Physik  |  Technik

 

Manuel Oesch, 2004 | Rebstein, SG

 

Durch Waldbrände, Trockenheit und weitere Faktoren verlieren wir jährlich riesige Waldgebiete, ein Verlust mit gravierenden ökologischen Folgen. Daher steht Aufforstung vermehrt im öffentlichen Interesse. Die Bepflanzung mit Setzlingen ist teuer und die Naturverjüngung funktioniert nur für bestehende Arten. Wie wäre es mit einer schnellen und kostengünstigen Aufforstung mithilfe von Drohnen? Mit dem theoretischen Wissen über herkömmliche Aufforstungsmethoden und den bisherigen Ansätzen zur Drohnenaufforstung werden zwei mechanische Abwurfmechanismen für die Verteilung von Saatgut in Form von Saatkugeln bzw. -pellets konstruiert und hergestellt. Dabei wird vor allem Wert auf die Art des Abwurfs und der Beförderung von unterschiedlich grossem Saatgut gelegt. Durch die erstellte Webseite und Marktanalyse sowie das durchgeführte Crowdfunding ist eine Weiterführung des Projektes möglich.

Fragestellung

Ist es möglich, einen Mechanismus für Saatgutdrohnen zu entwickeln, um Wälder wieder aufzuforsten? Der Mechanismus soll robust, langlebig und wartungsfreundlich sein. Er muss verschiedene Saatgutgrössen verteilen können. Es wird ein Vergleich dieser Methode mit bestehenden Aufforstungstechniken durchgeführt. Eine Marktanalyse stellt bestehende Drohnenaufforstungsangebote dem hier vorgestellten Mechanismus gegenüber.

Methodik

Das Projekt basiert auf der Arbeitsmethode IPERKA (Informieren, Planen, Entscheiden, Realisieren, Kontrollieren, Auswerten). Im ersten Teil werden bestehende Aufforstungsmethoden und Ansätze zur Drohnenaufforstung analysiert und durch Gespräche mit Experten ergänzt. Die weiteren Teile behandeln die Entwicklung und den Bau zweier Prototypen, einen für Saatkugeln und einen optimierten für Saatpellets. Um das passende Konzept zu finden, wurden Muss- und Wunschkriterien definiert. Mithilfe eines morphologischen Kastens wurden mehrere Konzepte generiert und danach mit einer Nutzwertanalyse ausgewertet. Die Konstruktion der Prototypen erfolgte mit dem CAD-Programm Fusion 360. Zusätzlich wurden Elektro- und Schaltpläne erstellt. Die Herstellung der Prototypenteile erfolgte mit 3D-Druckern aus dem Kunststoff PLA. Zusätzlich wurde für den Saatball-Mechanismus eine Steuerung (Arduino UNO R3) programmiert und dessen Gehäuse aus Basaltgewebe laminiert. Für die anschliessende Marktanalyse fand eine Internetrecherche statt.

Ergebnisse

Es konnten zwei funktionsfähige Saatmechanismen für eine Drohne erstellt werden. Der Mechanismus für Saatkugeln ist für Samen bis etwa 20 mm geeignet. Der optimierte Prototyp für Saatpellets ist bezüglich Dosierung, Streuung und Saatgutgrösse flexibler. Der Streuradius lässt sich durch den Kegelwinkel und die Flughöhe anpassen. Der Antrieb der Förderschnecke erfolgt durch einen Gleichstrommotor (35 Nm), der eine zuverlässige Förderung und Steuerung der Fördermenge gewährleistet.
Durch den Einsatz von Drohnen zur Direktsaat kann eine deutliche Reduktion der Zeit und Kosten im Vergleich zur manuellen Pflanzung erzielt werden. Es ist theoretisch möglich, in unter 10 Minuten einen Hektar Wald aufzuforsten. Dies ist 10x schneller und bis zu 5x günstiger (etwa 2700 CHF/ha) als die manuelle Pflanzung.

Diskussion

Beim Prototyp für Saatkugeln ist die Saatkugelgrösse aufgrund der Abwurfart begrenzt, so dass in dieser Ausführung grosse Samen nicht verteilt werden können. Der Mechanismus ermöglicht jedoch eine präzise und schnelle Punktaussaat. Beim danach gebauten Prototyp für Saatpellets wurden das Gewicht und die Verschleissteileanzahl reduziert sowie die Elektronik vereinfacht. Die Einschränkung in der Saatgutgrösse konnte behoben werden. Das Ergebnis ist ein für die Flächenaussaat funktionsfähiger Mechanismus. Beide Varianten haben ihre Vorteile: Saatkugeln können Wasser länger speichern, Pellets sind günstiger und einfacher in der Herstellung. Da keine Drohne zur Verfügung stand, konnte der Mechanismus nur am Boden getestet werden, so dass Anpassungen bei der Verwendung mit einer Drohne nötig sind.

Schlussfolgerungen

Die Arbeit zeigt, dass Drohnentechnologie die Aufforstung effizienter machen kann. Mit dem Mechanismus für Saatpellets konnte ein Prototyp erstellt werden, welcher alle gesetzten Ziele erreicht. Es gibt aber noch offene Fragen bezüglich der biologischen Wirksamkeit der Methode, wie Keimrate, Umwelteinflüsse und Wildfrass, welche erforscht werden müssen.
Es ist wichtig zu betonen, dass Technologie allein die Klimakrise nicht lösen wird, dennoch kann sie die Aufforstung vorantreiben.
Dank des Crowdfundings und positiven Rückmeldungen ist eine Weiterentwicklung möglich, so dass das Projekt mit viel Freude und Neugier weitergeführt werden kann.

 

 

Würdigung durch den Experten

Dr. Daniel Bauer

Herrn Oeschs Beitrag zur effizienten und kostengünstigen Waldaufforstung mit Drohnen ist sowohl relevant als auch aktuell und praxisorientiert. Die Entwicklung zweier innovativer Aussaatmechanismen zeugt von hohen technischen Fertigkeiten und kreativen Lösungsansätzen. Die Vorgehensweise ist systematisch, strukturiert und gut begründet, was sich in der Dokumentation widerspiegelt. Das erfolgreiche Crowd-Funding und die Unterstützung durch zwei Firmensponsoren belegen sowohl die Praxisrelevanz als auch das vielseitige und aussergewöhnliche Engagement von Herrn Oesch.

Prädikat:

hervorragend

Sonderpreis «MILSET International Science Summer Camp (ISSC)» gestiftet von der SJf-Trägerschaft

 

 

 

Berufs- und Weiterbildungszentrum Buchs Sargans (bzbs)
Lehrer: Matthias Kunz