Sikkationsverfahren crop.zone 12 m System: Strom tötet Kraut
Das neue Hochspannungsverfahren von crop.zone kombiniert die Applikation von Strom mit der Ausbringung eines Elektrolyts. Das erhöht die Effizienz der elektrischen Sikkation.
Die Idee, mit Strom grünes Pflanzenmaterial zum Absterben zu bringen ist nicht neu. Prinzipiell funktioniert das. Hohe Gleichspannung lässt Zellen in der Pflanze platzen und zerstört so auch deren Leitgefäße. Die Folge: Die Wasserversorgung der Pflanze ist gestört, sie vertrocknet.
Doch um grüne Pflanzen mit Strom abzutöten, müssen die Spannung und damit der Energieeinsatz oft höher sein als eigentlich nötig, weil eine Wachsschicht an ihrer Oberfläche die Pflanzen vor äußeren Einflüssen schützt. crop.zone verringert diese physikalische Barriere mit einem einfachen, aber geschickten Vorgehen: Das Aufsprühen eines Elektrolyten, also einer salzhaltigen Lösung, unmittelbar vor der Strombehandlung, erhöht die elektrische Leitfähigkeit der Pflanzen.
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Die Idee, mit Strom grünes Pflanzenmaterial zum Absterben zu bringen ist nicht neu. Prinzipiell funktioniert das. Hohe Gleichspannung lässt Zellen in der Pflanze platzen und zerstört so auch deren Leitgefäße. Die Folge: Die Wasserversorgung der Pflanze ist gestört, sie vertrocknet.
Doch um grüne Pflanzen mit Strom abzutöten, müssen die Spannung und damit der Energieeinsatz oft höher sein als eigentlich nötig, weil eine Wachsschicht an ihrer Oberfläche die Pflanzen vor äußeren Einflüssen schützt. crop.zone verringert diese physikalische Barriere mit einem einfachen, aber geschickten Vorgehen: Das Aufsprühen eines Elektrolyten, also einer salzhaltigen Lösung, unmittelbar vor der Strombehandlung, erhöht die elektrische Leitfähigkeit der Pflanzen.
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Für diesen Zweck wurde gemeinsam mit dem Partner Nufarm das volt.fuel und das für den biologischen Anbau zugelassene volt.fuel bio entwickelt. Beide Lösungen senken laut Hersteller den elektrischen Widerstand der Pflanzenoberfläche um den Faktor zehn bis fünfzehn.
Die Spritzlösungen enthalten neben mineralischen Salzen organische Zusätze, welche die Oberflächenspannung des Wassers senken und so eine gleichmäßige Benetzung der Pflanzenoberfläche ermöglichen. Die Lösungen sind nitrat- und phosphatfrei sowie chloridarm.
Applikator plus Spritze
Die Technik für die Hochspannungsapplikation besteht somit ganz grob ausgedrückt aus einer Stromeinheit plus Applikatoren und einer Pflanzenschutzspritze. Bei der 12-m-Variante werden die Geräte vorne und hinten am Schlepper angebaut.
Das Herz der Stromeinheit ist ein zapfwellenbetriebener Generator, der 400 V Wechselstrom erzeugt. Bei der 12-m-Maschine wandeln dann insgesamt sechzehn Hochspannungseinheiten den Wechselstrom in bis zu 5 500 V Gleichstrom um. Hochspannungskabel leiten den Strom zu den Polen der Applikatoren.
Die schwarzen Leitungen bringen den Gleichstrom zu den Applikatoren.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Am Terminal sieht der Fahrer die Leistung der Applikatoren und ob sie aktiv sind.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Die Elektronik regelt die Maximalleistung an den Applikatoren im Bereich von 7 bis 10 kW automatisch, je nach Vorgabe am Bedienterminal. Dazu misst das System zweimal pro Sekunde die Spannung und die Stromstärke und passt sie an den Pflanzenbewuchs an.
In den Applikatoren für die Kartoffelkraut-Sikkation gibt es zwei getrennte Hochspannungskreise: Je einen für die Behandlung von Pflanzenteilen längs und quer zur Fahrtrichtung. Der Fahrer wählt am Bedienterminal das Arbeitsprofil. Darüber gibt er je nach Wuchsform der Pflanzen vor, welche Hochspannungskreise das System mit wie viel Leistung bestromen soll.
Für die Spannungsapplikation in Fahrtrichtung sind am Gestänge drei parallele Metallrohre quer zur Fahrtrichtung angebracht, ein Plus-, ein Minus- und noch mal ein Pluspol. Über zusätzliche Striegelzinken erzeugt das System die elektrischen Felder in Querrichtung. So kann der Stromfluss quer und längs durch die Pflanzen gehen. Darüber hinaus passen sich die Striegelzinken den Kartoffeldämmen an. Das erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass alle Pflanzenteile von einem Applikator berührt werden. Denn unberührte Pflanzen bleiben grün.
Schutz vor Stromschlag
Damit tatsächlich nur die von den Applikatoren berührten Pflanzen sterben und nicht etwa Mensch und Tier, hat crop.zone durch Technik vorgesorgt. Zwei Schneidscheiben übernehmen die Erdung des Systems. Sie leiten bei einem Defekt auftretende Fehlerströme in den Boden, und die Elektronik schaltet die Hochspannungserzeugung sofort ab. Außerdem appliziert das System keinen Strom, sobald die Scheiben z. B. beim Wenden ausgehoben sind, oder wenn sie sich nicht oder nur langsam drehen. Das verhindert auch, dass Pflanzen wegen zu lang anhaltender Bestromung in Brand geraten.
Das Scheibensech im Boden erdet die Anlage für den Fall von Fehlerströmen.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Ist die Scheibe ausgehoben, stoppt die Elektronik die Hochspannungserzeugung.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Die Hochspannungseinheiten schalten sich erst ein, wenn die Erdungsscheiben abgesenkt sind und eine Fahrgeschwindigkeit von mindestens 2,5 km/h erreicht ist. So ist das Hochspannungssystem mehrfach gesichert. Desweiteren gibt es ein Notaussystem, die Applikatoren sind abgedeckt, und die Fahrer erhalten eine Schulung.
Nicht ohne Spritze
Die zusammen mit dem crop.zone 12 m System eingesetzte Feldspritze ist eine Target 3P des italienischen Herstellers Caffini mit 600-l-Tank. crop.zone hat sie für diese Zwecke modifiziert. Die Pumpe wird nicht wie vom Hersteller vorgesehen per Zapfwelle angetrieben, sondern hydraulisch. Außerdem hat crop.zone die Spritze mit einer Direkteinspeisung ausgestattet. Im Brühetank ist also nur Wasser. Das Elektrolyt volt.fuel wird aus einem 50-l-Zusatztank proportional zudosiert.
Für die elektrische Sikkation von Kartoffelkraut werden zwingend 10 l pro Hektar gebraucht. Das stellt crop.zone über RFID-Chips sicher, die jeweils am Kanisterdeckel angebracht sind und elektronisch eingelesen werden. Sobald der Spritzmitteltank leer ist, schaltet sich die Hochspannungserzeugung ab.
Die Ausbringmenge insgesamt liegt bei 150 l pro ha. Der 600-l-Brühetank reicht also für nur 4 ha Bearbeitungsfläche. Dann muss nachgetankt werden — am besten aus einem am Feldrand deponierten Wassertank.
Ein- bis zweimal behandeln
Für eine zuverlässige Sikkation von Kartoffelkraut mit dem crop.zone-Verfahren reicht laut Hersteller häufig die einmalige Behandlung. Ein zweiter Durchgang sei meist nur dann einzuplanen, wenn ansonsten für eine chemische Sikkation mehr als zwei Spritzungen nötig seien.
Bei unserem Einsatz im letzten Herbst auf dem Sinstederhof in Rommerskirchen im Rheinland setzten wir das Hochspannungsverfahren auf einem Kartoffelschlag ein, der bereits einmal mit dem Kontaktherbizid Quickdown behandelt worden war. Der Bestand war daher schon teilweise abgestorben.
Die Applikatoren für Kartoffeln sind mit drei parallelen Rohren und Striegelzinken bestückt.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Die Pumpe der Spritze wird nicht per Zapfwelle, sondern hydraulisch angetrieben.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Vor die Hochspannungsapplikationseinheit crop.zone 12 m hatten wir einen Fendt Vario mit 240 PS gespannt. Seine Leistung reichte für den gleichzeitigen Betrieb des Stromgenerators, des Fahrantriebs und des hydraulischen Spritzpumpenantriebs aus. „Weniger Leistung sollte der Schlepper für den Betrieb der 12-m-Maschine aber nicht haben“, sagt Landwirt Heiner Müller, der das crop.zone-Verfahren testweise schon die zweite Saison auf seinem Betrieb einsetzt.
Mit rund 4 km/h Fahrgeschwindigkeit zog der Traktor den Applikator über die Pflanzen hinweg, nachdem das Spritzgerät in der Front die Pflanzen mit dem volt.fuel benetzt hatte. Der erste sichtbare Effekt der Hochspannung: Es qualmte etwas. Anschließend wurden die Pflanzen schlapp. Das völlige Absterben zeigt sich erst nach ein paar Tagen.
„Wenn die Kartoffeln in der Abreife sind und ihr Kraut bereits welk wird, dann reicht eine Strombehandlung, um den Bestand vollständig zum Absterben zu bringen. Wenn das Kraut noch sehr grün ist, muss man mit dem crop.zone-Gerät zweimal fahren“, so die Erfahrungen des Betriebsleiters.
Für den Transport werden die Applikatoren hydraulisch angehoben und geklappt.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Das Gestänge der frontangebauten Spritze muss der Fahrer manuell klappen.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Der Effekt der Strombehandlung: Nach ein paar Tagen vertrocknen die Pflanzen.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Den größten Vorteil der elektrischen Sikkation sieht er darin, dass der Rodetermin besser planbar ist als bei der chemischen Sikkation. „Das elektrische Verfahren ist vor allem bei späten Einsatzterminen im Herbst weniger witterungsanfällig. Und schon nach rund zwölf Tagen Wartezeit sind die Kartoffeln rodefähig“, weiß der Kartoffelbauer zu berichten. „Ich kann so bei Industriekartoffeln mehr Tonnage ernten oder bei Speisekartoffeln die idealen Knollengrößen erzeugen.“
Optimierungspotenzial
Nur die Technik und das volt.fuel sind seiner Ansicht nach kostenseitig noch zu optimieren. Der Listenpreis für die 12 m breite Stromapplikator-Einheit inklusive frontangebauter 600-l-Feldspritze mit Direkteinspeisung liegt bei rund 259.000 Euro, alle Preise ohne Mehrwertsteuer. Hinzu kommen die Mittelkosten für das volt.fuel mit 6,50 Euro pro Liter.
„Auslasten könnte ich das Gerät auf meinem Betrieb mit 300 ha Kartoffelanbau nicht. Bei 500 bis 1.000 ha Einsatzfläche würde sich die Maschine schon besser rechnen “, sagt Heiner Müller.
Anfangs gab es noch einige technische Probleme, die crop.zone inzwischen abgestellt hat, berichtet der Praktiker. Was bisher fehlt, ist ein Schnellaushub für das Applikatorgestänge, der Schäden durch Rückwärtsfahrt verhindern würde.
Was uns sonst noch auffiel
Für die Erzeugung des Hochspannungsgleichstroms von wenigstens 7 kW pro Applikator braucht das 12-m-System mindestens 145 kW/197 PS Zapfwellenleistung. Zudem muss der eingesetzte Schlepper 2,4 t im Heck heben und mit einer Fronthydraulik ausgestattet sein. Zusätzlich braucht der Traktor Leistungsreserven für das Fahren und für den Antrieb eines Hydraulikmotors an der vorne angebauten Feldspritze.
Das crop.zone System gibt es für 9 und 12 m Arbeitsbreite.
Weitere Anwendungen für die Sikkation mit Hochspannung sind das Abtöten von Zwischenfrüchten oder Getreide (z. B. Hafer) sowie die Unkrautbekämpfung im Vorauflauf. crop.zone bietet für diese Zwecke verschiedene Applikatoren an.
In Zusammenarbeit mit John Deere hat crop.zone ein 24 m breites Konzept entwickelt. Das Dual.Volt24M mit Stromgenerator, Hochspannungseinheiten und den Applikatoren ist hierbei auf eine John Deere-Anhängespritze aufgebaut. Dafür erhielt crop.zone auf der Agritechnica 2023 den Innovationspreis ‚Agrifuture Concept‘. Die erste Maschinen sollen nach Herstellerangaben ab 2025 verfügbar sein.
Regenwürmer und andere Bodenlebewesen wie Springschwänze, Milben und Bakterien werden laut Hersteller durch die Hochspannung nicht gefährdet.
Fazit
crop.zone hat die Effizienz der Sikkation per Hochspannung gesteigert, indem durch vorheriges Aufsprühen einer elektrisch gut leitfähigen Flüssigkeit der elektrische Widerstand der Pflanzen gesenkt wird. Dazu kombiniert der Hersteller die Stromeinheit bestehend aus Generator, Hochspannungseinheit und Strom-Applikatoren mit einer Pflanzenschutzspritze.
Der Anschaffungspreis ist mit rund 259.000 Euro laut Liste hoch. Doch unter günstigen Bedingungen reicht eine einmalige elektrische Sikkation aus, um das Kartoffelkraut innerhalb von sieben bis zwölf Tagen abzutöten. Der Rodetermin ist dadurch gut planbar, und höhere Erträge sind möglich. Hinzu kommt, dass das Verfahren umweltfreundlicher ist als eine chemische Sikkation mit bis zu drei Herbizid-Applikationen.
