Dieser Dampfgarer könnte Chemikalien in frischen Produkten eliminieren

Steven Fennimore hält die Fernbedienung eines propanbetriebenen Dampfapplikators. Dieser nutzt ein von ihm entwickeltes Verfahren, um die chemische Begasung auf Feldern mit frischem Obst und Gemüse zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. Es kann auch dazu beitragen, das manuelle Jäten von Feldfrüchten wie Salat zu vermeiden. (Foto: PERC)

Um die Gesundheit von Spezialkulturen wie Erdbeeren zu schützen, injizieren Landwirte einige Wochen vor der Pflanzung Chemikalien in den Boden. Das Begasungsmittel beseitigt Nematoden, Unkrautsamen und andere Krankheitserreger, die eine junge Pflanze töten oder schädigen könnten.

Es geht um echtes Geld. Die California Strawberry Commission gab an, dass die Erzeuger des Bundesstaates im Jahr 2023 fast 220 Millionen Kisten Erdbeeren ernteten. Kalifornien produziert 90 % der in den USA angebauten Erdbeeren, und sie sind die viertwichtigste Ernte des Bundesstaates – laut dem Monterey County Farm Bureau brachten die Früchte 2023 allein dem Monterey County mehr als 903.791.000 US-Dollar ein.

Die meisten Amerikaner stellen ihre Salate mit Zutaten aus dem Salinas Valley im Monterey County zusammen. Die Erdbeere ist die wertvollste Nutzpflanze des Landkreises, Blatt- und Kopfsalat stehen an zweiter und dritter Stelle.

Methylbromid war jahrelang ein beliebtes Begasungsmittel. Nachdem Kalifornien 2005 seinen Einsatz im Ackerbau verboten hatte, fanden Forscher und Landwirte Alternativen in verschiedenen Chemikalien und entwickelten neue Sorten, die bestimmten Krankheiten und Schädlingen resistent waren.

Die öffentliche Besorgnis über den Einsatz von Chemikalien auf Obst- und Gemüsefeldern hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten jedoch nicht gelegt. Deshalb hat Steven Fennimore Dampfapplikatoren für den Feldeinsatz entwickelt, die den Einsatz chemischer Begasungen reduzieren oder ganz vermeiden könnten. Er lebt in Salinas, Kalifornien, ist Professor für Cooperative Extension an der University of California, Davis, und forscht seit 1997 im Bereich Unkrautbekämpfung.

Umfangreiche Tests mit einem Zuggerät zeigten, dass sich das Konzept ideal für hochwertige Nutzpflanzen wie Erdbeeren, Salat, Karotten und Kohl eignet. Berichten zufolge bekämpft es rund 90 % der einjährigen Unkräuter, was zu einer 73-prozentigen Verkürzung der Unkrautbekämpfungszeit im Vergleich zur herkömmlichen Herbizidbehandlung führt. Dampf kann zudem Pilze, Krankheiten und Fadenwürmer unterdrücken. Kürzlich führte Fennimores Forschungs- und Entwicklungsarbeit zu einer motorbetriebenen Maschine, die das Saatbett vor der Pflanzung mit Dampf beaufschlagt.

„Ich arbeite seit 20 Jahren in Salinas, dem Zentrum der Erdbeerproduktion, an Alternativen zu Begasungsmitteln“, sagte Fennimore. „Bio-Erdbeeren werden nicht begast, alle anderen Erdbeeren und Frischprodukte hingegen schon. Sie sind ein wichtiger Bestandteil des Systems, aber Begasungsmittel sind sehr unbeliebt. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis sie nicht mehr eingesetzt werden können. Unsere Arbeit konzentriert sich auch auf Bio-Gemüse, da das Interesse an Bio-Bauernhöfen groß ist, da diese mit hohen Kosten für die manuelle Unkrautbekämpfung konfrontiert sind.“

Der Propangas-Bodendampfer erhitzt das Saatbett vor der Pflanzung etwa 20 Minuten lang auf etwa 71 °C. (Foto: PERC)

Auf die Felder gehen

Die Tests mit speziell angefertigten Zuggeräten trieben die Entwicklung eines selbstfahrenden Bodendampfers voran, der im Februar am Stand der Western Propane Gas Association auf der World Ag Expo in Kalifornien vorgestellt wurde.

„Ich arbeite mit einem Forscher aus Arizona zusammen, und dort sind die Reihen sehr eng“, sagte Fennimore. „In ganz Arizona und Kalifornien stehen Gemüsebauern unter dem Druck, profitabel zu bleiben. Daher schrumpfen ihre Wegerechte am Ende der Felder immer mehr, da sie versuchen, so viel Land wie möglich zu nutzen. Wir müssen die Maschine wenden können. Da Land Mangelware ist, haben wir uns für einen Raupendampfer entschieden.“

Um den Schritt vom Konzept zur Realität zu erleichtern, wandte sich Fennimore an Peter de Groot, einen lokalen Ingenieurberater, der im Laufe seiner Karriere spezialisierte landwirtschaftliche Maschinen entwickelt hat. Die Maschine wurde von Valley Fabrication hergestellt, einem Gerätehersteller in Salinas, der eine breite Palette einzigartiger Maschinen für die Obst- und Gemüseindustrie gebaut hat. Anderson Industrial Engines lieferte über seine Niederlassung in Modesto, Kalifornien, einen 90 PS starken Kubota-Motor. Der hydrostatische Antrieb der Maschine ermöglicht es ihr, die für die Bearbeitung eines ganzen Feldes erforderlichen niedrigen Geschwindigkeiten aufrechtzuerhalten.

Um Dampf zu erzeugen, wählte Fennimore schon früh in seiner Forschung Propan als Brennstoff. Im selbstfahrenden Bodendampfer treibt Propan sowohl den Motor als auch die Kessel an. Seit 2020 arbeitet er mit dem Propane Education & Research Council (PERC) zusammen.

„Propan ist bereits eine hervorragende Wahl für die moderne Landwirtschaft – es reduziert auf natürliche Weise die Emissionen, ohne die Effizienz zu beeinträchtigen. Diese neue Technologie ist jedoch ein echter Wendepunkt für eine biologische und nachhaltigere Lebensmittelproduktion“, sagte Michael Newland, Direktor für Agrarentwicklung bei PERC. „Mit dieser Bodendampfanlage können Landwirte die optimale Ernte für einen erfolgreichen Betrieb aufrechterhalten und gleichzeitig die Anforderungen der Verbraucher und Behörden nach geringeren Emissionen und reduziertem Chemikalieneinsatz erfüllen. Eine Win-Win-Situation.“

Der von Valley Fabrication in Salinas, Kalifornien, gebaute Bodendampfer verwendet einen Propankessel und einen Kubota-Motor. (Foto: PERC)

Über das Förderportal

PERC mit Sitz in Virginia ist eine gemeinnützige Organisation, die in Forschungs- und Entwicklungsprojekte für neue propanbetriebene Anwendungen investiert. Finanziert von Propangashändlern vergibt die Organisation Zuschüsse an Personen, die forschen oder eine propanbetriebene Maschine auf den Markt bringen. Über das Förderportal der Gruppe begannen PERC und Fennimore offiziell ihre Zusammenarbeit.

„Wir arbeiten schon lange mit ihm zusammen und sind von der Technologie begeistert“, sagte Newland. „Ich finde, es ist ein großer Erfolg für die Clean-Food-Bewegung, und wir freuen uns sehr über die Zusammenarbeit mit ihm bei dieser neuen Maschine. Sie kombiniert Dampf und Propan – zwei Dinge, mit denen die Leute bestens vertraut sind – und nutzt sie auf einzigartige und effektive Weise.“

Alles ist echt

Fennimores frühe Forschungen halfen dabei, die richtige Dampftemperatur sowie die erforderliche Einwirkdauer auf den Boden zu bestimmen, um Unkraut und Schädlinge wirksam zu bekämpfen. Bei der Entwicklung des selbstfahrenden Bodendampfers war die Berechnung des Kraftstoff- und Wasserverbrauchs pro Hektar mit erheblichem Aufwand verbunden.

„Da er Propan für Motor und Dampf verwendet, gibt es viele Variablen, beispielsweise die Injektionstiefe“, sagte Newland. „Je tiefer man geht, desto mehr Bodenvolumen muss erwärmt werden. Woran ich erst während meiner Zeit mit Dr. Fennimore gedacht hatte, war der Einfluss der Tageszeit. Da der Boden über Nacht abkühlt, ist die Erwärmung des kalten Bodens auf die gewünschte Temperatur größer als am Nachmittag. Wenn die Sonne den Boden am Nachmittag erwärmt, kann die Maschine schneller über den Boden fahren, da die Bodentemperatur nicht ganz so stark angehoben werden muss. Es ist ein interessanter Prozess.“

Der Dampfprozess pasteurisiert den Boden im Wesentlichen. Während der Bodendampfer über das Feld fährt, erhitzen die Kessel das Wasser auf etwa 150 °C und erzeugen so trockenen Dampf, der kontinuierlich durch einzelne, in den Beetformer integrierte Schäfte eingespritzt wird. Die Injektoren können an unterschiedliche Ernteanforderungen angepasst werden. (Foto: PERC)

Der Prozess pasteurisiert den Boden im Wesentlichen. Während der Bodendampfer über das Feld fährt, erhitzen die Kessel das Wasser auf etwa 150 °C. Dadurch entsteht trockener Dampf, der kontinuierlich durch einzelne, in den Beetformer eingebaute Schäfte eingespritzt wird. Ein schmaler Bodenstreifen, der sich über die gesamte Länge des Saatbetts erstreckt, wird 15 bis 20 Minuten lang auf etwa 71 °C erhitzt. Der Dampf wird auf die oberen 2,5 bis 5 cm des Bodens aufgebracht, einen kritischen Bereich für die Keimung von Unkrautsamen.

Der Wasserverbrauch des Bodendampfers pro Hektar ist vergleichbar mit dem eines Bewässerungssystems. „Wir haben genug Wasser für eine Stunde Laufzeit an Bord“, sagte Fennimore, „und genug Treibstoff für etwa fünf Stunden. Für das Propangas fahren wir ans Ende des Feldes und halten dort an, um nachzufüllen. Mit dem Wasser hingegen können wir das sogenannte ‚Luftbetanken‘ durchführen, was aber eigentlich ‚Luftbewässern‘ ist. Wir haben einen Traktor, der einen Tank mit auf die Furchen abgestimmten Radabständen zieht. Der Traktor fährt neben dem Dampfer her, und in drei Minuten können wir den Tank an Bord nachfüllen. Es ist eine Frage der Effizienz, die Anzahl der Hektar zu erhöhen, die wir pro Tag behandeln.“

Der Raupendampfer wurde bereits auf Salat- und Karottenfeldern in Kalifornien und Arizona getestet. Nun bauen Fennimore und das Team von Valley Fabrication eine zweite selbstfahrende Maschine, die speziell für Erdbeerbeete konzipiert ist. Diese Beete können bis zu 35 cm hoch sein, was für die aktuelle Raupenkonstruktion zu hoch ist. Der neueste, mit Propan betriebene Bodendampfer soll im Herbst fertiggestellt werden und verfügt über sechs hydrostatisch angetriebene Räder. Die Räder sollen das Räumen verschiedener Saatbeete erleichtern und die Maschine so flexibel wie möglich machen.

Im Handel erhältlich

Fennimores Ziel mit dem Projekt ist es, Bodendampfer im gesamten Salinas Valley und darüber hinaus kommerziell einzusetzen. Auch bei PERC läuft das Projekt bereits.

„Unser Ziel ist es, aus Marketing- und Werbesicht alles zu tun, um ihm zu größtmöglichem Erfolg zu verhelfen“, sagte Newland. „Ziel ist es, das Unternehmen in Zukunft profitabel zu machen. Wir arbeiten hinter den Kulissen hart daran, dass unser Teil des Projekts erfolgreich ist.“

Fennimores Bodendampfer kriecht durch ein Feld im kalifornischen Salinas Valley. (Foto: PERC)