Virtuelle Kühlketten gegen Lebensmittelverschwendung

Nach Angaben der Vereinten Nationen wird jedes Jahr fast die Hälfte des weltweit produzierten Obsts und Gemüses verschwendet. Dies hat Auswirkungen auf die Ernährungsunsicherheit, den Klimawandel, die wirtschaftliche Sicherheit und die Mobilität der Arbeitskräfte in der Landwirtschaft weltweit.

Gelänge es, Lebensmittelverschwendung zu verhindern oder zumindest zu verringern, dürfte dies grosse soziale Auswirkungen haben. Und genau das will die "Basel Agency for Sustainable Energy" (BASE), eine in der Schweiz ansässige Non-Profit-Organisation, zusammen mit der Empa mit Hilfe von Datenwissenschaft erreichen: Sie arbeitet mit Gemeinden zusammen, um die Lebensmittelverschwendung zu bekämpfen und gleichzeitig die Lebensgrundlage von Kleinbauern zu verbessern und Investitionen in Lösungen für den Klimawandel zu fördern.

Die Herausforderung

BASE entwickelt Geschäftsmodelle, um Investitionen in saubere Energie zu ermöglichen und zu erleichtern. Seit mehr als 20 Jahren arbeitet BASE sektorübergreifend an der Schnittstelle von Klimalösungen, Finanzen und internationaler Entwicklung. In den letzten Jahren hat sich das BASE-Team vermehrt für den Bereich Kühlung interessiert und 2018 mit gewerblichen Klimaanlagen und industrieller Kühlung begonnen. Da sich viele Nutzer von Kühlanlagen für weniger energieeffiziente Lösungen entscheiden, um trotz höherer Betriebskosten die Anfangsinvestition zu vermeiden, hat BASE dabei geholfen, ein Abonnementmodell einzuführen, bei dem der Anbieter den effizienten Betrieb der Kühlanlagen sicherstellt und die einzelnen Nutzer die Kühlung lediglich nach Verbrauch einkaufen.

Digitalisierung

Der Erfolg dieser "Cooling as a Service"-Initiative hat neue Ideen hervorgebracht, aber auch neue Herausforderungen aufgezeigt. "Es gibt eine Menge, was wir über das Geschäftsmodell hinaus tun können. Wir haben erkannt, dass die Anpassung an die Kühlkette in der Landwirtschaft ein wichtiger Teil des Puzzles ist, um die Ernährungssicherheit zu verbessern. Indem wir die Digitalisierung einbeziehen, erleichtern wir die Übernahme des Modells durch lokale Unternehmer und seine Ausweitung", sagt Thomas Motmans, Spezialist für nachhaltige Energiefinanzierung und Projektleiter bei BASE.

Die umfangreiche Erfahrung der Empa-Forscher unter der Leitung von Thijs Defraeye mit der Analyse und Reduzierung von Lebensmittelverlusten in Nachernte-Lieferketten sowie mit physikalisch basierten Modellen zur Vorhersage der Haltbarkeit von Frischprodukten erwies sich als enorm hilfreich, um die Lösung auf die landwirtschaftliche Kühlkette auszuweiten.

BASE hat daher zusammen mit den Empa-Forschern ein interdisziplinäres Konsortium gegründet, um das Problem der Lebensmittelverschwendung zu erforschen, ausgehende von Indien, einem der weltweit grössten Lebensmittelproduzenten. Bis zu 35 Prozent der in Indien produzierten Lebensmittel werden verschwendet, vor allem, weil sie nicht richtig gekühlt werden. Tatsächlich gelangen nur sechs Prozent der Lebensmittel in Indien in Kühlketten, verglichen mit etwa 60 Prozent in Industrieländern.

Das Projekt "Your Virtual Cold-Chain Assistant", das vor kurzem durch eine mobile App erweitert wurde, ermöglicht ein Geschäftsmodell, bei dem Landwirte Kühldienstleistungen auf einer "Pay-per-Use"-Basis in Anspruch nehmen können. Die frei zugängliche mobile App nutzt maschinelles Lernen und physikalisch basierte Lebensmittelmodelle, um Kleinbauern und -bäuerinnen mit verwertbaren Nachernte- und Marktinformationen zu versorgen.

Betreiber von Kühlräumen als Kunden

Pay per use: Kleinbauern und Händler erhalten Zugang zu zuverlässiger, netzunabhängiger Kühlung und zahlen nur für die Menge an Lebensmitteln, die sie lagern. (Source: BASE)

Ursprünglich hatten BASE und die Empa-Forschenden die Lösung nur für Landwirte als Endkunden konzipiert. In Gesprächen vor Ort wurde jedoch schnell klar, dass die Betreiber von Kühlräumen zu wichtigen Nutzern der App werden würden und dass einige Bauern und Bäuerinnen ohne Zugang zu Smartphones möglicherweise ausgeschlossen würden.

Daher implementierte das Team mehrere Anpassungen: Einerseits kamen die Betreiber von Kühlräumen als Hauptnutzer hinzu, andererseits wurde die Übermittlung von Daten durch die Kühlraumbetreiber an die Kühlraumnutzer via SMS für diejenigen Landwirte ermöglicht, die nur Zugang zu Mobiltelefonen haben. "Es ist wirklich wichtig zu verstehen, wer die App nutzt, mit ihnen in Kontakt zu treten, um Feedback zu sammeln und sicherzustellen, dass die Lösung auf die technischen Möglichkeiten und die Infrastruktur vor Ort zugeschnitten ist", sagt Roberta Evangelista, Expertin für Nachhaltigkeit, Datenwissenschaft und Digitalisierung bei BASE.

BASE hat die Verbindungen zu Kühlraumbetreibern auch genutzt, um in Zusammenarbeit mit drei lokalen Anbietern - CoolCrop in Himachal Pradesh, Koel Fresh in Odisha und Oorja in Bihar - das "Pay-per-Use"-Modell einzuführen. Bei diesem Geschäftsmodell erhalten die Landwirte Zugang zu solarbetriebener Kühlung und zahlen nur für die Menge an Lebensmitteln, die sie in den Kühlräumen lagern. Dadurch wird die Kühlkettenlagerung für die Kleinbauern erschwinglicher. Die Betreiber der Kühleinrichtungen haben daher einen Anreiz, langfristig zu denken und effiziente Systeme einzusetzen.

Haltbarkeit aus der Ferne sehen

Pilot-Anlage: Einer der Kühlräume wurde im indischen Keonjhar aufgebaut. (Source: BASE)

Mit den Nachernte- und Marktinformationen, die sie liefert, bietet die App einen echten Nutzen für die Landwirte, der auf der Auswertung von Daten beruht. "Wir nennen es Upcycling", sagt Thijs Defraeye, Leiter der Gruppe "Simulating Biological Systems" am Empa-Labor für biomimetische Membranen und Textilien. "Wir übersetzen Daten in nützliche Empfehlungen für die Menschen vor Ort."

Die Sensoren der App erfassen Messwerte wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit - Daten, die für sich genommen für einen Landwirt nicht unbedingt hilfreich sind - und wandeln sie in nützliche Informationen um. So hilft die Lösung beispielsweise Kleinbauern, die Haltbarkeit ihrer gelagerten Feldfrüchte aus der Ferne anhand von Sensordaten in Echtzeit zu verfolgen. Künftig soll die App sogar tagesaktuelle Marktpreise für verschiedene Rohstoffe auf der Grundlage von Open-Source-Daten von Märkten in ganz Indien vorhersagen. "Aus Sicht der Landwirte besteht der Hauptnutzen der App darin, dass sie in Echtzeit Informationen darüber erhalten, wann die gelagerten Produkte das Ende ihrer Lebensdauer erreichen. In Verbindung mit den Marktpreisprognosen bedeutet dies, dass sie die Kühlung besser nutzen können, um auf den Märkten bessere Preise zu erzielen", erklärt Roberta Evangelista von BASE.

Wenn Lebensmittel ausserhalb der Kühlkette das Ende ihrer Haltbarkeit erreichen, sind die Landwirte derzeit oft gezwungen, sie zu stark reduzierten Preisen zu verkaufen oder sie verderben zu lassen. "Your Virtual Cold Chain Assistant" ermöglicht es ihnen, die Kühlung als Lösung zu nutzen, um den Verfall verderblicher Produkte zu verzögern, übrig gebliebene Produkte über Nacht zu lagern, um sie am nächsten Tag zum vollen Preis verkaufen zu können, und besser zu planen, wann und wo sie ihre Produkte verkaufen, um ihr Einkommen zu maximieren.

Zudem hat das Projektteam eine interaktive Karte von Indien entwickelt (hier), um den Akteuren entlang der Lieferkette bei der Entscheidungsfindung zu helfen, indem es Open-Source-Agrardaten aus verschiedenen Bereichen nutzt. "Für die Landwirte ist das ein entscheidender Vorteil", so Motmans. "Der Zugang zur Kühlung verbessert die Verhandlungsposition von Landwirten und kleinen Markthändlern, indem er die Haltbarkeit der Produkte verlängert und den Nutzniessern die Möglichkeit gibt, auf bessere Marktpreise zu warten, anstatt am Ende des Tages Notverkäufe zu tätigen. Dies verringert die Lebensmittelverluste, erhöht das Einkommen der Landwirte und minimiert gleichzeitig die Auswirkungen auf die Umwelt durch den Einsatz nachhaltiger Technologien."

Pilotprojekte in Indien in Partnerschaft mit den drei lokalen Kühlunternehmen sind bereits gestartet; das Projekt wurde auf Nigeria ausgeweitet, weitere Regionen sollen folgen.

Dieser Beitrag ist zuerst auf der Website der Empa und Data.org erschienen.