Mögliche Anwendung der Sprühdrohnen im Steillagenweinbau

1. Entwicklungen der Sprühdrohnen in verschiedenen Ländern

Entwicklung der Sprühdrohnen in Japan:

• Vorreiter der Entwicklung und Anwendung der unbemannten Luftfahrzeugen in der Landwirtschaft
• 1985: der erste unbemannte Sprüh-Helikopter der Welt wurde von YAMAHA entwickelt.
• Seit Anfang 1990 ist der Sprühhelikopter „RMAX“ von YAMAHA in verschiedenen Ländern im Einsatz, seit 2015 auch in den USA und Australien.
• Zurzeit sind mehr als 3.000 unbemannte Flugkörper zum Sprühen in der Landwirtschaft im Einsatz, davon schätzungsweise 2.000 YAMAHA RMAX. Mehr als 14.000 lizenzierte UAV-Piloten.
• Einsatzflächen in Japan: mehr als 1.05 Mio. ha

Entwicklung der Sprühdrohnen in China:

• 2004: das erste Versuchsprojekt zur Entwicklung einer Spritzdrohne
• 2008: Entwicklung eines unbemannten Helikopter zur Ausbringung verschiedener Pflanzenschutzmitteln mit ULV-Sprühtechnik.
• 2010: die erste kommerzielle Sprühdrohne
• Anzahl der Sprühdrohnenhersteller: circa 400
• Anzahl der eingesetzten Sprühdrohnen: 2017 mehr als 14.000
• Sprühflächen: 2017 circa 6,6 Mio. ha
• Großer Vorsprung in der Drohnentechnologie
• Verschiedene Fördermaßnahmen

Entwicklung der Sprühdrohnen in der Schweiz:

• 2017 wurde die erste Drohne zur Pestizidausbringung von der Firma Agrofly mit verschiedenen Zubehören inkl. Steuerungssoftware aus China zusammenmontiert.
• Der PSM-Hersteller Syngenta hat das Projekt unterstützt.
• Agrofly erhielt auch die Bewilligung vom Bazl – Bundesamt für Zivilluftfahrt.
• Die Drohne kann aber noch nicht autonom fliegen, großer Verbesserungsbedarf
• Kosten: circa 50.000 Franken

Entwicklung der Sprühdrohnen in Deutschland:

• Seit 2010 dürfen keine Pflanzenschutzmittel aus der Luft direkt gesprüht werden, mit Ausnahme von schwer zugänglichen Steillagen.
• 2012: Beginn der Entwicklung einer eignen Sprühdrohne, bezuschusst vom Bund i. H. v. circa 1 Mio. EUR. Aufgrund der unzureichenden Wettbewerbsfähigkeiten wurde die Weiterentwicklung des eigenen Modells jedoch eingestellt.
• Nach mehrfachen Tests erwies sich das Sprühergebnis als wirksam. Weitere Tests erfolgen.
• Zurzeit werden weitere Spritzdrohnen und deren biologische Wirksamkeit zwecks Entscheidungshilfe getestet.

2. Gesetzliche Bestimmungen zu Sprühdrohnen in Deutschland

Wichtige luftfahrtrechtliche Bestimmungen

• Luftverkehrsgesetz § 1: Drohnen sind Luftfahrzeuge
• Luftverkehrsordnung: LuftVO § 21a-f: Betriebserlaubnis UAV über 5 kg – Luftfahrtlandesbehörde
• Kenntnisnachweis des Piloten
• Kennzeichnungspflicht des UAV
• Luftverkehrsordnung: LuftVO § 13: Das Abwerfen von Gegenständen oder sonstigen Stoffen ist erlaubnispflichtig.

Wichtige pflanzenschutzrechtliche Bestimmungen

• PflSchG § 18
• Das Ausbringen von PflSchM mit Luftfahrzeugen ist (eigentlich) verboten (BVL-EU-Richtlinie 2009/128/EG)
• Ausnahmen können unter strengen Auflagen von den Mitgliedstaaten erteilt werden, z.B. für Sprühen in Weinbergsteillagen.
• Sachkundenachweis
• Nur zugelassene Technik und Spritzmittel(BVL-Richtlinie)

3. Steillagenweinbau in Deutschland

• Steillage: extreme Hanglage mit mindestens 30 Prozent Steigung
• keine Bewirtschaftung in Falllinie mit radgetriebenen Traktoren
• Bekannte Steillagengebiete in DE: Mosel, Mittelrhein, Ahr
• Gesamtfläche der Steillage in DE: circa 15.000 Hektar
• Fläche der Steillage an der Mosel: 3.530 Hektar
• EU-Förderung ab 2017: pro Hektar je nach Steigung zwischen 750 EUR und 2.500 EUR
• Ausbringungsverfahren: Hubschrauber, Raupenfahrzeug, Handspritzen
• Häufigkeit der Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln: bis zu 9 mal

4. Unser Vergleich verschiedener Ausbringungsverfahren

5. Steillagenweinbau in Deutschland

• 80.000 Winzer in der Bundesrepublik
• Gesamtweinbaufläche circa 10.000 Hektar
• Höchster Ertrag pro Hektar(Hektoliter/Hektar)
• Gesamtfläche Steillagen: Deutschland 15.000 ha; Italien: 15.000 ha; Österreich: 5.000 ha; Portugal: 40.000 ha
• Förderung: je nach Neigung von 750 EUR bis 2.500 EUR pro ha.
• Gesamtweinbaufläche circa 64.000 ha
• Einer der wichtigsten Wirtschaftszweige in Rheinland-Pfalz
• Die Hubschrauber werden zur Ausbringung von PSM eingesetzt
• Pro Jahr werden bis zu 9 mal gespritzt.
• Gesamtfläche der Hubschrauberspritzung 2010: 3.180 Hektar: davon 2.700 ha an der Mosel; 280 ha an der Ahr; 140 ha am Mittelrhein und 60 ha an der Nahe
• Die Landespolitik unterstützt die Entwicklung und Tests der Spritzdrohnen in den Steillagen im hohen Maße.
• Viele Winzer zeigen großes Interesse an Srpühdrohnen.

6. Problematik & Herausforderung des Sprühdrohneneinsatzes: passendes PSM und Wasseraufwand

• Es gibt zurzeit kein zugelassenes PSM für Drohnenspritzungen auf dem europäischen Markt.
• Die zugelassenen PSM sind entweder für Ausbringungen aus der Luft oder durch verschiedene Fahrzeuge, für die ein hoher Wasseraufwand vorgesehen ist. Beispielsweise werden die Fungizide für Luftspritzungen mit min. 150 L Wasser/ha vermischt, während der Wasseraufwand für Raupenfahrzeuge bei min. 350 L liegt.
• Den Ergebnissen der von DLR (Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum) Mosel durchgeführten Anlagerungsversuche der Hubschrauberspritzung im Jahr 2011zufolge „wurden bei der 75L-Variante in etwas gleiche Wirkstoffmengen gemessen wie bei der 150L-Variente“.
• Die Flughöhe des Spritzhubschraubers liegt bei min. 10m währen die Drohnen nicht höher als 2m über den Reben fliegt. Könnte/Dürfte der Wasseraufwand für Drohnenspritzung noch (deutlich) reduziert werden?
• Es fehlen praktische Erfahrungen für Einsätzen im Weinbau. In China und Japan werden die Drohnen in der Regel für Getreide- und Maisanbau verwendet.
• Es muss für jeden derartigen Drohneneinsatz eine Aufstiegsgenehmigung von Landesluftfahrtbehörde erteilt werden.
• Einsatz der Spritzdrohnen zur PSM-Ausbringung ist zurzeit u. U. nur in Steillagen (vor allem in Rheinland-Pfalz) möglich. Verschiedene Bundesländer streben Gesetzesänderungen an.
• Drohnenflug über 25kg Startmasse ist verboten. Nach einer Risikobewertung gemäß SORA-GER können die zuständigen Landesluftfahrtbehörden der Länder im Einzelfall Ausnahmen von diesem Verbot zulassen.

7. Einsatzerfahrungen der Sprühdrohnen aus China

• Präzisere Sprühung
• Weniger Abdrift im Vergleich zum Hubschrauber- und Flugzeugspritzung
• Einsatz in schwer zugänglichen Gebieten
• Sprühflächen: pro Stunde bis zu 5 Hektar (Flachland, Getreideanbau)
• Weniger Wasseraufwand: Starke Reduzierung des Wasseraufwands
• Weniger Hektaraufwand der Pflanzenschutzmittel
• Große Sprühgeschwindigkeit: bis zu 8m/s im Reisanbau

8. Was kann unsere Drohne schon?

• Autonomes Fliegen, auch bei unregelmäßig verteilten Geländen
• Semi-automatische Routenplanung, Positionierung auf cm-Niveau
• Return-to-home Funktion bei abgebrochener Funkverbindung, niedrigem Akku- und Tankfüllstand
• RTK-Positionierung und Satellitenpeilung
• Flugroute und -Höhen nach DSM-Geländeplan
• Notfallsschutzmechnismus – automatischer Rückflug bei Abbruch der Funkverbindung, niedriger Akkuleistung und des Sprühmittelstands
• Hinderniserkennung und Höhenmessung durch binokulares Distanzmesser und das Millimeterwellenradar
• Zweifache Echtzeit-Redundanz zur Flugsicherheit
• Sprüh- und Fluggeschwindigkeitsregulierung
• Memory-Funktion, kein weiderholtes Befliegen bzw. Bespritzung
• Beliebige Flugfläche vordefinierbar (Es soll im idealen Fall nur konkreter Befall behandelt werden)
• Geringer Fluglärm
• Nachtflug
• Schnelle Montage
• Geringer Wartungsaufwand

9. Weiterentwicklung

• Autonomes Fliegen und Sprühen nach 3D-Gelände-Daten, wobei die Position jedes Rebstocks genau definiert wird. Rebinventuren durch Drohnen möglich.
• Punktuelle Pflanzenschutzmittelausbringung nach relevanten Indexen, z.B. NDVI sowie multispektralen Feldüberwachungsergebnissen
• Verwendung von zertifizierten Pflanzenschutzmitteln zur UAV-Sprühung und zertifizierten Drohnen-Sprühdüsen (Beides gibt es in der EU noch nicht)
• Big-Data-Datenerfassung von allen getätigten Flügen, verwendeten PSM, Piloteninfo
• Geofencing , Abstiegszwang bei unregelmäßigem Flugverhalten
• Agrar-Multikopter mit Nutzlast bis zu 17kg
• Unbemannter Agrar-Hubschrauber mit Nutzlast bis zu 35kg mit Akkuantrieb
• Wesentliche Vereinfachung der Hubschrauberkonstruktion
• Wesentliche Verbesserung bzw. Erhöhung der Antikollisionsfähigkeit
• Abdriftverminderung durch bessere Konstruktion der Drohnen (Düsenauswahl und –Positionen; Aerodynamische Optimierung der Plattform)