Sensor Plantobelly
Anfang 2021 gründeten Christian Hahn (r.) und Bastian Klemke (l.) das Start-Up Plantobelly und begannen mit dem Roll-Out der Sensoren zur professionellen Feuchtigkeitsüberwachung.
Sensorik und LoRaWAN retten Baumbestand
Bäume verfügen über Leitgewebe, welches mittels Druck Wasser aus dem Boden im Baum nach oben transportiert und die Zellen mit Nährstoffen versorgt. Bei hoher Trockenheit ist der Baum nicht mehr in der Lage, genug Wasser zu transportieren.
Laut Studien des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie stirbt ein Baum, wenn seine Wasserleitfähigkeit auf unter 40 Prozent sinkt. Auch die Fähigkeit von Bäumen sich gegen Schädlingsbefall zu wehren hängt laut Bayerischer Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft direkt mit der Wasserverfügbarkeit zusammen. Ohne ausreichend Wasser können sich Bäume weniger effektiv gegen Schädlinge wehren. Fichten zum Beispiel produzieren Harz, um sich vor Käferbefall zu schützen. Ohne Wasser kann kein Harz gebildet werden, um die Käfer abzuwehren.
Durch Einsatz des Sensors Plantobelly wird die Bodenfeuchtigkeit gemessen und zwei Mal pro Tag via LoRaWAN übermittelt. Der Plantobelly besteht aus einer Sendeeinheit mit den Maßen 8 cm x 3 cm x 2.5 cm, die mit einer Sendeantenne ausgestattet und über ein 60cm- Kabel mit der Messschleife (Sonde) verbunden ist. Der Sensor wird in einer Tiefe von bis zu 60 cm nahe der zu überwachenden Pflanze und deren Wurzeln platziert, die Sendeeinheit liegt nahe der Erdoberfläche.
Die Bodenfeuchtigkeit wird in unmittelbarer Baumnähe gemessen. Der Baum “meldet” sich mithilfe des Sensors, wenn er von Trockenstress bedroht ist: fällt die Feuchtigkeit unter einen bestimmten Grenzwert, wird eine E-Mail an den Nutzer des Plantobellys verschickt, dass der Baum Wasser benötigt. Mithilfe dieser Warn-Mails sowie der langfristigen Übersicht der Feuchtigkeitsmessungen und Wetterdaten im Plantobelly Webservice wird die Bewässerung optimal an die Baumbedürfnisse angepasst. Das Austrocknen der Bäume und Grünanlagen wird verhindert und Bäume können sich effektiver gegen Schädlinge wehren.
Sensorik und LoRaWAN retten Baumbestand
Bäume verfügen über Leitgewebe, welches mittels Druck Wasser aus dem Boden im Baum nach oben transportiert und die Zellen mit Nährstoffen versorgt. Bei hoher Trockenheit ist der Baum nicht mehr in der Lage, genug Wasser zu transportieren.
Laut Studien des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie stirbt ein Baum, wenn seine Wasserleitfähigkeit auf unter 40 Prozent sinkt. Auch die Fähigkeit von Bäumen sich gegen Schädlingsbefall zu wehren hängt laut Bayerischer Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft direkt mit der Wasserverfügbarkeit zusammen. Ohne ausreichend Wasser können sich Bäume weniger effektiv gegen Schädlinge wehren. Fichten zum Beispiel produzieren Harz, um sich vor Käferbefall zu schützen. Ohne Wasser kann kein Harz gebildet werden, um die Käfer abzuwehren.
Durch Einsatz des Sensors Plantobelly wird die Bodenfeuchtigkeit gemessen und zwei Mal pro Tag via LoRaWAN übermittelt. Der Plantobelly besteht aus einer Sendeeinheit mit den Maßen 8 cm x 3 cm x 2.5 cm, die mit einer Sendeantenne ausgestattet und über ein 60cm- Kabel mit der Messschleife (Sonde) verbunden ist. Der Sensor wird in einer Tiefe von bis zu 60 cm nahe der zu überwachenden Pflanze und deren Wurzeln platziert, die Sendeeinheit liegt nahe der Erdoberfläche.
Die Bodenfeuchtigkeit wird in unmittelbarer Baumnähe gemessen. Der Baum “meldet” sich mithilfe des Sensors, wenn er von Trockenstress bedroht ist: fällt die Feuchtigkeit unter einen bestimmten Grenzwert, wird eine E-Mail an den Nutzer des Plantobellys verschickt, dass der Baum Wasser benötigt. Mithilfe dieser Warn-Mails sowie der langfristigen Übersicht der Feuchtigkeitsmessungen und Wetterdaten im Plantobelly Webservice wird die Bewässerung optimal an die Baumbedürfnisse angepasst. Das Austrocknen der Bäume und Grünanlagen wird verhindert und Bäume können sich effektiver gegen Schädlinge wehren.
Anfang 2021 gründeten Christian Hahn (r.) und Bastian Klemke (l.) das Start-Up Plantobelly und begannen mit dem Roll-Out der Sensoren zur professionellen Feuchtigkeitsüberwachung.
Plantobelly Baum-Monitoring in Smart Cities
Plantobelly-Sensoren schützen junge Bäume in Smart Cities
Laut Umweltbundesamt werden besonders die Frühjahrs- und Sommermonate in Deutschland trockener, die für das Pflanzenwachstum entscheidend sind. Im Frühjahr 2020 fiel zum Beispiel nur die Hälfte der üblichen Regenmenge. Bei geringen Niederschlagsmengen greifen die Pflanzen auf Wasserspeicher im Boden zurück.
Nach mehreren trockenen Jahren in Folge entstehen dabei negative Auswirkungen auf das Wachstum, da die Pflanzen auch aus dem Boden nicht genug Wasser aufnehmen können. Besonders junge Bäume leiden unter der Trockenheit, da ihre Wurzeln noch nicht voll ausgewachsen sind und die tieferen, wasserhaltigen Erdschichten nicht erreichen können. Der Plantobelly wurde entwickelt, um eine optimale Bewässerung für Pflanzen sicherzustellen und das Austrocknen zu verhindern.
Besonders Smart Cities können von der Lösung des Plantobelly profitieren, die Daten mithilfe von LoRaWAN übersendet. Immer mehr Städte bauen mit zunehmender Digitalisierung die Infrastruktur für stadtweite LoRaWAN-Netzwerke auf, die zum Beispiel in der Zählerstandsmessung von Abwasserschächten, der Raumluftüberwachung oder zur Übertragung von Wetterdaten genutzt werden können.
Der Plantobelly kann in diese Netzwerke integriert werden, um die Bodenfeuchtigkeit in unmittelbarer Umgebung von Stadt- und Straßenbäumen zu überwachen. Der Plantobelly erzielt bei der Datenübermittlung via LoRaWAN Funkreichweiten von einem bis mehrere Kilometer.
Das Umweltbundesamt betont die vielen Vorteile, die Stadtbäume bieten. Dazu zählen die Regulierung des Mikroklimas in der Stadt, das Spenden von Schatten, die Emissionsfilterung aus Luft und Boden, die Aufwertung des Stadtbilds und die Nutzung als Lebensraum für Vögel und Insekten. Gerade jungen Bäumen in Städten stehen jedoch durch die Umgebung von Gehwegen und Straßenpflaster weniger Möglichkeiten zur Feuchtigkeitsaufnahme zur Verfügung. Zusätzlich werden sie durch Schadstoffe und Streusalz zusätzlich belastet.
Mithilfe der Daten des Plantobelly können junge Bäume optimal bewässert und gepflegt werden. Die eingebaute Batterie ermöglicht eine Lebensdauer des Plantobelly von bis zu zehn Jahren. Die Anwartsphase von jungen Bäumen, die zwischen drei und sechs Jahren dauert kann überstanden werden ohne den Plantobelly auszutauschen oder die Batterie zu wechseln.
Junge Bäume sind besonders von Trockenheit betroffen. Der Plantobelly ist darauf ausgelegt, diese in deren Anwartsphase zu überwachen und vor Trockenstress zu schützen. Die Daten können im Plantobelly-Webservice eingesehen werden. Ist die Bodenfeuchtigkeit zu gering, wird eine Warn-E-Mail versendet.
Interview mit Bastian Klemke
„Wir lassen Bäume sprechen.“
Die Jahre 2015 bis 2021 waren die wärmsten seit Beginn der Wetteraufzeichnungen, Bäume leiden unter der zunehmenden Trockenheit. Bastian Klemke erklärt die Rolle des Plantobelly in der Bewässerungsplanung und darin, Bäume vor dem Vertrocknen zu retten.
Bastian Klemke gründete Anfang 2021 gemeinsam mit Christian Hahn das Unternehmen Plantobelly. Der Diplom-Wirtschaftsingenieur ist bei Plantobelly für den Vertrieb zuständig.
Interview
1. Auf welche Nutzer und Anwendungsbereiche ist der Plantobelly ausgerichtet?
Die Hauptzielgruppe für den Plantobelly sind Smart Cities. Die Sommer werden immer trockener und wärmer. Besonders junge Bäume geraten unter Trockenstress und gehen dadurch ein. In der Umgebung von Straßen und Gehwegen ist die Möglichkeit zur Feuchtigkeitsaufnahme sehr gering. Die Pflanzen müssen gepflegt und gegossen werden. Dies zu überwachen steht bei uns klar im Fokus.
2. Warum haben Sie sich bei Plantobelly für die LoRaWAN-Datenübermittlung entschieden?
Es gibt sehr viele Städte, die LoRaWAN nutzen und auch immer weiter ausbauen. Das bietet auch für uns eine Plattform, um dort den Plantobelly einzusetzen. Der Funkstandard an sich bietet enorm viele Vorteile. Wir können eine lange Batterielaufzeit sowie zuverlässige Übertragung der Datenpakete gewährleisten und erzielen sehr hohe Reichweiten.
3. Können Sie den Installationsprozess eines Plantobelly beschreiben?
Der Plantobelly besteht aus einer Messschleife und einer Sensorbox, die mit einem Kabel verbunden sind. Die Messschleife des Plantobelly wird in der Tiefe installiert, in der der Wurzelbein des Baumes liegt, der gemessen werden soll. Dieser kann zwischen 20 und 60 cm Tiefe schwanken, je nachdem wo der Baum seine Wurzeln ausbildet oder wie jung der Baum ist. Dort wird die Messschleife in die Erde gesteckt.
Damit die Funkfrequenz noch übertragen werden kann, liegt die Sensorbox drei bis fünf cm unter der Erdoberfläche. So ist die Datenübertragung via LoRaWAN funktionsfähig, und die Sensorbox ist gleichzeitig vor Diebstahl und Vandalismus geschützt. Der Sensor wird automatisch kalibriert und sendet alle zwölf Stunden ein Signal.
4. Welche Daten stehen den Nutzern des Plantobelly zur Verfügung?
Im Plantobelly- Webservice sehen Nutzer die Feuchtigkeitsanzeige an den verschiedenen Standorten, sowie Ortsbezogene Wetterdaten. Der Kunde gibt an, in welchem Postleitzahlenbereich der Plantobelly installiert ist, und auf Basis dieser Postleitzahl ziehen wir die Wetterdaten. Die Bewässerungsplanung kann effektiv auf Baumbedürfnisse und Wetterverhältnisse angepasst werden.
5. Stichwort Nachhaltigkeit: Wie wird mit dem Plantobelly verfahren, wenn das Ende der Gebrauchszeit erreicht ist?
Die Erfahrung, wie der Plantobelly nach zehn Jahren aus der Erde deinstallierbar ist haben wir noch nicht, da wir noch nicht zehn Jahre lang installiert haben. Was wir auf jeden Fall bedacht haben ist dass die Messschleife, die deutlich tiefer installiert ist als die Sensorbox, keinerlei Elektronik beinhaltet bis auf die Leiterbahnen. Wenn diese vom Wurzelwerk umschlungen ist, kann sie abgetrennt werden. Die kritischen Komponenten wie die Batterie und die Platine sind in der Sensorbox verbaut, die viel näher an der Oberfläche liegt und leicht aus der Erde entfernt werden kann.
Wir haben uns aus Gründen der Nachhaltigkeit dafür entschieden, die Plantobellys zur Miete anzubieten. Als Beispiel: Eine Stadt nutzt den Plantobelly für die Anwartsphase eines Baumes, die zwischen drei bis sechs Jahre beträgt. Wenn der Plantobelly nicht mehr benötigt wird wollen wir sicherstellen, dass die Batterie nicht am Baum belassen wird. Falls diese auslaufen sollte, würden mehr Umweltschäden verursacht als dem Baum beim Anwachsen geholfen wurde. Mit dem Mietkonzept können wir den Plantobelly zurückholen, durch neue Firmware und Batterie recyclen oder notfalls auch entsorgen.
6. Welche Ziele hat sich Plantobelly für die Zukunft gesetzt?
Jede Stadt pflanzt im Jahr zwischen 180 und 250 neue Bäume, die auch betreut werden müssen. Nicht jeder Baum muss mit einem Plantobelly überwacht werden, aber wenn wir zwischen einem und zehn Prozent der jungen Bäume mit Plantobellys ausstatten, wäre das schon ein großes Ziel. Wir sehen für die Bodenfeuchtigkeitsüberwachung in Ländern wie zum Beispiel Griechenland, Portugal oder Spanien einen enorm hohen Bedarf.
Wir haben in unseren Tests auch versucht noch weitere Werte wie ph-Wert, Licht und Temperatur zu erfassen, und diese wurden auch von Nutzern angefragt. Vorerst konzentrieren wir uns bei Plantobelly ausschließlich auf das Thema Feuchtigkeitsmessung. Man kann viel über Substrate, Dünger oder ähnliches sprechen, aber das Wichtigste ist immer noch das Wasser. Den Blick in den Boden zu öffnen und Bäume davor zu schützen, in Trockenstress zu geraten und zu sterben, sehen wir bei Plantobelly als unsere klare Aufgabe.
Interview
1. Auf welche Nutzer und Anwendungsbereiche ist der Plantobelly ausgerichtet?
Die Hauptzielgruppe für den Plantobelly sind Smart Cities. Die Sommer werden immer trockener und wärmer. Besonders junge Bäume geraten unter Trockenstress und gehen dadurch ein. In der Umgebung von Straßen und Gehwegen ist die Möglichkeit zur Feuchtigkeitsaufnahme sehr gering. Die Pflanzen müssen gepflegt und gegossen werden. Dies zu überwachen steht bei uns klar im Fokus.
2. Warum haben Sie sich bei Plantobelly für die LoRaWAN-Datenübermittlung entschieden?
Es gibt sehr viele Städte, die LoRaWAN nutzen und auch immer weiter ausbauen. Das bietet auch für uns eine Plattform, um dort den Plantobelly einzusetzen. Der Funkstandard an sich bietet enorm viele Vorteile. Wir können eine lange Batterielaufzeit sowie zuverlässige Übertragung der Datenpakete gewährleisten und erzielen sehr hohe Reichweiten.
3. Können Sie den Installationsprozess eines Plantobelly beschreiben?
Der Plantobelly besteht aus einer Messschleife und einer Sensorbox, die mit einem Kabel verbunden sind. Die Messschleife des Plantobelly wird in der Tiefe installiert, in der der Wurzelbein des Baumes liegt, der gemessen werden soll. Dieser kann zwischen 20 und 60 cm Tiefe schwanken, je nachdem wo der Baum seine Wurzeln ausbildet oder wie jung der Baum ist. Dort wird die Messschleife in die Erde gesteckt.
Damit die Funkfrequenz noch übertragen werden kann, liegt die Sensorbox drei bis fünf cm unter der Erdoberfläche. So ist die Datenübertragung via LoRaWAN funktionsfähig, und die Sensorbox ist gleichzeitig vor Diebstahl und Vandalismus geschützt. Der Sensor wird automatisch kalibriert und sendet alle zwölf Stunden ein Signal.
4. Welche Daten stehen den Nutzern des Plantobelly zur Verfügung?
Im Plantobelly- Webservice sehen Nutzer die Feuchtigkeitsanzeige an den verschiedenen Standorten, sowie Ortsbezogene Wetterdaten. Der Kunde gibt an, in welchem Postleitzahlenbereich der Plantobelly installiert ist, und auf Basis dieser Postleitzahl ziehen wir die Wetterdaten. Die Bewässerungsplanung kann effektiv auf Baumbedürfnisse und Wetterverhältnisse angepasst werden.
5. Stichwort Nachhaltigkeit: Wie wird mit dem Plantobelly verfahren, wenn das Ende der Gebrauchszeit erreicht ist?
Die Erfahrung, wie der Plantobelly nach zehn Jahren aus der Erde deinstallierbar ist haben wir noch nicht, da wir noch nicht zehn Jahre lang installiert haben. Was wir auf jeden Fall bedacht haben ist dass die Messschleife, die deutlich tiefer installiert ist als die Sensorbox, keinerlei Elektronik beinhaltet bis auf die Leiterbahnen. Wenn diese vom Wurzelwerk umschlungen ist, kann sie abgetrennt werden. Die kritischen Komponenten wie die Batterie und die Platine sind in der Sensorbox verbaut, die viel näher an der Oberfläche liegt und leicht aus der Erde entfernt werden kann.
Wir haben uns aus Gründen der Nachhaltigkeit dafür entschieden, die Plantobellys zur Miete anzubieten. Als Beispiel: Eine Stadt nutzt den Plantobelly für die Anwartsphase eines Baumes, die zwischen drei bis sechs Jahre beträgt. Wenn der Plantobelly nicht mehr benötigt wird wollen wir sicherstellen, dass die Batterie nicht am Baum belassen wird. Falls diese auslaufen sollte, würden mehr Umweltschäden verursacht als dem Baum beim Anwachsen geholfen wurde. Mit dem Mietkonzept können wir den Plantobelly zurückholen, durch neue Firmware und Batterie recyclen oder notfalls auch entsorgen.
6. Welche Ziele hat sich Plantobelly für die Zukunft gesetzt?
Jede Stadt pflanzt im Jahr zwischen 180 und 250 neue Bäume, die auch betreut werden müssen. Nicht jeder Baum muss mit einem Plantobelly überwacht werden, aber wenn wir zwischen einem und zehn Prozent der jungen Bäume mit Plantobellys ausstatten, wäre das schon ein großes Ziel. Wir sehen für die Bodenfeuchtigkeitsüberwachung in Ländern wie zum Beispiel Griechenland, Portugal oder Spanien einen enorm hohen Bedarf.
Wir haben in unseren Tests auch versucht noch weitere Werte wie ph-Wert, Licht und Temperatur zu erfassen, und diese wurden auch von Nutzern angefragt. Vorerst konzentrieren wir uns bei Plantobelly ausschließlich auf das Thema Feuchtigkeitsmessung. Man kann viel über Substrate, Dünger oder ähnliches sprechen, aber das Wichtigste ist immer noch das Wasser. Den Blick in den Boden zu öffnen und Bäume davor zu schützen, in Trockenstress zu geraten und zu sterben, sehen wir bei Plantobelly als unsere klare Aufgabe.
Bastian Klemke gründete Anfang 2021 gemeinsam mit Christian Hahn das Unternehmen Plantobelly. Der Diplom-Wirtschaftsingenieur ist bei Plantobelly für den Vertrieb zuständig.