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Gesundes Saatgut vor Ort produzieren - Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik entwickelt hochproduktive, kompakte und skalierbare Anlage zur chemiefreien Behandlung von Saatgut
Producing wholesome seed product on site - Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology FEP develops a high production-capacity, compact, and scalable unit for non-chemical dressing of seed product
Germany
August 16, 2016
Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP hat gemeinsam mit Projektpartnern, u.a. der Nordkorn Saaten GmbH aus Güstrow in Mecklenburg-Vorpommern eine hochproduktive, kompakte und skalierbare Anlage zur chemiefreien Behandlung von Saatgut entwickelt. Das neue Konzept wird erstmals auf der 26. Fachausstellung für Landwirtschaft und Ernährung, Fischwirtschaft, Forst, Jagd und Gartenbau (MELA), vom 15. – 18. September 2016 in Mühlengeez, in Halle 2 Stand 249 vorgestellt.
Die Versorgung der wachsenden Bevölkerung mit gesunden Nahrungsmitteln ist eine enorme Herausforderung, deren Lösung sehr früh in der Produktionskette beginnt. Neben bekannten und etablierten chemischen Beizmitteln existiert ein weiteres Verfahren zur effektiven Abtötung schädlicher Pathogene wie Pilze und Bakterien. Dieses umweltfreundliche, rein physikalische Verfahren zur Desinfektion von Saatgut basiert auf der keimabtötenden Wirkung von beschleunigten Elektronen.
Treffen die energiereichen Elektronen im Wirkbereich auf Schadorganismen, werden diese effektiv abgetötet. Bei der Elektronenbehandlung wird sichergestellt, dass die Elektronen dabei nur so tief in die Schale eindringen, dass ein Einfluss auf den Embryo und das Endosperm im Inneren des Saatkorns nachweislich ausgeschlossen werden kann. Die sichere, chemiefreie Behandlung von Saatgut wurde in langjährigen Entwicklungsprojekten mit unabhängigen Instituten und Unternehmen nachgewiesen. Seit über 15 Jahren wird das vom Fraunhofer FEP entwickelte Verfahren zur Elektronenbehandlung von Saatgut bereits zur Saatgutproduktion eingesetzt. Die Firma Nordkorn Saaten GmbH produziert Elektronen-behandeltes Saatgut mit Anlagen des Fraunhofer FEP und vertreibt es seit 2012 unter der Marke E-VITA®. Die Anlagen sind allerdings groß und wirtschaftlich nur zur großvolumigen Behandlung von bis zu 25 t/h Saatgut konzipiert.
Nicht immer sind jedoch große Mengen an Saatgut zu behandeln. Für kleine bis mittlere Mengen von weniger als 15 Tonnen pro Stunde lohnt sich der Kauf und Betrieb einer großen Anlage meist nicht. Nur wenige Saatgutproduktionsstandorte haben einen Jahresumsatz an Saatgut, der die Investition in eine Großanlage wirtschaftlich rechtfertigt. Hinzu kommen Produkte, bei denen der stündliche Durchsatz meist bei weniger als 5 Tonnen pro Stunde liegt. Dazu gehören unter anderem Gräser, Sprossensamen und Feinsämereien, wie z. B. Gemüse, Klee und Blumen. Die Wissenschaftler des Fraunhofer FEP haben zu diesem Zweck in einem von der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung geförderten Projekt eine neue Anlagengeneration
entwickelt.
Ziel des Projektes „Ressourcenschonende Saatgutbehandlung mit neuen, preiswerten Elektronenbehandlungsmodulen“ war es, für die Elektronenbehandlung einen breiteren Marktzugang zu schaffen und die Technologie für einen größeren Anwenderkreis interessant zu machen. Im Mittelpunkt stand daher die Entwicklung eines Grundkonzeptes für preiswerte und modulare Elektronenbehandlungseinheiten für die effektive, ressourcenschonende und umweltfreundliche Saatgutbehandlung. Dabei sollten bekannte Defizite behoben und bestehende Hemmnisse durch die Schaffung nutzerfreundlicher und flexibler Lösungen beseitigt werden.
Für die neue Generation von Elektronenquellen wurden folgende Verbesserungen angestrebt und erfolgreich realisiert:
- Mindestens Halbierung der Investitionskosten durch Vereinfachung aller Komponenten gegenüber den bisherigen Produktionsanlagen
- Bessere Homogenität der aufgebrachten Dosis auch in kompakten Quellen
- Einfache und kostenneutrale Skalierbarkeit in einem Durchsatzbereich von 3 bis 12 Tonnen Getreidesaatgut pro Stunde
- Signifikante Senkung der durch Wärmeabstrahlung verursachten Leistungsverluste
- Einfachere Hochspannungsversorgung
- Nutzbarkeit sowohl für etablierte Produkte wie Getreide und Mais sowie auch für neue Produkte wie Feinsämereien, Blumen- und Gräsersamen
Durch die erfolgreiche Realisierung einer solchen Elektronenquelle entstand ein innovatives Werkzeug zur effektiven Saatgutbehandlung bei optimaler Ausnutzung der eingespeisten Energie. Diese Ressourceneffizienz wird durch die Formung der Kaltkathodenquelle in Ringform erreicht.
Herzstück der Anlage ist die neu entwickelte Elektronen-Ringquelle. „Das Besondere an dieser Quelle ist, der Verzicht auf thermische Emitter, was eine freie Formung der Quelle erlaubt. Dadurch kann eine Anlage mit nur einer einzigen Elektronenquelle für die gleichmäßige und allseitige Behandlung genutzt werden“, erklärt André Weidauer, der verantwortliche Projektleiter. „Die neue kompakte Quelle ermöglicht es, die Anlage beispielsweise in einem kleinen Transporter zu montieren und zu betreiben.“
Andreas Prelwitz, Geschäftsführer der Firma Nordkorn Saaten GmbH, schwärmt: „Die neue Anlage ist eine konsequente Weiterführung der bisherigen Technologie zur Elektronenbehandlung von Saatgut. Durch die kompakte Form benötigt die Anlage weniger Energie bei gleicher Wirkung gegen die im und am Samen haftenden Erreger. Nordkorn Saaten wird auch zukünftig sehr stark auf diese alternative Form der Saatgutbehandlung setzen und dabei auch diese neue Technologie nutzen. Die große Nachfrage aus der Landwirtschaft bestätigt in eindrucksvoller Weise die positiven Erfahrungen und die hohe Akzeptanz. Die Elektronenbehandlung von Saatgut liefert einen großen Beitrag zur umweltschonenden Produktion in der Landwirtschaft.“
Diese innovative, mobile, ressourcen- und wirtschaftlich effiziente Anlage mit einem Durchsatz von bis zu 7 Tonnen Getreide pro Stunde ist ab Frühjahr 2017 in Deutschland und im Ausland im Einsatz.
Das Projekt „Ressourcenschonende Saatgutbehandlung mit neuen, preiswerten Elektronenbehandlungsmodulen“ wird aktuell vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft BMEL unter dem Förderkennzeichen 313-06.01-28-1-54.051-10 mit einer Summe von insgesamt 2.876.626 Euro gefördert. Die Projektpartner Nordkorn Saaten GmbH, BayWa AG und Glatt Ingenieurtechnik GmbH danken dem Fördergeber für die Unterstützung.
Producing wholesome seed product on site
The Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology FEP in conjunction with project partners including Nordkorn Saaten GmbH from Güstrow in the German state of Mecklenburg-Western Pomerania, has developed a high production-capacity, compact, and scalable unit for non-chemical dressing of seed product. The new design will be debuted at the 26th MELA tradeshow for the agriculture, nutrition, aquaculture, forestry, hunting, and landscape architecture industries in Mühlengeez near Rostock in northern Germany, September 15-18, 2016 in Hall 2 at booth 249.
Providing the expanding population with healthy foodstuffs is an enormous challenge whose solution begins very early in the production chain. Besides familiar conventional chemical compounds for seed dressing, an additional process exists for effective destruction of harmful pathogens like fungi and bacteria. The environmentally friendly, purely physical process for disinfection of seed product is based on the germ-killing action of accelerated electrons.
If energetic electrons strike pathogens within the target area, the pathogens are destroyed effectively. During electron treatment, the electrons are only allowed to penetrate the seed coat to a depth that empirically precludes any influence on the embryo and endosperm within the interior of the seed kernel. Safe, non-chemical dressing of seed product has been proven during long-term development projects with independent institutes and companies. The process developed by the Fraunhofer FEP for using electrons to dress seed product has been employed in seed product operations for over fifteen years already. Nordkorn Saaten GmbH is producing electron-treated seed product using equipment of the Fraunhofer FEP and has been marketing it since 2012 under the brand name E-VITA®. The equipment is large in size, though, and designed for dressing seed product only in large volumes of up to 25 t/h.
However, it is not always large quantities of seed product that need dressing. The acquisition and operation of a large installation is usually not worthwhile for small-to-medium quantities below 15 tons per hour. Only a few seed product processing operations have annual sales that economically justify the investment in large-scale capital equipment. Then there are some products whose hourly throughput is less than five tons per hour. These include types of grass, sprout seeds, and various fine seeds such as vegetable, clover, and flower seeds for example. Scientists of the Fraunhofer FEP have jointly developed a new generation of equipment for this purpose under a project funded through the German Federal Office for Agriculture and Food (Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung / BLE).
The objective of the project on seed product dressing using new, cost-effective and resource-conserving electron treatment modules (“Ressourcenschonende Saatgutbehandlung mit neuen, preiswerten Elektronenbehandlungsmodulen”) was to create broader market access for electron-based dressing and make the technology attractive for a larger arena of users. The pivotal development was the fundamental design of economical and modular electron-based dressing units for effective, resource-conserving, and ecological seed dressing. The known deficiencies were to be corrected during this project and existing restrictions removed through creation of user-friendly and adaptable solutions.
The following improvements for the new generation of electron sources were planned and successfully achieved:
- At least a 50% reduction in investment cost compared to high-production units through simplification of all components
- Better homogeneity of applied dose from compact sources as well
- Simple and cost-neutral scalability for production capacities in the range of three to twelve tons of grain seed per hour
- Significant reduction of energy losses caused by thermal radiation
- Simplified high-voltage power supply
- Utility for conventional products such as grains and corn as well as for new products like various fine seeds, flower seed, and grass seed.
An innovative tool for effective seed product dressing with optimum utilization of the input energy was developed using the successful realization of this type of electron source. The efficient use of resources is achieved by means of an annular cold-cathode source.
The centerpiece of the unit is the newly developed electron ring source. “The special aspect of this source is that it works without a thermionic emitter, allowing complete freedom for its shape. This means a unit with just a single electron source can be used for uniform and omnidirectional treatment”, explains André Weidauer, the supervisory head of the project. “The new compact source enables the unit to be mounted and operated in a small van, for example.”
Andreas Prelwitz, Managing Director of Nordkorn Saaten GmbH, enthuses: ”The new unit is a direct result of the previous technology for dressing seed product with electrons. Thanks to its compact shape, the unit requires less energy for the same effectiveness against pathogens on and within seed. Nordkorn Saaten will be making a very strong commitment to this alternative form of seed product dressing in the future and using this new technology. The large demand from the agricultural sector attests to the positive experience and the high acceptance rate in an impressive fashion. Electron-based dressing of seed product makes a big contribution to low-impact agricultural production.”
This innovative, mobile, economically efficient, and ecological unit with a processing capacity of up to seven tons of grain seed per hour will be in operation in Germany and other countries beginning in early 2017.
The “Ressourcenschonende Saatgutbehandlung mit neuen, preiswerten Elektronenbehandlungsmodulen” project is funded actually by a grant totaling 2.87 million Euros from the German Federal Ministry of Food and Agriculture (BMEL) under promotional reference number 313-06.01-28-1-54.051-10. The project partners Nordkorn Saaten GmbH, BayWa AG and Glatt Ingenieurtechnik GmbH would like to thank the funding agencies for their support.
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Website: http://www.fraunhofer.de Published: August 16, 2016 |
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