Forscher entwickeln umweltschonendes Verfahren Laser vernichtet "Unkraut" - scinexx | Das Wissensmagazin
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Forscher entwickeln umweltschonendes Verfahren

Laser vernichtet „Unkraut“

Hafer mit Disteln © Gerhard Elsner / GFDL

Laser können erfolgreich bei der Bekämpfung junger Unkrautpflanzen eingesetzt werden. Zu diesem Ergebnis sind jetzt Hannoveraner Forscher in einer neuen Studie gekommen. Die Strahlung zerstört dabei gezielt die Wuchszentren der Pflanzen und tötet sie dadurch ab – energieeffizient und umweltschonend.

Um landwirtschaftliche und gartenbauliche Flächen von unerwünschten Pflanzen zu befreien, kommen zunehmend umweltschonende Verfahren zur Anwendung. Denn chemische Pflanzenschutzmittel wirken zwar sehr selektiv und sind auch dort verwendbar, wo zum Beispiel herkömmliche Methoden wie das Abflämmen zu unspezifisch oder zu energieaufwändig sind.

Doch eine Überdosierung und die Verteilung der Substanzen durch den Wind führen häufig zu schädlichen Rückständen der Herbizide in oberen Bodenschichten und Oberflächengewässern. Gezielt eingesetzte Laserstrahlung kann dagegen punktgenau den Wuchs von Unkraut im Bestand hemmen, indem sie die sensiblen als Meristem bezeichneten Wuchszentren der Pflanzen zerstört. Die geringste für Keimlinge tödliche Strahlungsenergie liegt nach Laborerkenntnissen bei etwa 35 Joule.

CO2-Laser im Einsatz

Die Wissenschaftler des Laser Zentrums Hannover (LZH) und der Leibniz Universität Hannover haben nun in ihrem Projekt die eingesetzte Energie exakt und effektiv auf Pflanzenart und Wuchshöhe abgestimmt.

Sie setzten in den aktuellen Untersuchungen vor allem auf CO2-Laser, die im mittleren Infrarot bei einer Wellenlänge von 10,6 Mikrometer emittieren und deren Strahlung auf die Pflanzen ebenfalls thermisch wirkt. Über einen so genannten Galvanometerscanner mit einem flexiblen Spiegelsystem lässt sich der Laserstrahl schnell und beliebig im Bearbeitungsfeld positionieren und mit hoher Präzision auf die oberflächennahen Meristeme einstellen.

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Exakte Positionierung des Laserstrahls (hier zur besseren Darstellung rot hervorgehoben) auf Unkrautmodellpflanzen im Laborversuchsstand © LZH

Große Zielgenauigkeit

In Laborexperimenten erreichten die Wissenschaftler dabei eine Zielgenauigkeit von circa einem Millimeter. Versuche mit einem Schienenwagen-geführten Laser im Gewächshaus lieferten immer noch eine Treffsicherheit von rund 3,4 Millimetern.

Zur Erkennung der Pflanze und für die optimale Positionierung des Laserstrahls wird ein Stereo-Kamerasystem eingesetzt. Die Forscher gleichen die Kamerabilder nach komplexer Bearbeitung mit Active Shape Modellen der zu erkennenden Pflanzen ab. Mithilfe der Blattstellungen ist es den Wissenschaftler zufolge möglich, die Meristempositionen als Ziele exakt zu bestimmen, so dass diese anzusteuernden Koordinaten als Signal an den angeschlossenen Laser weitergegeben werden können.

Energieeffizient und umweltschonend

Die Wissenschaftler des LZH konnten inzwischen die maximal notwendige Energie bestimmen, die optimal an der gewünschten Position wirkt, so dass die Methode besonders effizient einsetzbar ist. Derzeit überprüfen sie nun verschiedene Bestrahlungszeiten in unterschiedlich dichten Unkrautbeständen auf ihre Wirtschaftlichkeit hin.

Die besten Ergebnisse für große Flächen könnte nach den derzeitigen Erkenntnissen der Forscher ein autonomer Feldroboter im Stop and Go-Betrieb liefern.

(Laser Zentrum Hannover, 13.03.2012 – DLO)

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