der Studie zufolge vor allem die variablen Produktionsfaktoren, wozu Saat- und Pflanzgut, Wasser, Dünger, Pflanzenschutzmittel, Strom und der Arbeitsaufwand zählen. Sie verursachten je nach Szenario 72 bis 90 Prozent der Kosten und sind für 72 bis 95 Prozent der Treibhausgasemissionen verantwortlich. „Ein Roboter macht die Landwirtschaft nicht automatisch nachhaltiger. Aber die modellierten Vorteile zeigen sich, wenn durch seinen präzisen Einsatz Ressourcen eingespart werden“, betont Stephan von Delft vom Institut für Wirtschaftschemie der Universität Münster. „Politik und Praxis sollten deshalb jene Anwendungen erproben und fördern, bei denen autonome Systeme nicht nur Arbeitsstunden und Betriebsmittel, sondern gleichzeitig Treibhausgasemissionen senken können.“
Das Team untersuchte modellbasiert den Anbau von Erdbeeren, Zwiebeln, Salat und Erdnüssen in ökologischer und konventioneller Landwirtschaft. Ein rund 200 Kilogramm schwerer batteriebetriebener Agrarroboter wurde in den Szenarien für Bodenvorbereitung, Aussaat, Unkrautbekämpfung, Bewässerung und Düngung modelliert. Die Wissenschaftler berechneten die Kosten und Treibhausgasemissionen pro Kilogramm Erntegut, basierend auf der wissenschaftlichen Literatur und der Ökobilanzdatenbank „ecoinvent“ sowie orientiert an den technischen Daten von Agrarrobotern. Die Ernte wurde aus dem Robotermodell ausgeklammert, da Erntetechnik, Arbeitsaufwand und Mechanisierungsgrad stark von der jeweiligen Kulturpflanze abhängen und die Ernte teilweise noch manuell erfolgt. Für den Vergleich der Gesamtkosten wurden konventionelle Erntekosten aus der Literatur ergänzt. Die möglichen Auswirkungen der Ernte auf die Treibhausgasbilanz wurden in einer Sensitivitätsanalyse berücksichtigt. Eine solche Analyse untersucht die Auswirkungen von Änderungen einzelner Variablen auf das Ergebnis.
Nach Kenntnis des Forschungsteams ist dies die erste Studie, die die wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen eines autonomen batteriebetriebenen Agrarroboters gleichzeitig und in einem konsistenten Modell bewertet. Anders als bisherige Arbeiten betrachten die Forscher nicht nur einzelne Arbeitsgänge, sondern mehrere Tätigkeiten über den Anbauzyklus hinweg sowie unterschiedliche Kulturpflanzen und Anbausysteme.
Besonders interessant könnten kompakte Roboter für kleinere und mittlere Betriebe, für bestimmte Anwendungen im ökologischen Anbau oder zur gemeinsamen Nutzung durch mehrere Betriebe beziehungsweise Genossenschaften sein. Für konkrete Investitionen müsse das Modell jedoch mit lokalen Betriebsdaten angepasst werden. „Die Ergebnisse können landwirtschaftlichen Betrieben, Herstellern und politischen Entscheidungsträgern dabei helfen, erfolgversprechende Einsatzfelder zu identifizieren“, unterstreicht Stephan von Delft.
Förderung
Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt und das Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen unterstützten zwei Autoren aus dem Institut für Wirtschaftschemie finanziell (BMBFR: ProRec, 03XP0537A bzw. MKW NRW: BIOSTORE, PB22-014).
Originalveröffentlichung
Schlehuber, S., Gutsch, M., Stegemann, L. et al. (2026): Techno-economic and environmental assessment of next-generation battery-powered farming robots. Nat Commun 17, 11336. DOI: 10.1038/s41467-026-78281-7