Cisco: Intelligente Kaffeeplantagen mit IoT

In Tansania setzen Kaffeeplantagen auf Cisco, um die Produktion nachhaltiger zu gestalten und die Herausforderungen des Klimawandels zu bewältigen. Diese Initiative erfolgt in Partnerschaft mit dem ConSenso-Projekt. Es handelt sich dabei um einen Zusammenschluss zwischen den Kaffeeproduzenten des Landes und italienischen Pflanzen- und Technologieforschern. Die Pflanzen verstehen: Das ist das Ziel der eingesetzten IoT-Lösungen.

Tansania zählt zu den 20 größten Kaffeeanbauländern der Welt. Die Unterstützung der Landwirte bei der Bewältigung der schwierigen Bedingungen ist daher für den Erfolg der Bauern und des Landes von entscheidender Bedeutung. Laut dem Projekt liegt der Schlüssel darin, geeignete Wachstumsbedingungen zu gewährleisten, selbst wenn das Wasser knapp ist, damit der Kaffee das gewünschte Gleichgewicht zwischen Süße und Säure aufweist.

„Kaffeebauern in Tansania sehen sich aufgrund des Klimawandels mit einer kürzeren Regenzeit konfrontiert. Daher bewässern sie ihre Plantagen, um sicherzustellen, dass die Pflanzen zur richtigen Zeit blühen und die Bohnen genügend Zeit haben zu reifen. Das bedeutet allerdings auch einen hohen Wasserverbrauch“, erklärt Dr. Camilla Pandolfi von PNAT, einer Forschungseinrichtung von Botanikern und Technologiedesignern mit Sitz in Florenz, Italien.

„Darüber hinaus bauen insbesondere viele Entwicklungsländer Kaffee an, wie Afrika, Süd- und Mittelamerika, Südostasien und Co. Wir möchten demnach eine geeignete Lösung für alle Teile der Welt entwickeln“, betont Massimo Battaglia, Leiter der Kaffeeforschung an der Accademia del Caffè Espresso in Florenz, einem weiteren Partner im ConSenso-Projekt.

Um den Bauern in Tansania bei der optimalen Bewässerung zu helfen, wurde eine Farm in der Region Utengule mit 65 IoT-Sensoren ausgestattet. Diese solarbetriebenen Sensoren erfassen Daten zu Bodenbedingungen, Klima, Kohlenstoff, Insekten und pflanzlichen Energiefeldern. Die über sechs Monate gesammelten Daten zum Standort wurden anschließend zur weiteren Untersuchung nach Florenz gesendet, wo sie mit Hilfe von Cisco-Netzwerk-, Sicherheits- und Cloud-Technologien ausgewertet wurden.

„Wir stehen vor vielen Herausforderungen, aber auch vor potenziellen Vorteilen, einschließlich Wassereinsparungen und Bodenerhalt. Ebenso wichtig ist es jedoch, die Produzenten dabei zu unterstützen, ihre Unternehmen auf nachhaltige Weise zu entwickeln – unter Berücksichtigung der sozialen und wirtschaftlichen Aspekte, die für den Erfolg des Projekts von großer Relevanz sind“, erklärt Angelo Fienga, Direktor für nachhaltige Lösungen bei Cisco für Europa, den Nahen Osten und Afrika (EMEA).

Lösung- und Suchdetails

Um große Datenmengen zu erfassen und diese sicher und kontinuierlich über Tausende von Kilometern zu übertragen, setzt das Projekt Ciscos LoRaWAN-Lösungen für die Funkübertragung mit geringem Stromverbrauch ein. Sie helfen, die Sensoren zu verbinden und ermöglichen gleichzeitig eine lokale sowie vorläufige Auswertung der Daten. Ciscos Cloud- und LTE-Technologien gewährleisten den sicheren Datentransfer nach Florenz und umgekehrt. Zudem ermöglicht Cisco Webex eine sichere Echtzeit-Zusammenarbeit zwischen den Projektmitgliedern in Tansania und Florenz.

Untersucht wird zusätzlich die Eigenschaft von Kaffeepflanzen, Kohlendioxid zu speichern – im Kontext der Frage, ob sich so der CO2-Ausstoß in die Atmosphäre reduziert. „Wir glauben, dass Kaffeepflanzen zusammen mit anderen Aufforstungsbemühungen weltweit eine Vielzahl an positiven Auswirkungen auf den Klimawandel haben könnten“, betont Michele Festuccia, Senior Systems Engineering Manager bei Cisco Italy. Es wird angenommen, dass Kaffeepflanzen und ausgewählte Schattenbäume besonders nützlich dabei sein könnten, Kohlenstoff zu binden. Hierfür sind allerdings noch weitere Forschungen erforderlich.

„Wir haben das Kaffee-Know-how, wirtschaftliche Unterstützung, Sensortechnologie und Cisco mit Netzwerk- und Cloud-Lösungen. Und wir alle haben die gleiche Überzeugung – das ist eine perfekte Symbiose“, fügt Pandolfi hinzu.

Es werden noch weitere technologische Ressourcen hinzukommen, darunter die Integration von künstlicher Intelligenz. Diese wird entsprechend trainiert, um Erkenntnisse aus den gesammelten Daten zu extrahieren. Der Erhalt dieser wertvollen Einblicke war zuvor unmöglich und lässt sich auf jegliche Pflanze anwenden – nicht nur Kaffeepflanzen.

Sensoren für gestresste Pflanzen

Auf der anderen Seite der Welt haben Forscher der interdisziplinären Gruppe für landwirtschaftliche Präzision der Allianz zwischen MIT und Singapur (SMART) Nanosensoren entwickelt. Diese Sensoren können eine Klasse von Hormonen (Gibberelline) in Pflanzen erkennen und unterscheiden, die für das Wachstum wichtig sind. Die Innovation wurde bereits in der Praxis getestet, um das Stresslevel der Pflanzen zu überwachen – ein wertvolles Instrument für die Präzisionslandwirtschaft, um das Plantagenmanagement zu optimieren.

Die Sensoren verwenden Kohlenstoffnanoröhren. Diese können zwei Pflanzenhormone, GA3 und GA4, erkennen und unterscheiden. Die Hormone spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung verschiedener Prozesse des Pflanzenwachstums und der Entwicklung.

Nach Angaben der Forscher könnte eine eingehendere Untersuchung der Gibberelline zu neuen Fortschritten in der Agrarwissenschaft führen – mit wertvollen Auswirkungen auf die Lebensmittelsicherheit. So ließe sich die Dynamik dieser Hormone in lebenden Pflanzen unter Salzbelastung in einem sehr frühen Stadium zu untersuchen, so dass frühzeitig eingegriffen werden kann.

Die herkömmlichen Methoden zur Erkennung von GA3 und GA4 erfordern Analysen basierend auf Massenspektrometrie – ein zeitaufwändiger und destruktiver Prozess. Im Gegensatz dazu sind die neuen Sensoren hoch selektiv in Hinblick auf die jeweiligen Gibberelline und können für die Echtzeit-In-vivo-Überwachung bei einer Vielzahl von Pflanzenarten eingesetzt werden.

Investitionen in den Vereinigten Staaten

Das US-Landwirtschaftsministerium hat kürzlich die Verfügbarkeit von historischen 1,5 Milliarden US-Dollar im Haushaltsjahr 2024 für Investitionen in Klima- und Umweltschutzlösungen angekündigt. Bis zum 2. Juli 2024 können Projektvorschläge eingereicht werden, die Landwirten, Viehzüchtern und Waldbesitzern bei der Einführung und Ausweitung von Naturschutzstrategien helfen. Das Ziel ist, so die natürlichen Ressourcen zu schützen und dabei zu helfen, die Klimakrise zu bewältigen. Diese Projekte können den Landwirten zusätzlich Geld sparen, neue Einnahmequellen erschließen und die Produktivität steigern.