New Satellite Technology constellr Reduces Water Consumption in Agriculture

The constellr satellite system with infrared measuring instrument is intended to help make the irrigation of fields more sustainable.

Author Luisa Ilse:

Translation Lana O'Sullivan, 02.12.24

In der Landwirtschaft stellen zunehmende Dürreperioden ein großes Problem bei der Versorgung der Bevölkerung mit Lebensmitteln dar. Bisher wurden Trockenperioden durch zusätzliche Bewässerung nach subjektivem Ermessen der Landwirt*innen ausgeglichen. Was aber, wenn angesichts schwindender Trinkwasserressourcen der bewusste Umgang mit diesem Element essentiell wird? Die Landwirtschaft bietet dahingehend noch großes Einsparungspotenzial. So werden aktuell rund 70 Prozent unseres Trinkwassers zur Bewässerung von Feldern genutzt, wovon etwa 60 Prozent als übermäßige Bewässerung verschwendet werden, schätzt das Fraunhofer EMI.

Eine optimierte Bewirtschaftung von Agrarflächen kann dazu beitragen, die Pflanzen bedarfsgerecht zu bewässern und einen nachhaltigen Umgang mit der lebensnotwendigen Ressource sicherzustellen. Zu diesem Zweck wurde ein Satellitensystem zur kontinuierlichen und hochauflösenden Erfassung der Oberflächentemperatur entwickelt. Auf deren Basis lässt sich die Bewässerung individuell am Bedarf orientiert und zielgerichtet anpassen.

constellr – Kleinsatellitenkonstellation mit großer Wirkung

Das Startup constellr, eine Ausgründung des Fraunhofer EMI, arbeitet seit 2023 am Aufbau einer Konstellation von 16 Kleinsatelliten im Weltall. Dabei ist jeder Satellit nur etwa so groß wie ein Schuhkarton. Die constellr-Technologie soll die Aufzeichnungen der Oberflächentemperatur zur Generierung und Auswertung von Daten nutzen. Interessant für die Agrarwirtschaft sind vor allem Informationen zu Wasserständen, Hitzeinseln und Waldbränden.

Aufgenommen werden die Aufzeichnungen mit einem neuen und hochpräzisen Thermal-Infrarot-Messinstrument namens LisR. „Von einem Satelliten aus behält die Technologie die Erdoberfläche im Blick und detektiert die von dort ausgesandte Infrarotstrahlung – also die Wärmestrahlung“, berichtet Cassi Welling von constellr. Die Technologie ist in der Lage, daraus den Gesundheitszustand und Wasserbedarf von Nutzpflanzen zu bestimmen. „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“, berichtet Welling weiter. So kann bereits vor einer drohenden Dürre durch gezielte Bewässerung der Schaden an Nutzpflanzen abgewendet werden.

ConstellR Der Satellit hat die Wasserstände verschiedener Erdregionen im Blick.

Die Methode ermöglicht es, die Bewässerung von Feldern zu optimieren und gleichzeitig den Ernteertrag pro verwendetem Liter Wasser zu erhöhen. Laut Berechnungen sollen sich zukünftig mithilfe von constellr 180 Millionen Tonnen Wasser und 94 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid im Jahr einsparen lassen, während sich gleichzeitig der globale Ernteertrag um bis zu vier Prozent erhöhen könnte. „More Crop per Drop“ ist dabei das Leitziel.

Im Sommer 2022 konnte die constellr-Technologie mit LisR-Messinstrument auf der Internationalen Raumstation ISS erstmals erprobt werden. Der Test mit etwa zehn Millionen Aufnahmen verlief äußerst erfolgversprechend.

Die gesammelten Daten der Landkartenaufnahmen sind bis auf 50 Meter genau. Später in der Praxis sollen sie im Anschluss an Smart-Farming-Firmen weitergegeben werden, die dann die Landwirt*innen informieren.

Blick von oben

Viel Bewässerung bringt viel Ertrag – ein Irrglaube, dem man ohne weiteres Hintergrundwissen leicht aufsitzen kann. Projekte wie constellr zeigen, dass eine bedarfsgerechte und zielgerichtete Bewässerung deutlich wirkungsvoller für eine erfolgreiche Ernte ist als möglichst viel Wasser für die Feldfrüchte. Wichtige Erkenntnisse, die es Landwirt*innen verständlich zu vermitteln gilt. Ein entsprechender Austausch mit Wissenschaftler*innen und ein freier Zugang zu aktuellen Satellitenaufnahmen und Daten für eine objektive Einschätzung und Bewässerungsanpassung wären daher wünschenswert.

Die Landwirtschaft steht vor großen Herausforderungen: Einerseits ist sie stark von den Auswirkungen des Klimawandels und des Arten- und Biodiversitätsverlust betroffen. Andererseits trägt die Landwirtschaft selbst zu den Problemen bei.
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Langfristig betrachtet, lohnt sich wie bei vielen Problemen des Klimawandels, auch beim Thema Dürre in der Landwirtschaft ein Blick von weiter weg – sowohl inhaltlich als auch räumlich. Der Blick aus dem Weltall hilft durch gesammelte Daten beim Verstehen der komplexen Zusammenhänge, wo warum niedrige Wasserstände herrschen oder Hitzeinseln entstehen. Über einen längeren Zeitraum beobachtet, lassen sich dadurch effiziente Stellschrauben und Lösungen für eine an den Klimawandel angepasste Landwirtschaft und eine schonende Nutzung der so wichtigen Ressource Wasser identifizieren.

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Dieser Artikel gehört zum Dossier „Agrarwende – Die nachhaltige Landwirtschaft von morgen“. Das Dossier ist Teil der Projekt-Förderung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), in deren Rahmen wir vier Dossiers zum Thema „Mission Klimaneutralität – Mit digitalen Lösungen die Transformation vorantreiben“ erstellen.

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