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23. Arbeitswissenschaftliches Kolloquium
8./9. März 2022
Potsdam
Die Arbeitswissenschaft hat im großen Wissensgebäude der Agrarwissenschaften seit etwa 100 Jahren ihren Platz. Ihre Ursprünge und Wechselwirkungen sind äußerst vielfäl-tig, disziplinäre Abgrenzung häufig kaum möglich. Die Zukunft ist auch hier digital.
Künftige Herausforderungen lassen sich besser verstehen, wenn wir uns mit dem Wirken derjenigen Persönlichkeiten auseinandersetzen, die sich seither um die Ausgestaltung und Weiterentwicklung dieser Disziplin gekümmert haben.
Schlussbericht zum Vorhaben
(2015)
Kurzfassung
Das Vorhaben wurde in Kooperation von Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) und der Technischen Universität Berlin (TUB) durchgeführt. Gesamtziel war es, die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für eine effiziente und nachhaltige Bereitstellung von Biomethan als hochwertigen Energieträger und von Biokohle als Bodenverbesserungsmittel und Kohlenstoffsenke zu schaffen. Basis ist die intelligente Verknüpfung von Biokonversion und thermochemischer Karbonisierung zu einem innovativen und leistungsfähigen Hybridverfahren (APECS-Biomassemodell). Um die Ziele zu erreichen, wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt. Hierzu gehörte die Erzeugung von Biogas aus Weizenstroh im neuentwickelten Aufstromverfahren. Die Karbonisierung wurde sowohl mittels HTC als auch Pyrolyse erprobt. Bodenversuche mit Biokohle wurde von der TUB in Topfversuchen und durch das ATB in Laborinkubationen und Parzellenversuchen durchgeführt. Die Planung, Durchführung und Auswertung der Versuche erfolgte interdisziplinär (u. a. Biologie, Chemie, Boden, Agrartechnik). Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass sich das Aufstromverfahren als sehr geeignet für die Vergärung von Stroh und strohreichen Materialmischungen gezeigt hat. Vorteilhaft sind: thermophile (55 °C) statt mesophile Temperaturen (37 °C), eine 2-stufige Betriebsweise mit separatem Methanreaktor und die Zugabe von Makro- und Mikronährstoffen. Die Gärreste können sowohl mittels HTC als auch Pyrolyse zu Biokohle gewandelt werden. Die HTC ermöglicht durch die nicht erforderliche Trocknung eine hohe Energieeffizienz und vermeidet Nährstoffverluste. Die Eigenschaften der Biokohlen unterscheiden sich grundlegend: Pyrolysekohle ist stärker karbonisiert, reicher an Oberfläche und biologisch stabiler. Die geringe Stabilität von HTC-Kohle führt im Boden zu höheren CO2-Emissionen. Unbehandelte HTC-Kohle führt durch organische Hemmstoffe und ggf. der Festlegung von Nährstoffen im ersten Anbaujahr zu Mindererträgen. Durch eine vorgelagerte Fermentation der HTC-Kohle können Hemmeffekte jedoch reduziert und sogar positive Ertragseffekte erzielt werden. Fazit: Das APECS-Biomassemodell bietet einen wirksamen Ansatz für eine effizientere Bewirtschaftung der Ressourcen Boden und Biomasse einschließlich Kohlenstoffsequestrierung und Bodenverbesserung. Die Kopplung von Vergärung und Karbonisierung eröffnet zahlreiche Synergien, wie die Verwertung der Prozessabwässer zu Biogas oder die Veredelung von Biokohle zu einem Düngemittelträger. Die Anwendungsmöglichkeiten der entwickelten und z. T. zum Patent angemeldeten Prozesse und Produkte (u. a. magnetische Biokohle) erstrecken sich von der Landwirtschaft und Abfallwirtschaft über die Umwelttechnik bis zur Chemie. Nach der erfolgten Grundanalyse sind die Voraussetzungen erfüllt, um das APECS-Biomassemodell erfolgreich in den Pilotmaßstab zu überführen.
In dieser Studie wurde die Entwicklung methanogener Biofilme in meso- und thermophilen ein- und zweistufigen Biogasreaktoren bei der Vergärung von Maissilage untersucht. Ziel war neben der kultivierungsunabhängigen Charakterisierung von Struktur und Dynamik der mikrobiellen Lebensgemeinschaften und ihrer Stoffwechseleigenschaften insbesondere auch die Entwicklung von Strategien zur Ansiedlung solcher Biofilme.
Der anaerobe Abbau von Biomasse zu Biogas erfolgt durch eine komplexe mikrobielle Lebensgemeinschaft aus fermentativen Bakterien und methanogenen Archaeen. Der Großteil der daran beteiligten Arten ist bislang jedoch noch unbekannt, ebenso ihr jeweiliger Einfluss auf die Reaktorleistung. In den letzten Jahren konnten in der mikrobiologischen Analytik jedoch gewaltige technologische Durchbrüche erzielt werden, welche die Analyse von komplexen Lebensgemeinschaften auch für höheren Probenzahlen ermöglichen. Im Rahmen des im Folgenden dargestellten Forschungsvorhabens sollten diese neuartigen Techniken gezielt eingesetzt werden, um die Auswirkungen verschiedener Betriebsweisen von Biogasanlagen auf die Prozessmikrobiologie in der Praxis zu untersuchen. Weiterhin sollten Zusammenhänge zwischen der Prozessmikrobiologie sowie der Reaktorleistung ermittelt werden. Übergreifendes Ziel war die Ermittlung besonders prozessrelevanter Arten oder Organismengruppen.
Das Verbundprojekt umfasste die Teilvorhaben (1) Mikrobiologisches Monitoring (Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. Abt. Bioverfahrenstechnik), (2) Taxonomisches Profiling (Universität Bielefeld, Centrum für Biotechnologie), (3) Metaproteom-Analytik (Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Bioprocess Engineering) und (4) Biostatistische Prozessdatenauswertung (Universität Hohenheim, Institut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie).
Die Schlussberichte aller vier Teilvorhaben sind in diesem Band der Bornimer Agrartechnischen Berichte in ungekürzter Form enthalten.
19. Arbeitswissenschafltiches Kolloquium des VDI-MEG Arbeitskreises Arbeitswissenschaften im Landbau
(2014)
Der Bornimer Agrartechnischer Bericht 83 ist das Sammelwerk zum 19. Arbeitswissenschaftlichen Kolloquium des Fachausschusses Arbeitswirtschaft im Landbau beim VDI-MEG. Die Veranstaltung stand unter dem Motto „Arbeit im Wandel“ und findet im zweijährigen Turnus statt. 17 Einzelvorträge der unterschiedlichen Themen sind in ihrer Langfassung im Tagungsband veröffentlicht. Als Themenkomplexe wurden Arbeitsorganisation, Arbeitswissenschaftliche Methodik, Arbeitssicherheit, Ergonomie, Arbeitswirtschaft, Prozesstechnik und Betriebsmanagement mit Einzelbeiträgen im landwirtschaftlichen Kontext vorgestellt.
Der methodologische und anwendungsorientierte Austausch zur Computergestützten Bildverarbeitung in der Agrarwirtschaft (CBA) war 1995 das Ziel, als die CBA-WORKSHOP-REIHE von der Ressortforschung des Bundes ins Leben gerufen wurde. Gastgeber waren wechselnde Forschungsinstitutionen in Deutschland. Die Themen umfassten landwirtschaftliche Fragestellungen von der molekularen und mikroskopischen Ebene bis zur räumlichen Analyse großer Landschaftsgebiete. Durch diese große thematische Bandbreite gab und gibt es Überschneidungen zu anderen Arbeitsbereichen. Daher zählt es zur Tradition des CBA-WORKSHOP, Veranstaltungen zusammen mit andern Arbeitskreisen durchzuführen. Beispielsweise wurde 2007 der 13. CBA-WORKSHOP zusammen mit dem 4. Workshop Precision Farming gemeinsam in Hohenheim abgehalten. Ein gemeinsamer Workshop mit internationalen Arbeitsgruppen fand 2009 statt, als der 15. CBA-WORKSHOP mit dem 1. Workshop der CIGR-Working Group Image Analysis for Agricultural Processes and Products (www2.atb-potsdam.de/CIGR-ImageAnalysis/) am ATB in Potsdam durchgeführt wurde. Und auch in diesem Jahr freuen wir uns auf eine gemeinsame Veranstaltung – mit den Arbeitsgruppen zum Einsatz von unbemannten Flugsystemen in der Landwirtschaft. Der Workshop zum Einsatz von Unmanned Aerial Systems (UAS) in der Landwirtschaft ist vergleichsweise jung. Er wurde erstmals 2012 von der Humboldt-Universität zu Berlin und dem ATB ausgerichtet. Die Veranstaltung fand großen Zuspruch aus dem deutschsprachigen Raum. Da bei der Datengewinnung durch UAS überwiegend optische Sensoren zum Einsatz kommen, lag es nahe, den CBA- und den UAS-WORKSHOP zu verbinden. In 2013 wurde der 19. CBA-WORKSHOP und 2. UAS-WORKSHOP gemeinsam von dem Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) und der Beuth Hochschule für Technik Berlin (Beuth HS) ausgerichtet. Zum Organisations-Komitee gehörten Professor Michael Breuer, Harald Herda, Professor Dr. Karl-Heinz Strauch, Dr. Robin Gebbers, Andrea Gabbert, Professor Dr. Manuela Zude). Die Nutzung der Bildverarbeitung für die Steuerung und Datenerhebung sowie die radiometrische Auswertung nahm wie schon in der Vergangenheit einen Schwerpunkt ein. Phänotyping war ein weiterer Schwerpunkt. Besonderes Interesse riefen auch die Firmenpräsentationen hervor, die einen Innenhof der Beuth HS für Flugvorführungen nutzten.
Der Einsatz bildgebender Sensorsysteme stellt für die Landwirtschaft eine Schlüsseltechnologie dar. Die Verfügbarkeit und Interpretation differenzierter zeit- und ortsbezogener Daten unterstützt maßgeblich die Verbindung ökologischer, ökonomischer und sozialer Aspekte für eine Landtechnik, die den globalen Anforderungen hinsichtlich Ernährung, Energie, Umwelt und Ressourcen in Zukunft gerecht wird. Dabei ist der interdisziplinäre Erfahrungsaustausch von Forschenden und Anwendern ein wesentlicher Aspekt. Der seit 1995 vom Leibniz.-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. koordinierte jährliche Workshop „Computer-Bildanalyse in der Landwirtschaft“ fördert gerade diesen Erfahrungsaustausch und zeichnet sich durch die Kombination innovativer Forschungsthemen in Verbindung mit anwendungsorientierten Fragestellungen aus. In 2012 fand der gut besuchte Workshop bereits zum dritten Mal am WABE-Zentrum/Klaus-Bahlsen-Haus des landwirtschaftlichen Versuchsbetriebs der Hochschule Osnabrück statt und wurde vom Competence Center of Applied Agricultural Engineering COALA organisiert (insbesondere durch das Team um Susanne Fittje). Die Entwicklung von Methoden und Algorithmen war dabei ein zentraler Fokus, der sowohl aus Industriesicht (z.B. zur Gemüsebewertung oder zum Fleischformschneiden) als auch unter Forschungsaspekten diskutiert wurde (Überlappungsproblem von Pflanzen, Smartphone-Messung der Düngerquerverteilung, Wurzelmessung im Boden oder Detektion von Blattkrankheiten). Spektrale bildgebende Methoden - „Spectral Imaging“ – gewinnen zunehmend an Bedeutung, im Workshop wurden erste Anwendungen dieser Methoden in Feldversuchen präsentiert. Mehrere technologische Neuerungen wurden vorgestellt, hierzu zählen eine 1-Chip-NDVI-Kamera, Multicopter zur Pflanzenanalyse oder Multireflex-Ultraschallsysteme. Die Sensor-Aktor-Kopplung mit bildgebenden Systemen eröffnet weitreichende Möglichkeiten, die Präsentation zur Laser-Unkrautregulierung in Verbindung mit der Bildanalyse fand dabei besonderes Interesse. Der vorliegende Band enthält neben den Beiträgen zum 18. Workshop (Osnabrück) auch die Veröffentlichungen zum 17. Workshop (Stuttgart).