Ziel der Entwicklung
Der globale Klimawandel kombiniert mit einer wachsenden Weltbevölkerung führt allein schon zu einer zunehmenden Wasserknappheit und damit zum Erfordernis der Regulierung des Zuganges zu Wasserquellen. Der weltweit stärkste Wasserverbrauch liegt in der Landwirtschaft, als Bewässerung. Das vorliegende Projekt zielte auf eine marktreife Entwicklung eines wassersparenden Bewässerungsverfahrens, speziell für die Anwendung im Weinbau, wobei das Bewässerungssystem eine selbstregulierende Funktion aufweist, die SLECI Technologie.
Aus Sicht einer Wirtschaftlichkeit sind an ein Bewässerungssystem folgenden Forderung zu stellen:
- Eine wassersparende Versorgung ermöglichen oder extrem preiswert sein.
- Den Bedarf der Bewässerung, hier im Weinbau decken.
- Die Realisierung einer geringen Verdunstungsrate.
Stand der Technik im Weinbau ist die Tröpfchen-Bewässerung (Drip-Bewässerung). Die Wasserfreigabe der Drip-Linien erfolgt unabhängig vom tatsächlichen Bedarf der Rebstöcke, meist wird über den Bedarf hinaus gefördert. Ähnlich arbeiten Unterflur-Drip-Bewässerungssysteme, mit unterirdischen Tropferöffnungen. Die SELCI Technologie (self regulation low energy clay irrigation) bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber alternativen Bewässerungssystemen wie der Drip-Bewässerung. Als grundlegenden Vorteil gegenüber der vorherrschenden Tröpfchenbewässerung (Drip-Bewässerung) steht der pflanzenbedingte Bedarf an Wasser, der sich selbst einstellt und nicht die Fördermenge im Leitungssystem. SELCI bietet zudem höhere Erträge und ein sichereres Anwachs-Verhalten von Rebstöcken. SLECI stellt eine Variante der Unterflur-Bewässerung dar. Unterflur-Drip-Bewässerung wird im Weinbau derzeit nicht beziehungsweise nur versuchsweise betrieben, da die Unterflur-Verlegung der Bewässerungsleitung einen hohen Aufwand erfordert. Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines wettbewerbsfähigen Herstellungsprozesses für das neue Produkt SLECI. Eine Amortisation der Installationskosten sollte sich nach zirka ein bis drei Jahren für einen Kunden einstellen. Voraussetzung waren praktische Feldversuche mit der SLECI Technologie. Hierbei wurden folgende Ergebnisse bestätigt:
- Eine hohe (zirka 90 Prozent) Wasserersparnis.
- Die Ausprägung einer deutlich (bis größer 90 Prozent) höheren Blattflächen-Entwicklung, höherer Biomasse und höherer Erträge im Vergleich zur Drip-Bewässerung besteht.
- Die Wasserabgabe schwankt mittels des selbstregulierenden-Mechanismus des Systems je nach Wetterbedingungen mit ca. + 100 % / - 50 % um den Mittelwert.
- Es wurde eine Anwendungstauglichkeit unter verschiedensten Bedingungen nachgewiesen. (Böden, Pflanzen, klimatische Bedingungen)
- Es wurde ein geringes, beherrschbares Risiko der Einschränkung der Wasserfreigabe infolge eines Algenbefalls registriert.
- Es waren keine Ausfälle durch Verkalkung oder das Einwachsen von Wurzelspitzen zu verzeichnen (ein Haupt-Problem der Drip-Bewässerung bzw. Unterflur-Drip-Bewässerung).
SLECI stellt vom Installationsbedarf eine Modifikation der Drip-Bewässerung dar, die im Vergleich zur Drip-Bewässerung zwar teurer ist, jedoch Vorteile in Bezug auf Wasserbedarf, Regelung, Pflanzensicherheit, -qualität und -wachstum aufweist. Einer der agronomisch wichtigsten Vorteile von SLECI ist der geringe Wasserbedarf. Gegenüber der Drip-Bewässerung werden Wasserersparnisse von 70-90 Prozent erzielt. Nach vorläufigen Kalkulationen auf der Basis der Ergebnisse von Feldversuchen an Obstbäumen in Bulgarien kann diese Wasserersparnis mit 90 - 92 Prozent gegenüber der Drip-Bewässerung beziffert werden. Die über die Bewässerungszeit der Rebstöcke einsparbaren Wasserkosten stellen ein Vielfaches der Investitionskosten dar. Agronomische Vorteile von SLECI sind die hohe Pflanzensicherheit in der Anzuchtphase sowie in der besseren Pflanzenentwicklung in der Anzuchtphase. Feldversuche in Bulgarien zeigten keinen Ausfall in der Anzuchtphase. Für Weinstöcke bietet SLECI darüber hinaus den Vorteil, dass die Entwicklung des Fußwurzelwerk gegenüber dem oberflächennahen Seitenwurzelwerk gefördert wird, so dass Probleme mit Überwässerung infolge von starken zwischenzeitlichen Regenfällen weniger stark auftreten als bei der Oberflächenbewässerung.
Ein naheliegender kommerzieller Ansatz zur Markteinführung von SLECI besteht in der Entwicklung einer Bewässerungs-Abzweigleitung auf Basis von SLECI, die zur Bewässerung von Rebstöcken im Weinbau eingesetzt werden kann. Das vorliegende Projekt zielte auf eine Technologieentwicklung für einen kleinen Maßstab ab, in der eine Produktionskapazität von 200.000 Abzweigleitungen pro Jahr zur Markteinführung geplant war und eine Übertragbarkeit auf einen Großserien-Maßstab ermöglichen sollte.
Vorteile und Lösungen
Die Tonkörperfertigung konnte iterativ verbessert werden. Eine rieselfähige und extrudierbare Krümelmasse konnte mit einer Geschwindigkeit von zwei cm/Sekunde extrudiert werden, das Ziel lag bei 1,5 cm/Sekunde. Die Wasserfreigabe über die SLECI® Tonkörperbewässerung liegt bei einem Wasserdruck von 0,1 bar bei 0,5 Liter pro Tag. Mit Filterpatronen der Siebweite ein µm wurde ein Verblocken (in der Anwendung des Bewässerungswassers) vermieden. Während der Fertigung führt eine Schneid- und Ablagevorrichtung für Tonsträngen auf einem Tray zu einer weiteren Automatisierung der Fertigung und somit zur Wirtschaftlichkeit bei. Eine SPS steuert und regelt dabei die abhängigen Prozesse von der Materialzuführung, der Extrusion, des Ablängens und Ablegens bis zum Abtransport von bestückten Tray. Nach einer Trocknungsphase gelangen die Trays sodann in den Brennprozess. Für das Ablängen der Tonkörper nach dem Brennprozess wurde eine Ablängtechnik installiert, die eine sofortige Weiterverarbeitung in der Konfektionierung ermöglicht. Das formulierte Konzept der Anbindung der Abzweigleitungen mittels Hotmelts hat sich als nicht zielführend erwiesen (Ausfallrate zirka zehn Prozent). Im Projekt musste sich auf ein alternatives Klebstoffsystem und dessen Applikationtechnik fokussiert werden und in dessen Ergebnis erfolgte die Konfektionierung mit dem Ablängen, Primern und Einkleben in den Tonkörper. Für einseitig abgeschlossene Tonkörper wird nun ein Lamellen- Dichtstopfen verwendet. Es folgt die Einbringung eines Konnektors an die Abzweigleitung und ein Verkleben der Abzweigleitung in den Tonkörper.
Zielgruppe und Zielmarkt
Das Bewässerungssystem wurde Weinbauern innerhalb der Projektlaufzeit kostenlos zur Verfügung gestellt um im Weinbau Erfahrungen mit der SLECI®-Technologie (self regulated low energy clay based irrigation) zu sammeln und gleichzeitig die Winzer als Multiplikatoren zu gewinnen. Dabei eignet sich die SLECI®-Technologie nicht nur für den Weinbau. Die Bäume auf den Obstplantagen können ebenso direkt im Wurzelwerk mit dem notwendigen Wasser bedarfsgerecht je Baum versorgt werden. Feldversuch in Ghana, Namibia, Deutschland und Bulgarien bestätigen die agronomischen Vorteile dieses Bewässerungssystems (siehe [1] und [2]).
[1] Forschungsbericht Deutsche Bundesstiftung Umwelt -DBU- AZ 33672/01-23 „Verhinderung des Algenbefalls von Saugsystemen aus Ton zur Bewässerung von Nutzpflanzen in tropischen Gebieten der Sahel-Zone am Beispiel Ghanas“ 2018. [2] Bridge2ERA - Forschungsbericht Bridge2Era 2020, Hochschule Wismar, Zwischenbericht 4/2020. In den laufenden Projekten DIVAGRI [3] und Med-Wet [4] wird die SLECI®-Technologie in den unterschiedlichsten Agrarbereichen getestet und Bewertet. [3] Horizon 2020 – CE SFS 36 – „Revenue diversification pathways in Europe and Africa through bio-based sustainable agricultural innovations. [4] Improving MEDiterranean irrigation and Water supply for smallholder farmers by providing Efficient, low-cost and nature-based Technologies and practices.
