Eine wachsende Weltbevölkerung, die Verknappung fossiler Ressourcen und die Auswirkungen des Klimawandels stellen die zukünftige Agrarproduktion vor existenzielle Herausforderungen. Der Bundesregierung ist es ein zentrales Anliegen, den zunehmenden Bedarf an biosbasierten Ressourcen und Lebensmitteln für zukünftige Generationen zu sichern. Aus diesem Grund hat das Bundesforschungsministerium die Fördermaßnahme „Agrarsysteme der Zukunft“ ins Leben gerufen. Neuartige Agrarsysteme und flächeneffiziente Produktionsformen nehmen eine zentrale Rolle in der neuen Bioökonomiestrategie ein, die am 15.01.2019 vom Bundeskabinett verabschiedet wurde.

Hintergrund

Bei den Agrarsystemen der Zukunft sollen mithilfe moderner Technologien innovative und nachhaltige Agrarsysteme entwickelt werden. Acht Forschungsverbünde haben sich mit ihren visionären und unkonventionellen Ideen in einem mehrstufigen Förderverfahren durchgesetzt. Ihre Lösungen für die Agrarproduktion der Zukunft tragen dazu bei, Zielkonflikte bei der Produktion und Nutzung von Lebensmitteln und nachwachsenden Rohstoffen zu entschärfen. Dabei decken die Projekte eine große Bandbreite an Themen und Spannungsfeldern ab. Dazu zählen die Globalisierung, die zunehmende Verstädterung, unterschiedliche Formen der Landwirtschaft, sich ändernde Verbraucherbedürfnisse und der demographische Wandel.

Die Maßnahme ist auf bis zu 10 Jahre angelegt. Damit wird es langfristig möglich, zukunftsfähige Agrar- und Ernährungssysteme in ihrer ganzen Breite nachhaltig zu entwickeln. Ein besonderer Fokus liegt darauf, wirtschaftliche, ökologische und gesellschaftliche Perspektiven und Interessen optimal abzustimmen. Hierfür sind systemische Ansätze nötig, die über Disziplingrenzen, Branchen und Tätigkeitsfelder hinausgehen. Innovative Zukunftstechnologien und die digitale Transformation sind dabei wichtige Treiber. Um optimale Ergebnisse zur erhalten und den Wissensaustausch sicherzustellen, hat das BMBF eine Koordinierungsstelle eingerichtet.

Forschung und Gesellschaft diskutieren

Vom 04.-05. Februar 2020 fand im BMBF das erste Statusseminar der acht Projektverbünde statt. Vertreter aller acht Konsortien stellten ihre Ideen und den bisherigen Stand ihrer Forschung vor. Zudem diskutierten die Forschenden im Futurium mit Bürgerinnen und Bürgern über die Chancen und Herausforderungen der "Agrarsysteme der Zukunft". Dabei ging es unter anderem um diese Fragen:

Fragen und Antworten zu neuartigen Agrarsystemen

Welchen Herausforderungen müssen wir uns im Agrar- und Lebensmittelbereich zukünftig stellen?

Auswirkungen des Klimawandels, Umweltschäden, knapper werdende landwirtschaftliche Flächen, aber auch der Trend zur Urbanisierung stellen die Agrarproduktion zukünftig vor große Herausforderungen. Die Agrarproduktion umfasst dabei alle Bereiche der Lebensmittelproduktion, aber auch der Produktion biologischer Rohstoffe für biobasierte Produkte. Gleichzeitig muss die Agrarproduktion nachhaltiger und ressourcenschonend im Sinne der Nachhaltigkeitsziele werden.

Klimawandel und Ökosysteme:

Die zunehmende Trockenheit und Klimaerwärmung verändert die Bedingungen für Pflanzen und Böden. So muss die Pflanze "lernen", mit weniger Wasser oder neuen Schädlingen umzugehen. Gleichzeitig fordert der Erhalt von Umwelt und Artenvielfalt den Schutz und die nachhaltige Nutzung von Ökosystemen. Das erfordert angepasste Strategien für gesunde Böden, sauberes Wasser und die Klimaregulation.

Landwirtschaftliche Flächen:

Die stetige Zunahme der Weltbevölkerung und die vermehrte Nutzung biologischer Rohstoffe für eine nachhaltige Wirtschaft brauchen mehr Raum. Landwirtschaftlich nutzbare Flächen werden damit immer knapper.

Urbanisierung:

Immer mehr Menschen ziehen in die Städte. Die Versorgung mit Lebensmitteln konzentriert sich damit zunehmend auf Ballungsräume. Hinzu kommen die regional sehr unterschiedlichen Bedürfnisse von Verbraucherinnen und Verbrauchern.

Wie begegnen die Bundesregierung und das BMBF diesen Herausforderungen?

Das BMBF hat schon 2016 die Fördermaßnahme „Agrarsysteme der Zukunft“ etabliert. Deren Ziel ist es, innovative, nachhaltige und ressourceneffiziente Agrarsysteme zu entwickeln. Sie sollen Lösungen für den zunehmenden Bedarf an Lebensmitteln und biobasierten Ressourcen finden. Dazu müssen sie ganzheitlich ansetzen. Das heißt, sie müssen die zukünftigen Herausforderungen mitdenken. Das BMBF fördert vor allem ressourceneffiziente, kreative und unkonventionelle Konzepte.

Die „Agrarsysteme der Zukunft“ werden im Rahmen der Bioökonomie gefördert. Denn die Agrarproduktion ist wichtig für den Umbau zu einer nachhaltigen biobasierten Wirtschaftsform. Die ist ausdrückliches Ziel der neuen Nationalen Bioökonomiestrategie, welche die Bundesregierung im Januar 2020 verabschiedet hat.

Welche Chancen ergeben sich für eine nachhaltige Agrarwirtschaft und Ernährung mit der Stärkung der Bioökonomie?

Mit der Nationalen Bioökonomiestrategie, aber auch der zunehmenden Nachfrage aus Industrie und Gesellschaft nach nachhaltigen biobasierten Produkten bieten sich viele Chancen und Potenziale im Agrarbereich. Die heutigen Produkte zeigen, dass biologische Rohstoffe fossile in vielen Wirtschaftsbereichen ersetzen können. Eine effiziente und ressourcenschonende Landwirtschaft stellt sicher, dass auch genügend Rohstoff zur Verfügung steht.

Über jeglicher wirtschaftlichen Nutzung steht aber die Ernährungssicherung. Auch hier können neue Ansätze, die Lebensmittel außerhalb der jetzigen Pfade produzieren, kluge Innovationen hervorbringen. Die Agrarproduktion hat ein enormes Potenzial, sich als innovative Zukunftsbranche zu etablieren.

Was erforschen die „Agrarsysteme der Zukunft“?

Die Forscherinnen und Forscher wollen innovative, nachhaltige und ressourceneffiziente Agrarsysteme entwickeln. Sie wollen Lösungen für den zunehmenden Bedarf an Lebensmitteln und biobasierten Ressourcen finden. Langfristige Zukunftsbilder und Verbesserungen für das gesamte Agrarsystem sollen entstehen. Dazu setzen sie auf moderne Zukunftstechnologien, wie Künstliche Intelligenz, Digitalisierung und High-Tech-Anwendungen.

Die Teams der Verbünde setzen sich aus sehr unterschiedlichen Fachrichtungen zusammen, um sowohl ökologisch, wirtschaftliche und gesellschaftlich Aspekte zu berücksichtigen. So können komplexe Fragestellungen bearbeitet und vielfältige Ideen für Handlungsalternativen entwickelt werden. Die Ansätze sollen auch das große Ganze im Blick haben. So geht es zwar um Sicherstellung von Qualität und Produktivität, aber gleichzeitig auch um soziale Aspekte. Oder darum, wofür die landwirtschaftlichen Flächen genutzt werden sollen – für die Lebensmittelproduktion oder für biobasierte Rohstoffe? Dies wird oft als Zielkonflikte oder Spannungsfelder bezeichnet.

Wie können wir Lebensmittel und biobasierte Rohstoffe in Zukunft nachhaltig und ressourcenschonend in ausreichender Menge und Qualität produzieren?

Die „Agrarsysteme der Zukunft“ haben ganz unterschiedliche Ansätze entwickelt. Bedacht werden müssen dabei Globalisierung, Regionalisierung, Urbanisierung, aber auch unterschiedliche Formen in der Landwirtschaft. Aber auch Technik, Ökologie, Ökonomie und gesellschaftliche Akzeptanz.

Sie sollen zum einen die landwirtschaftliche Produktion verbessern, Kreisläufe von Rohstoffen schließen, aber auch alternative Nahrung für den Verbraucher anbieten.

Smart Farming - Eine nachhaltige und ressourceneffiziente Landwirtschaft

Die Schnittstelle zur digitalen Welt und zur künstlichen Intelligenz verbessert Prozesse, spart Ressourcen und hält vielfältige Lösungen, insbesondere auch für die Biodiversität bereit. So sollen digitale Systeme als Entscheidungshilfe für den Landwirt, aber auch neue adaptive Mensch-Maschine-Schnittstellen entwickelt werden. Sie sollen den Landwirt unterstützen und entlasten. Digitale Ansätze sollen aber auch neue Anbausysteme ermöglichen, die intelligente Hacksysteme hervorbringen und Pflanzenschutzmittel reduzieren. Auch die Schnittstelle zu anderen Hightech-Technologien ist sehr interessant. Sensorik, Modellierung und Robotik sollen für neue Produktionssysteme genutzt werden.

Kreisläufe nutzen – in Stadt und Land

Die Nutzung von Rohstoffen in Kreisläufen ist der Kern einer nachhaltigen Bioökonomie. Die Agrarsysteme der Zukunft haben diesen Aspekt schon frühzeitig mitgedacht. So sollen Nähr- und Wertstoffkreisläufe beispielsweise zwischen Landwirten und Städtern geschlossen werden oder Lebensmittel mitten in der Stadt, in eigenen Kultivierungssystemen, entstehen.

Agrarproduktion 2.0 - Neue Nahrungsmittel und neue Produktion

Die Nahrungsmittelproduktion soll mit der Maßnahme nicht nur verbessert, sondern ganz neu gedacht werden. In neuartigen Systemen sollen beispielsweise Fisch, Pflanze und Insekten in einem geschlossenen Energie- und Stoffkreislauf entstehen. Und das angepasst an unterschiedliche Umweltbedingungen – mitten in der Stadt, oder direkt zu Hause. So sollen nicht so vertraute Nahrungsmittel wie Algen und Quallen oder salzliebende Pflanzen und Insekten hergestellt werden.

Wie kann der gesellschaftliche Dialog über die Agrarsysteme der Zukunft gestaltet werden?

Die neuen alternativen Nahrungsmittel wie Qualen, Algen oder saline Pflanzen zeigen: Verbraucherinnen und Verbraucher müssen aktiv in eine Veränderung der Nahrungsmittelproduktion einbezogen werden. Sie müssen nicht nur über neue Produkte informiert werden, sondern aktiv in Prozesse eingebunden werden. Dabei geht es um Vertrauen und Akzeptanz – aber vor allem um Partizipation.

Was wollen wir? Welche Vorteile und Nachteile bringen neue Agrarsysteme? Was bringen uns Innovationen? Mögliche Alternativen und deren Auswirkungen auf Umwelt, Klima und Nachhaltigkeit sind heute wichtige Aspekte, die gemeinsam diskutiert werden müssen.

Die Fördermaßnahme „Agrarsysteme der Zukunft“ wurde daher mit einer umfassend angelegenen Wissenschaftskommunikation geplant. Mithilfe interaktiver Medienformate und Modelle, wie VR-Applikationen, können die Chancen und Herausforderungen der zukünftigen Agrarproduktion einer breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Sie sollen jedoch nicht nur über die Ergebnisse der Forschung informieren, sondern zum aktiven Mitdiskutieren über Chancen und Risiken der Landwirtschaft der Zukunft einladen. So geschehen ist dies bereits auf der Internationalen Grünen Woche und weiter geht es in der Veranstaltung am 04.02.2020.

Welche technischen Innovationen sind in Zukunft denkbar?

Die Forschungsprojekte der „Agrarsysteme der Zukunft“ decken ein vielseitiges Themenspektrum ab. Sie integrieren eine breite Palette innovativer Schlüsseltechnologien im Bereich von Smart- und Hightech. Neben Konzepten, die auf Hightech-Produktionsprozesse in Pflanzenbau und Tierhaltung (Stichwort: Smart farming) zielen, sind Abfallwirtschaft und Nährstoffkreisläufe von Bedeutung. Ebenso wichtig sind neue Ansätze zur Inwertsetzung von Ökosystemdienstleistungen und Biodiversität. Der Schutz von Klima- und Umwelt steht grundsätzlich an erster Stelle. Zudem gibt es Projekte, die alternative, besonders flächeneffiziente Produktionssysteme mit neuartigen Technologien, zum Beispiel als Sonderformen der urbanen Landwirtschaft, entwickeln. Hier werden unkonventionelle Urban Modular Farming-Systeme geplant, die zum Beispiel Aquakultur und Hydroponik in neuartigen Kreislaufsystemen auf verschiedenen Ebenen nutzen. In diesen Ansätzen werden bekannte aber auch alternative Modellorganismen, unter anderem Algen, Insekten, Fische, salztolerante Pflanzen, erforscht. Ebenso wird an Mensch-Maschine-Interaktionen geforscht, beispielsweise um den Landwirt in seinem Arbeitsalltag zu unterstützen.

Weitere detaillierte Informationen zu den technischen Innovationen, die in den nächsten Jahren auf der Forschungsagenda der Projekte stehen sind hier zu finden:

• CUBES Circle – Lebensmittelproduktion in der Zukunft
• DAKIS Digitales – Wissens- und Informationssystem für die Landwirtschaft
• Fahrerkabine 4.0 – Die Entwicklung der Fahrerkabine der Zukunft
• Food4Future – Nahrung der Zukunft
• GreenGrass – Innovatives Grünlandmanagement
• NOcsPS – Agrarwirtschaft 4.0 ohne chemisch-synthetischen Pflanzenschutz
• RUN – Nährstoffgemeinschaften für eine zukunftsfähige Landwirtschaft
• SUSKULT – Die Agrarwirtschaft in die Stadt bringen

Wie passen Nachhaltigkeit und Zukunftstechnologien bei den Agrarsystemen der Zukunft zusammen?

Agrarsysteme der Zukunft müssen allen drei Dimensionen der Nachhaltigkeit, ökologischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Aspekten, möglichst ausgewogen Rechnung tragen. Im Bereich der Ökonomie ist besonders auf Effizienzkriterien und im gesellschaftlichen Bereich auf ethische Perspektiven zu achten. Mit den Agrarsystemen der Zukunft wird die Entwicklung innovativer Schlüsseltechnologien im Bereich von Smart- und Hightech und deren Integration in ganzheitliche Systemkonzepte gefördert. So werden konvergente Technologien, wie z. B. die Digitalisierung und die Künstliche Intelligenz mit Anwendungsbereichen in der Landwirtschaft und im Umweltschutz in systemischen Ansätzen erfolgreich zusammengeführt.

Was muss sich in der Produktion ändern?

Die zukünftige Produktion muss nachhaltig und ressourcenschonend sein. Dabei spielt einerseits der Ersatz fossiler Rohstoffe durch biogene Ressourcen eine zentrale Rolle, andererseits stehen insbesondere Rest- und Abfallstoffe im Fokus der Bioökonomie. Aktuell werden zu viele Produkte und Reststoffe einfach entsorgt, dabei können sie mit neuartigen Systemen entweder im Kreislauf verbleiben oder als wertvolle Ressourcen einer höherwertigen Nutzung zugeführt werden. Hier kommt die Erweiterung des biologischen Wissens zugute, denn häufig ist heute noch gar nicht klar, welche Potenziale in bisher ungenutzten Rest- und Abfallstoffen stecken.

Welche technischen Innovationen sind in Zukunft denkbar?

In Zukunft ist vieles möglich, was wir uns heute noch kaum vorstellen können. Die Forschungsprojekte geben bereits jetzt einen Einblick dazu. Denkbar sind etwa zirkuläre Systeme, die in der Industrie zu Einsatz kommen und die dortigen Prozesse revolutionieren. Künstliche Intelligenz und autonome Systeme bieten ganz neue Chancen für die Landwirtschaft, sie können unter anderem bessere Entscheidungsprozesse unterstützen. Neue Organsimen bieten Perspektiven für die Nahrungsmittelproduktion, Ökosystemdienstleistungen werden viel stärker als heute berücksichtigt.