Trends, die die Automatisierung landwirtschaftlicher Betriebe vorantreiben

Die Agrarindustrie steht unter Druck. Dramatische Kostensteigerungen bei Betriebsmitteln und Arbeitskräften gefährden die Rentabilität der Landwirte. Weltweit berichten Landwirte, dass die Preise für Betriebsmittel wie Düngemittel und Pflanzenschutzmittel in den letzten Jahren um 80 bis 250 Prozent gestiegen sind.1David Fiocco, Vasanth Ganesan, Maria Garcia de la Serrana Lozano und Hussain Sharifi, „Agtech: Breaking down „The Farmer Adoption Dilemma“, McKinsey, 7. Februar 2023. Auch der Klimawandel schmälert die Gewinne. Ein wärmeres Klima führt zu größerer Wettervariabilität, häufigeren akuten Wetterereignissen, längeren Dürren und neuen invasiven Nutzpflanzen und Schädlingen, was allesamt zu Ertragseinbußen führt. Im Südwesten der USA zum Beispiel ist eine anhaltende Megadürre so schwerwiegend, dass die letzten zwei Jahrzehnte die trockensten in der Region seit mindestens 1.200 Jahren waren.2Henry Fountain, „Wie schlimm ist die Dürre im Westen? Die schlimmste Dürre seit 12 Jahrhunderten, so das Ergebnis einer Studie.“ New York Times, 14. Februar 2022.

Um diese Herausforderungen zu meistern und wirtschaftlich lebensfähig zu bleiben, müssen Landwirte innovative Lösungen finden. Die Automatisierung ist vielversprechend, um die Auswirkungen der Landwirtschaft auf den Klimawandel zu verringern und Landwirten bei der Anpassung an die finanziellen Auswirkungen zu helfen. Autonome Landwirtschaftslösungen gibt es in einem breiten Spektrum, das ein unterschiedliches Maß an Bedienerunterstützung erfordert. Dies reicht von heute weit verbreiteter halbautomatischer Technologie (z. B. unterstützter Lenkung) bis hin zu vollautomatischen Systemen (z. B. Jätroboter). Technologien der nächsten Generation nutzen eine Kombination aus Sensoren, Analysen, Robotik und Ausrüstung, um Landwirten dabei zu helfen, auf dem Feld intelligentere Entscheidungen zu treffen und mit weniger mehr zu erreichen. Darüber hinaus bieten die jüngsten Entwicklungen in der generativen KI zukünftige Möglichkeiten zur Automatisierung der Entscheidungsfindung unter Verwendung bereits vorhandener umfangreicher Datensätze. Mögliche Beispiele sind die Unterstützung von Landwirten bei der Entwicklung strategischer Pläne darüber, welche Inputs (Dünger, Pflanzenschutzmittel und Saatgut) zu welchen Zeiten und in welchen Mengen ausgebracht werden sollen, um die Rentabilität und nachhaltige Praktiken eines Betriebs bestmöglich zu unterstützen. Automatisierte Technologie kann sowohl für Reihen- als auch für Sonderanbauanbauer einen erheblichen Mehrwert bieten. Beispielsweise können vollständig autonome Anwendungsfälle in Obstgärten und Weinbergen einen Wert von mehr als 400 US-Dollar pro Hektar und Jahr liefern, was die Rendite der Investitionen der Landwirte in die Automatisierung verdoppelt bis vervierfacht.3Basierend auf einer Analyse unter Verwendung von Daten von Monarch Tractor (Funktionen zum Verbinden und Automatisieren) und Global Daten zum unbemannten Sprühsystem (GUSS); 400 US-Dollar pro Acre EBITDA basierend auf Ertragssteigerungs- und Kosteneinsparungsannahmen auf kalifornischen Weinbergen, die sich über Automatisierungsanwendungsfälle (z. B. Besprühen, Ernten, Beschneiden und Jäten) erstrecken; ROI-Berechnung basierend auf dem EBITDA-Steigerungspotenzial und den gemeldeten Kosten von Automatisierungslösungen (Monarchs Automate-Paket 699 $/Monat und GUSS-Maschinen 298.000 $).

Die Autonomie steht noch am Anfang. Die Farmers Global Insights Survey 2022 von McKinsey zeigt, dass weniger als 5 Prozent der Landwirte in Asien, Europa, Nord- und Südamerika diese Technologie der nächsten Generation nutzen, verglichen mit 21 Prozent, die Farmmanagementsoftware verwenden.4David Fiocco, Vasanth Ganesan, Maria Garcia de la Serrana Lozano und Hussain Sharifi, „Agtech: Breaking down the farmer adoption dilemma“, McKinsey, 7. Februar 2023. Wir haben zwei Trends beobachtet, die die Akzeptanz wahrscheinlich ankurbeln werden: Druck auf die Agrarökonomie und der Drang zu mehr Nachhaltigkeit landwirtschaftliche Praktiken. In diesem Artikel werfen wir einen tieferen Blick auf diese Trends und wie sie die Zukunft von Landmaschinen und landwirtschaftlichen Betrieben verändern können.

Die Automatisierung von landwirtschaftlichen Betrieben kann dazu beitragen, zwei Probleme anzugehen, die Landwirte seit mehreren Jahren plagen: steigende Chemikalienkosten und Arbeitsprobleme.

Störungen in der Lieferkette und geopolitische Herausforderungen haben die Preise für weit verbreitete Düngemittel (z. B. Harnstoff, Diammoniumphosphat und Kali) in den letzten fünf Jahren um mehr als 15 Prozent pro Jahr in die Höhe getrieben (Abbildung 1). In einer McKinsey-Umfrage im letzten Jahr stuften US-amerikanische Landwirte die Inputkosten als größtes Risiko für ihre Rentabilität ein, wobei die Preise für Düngemittel und Pflanzenschutzchemikalien am stärksten stiegen (Abbildung 2).5McKinsey US Farmer Insights Survey, Sommer 2022, n = 222.

Automatisierung kann dazu beitragen, diese Kosten zu senken, indem sie es Landwirten ermöglicht, Pestizide und Düngemittel effizienter einzusetzen. Beispielsweise können automatisierte Präzisionsspritzen, die durch Sensoren und Felddaten (sowohl gespeichert als auch in Echtzeit) ermöglicht werden, Lücken zwischen den Pflanzen erkennen und die Menge und den Zeitpunkt der versprühten Chemikalien entsprechend anpassen, wodurch weniger Chemikalien verwendet werden. Einige Herbizidanwendungstechnologien nutzen Computer Vision, um Unkraut selektiv zu besprühen und Nutzpflanzen zu meiden. Auf großen US-amerikanischen Maisfarmen haben diese Lösungen nachweislich die Herbizidkosten um 80 Prozent gesenkt, was zu einem Wert von 30 US-Dollar pro Hektar und einer Amortisationszeit von zwei Jahren führt.6Bernstein: „Die lange Sicht: Grüne Bytes – die Auswirkungen der Präzisionslandwirtschaft auf.“ Chemikalien- und Maschinenschutz.“ Ebenso können mit Sensoren ausgestattete Düngemittelroboter die Menge an Dünger steuern, die während des Pflanzvorgangs direkt auf einzelne Samen ausgebracht wird. Dadurch können allein auf US-amerikanischen Maisfarmen jährlich mehr als 93 Millionen Gallonen Starterdünger eingespart werden.7 „John Deere stellt während der Keynote zur CES 2023 neue Pflanztechnologie und Elektrobagger vor“, John Deere, 5. Januar 2023.

Auch die Arbeit ist für Landwirte ein anhaltendes Problem. Landarbeiter sind einem hohen Verletzungsrisiko ausgesetzt und haben die höchste Rate tödlicher Arbeitsunfälle in den Vereinigten Staaten.8 „Zusammenfassung der Volkszählung tödlicher Arbeitsunfälle, 2021“, US Bureau of Labor Statistics, 16. Dezember 2022. Längere Exposition gegenüber Chemikalien und Sonne trägt auch dazu bei, dass landwirtschaftliche Arbeit als schwierig und gefährlich wahrgenommen wird.9 „Agricultural Operations“, US-Arbeitsministerium, abgerufen am 16. März 2023. Im Vereinigten Königreich wurden beispielsweise mehr als 22 Millionen Pfund Obst und Gemüse verschwendet 2022 aufgrund eines Mangels an Arbeitskräften für die Ernte.10Megan Durisin, „Der Arbeitskräftemangel im Vereinigten Königreich führt dazu, dass Lebensmittel im Wert von 60 Millionen Pfund auf den Feldern verrotten“, Bloomberg, 15. August 2022. Solcher Arbeitskräftemangel und Forderungen von Arbeitnehmern, für schlechte Arbeit entschädigt zu werden Die Bedingungen haben den Anstieg der Löhne der Landarbeiter beschleunigt. In den Vereinigten Staaten stiegen die Löhne zwischen 2015 und Januar 2022 jährlich um 4 Prozent, verglichen mit weniger als 1 Prozent jährlich zwischen 2000 und 2014 (Abbildung 3).

Automatisierung kann auf verschiedene Weise dazu beitragen, diese Herausforderungen zu lindern. Es kann die Arbeitsbedingungen auf dem Bauernhof verbessern, die von den Arbeitern geforderten betrieblichen Fähigkeiten verringern und die Arbeitskosten eines Bauernhofs senken. Beispielsweise führt halbautomatische Technologie wie unterstützte Lenksysteme Traktoren, um Überlappungen zwischen Durchgängen zu reduzieren, wodurch die Bedienung der Geräte körperlich weniger anstrengend wird. Vollständig autonome Geräte gehen noch einen Schritt weiter. Anstatt in einer Kabine zu sitzen und gefährliche Tätigkeiten wie Sprühen auszuführen, können Maschinenführer als Flottenmanager fungieren, die mehrere Maschinen beaufsichtigen. Dies erhöht auch die Produktivität der Arbeitnehmer und senkt die Arbeitskosten. In einem Szenario, in dem die Automatisierung es einem Arbeiter auf einer Maisfarm in den USA ermöglicht, vier Maschinen zu verwalten, belaufen sich die Einsparungen auf 15 bis 20 US-Dollar pro Hektar, was einen Wert von bis zu etwa 1,5 Milliarden US-Dollar pro Jahr für alle US-Maisfarmen freisetzen kann.11 US-Maisdaten zeigen Während der gesamten Saison werden etwa 1.200 Gerätestunden verwendet, was durchschnittlich etwa 24 US-Dollar pro Acre für den Maschinenbetrieb im Mais entspricht (bei Annahme von 15 US-Dollar pro Stunde und 725 Acres pro Farm). Weitere Informationen finden Sie unter „Maisanbaufläche um 4 % gegenüber 2021 gesunken, Sojabohnenanbaufläche um 1 % gegenüber letztem Jahr gestiegen“, National Agricultural Statistics Service, 30. Juni 2022; Skala über etwa 82 Millionen Hektar geernteten Mais: siehe Ganesh C. Bora, John F. Nowatzki und David C. Roberts, „Energy saving by adopting precision Agriculture in Rural USA“, Energy, Sustainability and Society, 2012, Band 2, Nummer 22. Bei US-Spezialkulturen, bei denen der Arbeitsaufwand ein größerer Kostenfaktor ist, ist das Wertpotenzial für die Erzeuger sogar noch größer. In demselben Szenario, in dem ein Arbeiter beispielsweise vier Maschinen verwaltet, könnten allein durch automatisches Jäten und Mähen 30 US-Dollar pro Hektar an Arbeitseinsparungen auf US-Weinbergen erzielt werden. Die Automatisierung könnte auch dazu beitragen, die Herbizidkosten zu senken und gleichzeitig die Erträge aufrechtzuerhalten, da die mechanische Unkrautbekämpfung bei geringerem Arbeitsaufwand häufiger durchgeführt werden kann (Einsparung von 100 US-Dollar pro Hektar).

Im Gegensatz zu den Inputkosten, die einen unmittelbaren Rückenwind für die Einführung darstellen, ist der Nachhaltigkeitsdruck noch nicht vollständig erkannt und wird voraussichtlich in naher Zukunft erheblich werden. In einigen Jahren könnten jedoch Maßnahmen an zwei Fronten – Regulierungsbehörden und Verbrauchern – ein noch größerer Beschleuniger für Automatisierungstechnologien sein.

Auf der ganzen Welt haben sich viele Regierungen ehrgeizige Ziele für ökologisch nachhaltigere Praktiken gesetzt (Abbildung 4). Der europäische Grüne Deal fordert beispielsweise eine Transformation der europäischen Landwirtschaft bis 2030, einschließlich einer Reduzierung des Pestizideinsatzes um 50 Prozent im Vergleich zu 2020. Darüber hinaus sieht der Plan vor, ein Viertel aller landwirtschaftlichen Flächen auf ökologischen Landbau umzustellen, um den Einsatz von synthetischen Düngemitteln und Herbiziden zu reduzieren. In ähnlicher Weise möchte Kanada, dass Landwirte bis 2030 30 Prozent weniger Dünger verbrauchen als im Jahr 2020. Kanadische Landwirte, die das Ziel nicht erreichen, riskieren, den Zugang zu staatlichen Beihilfen und Zuschüssen in Höhe von 1,1 Milliarden US-Dollar für den Kauf umweltfreundlicherer landwirtschaftlicher Geräte zu verlieren.12Jim Wiesemeyer , „Neue Politik zwingt kanadische Produzenten, ihren Düngemittelverbrauch zu reduzieren“, Farm Journal, 22. August 2022.

Automatisierung stellt einen wesentlichen Hebel zur Erfüllung dieser Anforderungen dar. Durch den Einsatz automatisierter Präzisionssprühgeräte in Kombination mit automatischen Unkraut- oder Mählösungen können Landwirte den Einsatz von Pestiziden und Düngemitteln drastisch reduzieren oder möglicherweise ganz darauf verzichten. Da automatisierte Geräte außerdem digital aufzeichnen, was auf die Pflanzen ausgebracht wurde, können Landwirte nahtlos Daten sammeln und Aufzeichnungen über ihre Vorgänge führen. Dies erleichtert Landwirten die Teilnahme an aktuellen Programmen wie der Bio-Zertifizierung und GLOBALG.AP. Später könnte es den Landwirten auch dabei helfen, die Berichtspflichten von Programmen wie dem European Green Deal einzuhalten.

Das Interesse der Verbraucher an einem nachhaltigeren Lebensmittelsystem wächst, und motivierte Käufer üben nachgelagerten Druck auf die Landwirte aus, die Art und Weise, wie sie Lebensmittel produzieren, zu ändern. Eine US-Verbraucherstudie von McKinsey aus dem Jahr 2023 ergab, dass nachhaltige Marken aufgrund des gestiegenen Interesses der Verbraucher bereits Marktfortschritte verzeichnen. Produkte mit Umwelt-, Sozial- und Unternehmensführungsaussagen (ESG) verzeichneten in den letzten fünf Jahren ein durchschnittliches kumulatives Wachstum von 28 Prozent, verglichen mit 20 Prozent bei Produkten, die solche Aussagen nicht machen. Produkte mit mehreren Arten von ESG-Aussagen – etwa ökologische Nachhaltigkeit und Methoden des ökologischen Landbaus – wuchsen etwa doppelt so schnell wie Produkte, die nur eine einzige Aussage machten.13Sherry Frey, Jordan Bar Am, Vinit Doshi, Anandi Malik und Steve Noble, „Consumers legen Wert auf Nachhaltigkeit – und untermauern dies mit ihrem Geldbeutel“, McKinsey, 6. Februar 2023.

Als Reaktion auf die Verbrauchernachfrage sind Unternehmen, die Konsumgüter abpacken, aktiv eine Reihe von Umweltverpflichtungen eingegangen, einschließlich der Art und Weise, wie die Rohstoffe und Zutaten, die in ihren Produkten verwendet werden, beschafft und angebaut werden (Abbildung 5). Nestlé hat sich beispielsweise verpflichtet, bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen, die Rückverfolgbarkeit seiner Rohstoffe zu verbessern und den Chemikalieneinsatz in landwirtschaftlichen Betrieben bis 2030 zu reduzieren.14Creating Shared Value and Sustainability Report 2021, Nestlé, März 2022. Weitere Akzeptanz der Nachhaltigkeit bei den Verbrauchern -orientierte Produkte dürften die ESG-Reise von Unternehmen beschleunigen.

Softwarelösungen – darunter MRV-Plattformen (Farm Measurement, Reporting and Verification) sowie Farm-Management-Systeme – bieten Landwirten bereits Möglichkeiten, den Verbrauchern eine Rückverfolgbarkeit vom Erzeuger bis zum Verbraucher zu ermöglichen. Dazu gehört die Aggregation und Speicherung von Daten zu Pflanzorten, Wachstumszeiten und dem Einsatz von Düngemitteln und Pflanzenschutzmitteln. Autonome Geräte mit Kameras und Sensoren können noch einen Schritt weiter gehen, indem sie umfangreiche, standardisierte Daten mit minimalem Aufwand für die Landwirte sammeln und übertragen. Dies kann den Landwirten dabei helfen, die von CPG-Unternehmen zunehmend geforderten nachhaltigen Anbaumethoden zu konkretisieren, einschließlich eines geringeren Einsatzes von Chemikalien, einer effizienteren Bewässerung und besserer Erntebedingungen.

Die Einführung automatisierter Landmaschinen wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter technologischer Reife und Leistung, makroökonomischen Bedingungen, geopolitischer Dynamik, regulatorischen Entscheidungen und Umweltveränderungen. Bei der Gestaltung ihrer Angebote sollten Agrarunternehmen mehrere Hebel in Betracht ziehen:

Wenn landwirtschaftliche Ökonomie und Nachhaltigkeit weiterhin Druck auf die Landwirte ausüben, gehen wir davon aus, dass sich die Einführung automatisierter Technologie dramatisch beschleunigen wird. Je mehr Landwirte den dreifachen Gewinn erkennen, den die Automatisierung der Landwirtschaft bieten kann – höhere Produktivität und Gewinne in der Landwirtschaft, verbesserte Sicherheit in der Landwirtschaft und Fortschritte bei der Erreichung von Umwelt- und Nachhaltigkeitszielen –, desto größer wird die Begeisterung für diese Technologien.

Rob Blandist Senior Partner im McKinsey-Büro in der Bay Area,Vasanth Ganesanist Partner im New Yorker Büro undEvania HongUndJulia Kalanicksind Berater im Büro in Chicago.

Die Autoren danken Ryan Lee und Sarah Lee für ihre Beiträge zu diesem Artikel.