Die Zukunft ernähren: Ein Überblick über die Agrarlebensmitteltechnologie

John Deere, ein Unternehmen, das vor allem für die Herstellung von Traktoren bekannt ist, steigt in das Geschäft mit künstlicher Intelligenz ein. Im Jahr 2017 kaufte John Deere Labs Blue River Technology für 305 Millionen US-Dollar, ein Startup mit Computer Vision- und maschineller Lerntechnologie, das jede einzelne Pflanze auf einem Bauernhof identifizieren kann. Dadurch lassen sich herbizidresistente Unkräuter leicht von gesunden Pflanzen unterscheiden. Das Nettoergebnis? Laut Blue River können Landwirte den Einsatz von Chemikalien um etwa 95 % reduzieren und gleichzeitig die Erträge verbessern.

Da ökologische, soziale und demografische Faktoren zunehmend Druck auf die traditionelle Agrarlebensmittelproduktionstechnologie ausüben, wenden sich Investoren und Unternehmer gleichermaßen der Innovation zu.

Nachdem wir in Feeding the Future: An Overview of the Agrifood Industry die Weichen gestellt haben, gehen wir nun näher auf die innovativen Technologien ein, die die Lebensmittelproduktion revolutionieren. Wir beschreiben vielversprechende neue Technologien auf diesem Gebiet sowie interessante Start-ups, die sie anwenden, wie vertikale Landwirtschaft, alternative Proteine, Präzisionslandwirtschaft, landwirtschaftliche Biotechnologie und andere interessante Zukunftstrends.

Vertical Farming für eine kontrollierbare und nachhaltige Produktion

Vertikale Landwirtschaft ist die Praxis, Pflanzen in vertikal gestapelten Schichten anzubauen. Möglich wird dies durch die Verwendung von Anbauregalen, die an einer Wand oder einem Zaun aufgehängt sind, und der Anwendung von Hydrokulturtechniken zur Ernährung der Pflanzen.

Diese Technik hat ein großes Potenzial, da sie die Kontrolle über viele Produktionsvariablen gewährleistet. Es reduziert nicht nur die Anzahl der verbrauchten Inputs, sondern ermöglicht auch die Kontrolle von Pflanzenpathogenen und parasitären Insekten. Dies ermöglicht deutlich kürzere Erntezyklen und eine ganzjährige Produktion , was folgende Möglichkeiten bietet:

• Verringerung der Landnutzung für die Landwirtschaft
• Effektive Reaktion auf Urbanisierungstrends, Verlagerung der Ernte innerhalb der Stadt
• Reduzierung der Notwendigkeit, Lebensmittel Hunderte von Kilometern zum Markt zu transportieren
• Aufrechterhaltung der Produktion unabhängig von Jahreszeit und Wetter
• Vermeidung von Gefahren im Zusammenhang mit dem Klimawandel

Dies wird zusammen mit der erheblichen Einsparung von Wasser und Betriebsmitteln ein Schlüsselfaktor für den Erfolg bei der Bewältigung der steigenden Lebensmittelnachfrage und für den Erfolg der Agrar- und Lebensmittelindustrie sein.

Die Ausweitung der vertikalen Landwirtschaft könnte jedoch Schwierigkeiten verursachen, hauptsächlich aufgrund des hohen Energieverbrauchs, den diese Technik erfordert, was sich zwangsläufig auf ihren CO2-Fußabdruck auswirkt. Vertikale Landwirte sind bereit, erneuerbare Energien für ihren Betrieb zu nutzen, aber die Branche hat noch einen langen Weg vor sich.

Die meisten vertikalen Farmen sind gescheitert, da die hohen Kosten für Roboterausrüstung und künstliches Licht durch die einfachere Technologie von Erde, Gewächshäusern und Sonne verloren gingen. Aber das Konzept zieht jetzt einen Anstieg der Unternehmensinvestitionen an, was durch Unternehmen wie Spread oder Plenty veranschaulicht wird, ein US-Startup, das mit 200 Millionen US-Dollar von Investoren wie Masayoshi Son von SoftBank und Jeff Bezos von Amazon unterstützt wird. Laut MarketsandMarkets wächst dieser Teilbereich des Agrarlebensmittelmarktes mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 24,8 % und wird im Jahr 2022 voraussichtlich 5,8 Milliarden US-Dollar erreichen.

Hydroponik und Aeroponik sind die beiden Haupttechnologien, die in diesem Bereich angewendet werden. Die Umsetzung einer der beiden beinhaltet erhebliche Ressourceneinsparungen und eine gute Balance zwischen Wasserverbrauch und den notwendigen Düngemitteln/Nährstoffen.

Klimageräte werden das am schnellsten wachsende Hardwaresegment in diesem Markt sein und eine entscheidende Rolle bei der Ertragssteigerung spielen. Um eine geschützte Wachstumsumgebung zu gewährleisten, müssen mehrere Faktoren, die das Klima beeinflussen, auf fortgeschrittenem Niveau kontrolliert werden.

Der vertikale Landwirtschaftsmarkt im asiatisch-pazifischen Raum wird voraussichtlich bis 2022 den größten Anteil im Vergleich zu den anderen Regionen haben.

Vertikaler Landwirtschaftsmarkt nach Region (Millionen US-Dollar)

Es gibt zahlreiche Farmen in Japan, Singapur, Taiwan und anderen technologisch fortgeschrittenen Ländern, die den Markt in der Region bereits antreiben. Die Investitionen stiegen deutlich von 60 Millionen US-Dollar in den Jahren 2015 und 2016 auf 414 Millionen US-Dollar in den Jahren 2017 und 2018.

CapEx ist für diese Unternehmen hoch. Ein kleines vertikales Low-Tech-Landwirtschaftsunternehmen kann etwa 280.000 US-Dollar für den Start und bis zu 15 Millionen US-Dollar für eine Anlage der zweiten Generation erfordern. Zu den innovativsten Anlagen gehören Datenmanagement, Anlagenmanagementautomatisierung, Ernteautomatisierung und Nachernteautomatisierung. Im Durchschnitt liefert diese Art von Anlage 55-mal mehr Produkte pro Einheit als herkömmliche Farmen. Darüber hinaus sollen Innovationen die Betriebskosten senken: zum Beispiel durch die Steigerung der Effizienz von LED-Leuchten, die bei dieser Technik verwendet werden.

Die Hauptakteure auf diesem Markt sind AeroFarms, ein in den USA ansässiges Unternehmen, das seit 15 Jahren im Geschäft ist und 238 Millionen US-Dollar gesammelt hat, und Plenty (USA), das 226 Millionen US-Dollar gesammelt hat.

Für das europäische Umfeld ist Infarm (Deutschland) ein in Berlin ansässiges Unternehmen, das bereits etwa 122 Millionen US-Dollar gesammelt hat, Agricool (Frankreich) hat 36 Millionen US-Dollar gesammelt und konzentriert sich hauptsächlich auf die Erdbeerproduktion, Agrilution (Deutschland) hat 4,6 Millionen US-Dollar gesammelt und Sfera Agricola (Italien) hat 7,5 Millionen US-Dollar aufgebracht und erzielt Einnahmen von 4,23 Millionen US-Dollar.

Zunehmender Einsatz von alternativen Proteinen

Forscher und Start-ups beschäftigen sich mit alternativen Proteinen, da die Ernährung der wachsenden Bevölkerung mit Fleisch von Nutztieren aufgrund der stetig wachsenden Fleischnachfrage voraussichtlich sehr schwierig werden wird.

Infolgedessen werden derzeit 46 % der gesamten landwirtschaftlichen Produkte nur zur Fütterung von Nutztieren verwendet. Lösungen zur Steigerung der Effizienz der konventionellen Fleischproduktion sind fast ausgeschöpft, und ihre Verfolgung wird die globalen Herausforderungen in Landwirtschaft und Ernährung nicht bewältigen.

So entstehen neue Fleischprodukte und Marktteilnehmer. Anstatt die konventionelle Fleischproduktion zu verbessern, konzentrieren sich mehrere Unternehmen auf die Erfindung neuer Produkte, um konventionelles Fleisch zu ersetzen . Einige der vielversprechendsten Bereiche sind Fleisch auf Insektenbasis, neuartige vegane Fleischersatzprodukte und kultiviertes Fleisch .

Fleisch auf Insektenbasis wird aus Protein hergestellt, das hauptsächlich von Grillen und Mehlwürmern stammt. Dieser Trend hat einige Vorteile, wie die bessere Umwandlung von Energie und Protein im Vergleich zu herkömmlichem Fleisch. Insektenfutter hat aufgrund seiner geschmacklichen und strukturellen Unterschiede zu herkömmlichem Fleisch und der negativen Verbraucherwahrnehmung von Insekten als Lebensmittel in der überwiegenden Mehrheit der westlichen Länder ein größeres Potenzial für die Fütterung von Vieh anstelle von Menschen.

Globale Fleischmarktprognose

Die beiden interessantesten Trends könnten neuartiger veganer Fleischersatz und kultiviertes Fleisch sein. Ersteres benötigt keine tierischen Zutaten und sein sensorisches Profil kommt Fleisch viel näher als herkömmlicher veganer/vegetarischer Ersatz. Der Hauptgrund dafür ist ein ausgeklügeltes Produktionsverfahren, das Hämoglobin und Bindemittel verwendet, die durch Fermentation aus den Pflanzen gewonnen werden. Startups in diesem Bereich (z. B. Impossible Foods , JUST , Beyond Meat ) haben bis 2018 mehr als 900 Millionen US-Dollar an Finanzierungen gesammelt, und die Produkte sind bereits sowohl in Supermärkten als auch in Restaurants erhältlich.

Kultiviertes Fleisch stellt eine Alternative zu Fleisch dar, das durch exponentielles Zellwachstum in Bioreaktoren entsteht. Die Fleischzucht wird die größte Chance darstellen, obwohl sie sich aufgrund der damit verbundenen erheblichen Kosten in einem schlechten Entwicklungszustand befindet.

Der Prozess beginnt, wenn eine Zelle aus einem lebenden Tier extrahiert und in einem Labor gezüchtet wird, um dauerhaft eine Kultur (Zelllinie genannt) zu etablieren. Die Zellen können aus verschiedenen Quellen stammen: Biopsien von lebenden Tieren, Stücken von frischem Fleisch oder Zellbanken. Zelllinien können entweder auf Primärzellen oder auf Stammzellen basieren. Sobald eine gute Zelllinie ausgewählt wurde, wird eine Probe in einen Bioreaktor eingebracht, wo sich die Zellen exponentiell vermehren und geerntet werden können. Das Ergebnis ist Fleisch, das kaum von tierischem Fleisch zu unterscheiden ist. Es werden noch keine kommerziellen Produkte verkauft , auch wenn diese Technik das Potenzial hat, die milliardenschwere globale Fleischindustrie zu stören.

Die potenziell störendsten Trends könnten neuartiges veganes und kultiviertes Fleisch sein, das dank seines hohen kommerziellen Potenzials, das durch seine große Ähnlichkeit mit echtem Fleisch motiviert ist, im Jahr 2040 25 % bzw. 35 % des globalen Marktwerts erreichen wird. Das macht sie attraktiv für Risikokapital. Vor allem kultiviertes Fleisch wird langfristig gewinnen, aber in der Übergangsphase werden neuartige vegane Fleischersatzprodukte unabdingbar sein.

Die fortschrittlichsten Unternehmen für neuartige vegane Fleischersatzprodukte sind in den USA ansässig. Beyond Meat und Impossible Foods gehören zu den bekanntesten und haben bereits mehrere hundert Millionen Dollar eingesammelt.

Impossible Foods sammelte 2019 in Serie E 300 Millionen US-Dollar, wodurch sich der Gesamtkapitalwert auf 700 Millionen US-Dollar erhöhte. Zu den Investoren gehören so prominente Namen wie Bill Gates, GV (ehemals Google Ventures), UBS und Sailing Capital. Beyond Meat ist bereits an die Börse gegangen.

Quelle: Crunchbase.

Diese Unternehmen kommen der Kommerzialisierung ihrer Produkte am nächsten. Der Markt für pflanzliche Lebensmittel- und Getränkealternativen wird voraussichtlich bis 2024 80,43 Milliarden US-Dollar erreichen und im Prognosezeitraum von 2019 bis 2024 um 13,82 % CAGR wachsen.

Die größten kultivierten Fleischunternehmen befinden sich in den USA. Memphis Meats mit Sitz in San Francisco sammelte 161 Millionen US-Dollar für den Bau einer zellenbasierten Fleischfabrik. Diese Investitionsrunde erhöht die Gesamtmittel des kalifornischen Zellfleischunternehmens um mehr als das Achtfache. Zu den Investoren gehören Tyson Food, Richard Branson und Bill Gates.

Investoren haben in den letzten 10 Jahren mehr als 16 Milliarden US-Dollar in US-Unternehmen für pflanzliches und zellbasiertes Fleisch investiert – 13 Milliarden US-Dollar allein in den Jahren 2017 und 2018, so zwei Berichte, die 2019 vom Good Food Institute veröffentlicht wurden.

Precision Farming bewegt den Mainstream

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die Präzisionslandwirtschaft erfolgreich von einem akademischen Forschungsthema zu einer äußerst nützlichen Praxis im Bereich der Landwirtschaft entwickelt. Bis Ende 2030 wird Precision Farming zu einem der einflussreichsten Trends in der Landwirtschaft werden.

Precision Farming-Markt – Wachstumsrate nach Regionen (2021-2024)

Precision Farming ist ein landwirtschaftliches Managementkonzept, das auf der Beobachtung, Messung und Reaktion auf die Inter- und Intra-Feld-Variabilität bei Feldfrüchten basiert, mit dem Ziel, ein Entscheidungsunterstützungssystem (DSS) zur Optimierung der Erträge aus Inputs bei gleichzeitiger Schonung der Ressourcen zu definieren.

Die Investitionen in die Präzisionslandwirtschaft erreichten 2015 über 96 Deals hinweg 661 Millionen US-Dollar, eine Steigerung von 140 % gegenüber 2014, laut AgFunder. Allerdings verzeichnete die Präzisionslandwirtschaft 2016 einen Rückgang um 405 Millionen US-Dollar, hauptsächlich aufgrund geringerer Ausgaben für Drohnen. Es lassen sich drei Hauptrichtungen der Präzisionslandwirtschaft ausmachen, die die Zukunft dieses Sektors leiten werden: Bildgebung und Sensoren , Robotik und Automatisierung sowie Digitalisierung und Big Data .

Bilder und Sensoren betreffen die Praktiken der Feldleistungsüberwachung, Bodenüberwachung und des Feldcomputers oder des Echtzeitbetriebs durch den Einsatz von Satelliten-, Drohnenbildern und Erntezustandssensoren, mit dem Ziel, ein System bereitzustellen, das bei der Überwachung und Automatisierung von Eingaben hilft.

Robotik und Automatisierung bezieht sich auf Technologien wie maschinelles Sehen, Luftsensorik und künstliche Intelligenz.

Digitalisierung und Big Data nutzen Feldkarten, Augmented Reality und Open-Data-Plattformen, um erweiterte Analysen und intelligentes Maschinendesign für Business-Intelligence-Dienste zu erreichen.

Der Markt wird voraussichtlich um 12,8 % CAGR wachsen und bis 2021 5,5 Milliarden US-Dollar erreichen. Derzeit dominiert der EMEA-Raum den Markt (41 %), gefolgt von APAC (32 %) und Amerika (27 %). Bayer hat ein Team von mehr als 400 Fachleuten aufgebaut und 1,25 Milliarden US-Dollar investiert, um die Entwicklung digitaler Angebote für Landwirte voranzutreiben.

Precision Farming ist aufgrund seines hohen Potenzials ein stark frequentiertes Feld. Die Welt zu ernähren und dabei eine Rendite zu erzielen, ist für viele verschiedene Spieler sehr motivierend. Unternehmen wie John Deere, CNH, Kubota, Bosch, Trimble und Topcon konzentrieren sich ebenfalls auf diesen Bereich, sowie eine große Anzahl von Startups, darunter:

Landwirtschaftliche Biotechnologie verändert das landwirtschaftliche Geschäft

Eine weitere schnell wachsende Nische, die eine relevante Anzahl technologischer Innovationen einsetzt, betrifft die landwirtschaftliche Biotechnologie, die alle biologischen oder chemischen Werkzeuge und Prozesse umfasst, die im landwirtschaftlichen Betrieb und auch in den Prozessen nach der Landwirtschaft verwendet werden. Diese Kategorie umfasst verschiedene Arten von Technologie und Wissenschaft, darunter Genetik , Züchtung , Mikrobiomforschung , synthetische Chemie und Tiergesundheit .

Die Genetik umfasst Prozesse, die die Übertragung nützlicher Eigenschaften von einer Pflanze auf eine andere durch die direkte Manipulation des genetischen Materials eines Organismus ermöglichen.

Züchtung ist die Wissenschaft der Veränderung von Pflanzenmerkmalen, um gewünschte Eigenschaften hervorzubringen.

Die Mikrobiomforschung besteht darin, wertvolle Einblicke in die Biologie mikrobieller Gemeinschaften und deren Auswirkungen auf ihre Umgebung und ihre Wirte zu gewinnen.

Die synthetische Chemie ist ein aufstrebendes Forschungsgebiet, das auf die Schaffung neuer biologischer Teile, Geräte und Systeme oder auf die Neugestaltung von Systemen abzielt, die bereits in der Natur vorkommen.

Tiergesundheit umfasst Technologien, die die Qualität von Tierfutter, Tierleistung und/oder Tiergesundheit verbessern, sowie Technologien, die neuartige Tierfutter schaffen, die als primäre oder sekundäre Nahrungsquelle dienen.

Der weltweite Agrar-Biotech-Markt wird bis 2024 voraussichtlich 33,8 Milliarden US-Dollar erreichen und mit einer jährlichen Wachstumsrate von 10,9 % (2019-2024) wachsen. Nordamerika ist aufgrund der höchsten Akzeptanz von GVO der größte Markt für landwirtschaftliche Biotechnologie.

Der Markt für Gentechnik wächst schnell und kann sich positiv auf die Umwelt auswirken – GVO-Pflanzen erfordern weniger Chemikalien, Land und Maschinen, was dazu beiträgt, Umweltverschmutzung und Treibhausgasemissionen zu verringern. Darüber hinaus konzentriert sich diese Wissenschaft hauptsächlich auf die Schaffung neuer Samen und Pflanzen, die in der Lage sind, Herbiziden, Insekten und Viren zu widerstehen, während sie wachsen – tolerant gegenüber Umweltbelastungen (z. B. Dürre, Überschwemmungen) und mit zusätzlichen Nährwertvorteilen und verbessertem Geschmack.

Es gibt auch einige Nachteile der Gentechnik. Im Allgemeinen sind Krankheitserreger in der Lage, sich an neue genetische Profile anzupassen, daher kann es zu unerwarteten negativen Nebenwirkungen kommen (z. B. können trockenheitsresistente Pflanzen weniger tolerant gegenüber direktem Sonnenlicht sein).

Darüber hinaus ist die Verwendung von Urheberrechten und Patenten zum Schutz der Rechte an geistigem Eigentum (IPR) ein großer Vorteil in diesem Bereich, der durch geringe Nachahmungskosten gekennzeichnet ist.

Einige der Startups und KMU, die in der landwirtschaftlichen Biotechnologie tätig sind, sind:

Weitere interessante Trends für die Zukunft

In der Vergangenheit hat die Landwirtschaft eine Reihe von Revolutionen durchlaufen, die Effizienz, Ertrag und Rentabilität auf ein bisher unvorstellbares Niveau getrieben haben. Marktprognosen für das nächste Jahrzehnt deuten auf eine digitale Revolution hin, die wahrscheinlich jeden Aspekt der landwirtschaftlichen Lebensmittelkette beeinflussen wird.

Aus Klimasicht wächst die Notwendigkeit herauszufinden, wie man mit der gleichen Menge an Ackerland (wenn nicht weniger) so viel Nahrung wie möglich produzieren kann. Wie bereits erwähnt, ist der Klimawandel jedoch nicht der einzige Faktor, der das Lebensmittelgeschäft in den nächsten Jahren bedroht. es wird auch eine wachsende nachfrage nach technologischen lösungen für die landwirtschaft geben .

Zuvor haben wir die zukünftige Bedeutung von kultiviertem Fleisch, CRISPR und Genome Editing, Precision Farming und Vertical Farming diskutiert. Dies sind jedoch nicht die einzigen verfügbaren Technologien, die von Forschern untersucht werden. Es wird eine breite Palette von Lösungen untersucht, um sowohl den Herausforderungen des Klimawandels im Zusammenhang mit Nahrungsmitteln als auch der Ausweitung der Nahrungsmittelnachfrage zu begegnen. Einige Beispiele sind:

• Verwendung von Verbindungen, die verhindern, dass Düngemittel Bodenmikroben in Lachgas, ein hochwirksames Treibhausgas, umwandeln .
• Entwicklung von Pflanzensorten, die mehr Stickstoff aufnehmen .
• Reduzierung des CO2-Fußabdrucks von Nutztieren durch eine andere Fütterung – zum Beispiel mit Algen.
• Übernahme von Wüsten- und Meerwasser-Landwirtschaft . Aufgrund der zunehmenden Ressourcenknappheit muss die Welt die Wüste und das Meer zu Produktionsstätten für Lebensmittel machen.
• Anwendung des 3D-Drucks in der Lebensmittelproduktion . Experten glauben, dass Drucker, die Hydrokolloide verwenden, verwendet werden könnten, um die Grundzutaten von Lebensmitteln durch nachwachsende Rohstoffe wie Algen, Wasserlinsen und Gras zu ersetzen. Nun experimentieren einige Wissenschaftler mit Algen als Ersatz für tierisches Eiweiß.

Leider erhalten viele dieser Agrarlebensmitteltechnologien noch nicht die Anzahl an Investitionen, die sie für eine effektive Umsetzung benötigen; Nichtsdestotrotz gewinnt dieser Bereich sehr schnell an Aufmerksamkeit , und die Investitionen steigen entsprechend.

Lesen Sie Teil I dieser Reihe: Die Zukunft ernähren: Ein Überblick über die Agrar- und Lebensmittelindustrie.