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Special | USA | Smart Farming

Digitalisierung der Landwirtschaft in den USA

Die USA sind in puncto digitaler Landwirtschaft sehr weit fortgeschritten. 

Von Ullrich Umann | Washington, D.C.

  • Ziele: Smart Farming liefert wirksamen Beitrag zum Klimaschutz

    Agrarproduzenten und US-Regierung ziehen bei der Digitalisierung der Landwirtschaft an einem Strang. Gemeinsame Ziele sind der Umwelt- und Klimaschutz sowie Agrarexporte.

    Die Digitalisierung der Landwirtschaft wird von Staat und Agrarproduzenten gleichermaßen mit Nachdruck betrieben. Die Motive dafür sind teilweise deckungsgleich, teilweise unterschiedlich: Den Agrarproduzenten geht es vorrangig um die Senkung ihrer Erzeugerkosten bei steigenden Erträgen auf gleicher Agrarfläche beziehungsweise bei gleichbleibender Stallkapazität. Auch wollen die Agrarproduzenten durch Internetplattformen, durch Überwachung aus der Luft und mittels künstlicher Intelligenz einen längeren Planungsvorlauf erhalten, um dadurch negativen Einflüssen durch Wetterverschlechterungen und klimatischen Anomalitäten entgegentreten zu können. Internetgestützte Marktplattformen helfen außerdem, Erzeuger und Großabnehmer untereinander besser zu vernetzen, wie es sich insbesondere in Pandemiezeiten gezeigt hat, als die Reisemöglichkeiten eingeschränkt waren.

    Klimaschutz rückt in den Vordergrund

    Agrarproduzenten und Staat vereint wiederum das gemeinsame Interesse an einem wirksamen Umwelt- und Klimaschutz, insbesondere seit Joe Biden 46. US-Präsident geworden ist und die Rückkehr seines Landes zum Pariser Klimaschutzabkommen durchgesetzt hat. Präsident Biden hat zudem am 27.01.2021 eigens die Executive Order 14008 mit dem Titel "Tackling the Climate Crisis at Home and Abroad" erlassen. Auf dieser Grundlage erhielten alle Ministerien die Aufgabe, ihre Arbeit und Strategien in Einklang mit dem Klima- und Umweltschutz zu bringen.

    Digitalisierung zeigt Stärke der US-Agrarwirtschaft

    Weiterhin ist es ein erklärtes Ziel der Biden-Regierung, den weltweit ersten Platz der Vereinigten Staaten bei der Digitalisierung der Wirtschaft, darunter auch in der Agrarproduktion, zu verteidigen und auszubauen, vor allem in Hinblick auf den Systemwettbewerb mit China. Dazu dienen unter anderen die Initiativen zum Breitbandausbau in ländlichen Gebieten und zur Nutzung von Satelliten für die Belange der Landwirtschaft. Der US-Regierung geht es bei der Steigerung der Agrarwirtschaft zusätzlich um die Stärkung der USA im internationalen Standortwettbewerb um Investitionskapital. 

    Staat fördert Digitalisierung auf dem Land

    Um die Digitalisierung der Landwirtschaft kümmert sich auf Bundesebene federführend das U.S. Department for Agriculture (USDA) sowie das nachgelagerte National Institute of Food and Agriculture (NIFA). NIFA entwickelt Vorhaben wie die Agriculture and Food Research Initiative (AFRI), über die Forschungs- und Entwicklungsprojekte vergeben und finanziert werden. NIFA fördert in diesem Zusammenhang Forschungs- und Entwicklungsvorhaben in den Bereichen Natur-, Ingenieur- und Computerwissenschaften. Dazu gehören unter anderem Agrarroboter, Sensoren zum Messen von Feuchtigkeit und Temperatur, Dronen- und Satellitentechnik und GPS-Steuerungen. Darüber hinaus kündigte USDA im April 2021 an, 330 Millionen US-Dollar (US$) für 85 Regional Conservation Partnership Programs (RCPP) sowie 25 Millionen US$ für On-Farm Conservation Innovation Trials zur Verfügung stellen zu wollen. 

    USDA mit mehreren Initiativen

    USDA veröffentlichte 2021 die Strategie für Climate-Smart Agriculture and Forestry (CSAF). Explizit eingeschlossen sind die unterirdische Einlagerung von Kohlendioxid, die Qualitätsverbesserung von landwirtschaftlichen Böden, das Futtermanagement für wiederkäuende Nutztiere, Pflichtbeweidungen, Gülle- und Düngemanagement, Verbesserung der Energieeffizienz in der Landwirtschaft sowie das Wassermanagement etc. 

    Zu den Vorhaben von USDA gehören zusätzlich die sogenannten Climate Hub Partnerships zur Ausbildung einer neuen Generation von Agrar- und Forstingenieuren, die in Folge über mehr Wissen über Umwelt- und Klimaschutz verfügen. 

    Milliardenförderung geht weiter

    Im Haushaltsentwurf für 2022 sind für die Belange des USDA unter anderem 700 Millionen US$ für den Breitbandausbau im ländlichen Raum vorgesehen, neben den 100 Milliarden US$, die für den gleichen Zweck im Konjunkturpaket "American Jobs Plan" vorgeschlagen werden. Darüber hinaus soll USDA 2022 insgesamt 1,5 Milliarden US$ zur Digitalisierung der landwirtschaftlichen Produktion und zur verstärkten Nutzung von sauberen Energiequellen auf dem Land ausgeben können. Das Geld soll über ländliche Kommunen und Stammesgebiete fließen. Speziell für die Effizienzsteigerung von Farmen, für die Entwicklung und die Anwendung neuester Technologien, für Qualifizierungs- und Umschulungsmaßnahmen für Agrarproduzenten sind 4 Milliarden US$ eingeplant. Ziel ist es neben dem Umwelt- und Klimaschutz, die Konkurrenzfähigkeit der Agrarproduzenten im internationalen Maßstab und damit die Exportchancen der Landwirte zu verbessern.

    Weiterführende Informationen entnehmen Sie bitte folgendem Beitrag:

    Staat und Wirtschaft treiben Innovationen an

    Von Ullrich Umann | Washington, D.C.

  • Agrarwirtschaft: Eine exportverwöhnte Branche rüstet auf

    Die US-Landwirtschaft ist bereits ein Hochtechnologiesektor. Gleichzeitig wächst die Bedeutung der Agrarproduktion für die Exportwirtschaft. 

    Der Strukturwandel in der US-Agrarwirtschaft setzt sich im 21. Jahrhundert beschleunigt fort: Aktuell sind Konsolidierungen an der Tagesordnung - die Zahl der Farmen sinkt, doch bewirtschaften die verbleibenden Betriebe größere Flächen. Im Sinkflug befinden sich insbesondere die Anzahl der Farmen im mittleren Größenbereich. Die Zahl spezialisierter kleiner Farmen steigt wiederum an. So ist laut Census of Agriculture die Anzahl der Farmen, die mehr als 1.000 Hektar bearbeiten und einen Jahresumsatz von über 500.000 US-Dollar (US$) aufweisen, ebenso gestiegen wie die Anzahl der Farmen mit weniger als 50 Hektar und einem Jahresumsatz von unter 100.000 US$. Die Zahl der Farmen mit einer Anbaufläche und einem Bruttoumsatz, die zwischen diesen beiden Kategorien angesiedelt sind, nimmt dagegen ab. 

    Von der Landwirtschaft hängen viele Branchen ab

    Die Landwirtschaft, die nachgelagerte Nahrungsmittelverarbeitung und weitere verwandte Industrien haben 2019 zusammen einen Bruttoumsatz von 1,109 Billionen US$ erwirtschaftet. Damit hielten sie einen Anteil am Bruttoinlandsprodukt (BIP) von 5,2 Prozent. Die Landwirtschaft ohne die nachgelagerten Industrien brachte es im gleichen Jahr auf einen Bruttoumsatz von 136,1 Milliarden US$, was einen Anteil von 0,7 Prozent an der BIP-Entstehung darstellte. Etwa 2 Millionen Menschen sind in der Landwirtschaft permanent beschäftigt, was einen Bevölkerungsanteil von weniger als 1 Prozent ausmacht.

    Agrarsektor hochproduktiv

    Die Agrarwirtschaft in den USA zählt weltweit zu den produktivsten. Auch erwirtschaftet der Erwerbszweig regelmäßig Exportüberschüsse. Für das laufende Jahr 2021 wird ein Überschuss von 22,2 Milliarden US$ erwartet. Demnach werden die Agrarexporte einen Wert von 164,0 Milliarden US$ erreichen. Wichtige Exportprodukte sind Mais, Sojabohnen sowie Vieh, Geflügel, Milchprodukte und Baumwolle, die in erster Linie nach China, Kanada und Mexiko geliefert werden. Die US-Agrarimporte werden den Projektionen nach 2021 einen Wert von 141,8 Milliarden US$ erreichen. Eingeführt werden vor allem Lebendvieh, Fleisch, Gartenbauprodukte, Zucker und tropische Früchte.

    Eckdaten zur Landwirtschaft und Infrastruktur

    Jahr 2019

    Einwohner (in Millionen)

    332

    Ackerfläche (in 1.000 Hektar)

    265.266

    Anteil der Landwirtschaft an der Entstehung des BIP (in Prozent)

    0,7

    IMD Digital Competitiveness Ranking (Rang unter 63 untersuchten Ländern) 

    Platz 1

    Quelle: U.N.-Department of Economic and Social Affairs, OECD, U.S. Department of Agriculture, IMD

    Unter der Biden-Regierung wird die Digitalisierung der Landwirtschaft sowie die Entwicklung und Anwendung von Hochtechnologie in der Agrarproduktion stark gefördert. Dabei wird vor allem die Senkung des CO2-Ausstoßes in der Agrarproduktion als ein strategisches Ziel angesehen. So hat die landwirtschaftliche Erzeugung 2020 einen Anteil am gesamten CO2-Ausstoß der Vereinigten Staaten von 9,9 Prozent gehalten. Nach den Plänen des USDA soll der Ausstoß bis 2025 auf einen Anteil von 3,8 Prozent sinken. Im Jahr 2035 soll die Landwirtschaft sogar in der Lage sein, 4 Prozent des in anderen Sektoren freigesetzten CO2 zu binden und damit einen aktiven Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.

    Digitalisierung befeuert Softwareanwendungen

    Neben neuen und technologiebasierten Erzeugermethoden in der Pflanzen- und Viehzucht sollen darüber hinaus der Breitbandausbau und infolge die weite Anwendung datengestützter Lösungen zur Erreichung der Klimaziele beitragen, wie der Studie "Transformative Investment in Climate-Smart Agriculture" ausweist - die Studie hatte die Organisation U.S. Farmers & Rangers Alliance erstellt. Weiterhin heißt es in dem Dokument, dass grundsätzlich zwischen Hardware für die Präzisionslandwirtschaft sowie in Software für das Farm Management (FMS) unterschieden werden muss. Zur Hardware für die Präzisionslandwirtschaft zählen die Autoren unter anderem Technik, mit der die Ausbringungsrate für Dünger, Pestizide etc. feinjustiert und damit verringert werden kann. Ebenfalls gehört dazu Technologie zur Ertragsprognose und zur kartographischen Ertragserfassung, nicht zu vergessen autonom arbeitende Agrartechnik, ausgestattet mit Sensoren und künstlicher Intelligenz. Zu FMS zählen sie unter anderem Dashboards und internetbasierte Computerplattformen für Landwirte und Viehzüchter.

    Fehlende Datenstandards erschweren Anwendungen

    Gemäß einer Studie von Alpha Brown aus dem Jahr 2018, in der Daten von 1.490 amerikanischen Landwirten ausgewertet wurden, gaben 16,5 Prozent der Probanden an, FMS zu nutzen, wogegen 69 Prozent der Landwirte Papier, Schreibutensilien und nicht-digitale Tools bevorzugen. Als Haupthindernis für die breite Einführung von FMS wurden fehlende Standards identifiziert, was die Interoperabilität der Daten in einem digitalen Farmmanagement ausbremst. Einheitliche Standards machen sich insbesondere durch die wachsende Zahl von FMS-Programmen erforderlich, die am Markt erhältlich sind: Aktuell sind mehr als 150 Programme für unterschiedlichste Anwendungsgebiete im Angebot. Ein weiteres Hindernis für die breite Anwendung von FMS ist der fehlende technische Support zur Installation und Wartung von Hard- und Software in der weiten Fläche des ländlichen Raums.

    Ausgewählte Projekte

    Projekt

    Investition (in US$)

    Stand

    Projektträger

    Bundesförderung für innovative Projekte der nachhaltigen Landwirtschaft

    75 Mio.

    am 16.3.2021 veröffentlicht

    U.S. Department of Agriculture

    Forschungszuschuss zur Verbesserung der Bodengesundheit und für klimafreundliche Land- und Forstwirtschaft

    21,7 Mio.

    am 21.4.2021 veröffentlicht

    U.S. Department of Agriculture

    Einrichtung eines Forschungsinstituts für KI-getriebene Innovationen für Landwirtschaft und Nahrungsmittelerzeugung

    20 Mio.

    am 5.10.2020 veröffentlicht

    National Science Foundation und U.S. Department of Agriculture

    18 Zuschüsse zur Erarbeitung von IT-Programmen zur Steigerung der Agrarproduktion

    15,5 Mio. 

    am 5.4.2021 veröffentlicht


     

    National Institute of Food and Agriculture

    Entwicklung von Technologie zur Messung des CO2-Ausstoßes in der Landwirtschaft, Rekrutierung von Forschungskräften

    3,3 Mio.

    Bewerbungsschluss ist der 1.12.2021


    Institute for Sustainability, Energy, and Environment/University of Illinois

    Entwicklung von Robotertechnik zur Bestäubung von Nutzpflanzen

    1 Mio. 

    am 19.6.2020 veröffentlicht


    College of Agricultural, Human, and Natural Resource Sciences

    Forschungsprojekt zur Steigerung der Pflanzenproduktion und Verbesserung der landwirtschaftlichen Nachhaltigkeit durch Smart Farming Technologien

    k.A.

    läuft bis 2025

    University of Missouri 

    Digitales Infrastruktur Projekt der Linux Foundation

    open Source

    am 5.5.2021 veröffentlicht

    Linux Foundation
    Quelle: GTAI-Recherche

    Sichtbare Fortschritte gibt es dagegen bei der Entwicklung und Anwendung von künstlicher Intelligenz sowie von Sensortechnik. Die Sensoren werden zum Messen chemischer Substanzen in den Böden und Pflanzen, der Feststellung von Nährstoffwerte und der Feuchtigkeit benötigt, um autonom fahrende Maschinen damit bestücken zu können. Auch ist das Angebot an intelligenten Landmaschinen in den zurück liegenden Jahren sehr breit geworden. Praktisch kann sich kein Unternehmen des Landmaschinenbaus heutzutage dieser Entwicklung mehr verweigern, ohne vom Markt abgestraft zu werden. Der Anteil von Farmen, die intelligente Landmaschinen zur Pflanzen- und Viehzucht bereits anwenden, hat die Studie von Alpha Brown mit 75 Prozent beziffert.

    Weiterführende Informationen entnehmen Sie bitte folgenden Beiträgen:

    Digitalisierte Bauernhöfe investieren in bessere Vernetzung

    Agrarproduktion ist zunehmend softwaregetrieben

    Von Ullrich Umann | Washington, D.C.

  • Marktstruktur: Reichhaltiges Anbieterspektrum wächst zusehends

    Die USA weisen eine große Bandbreite von Technologieanbietern auf. Von Start-ups bis Weltkonzernen ist alles vertreten.

    Smart Farming hat sich in den Vereinigten Staaten zu einem neuen Erwerbszweig entwickelt. Kenntnisse der Agrarproduktion, des Landmaschinenbaus und der Meteorologie reichen heutzutage nicht mehr aus, um eine Farm erfolgreich zu betreiben. Digital- und Netzwerktechnik, Satelliten- und Breitbandverbindungen, Drohnen, Roboter, autonom fahrende Traktoren und Erntemaschinen haben längst Einzug gehalten. Dabei ist die US-Wirtschaft in der Lage, alle Technologien aus eigener Kraft zu entwickeln und herzustellen. Doch werden zahlreiche Forschungskooperationen mit dem Ausland eingegangen. Auch ist ein starker Zuzug spezialisierter ausländischer Start-ups zu verzeichnen.

    Kein zweites Land verfügt über diese Anbieterbreite

    In den USA sind tausende Hersteller intelligenter Landtechnik, von Drohnen, Robotern sowie von Softwareprogrammen für die vielfältigsten Anwendergebiete niedergelassen. Das in Seattle ansässige Unternehmen Carbon Robotics bietet zum Beispiel einen Unkrautvernichtungsroboter an, der autonom durch die Felder fährt, um unerwünschte Pflanzen zu jäten. Im Gegensatz zu anderen automatisierten Unkrautvernichtern auf dem Markt, die gezielt Herbizide einsetzen oder den Boden bewegen, um das Unkraut an der Wurzel anzugreifen, verwendet die neueste Maschine von Carbon Robotics Hochleistungslaser, um Schädlingspflanzen punktgenau wegzubrennen, ohne den Boden zu stören. "Wir sind ziemlich stolz auf die Tatsache, dass wir den Mutterboden nicht aufreißen", teilte Paul Mikesell, Gründer und CEO von Carbon Robotics, mit. Das Unternehmen vertreibt seine Produkte hauptsächlich an der Westküste in Washington, New Mexico, Oregon und Kalifornien, expandiert aber auch in andere Regionen. Unkrautvernichtungsroboter anderer Hersteller, etwa von FarmWise und Naio Technologies, finden die nicht erwünschten Pflanzen ebenfalls mithilfe von Computer Vision, jäten diese aber mechanisch. 

    Jedes Jahr kommen hunderte Agrar-Start-ups hinzu. Die Bandbreite der Marktteilnehmer reicht von den weltweit größten Herstellern von Landmaschinen, John Deere und AGCO, bis hin zu Start-ups, die sich teilweise als Spinoffs aus Universitäten und Forschungsinstituten ausgegründet, oder die von Anfang an neu gegründet und durch Inkubatoren sowie Wagniskapitalgeber gefördert werden. Auch lassen sich ausländische Start-ups in den USA nieder, um von der Größe des Anwendermarktes für smarte Landtechnik und für Softwarelösungen zu profitieren. Wichtige Herkunftsländer für diese Art Firmen sind Israel und Australien. Aber auch große Farmen, etwa die der Church Brothers in Kalifornien, investieren stark in intelligente Landmaschinen und entwickeln gleichzeitig Technik für den eigenen Bedarf wie in diesem Fall zur Brokkoliernte.

    Traktoren werden autonom gemacht

    Einige Firmen verfolgen andere Ansätze, um Aufgaben auf dem Bauernhof zu automatisieren. Im Jahr 2021 stellte Tevel Aerobotics Technologies einen fliegenden, autonomen Roboter vor, der mithilfe künstlicher Intelligenz reifes Obst erkennt und es den ganzen Tag über pflückt. Das Branchenschwergewicht John Deere investiert wiederum stark in autonom fahrende Landtechnik und KI, damit seine Traktoren einzelne Samen in Sekundenschnelle perfekt im gleichen Abstand und in der gleichen Tiefe in den Boden einbetten können - tausende Male. Start-ups wie Bear Flag Robotics arbeiten daran, herkömmliche Traktoren, die bereits auf dem Markt sind, mit Computer Vision nachzurüsten. Bear Flag Robotics spezialisierte sich zum Beispiel auf KI-gesteuerte Kameras, GPS- und Radar-Systeme, mit denen Traktoren nachgerüstet werden können. Bear Flag Robotics kauft die Traktoren und landwirtschaftliche Zugmaschinen, rüstet sie mit Navigationssystemen aus und vermietet sie an Landwirte. Sollten Probleme auftreten, kann der Landwirt ein Echtzeit-Video an Bear Flags Robotics übermitteln, die sich daraufhin um eine Lösung bemühen. Generell erstellt Bear Flags Robotics zusammen mit den Landwirten eine Begrenzungskarte und einen Algorithmus für einen Pfad, dem der Traktor folgen soll. Abgerechnet wird nach bearbeiteter Fläche.

    Marktvolumen verdoppelt sich binnen vier Jahren

    Dies geschieht in einer Zeit, in der auch Drohnen immer häufiger zum Einsatz kommen und es Pflanzen- und Viehzüchtern ermöglichen, ihre Farmen und Felder von oben zu überwachen. Das alles trägt zur sogenannten Präzisionslandwirtschaft bei, bei der Landwirte mit weniger Aufwand mehr anbauen oder neue Geräte einsetzen, um die Ernteproduktion zu steigern und gleichzeitig die Kosten zu reduzieren. Laut dem Marktforschungsunternehmen MarketsandMarkets wurde der Markt für fortschrittliche landwirtschaftliche Geräte im Jahr 2020 auf etwa 7 Milliarden US$ geschätzt. Den Projektionen nach soll das Marktvolumen im Laufe von vier Jahren auf 12,8 Milliarden US$ anwachsen.

    Abbau von Arbeitsplätzen in der Landwirtschaft unvermeidlich

    Ein Teil des prognostizierten Anstiegs ist darauf zurückzuführen, dass Landwirte trotz des Arbeitskräftemangels und steigender Lohnkosten eine höhere Effizienz anstreben. Laut dem Bureau of Labor Statistics wird die Zahl der Landwirte, Viehzüchter und anderer landwirtschaftlicher Fachkräfte bis 2029 voraussichtlich um 6 Prozent sinken. Die Branche hat in den USA bereits seit Jahrzehnten mit einem Rückgang der Arbeitsplätze zu kämpfen, obgleich die landwirtschaftliche Produktion steigt.


    Weiterführende Informationen entnehmen Sie bitte folgendem Beitrag:

    Landmaschinen arbeiten in den USA immer öfter autonom


    Von Ullrich Umann | Washington, D.C.

  • Kontaktadressen

    Bezeichnung/Internetadresse

    Anmerkungen

    Deutsch-Amerikanische Handelskammern (AHK USA)

    Anlaufstelle für deutsche Unternehmen in den USA

    Delegation der Deutschen Wirtschaft

    Anlaufstelle für deutsche Unternehmen in Washington, D.C.

    U.S. Department of Agriculture

    Landwirtschaftsministerium

    Economic Research Service - U.S. Department of Agriculture

    Daten zur Landwirtschaft

     
    National Institute of Food and Agriculture (NIFA)

    USDA-Unterbehörde

    Association of Equipment Manufacturers (AEM)

    Verband für Maschinen- und Ausrüstungshersteller

    Farm Equipment Manufacturers Association

    Verband

    National Association of Manufacturers

    Verband

    Farm Equipment

    Fachzeitschrift

    Future Farmer

    Fachzeitschrift

    Future Farming

    Fachzeitschrift

    Precision AG Tech Hub

    Online-Magazin

    Online Smart Farming Conference

    Virtuelle Konferenz, am 18.10.2021

    Online Vertical Farming Conference

    Virtuelle Konferenz, am 30.09.2021

    Farm Equipment - Webinars

    Webinare zum Thema Landmaschinen

    National Farm Machinery Show

    Die geplanten Veranstaltungen werden auf den 16. bis 19. Februar 2022 verschoben.

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