Electroherb The digital herbicide. The ecological, clean technology

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1 Electroherb The digital herbicide The ecological, clean technology

2 Electroherb zasso field day 2017 Matthias Eberius, zasso group,, Aachen

3 Keine neuen Herbizide Ende einer Geschichte? keine neuen Wirkprinzipien seit 28 Jahren Die Zahl der noch verfügbaren Herbizide schrumpft Da kommt nichts mehr die aktuelle Grafik Agriculture Was bedeutet das für die Zukunft? 2017 Forest Airports Transmission lines

4 Resistenz kann so enden Verantwortlicher Umgang mit Herbiziden ist Pflicht!

5 Herausforderungen der Resistenzentwicklung Cost per herbicide Agriculture Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

6 Weitere Herausforderungen Kosten, Arbeitszeit Rückstände, Anwendungsbeschränkungen Insektenschutz, Vogelschutz (Nahrungsketten) Biodiversität, Toxizität Landwirtschaftskonzepte wie no-till Besseres Management von komplexen Ökosystemen Agriculture Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

7 Wann ist es Unkraut? Natur Forst Agrar Urban Agriculture Spontanvegetation Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines Kulturvegetation

8 Wann ist es Unkraut? Invasivität Konkurrenz Natur Forst Konkurrenz Agrar Urban Ästhetik Agriculture Krankheitswirt Unfallgefahr Beschädigung Spontanvegetation Kulturvegetation Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines Pflanzen, die Funktion eines Bereiches erheblich stören

9 Was muss bei Unkrautbekämpfung werden? Spross Sprossbildendes Gewebe Rhizome, Pfahlwurzeln Wurzelknospen Die Mehrheit der reproduktiven Biomasseteile liegt unter der Erde

10 Löwenzahn aushungern? Die Pflanze ist unterirdisch groß Pfahlwurzel als Speicher für Energie Schwierig auszuhungern Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

11 Löwenzahn aushungern? Die Pflanze ist unterirdisch groß Pfahlwurzel als Speicher für Energie Schwierig auszuhungern Electroherb zerstört auch Wurzelgewebe Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Ausgraben ist meist keine Option Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

12 Mögliche Alternativen Heiße Luft 1. Pflanze muss auf min. 60 C aufgeheizt werden Energietransfer als Problem 2. Abdeckhaube nötig, da heiße Luft aufsteigt 3. Luft: Niedrige Wärmekapazität > hohe Lufttemperaturen > hoher Energieverbrauch 4. Heißdampf: höhere WK, benötigt aber Druck 5. Unselektive Luft- und Bodenerwärmung nötig Trifft nur den Sproß, langsame Fahrt (3 km/h)

13 Mögliche Alternativen Heißes Wasser 1. Heißes Wasser dringt in den Boden ein, auch schwierige Bereiche 2. Pflanze auf min. 60 C aufheizen 3. Hohe Wärmekapazität, aber max. 100 C 4. 1 L 100 C Wasser heizt max. 1 kg Boden/Pflanze auf 60 C Energie + Wasserbedarf hoch Trifft Spross und oberflächennahe Wurzeln

14 Mögliche Alternativen Infrarot, Laser, UV 1. Trifft nur was nicht abgeschattet 2. Laser ist schwierig zu dosieren und zu zielen 3. UV wirkt langsam und Mutationsgefahr 4. IR enthält offene Flammen/heiße Luft 5. Hitzetransfer in Wurzeln + Wachstumspunkte kaum möglich 6. IR: Unselektive Luft- und Bodenerwärmung Trifft nur den Sproß, langsame Fahrt (3 km/h) Energieverbrauch und Steuerbarkeit

15 Mögliche Alternativen Mechanisch 1. Erreicht nur was greifbar ist 2. Greifer benötigt guten Kontakt und Zeit 3. Automatisierung schwierig 4. Hohe Abhängigkeit von Unkraut, Boden, Wetter Erreicht nur obere Wurzeln kleiner Pflanzen ODER PFLÜGEN

16 Weitere mögliche Alternativen 1. Einfrieren 2. Mikrowellen 3. Biologische Wirkstoffe 4. Bakterielle Herbizide

17 Goldstandard Chemische Herbizide 1. Trifft Spross und Wurzel 2. Abhängigkeit von Pflanzenart, Wetter, Tageszeit, Temperatur 3. Fast kein Geschwindigkeitsproblem 4. Selektivität möglich, hohe Energieeffizienz 5. Depotwirkung möglich 6. Applikator benötigt keinen mech. Kontakt Resistenz und Toxizität/Rückstände

18 Mögliche Alternativen Electroherb 1. Wirkt in Spross und Wurzeln 2. Fast pflanzenunabhängig, keine Resistenz 3. Kaum abhängig von Wetter, Uhrzeit, Temp. 4. Applikator benötigt Kontakt zu Blättern und ist damit auch sehr selektiv einsetzbar 5. Elektr. Energie wirkt systemisch in Pflanze; geringe Erwärmung > geringer Energieverbrauch 6. Geschwindigkeit ist reine Energiefrage

19 Wo greifen Unkrautvernichter an? LICHT: Infrarot, Laser, UV Hitze: Heiße Luft, Wasser, Mikrowellen Mechanisch/manuell Kälte Chemistry

20 So alt wie die Idee der Elektromobilität - aber Lösungen benötigen mehr als eine gute Idee Agriculture Railways Roads Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines 2016: 100 kw, max 250 km/h, max. 507 km range 2016: zasso

21 So alt wie die Idee der Elektromobilität - aber Lösungen benötigen mehr als eine gute Idee Agriculture Railways Roads Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines 2016: 100 kw, max 250 km/h, max. 507 km range 2016: zasso

22 Der Stromkreislauf 1. Mechanische Energie 2. Umformung in elektrische Energie 3. Erzeugung Hochfrequenz und Hochspannungserzeugung 4. Elektrischer Applikator Strom fließt durch den Spross 6. Stromfluss durch die Wurzel 4 7. Strom fließt im Boden 9 8. Erdungsapplikator 9. Schluss des Stromkreises Electric Flow

23 Der Stromkreislauf 1. Mechanische Energie 2. Umformung in elektrische Energie 3. Erzeugung Hochfrequenz und Hochspannungserzeugung 4. Elektrischer Applikator 5. Strom fließt durch den Spross Stromfluss durch die Wurzel 4 7. Strom fließt im Boden 9 8. Erdungsapplikator 9. Schluss des Stromkreises Electric 7 Flow

24 Wie es funktioniert Elektronen statt Moleküle V Hochspannung Hochfrequenz Hz Gepulster Strom minimiert Entladungen Wechsel- oder Gleichstrom Roads

25 Wie es funktioniert Energie statt Dosiersystem 2.5 bis 100+ kw Spezielle Kontrolle nötig für den sehr stark wechselnden Energiebedarf Robuste Systeme für Feld und Wald Benötigt 3-30 l Diesel per ha Roads

26 Electroherb Wirkprinzip an kühlen Tagen Nach 5 min: Blätter dunkelgrün Zellflüssigkeit füllt Zwischenräume Nach 25 h: Blätter gelblich-braun Chlorophyll wird in den trocknenden Zellen abgebaut

27 Wirkprinzip Zellzerstörung Nach 5 min: Blätter dunkelgrün Zerstörte Zellen füllen Zwischenräume Behandelte Blätter ohne und mit Daumenabdruck. Flüssigkeitsaustritt wird sichtbar.

28 Electroherb Wirkprinzip heißer Tag nm Nach 5 min Nach 15 min Nach 5 min Nach 15 min gelblich/braun Bräunlich/weiß höhere rote Reflekt. Starke rote Reflek. CHL geschädigt abgetrocknet CHL geschädigt Blätter trocken

29 Schnelle Wirkung nach 15 min heißer Tag Nahezu tot und trocken Schmale Randzone wird absterben Unbehandelt grün bleibt unbeeinflusst

30 Präzise Wirkung auch in Grasflächen Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Forest Airports Applikator präzise positionierbar Klare dauerhafte Kanten

31 Schnelle Wirkung auf Bordstein vorher nach 10 h nach 24 h DAA Schädigung in Sekundenbruchteilen Vertrocknungsgeschwindigkeit ist stark wetterabhängig

32 Verhalten von Ionen im elektrischen Feld In starken elektrischen Feldern bewegen sich Ionen in versch. Richtung Ladungstrennung sicher oft nicht reversibel bei komplexen Molekülen

33 8 Wochen später Ökologische Lehrstunde Gras oberhalb wächst konkurrenzlos besser, langsames Wiedereinwachsen von der Seite Neue Sukzession, Biodiversität durch Blütenpflanzen, Tiere finden Nahrung

34 8 Wochen später Wiedereinwachsen von Gras Invasives Gras, Wiedereinwachsen von der Seite über Ausläufer Nicht invasives Gras, wenig Einwachsen, bessere Ressourcenverfügbarkeit am Rand

35 Wiederaufwachsen von Unkraut Kaffee DAA Nur sehr geringer Wiederaufwuchs aus Wurzeln, da diese auch zerstört werden Erosion und Verschwemmung minimiert, Bodeninfiltration bleibt hoch, Kein offenes Saatbett oder Bodenbewegung zur Keimungsförderung Wirkdauer umweltabhängig ähnlich wie bei Glyphosat als Totalherbizid

36 Vergleich Schlegelmäher - Electroherb Schlegelmäher nach 23 Tagen Electroherb nach 30 Tagen Wirkung mindestens so gut wie Schlegelmäher, die Boden bewegen (1-2 cm) Keine Bodenbewegung, keine Keimungsaktivierung, weniger Erosion

37 Electroherb Wirkprinzip Stand des Wissens Nur Schädigung wo Blätter direkt berührt werden Chlorophyll wird sofort geschädigt Zellen werden teilweise zerstört und laufen aus (Blatt, Stamm, Wurzel) Wasserversorgung in Leitbündeln unterbrochen Schnelles Abtrocknen der Pflanzen Effekt Energie J/plant, Allgemeine Kalkulationsbasis 300 J pro 15 cm Pflanze Pflanze wird nicht thermisch abgetötet sondern systemisch Details noch offen

38 Electroherb Wirkprinzip Folgerungen Geringe Pflanzenabhängigkeit durch Spannungsanpassung optimierbar Große Pflanzen oft besser kontrollierbar als sehr kleine Wurzel/Spross Verhältnis und Morphologie für die Optimierung zu beachten Physiologische Aktivität der Pflanze nicht nötig (sollte noch grün sein) Kaum Tageszeit- und Temperaturabhängigkeit Keine spezifische Resitenzselektion erwartbar da Phänotyp zerstört wird Systemesche Wirkung über kontaktierte Blätter Präzise Wirkungsflächen, keine Bodenbewegung nötig, Wiederaufwuchs und Erosion minimiert Keine chemischen Rückstände

39 Pflanzen als Widerstandsystem RSpross R air RWurzel R root RBoden R ges = R 1 + R R n 1 = R ges R 1 R 2 R n

40 Pflanzen als Widerstandsystem RSpross R air RWurzel R root RBoden

41 Sicherheit Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Die Sicherheit muss immer gegeben sein Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

42 Unterschied Blitz Oberleitung - Electroherb Efficacy Steckdose Blitz Oberleitung Electroherb Spannung V Stromstärke A Dauer s kont kont. kont. Leistung kw 3, * Frequenz Hz 50 alle, Impuls 16,6 ca Energie kwh kont. 277 ** kont. kont. Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) **ca.30 L gasoline *Gesamtanschlussleistung Electroherb Forest verteilt Airports die Gardens / Energie Lawn Transmission eines lines Blitzes auf einen ha!

43 Die Frequenz entscheidet! Das menschliche Nervensystem transferiert Information im Bereich von 50 Hz Nerven können nicht schneller als 500 Hz reagieren 50 Hz ist gefährlich für Nerven Hz hat nur Hitzeproblem Roads Urban (Hard Surfaces) Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines Hochfrequenz reduziert das Risiko massiv

44 Ausbreitung von Strom im Boden Hauptgradient und Spannungsfeld ZWISCHEN den Applikatoren und in den Boden hinein Je schlechter die Oberfläche leitet, desto steiler fließt der Strom außen nach unten Ein Applikator stellt bei Elektroherb eine Erde dar, d.h. ohne Schrittpotential! Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Electroherb leitet Strom gezielt durch den Boden Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

45 Potentialtopf - Hochspannungsleitungsschaden Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Defekte Hochspannungsleitung sind etwas komplett anderes Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

46 Der Unterschied zur Hochspannungsleitung Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Die Geometrie zählt Leitung Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines Electroherb Phase oben (Leitung, Steckdose, Kabel) direkt am Boden Erde überall unten max. 1 m seitlich entfernt Überbrückbarkeit durch Mensch einfach schwierig

47 Sicherheitsfeatures Electroherb Beide Applikatoren am Boden Überbrückung stehend schwierig Applikatoren abgedeckt - seitliche Berührung schwierig Einer der Applikatoren geerdet (Nullpotential) könnte angefasst werden Drückschalter (handgeführt) Warnleuchte Kein Nachlauf Abdeckung Schrittspannungsbereich (wenn nötig) Agriculture Erdung Gesamtgerät Safety first Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

48 Spez. Energieverbrauch Wurzel/Spross Praktische Erfahrung: Absterbeenergie pro Pflanze J pro Pflanze Alle Unkräuter können abgetötet werden Eine Frage von Spannung Applikator Kontaktzeit = ENERGIE

49 Beispiele für Energiebedarf hoch niedrig Hohe harte Gräser mit großen Wurzelsystemen Krautige stark wasserhaltige Pflanzen mit kleinen Wurzelsystemen, hier: Berufkraut (Conyza boranensis in Brasilien Buva) Glyphosat resistent nach Spritzapplikation

50 Bodenleitfähigkeit und Wirkung auf Pflanzen Delta = 3000 V 4000 V Pflanze 100 Ohm Boden 6300 V Pflanze 330 Ohm Boden V Pflanze 1000 Ohm Boden Gleiche Wirkung > Energie (P=UxI) und damit Strom durch Pflanze muss konstant sein Unterschiedliche Widerstände > Unterschiedliche Spannungen damit gleicher Strom fließt

51 Boden hat den größten Querschnitt - Folgen Boden hat nicht immer die höchste Leitfähigkeit Hoher Querschnitt minimiert aber Strom auch durch kleine, besser leitenden Gebiete wie Wurzeln oder andere Organismen

52 Direkter Einfluss auf Mikroorganismen Sie sind klein und überbrücken keine großen Potentialgefälle Direkter Einfluss sollte gering sein

53 Effekte auf Arthropoden, Regenwürmer, Schnecken Übergangswiderstand beachten Schnecken wahrscheinlich mehr beeinflusst als Regenwürmer und andere Kleintiere

54 Wirkung tief in den Boden Strom folgt großteils geringsten Widerstand A B Geringer Applikatorabstand erreicht nur flache Wurzeln R air R root Hoher Applikatorabstand erreicht auch tiefe Wurzeln Aber: Bodenwiderstand höher B

55 Wie erreicht man tiefe Wurzeln? Je größer der Abstand der Applikatoren, desto tiefer werden Wurzeln zerstört ABER: Der Bodenwiderstand und die Verlustleistung wächst proportional Lösung: Nutzung tiefer eindringender Applikatoren

56 air Pflanze A Pflanze Applikator R air B Hohe Energieeffizienz Hohe Pflanzendichte R air soil R root R root Soil Resistance Rs

57 Kleine Systeme Handgeführt Kleinserie zur Erprobung Bis 50 cm Breite Austauschbare Räder und Applikatoren Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Soy bean interrow weeding Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

58 Kleine Systeme - Zukunft Handgeführt Bis 50 cm Breite Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Soy bean interrow weeding Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

59 Die Applikatoren sind die Düsen Railways Gesamtfläche Breite Reihen Schmale Reihen Forest Airports Gardens / Lawn

60 Die Applikatoren sind die Düsen - Urban Railways Just specific applicators for specific purposes Forest Airports Gardens / Lawn

61 Einsatzbereiche Forstwirtschaft Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) FSC Teak Plantagen Vermeidung von chemischen Herbiziden Reduktion der Konkurrenz um Licht, Wasser und chemische Nährstoffe

62 Empfindlichkeit - Gräsern und krautige Pflanzen Railways Electroherb erfasst Gräser und Kräuter In einigen Fällen benötigen Gräser mehr Energie (Wurzel/Spross Verhältnis) Höhere Pflanzen führen zu längerer Kontaktzeit und sind kein Problem Hohe Biomasseabdeckung/Mulch verlängert Wiederaufwuchszeit Roads

63 Einsatzgebiet Große Gräser in Reihen Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Hier: Zuckerrohr mehrjährig Vermeidung von Unkrautkonkurrenz Forest Transmission lines

64 Einsatzgebiet Niedrige Krautpflanzen vorher her Agriculture Railways Roads Sojabohne Zwischenreihenkontrolle Forest Airports Gardens / Lawn nachher

65 Reihenapplikatoren Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) hinterher Sojabohne Zwischenreihenkontrolle Forest Airports Gardens / Lawn Unteransicht Breite variabel Applikatoren

66 Sojabohne Experimente 2006/2007 Weniger Unkraut same yield Manuelles Hacken 2 Behandlungen (nach Keimung und +V4) Vorherrschende Unkräuter: Euphorbia heterophylla, Ipomoea spp., Sida spp., Brachiaria plantaginea, Digitaria spp. Mehr Energie Railways Roads Urban (Hard Surfaces) TG Unkraut (g/0.25 m²) Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines Ertrag Soja(kg/ha) Verschiedene Generator rpm: 2200, 2000,1600 (geringste Energie) TC: manuelles Hacken (Kontrolle), TSC: kein Jäten

67 Obstbaumplantagen Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Unter Büschen und Bäumen Keine Beschädigung der Bäume Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

68 No-till und organische Bewirtschaftung? Größtes Hindernis: Unkrautbeseitigung vor der Saat Mechanisches Jäten und Bodenkonservierung ist Konfliktbereich Electroherb als Chance beides Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) zusammenzubringen Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines Flächenbekämpfung von Unkraut auf no-till Feldern in Rio Grande do Sul/Brasilien

69 Gebana no-till Experiment 2011/Rio Grande 46 kleine zero-till Farmen Organisch mit mech. Unkrautbekämpfung Nachernte Einsatz Vorkultur: Mais, Gras, Hafer, Weizen 40 x 100 % Kontrolle 2 X 2. Behandlung nötig 3 x Kontrolle % 1 x nur 80 % Kontrolle (sehr kleines Unkraut) Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Details of the first weeds dying, 20 minutes after the Electroherb passed Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines Area desiccated 3 hours before next to an area not treated

70 Bodenkonservierung No-till Hafer Feld Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) 4.7 ha no-till Hafer Feld Forest Gardens / Lawn 100% Kontrolle nach 4 Tagen

71 Urbane Anwendungen Unkrautkontrolle auf hartem Untergrund Chemie zumeist schon verboten Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

72 Einsatzgebiet wenig begangene Wege Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Forest Airports Gardens / Lawn Fußwege vorher

73 Einsatzgebiet Schotter/Kiesflächen vorher hinterher Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Forest Airports Gardens / Lawn

74 Einsatzgebiet Parkplätze Sojabohne Zwischenreihenkontrolle Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Forest Airports Gardens / Lawn

75 Einsatzgebiet Bordsteinkanten - Fugen Sojabohne Zwischenreihenkontrolle Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) hinterher Forest Airports Gardens / Lawn vorher

76 Anwendungsbereich Parkplätze, Pflasterungen Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Sojabohne Zwischenreihenkontrolle Forest Airports Gardens / Lawn vorher Aussehen Werterhaltung Sicherheit

77 Einsatzgebiet Bauwerksschutz hinterher Zerstörung von Pflanzen die in Infrastruktur hineinwachsen Agriculture Railways Urban (Hard Surfaces) Keine Hitze, keine aggressiven Chemikalien, keine mechanische Öffnung Forest Airports Gardens / Lawn

78 Invasive Pflanzen Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) hinterher Forest Airports Gardens / Lawn vorher Jap. Knöterich Herkulesstaude Indisches Springkraut

79 Friedhöfe Wege freihalten Efficacy Nicht mehr versickerungsfähig Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Maximierung der Versickerungsfähigkeit ohne optische und technische Einbußen Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines Schotterwege von Bewuchs freihalten bei minimalem Eingriff

80 Electroherb als Herbizid - Vergleiche Systemisches Herbizid trifft Wurzel und Spross wie Glyphosat Aufnahme nur über die Blätter wie Glyphosat/Diquat Räumlich selektive Anwendung sehr gut eher wie Diquat Sofortiger Effekt wie Diquat Keine Wirkung auf Samen im Boden wie Glyphosat/Diquat (Nachauflaufherbizid) Keine Speicherwirkung im Boden wie Glyphosat/Diquat (Nachauflaufherbizid) Sehr schneller Abbau keine Wartezeit Roads keine Rückstände ganz anders Keine natürliche oder angezüchtete Resistenz möglich ganz anders Zusammenfassung: Vieles Gute aus Glyphosate and Diquat ohne Chemie

81 Selektivität in Raum und Zeit Breite zwischen Reihen Zeit der Behandlung POSITION in de Reihe Agriculture Railways Roads Urban (Hard Surfaces) Höhe über Grund Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines

82 Warum hybrid Electroherb und Chemie? Integrierte Unkrautbehandlung spart chem. Herbizide minimiert Resistenzselektion Roads inter-row - in row Abwechslung (Vorauflauf-Nachernte)

83 Warum digital herbicide? Roads Digital agriculture kennt die Position der Pflanzen und der Fahrwege Sensoren entscheiden über den Spannungseinsatz Applikatoren können digital ein und ausgeschaltet werden als Matrix Energieeinsparung und Geschwindigkeitsoptimierung

84 Zusammenfassung Peak herbicide - erreicht: jetzt werden chemische Herbizide seltener aber wertvoller Züchtung hilft nicht gegen Unkraut andere Alternativen nötig Suche - abgeschlossen: Hochfrequente Hochspannung ist das Wirkprinzip Integrierte Unkrautmanagement bedeutet Einsatz aller oder einzelner Optionen Applikationsentwicklung - läuft: für hybride und digitale Einsätze in vielen Kulturen und anderen innovative Anwendungen weltweit. Forest Airports Gardens / Lawn Transmission lines Electrons can get crops best friends!

85 Dankeschön! Wachsende Fragen?

86 Kontakt