Nachhaltigkeit
Von Blockchain zu KI: Wie Zukunftstechnologien bereits unsere Wälder schützen
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Einer der wichtigsten Bestandteile unseres Lebens sind die Wälder, die etwa ein Drittel aller Landfläche der Erde bedecken. Sie versorgen uns mit Sauerstoff, Nahrung, Schutz und Brennstoff. Sie helfen, Erosion zu verhindern und den Boden zu bereichern, indem sie fruchtbare Oberbodenschichten erzeugen, die zum Anbau von Pflanzen und Feldfrüchten nötig sind und Erdrutsche sowie Überschwemmungen verhindern.
Wälder spielen zudem eine wichtige Rolle bei der Sauerstoffproduktion, der Aufnahme von Kohlendioxid, der Klimaregulierung, dem Lebensraum für die Artenvielfalt, medizinischen Ressourcen, der Aufrechterhaltung des Wasserkreislaufs, der Milderung von Naturkatastrophen, der Unterstützung von Lebensunterhalt, dem psychischen Wohlbefinden und als Erholungsräume.
Trotz alledem bleibt die Abholzung – das gezielte Roden von Waldflächen – weltweit ein bedeutendes Problem.
Der tragische anhaltende Verlust
Während die Abholzung sich durch die Geschichte zieht, hat sich die Geschwindigkeit in den letzten Jahrhunderten einfach in die Höhe geschossen. Für Beispiel, in den letzten drei Jahrhunderten, 1.5 billion hectares Wald, ein Gebiet, das größer ist als die USA, wurde zerstört.
In den letzten zwanzig Jahren gingen weltweit insgesamt 76.3 million hectares (Mha) feuchter Primärwald verloren. Das entspricht 16 % des gesamten Baumbestandverlusts in diesem Zeitraum.
Dieses dauerhafte Roden von Waldflächen wird von Menschen, Unternehmen und Regierungen aus verschiedenen Gründen durchgeführt, etwa für Wohnungsbau und Rohstoffgewinnung.
Laut einer Studie aus diesem Jahr war die Nahrungsmittelproduktion der Haupttreiber der Abholzung. Bei der Analyse der Faktoren, die die Abholzung in 40 tropischen und subtropischen Ländern aus Sicht von Produktion/Versorgung, Handel/Vertrieb und Konsum/Nachfrage antreiben, stellten die Forschenden fest, dass zwischen 2000 und 2018 etwa 90 % der globalen Veränderungen der Waldfläche auf die Ausweitung landwirtschaftlicher Flächen (Acker- und Weideland) zurückzuführen sind.
Neben der Landwirtschaft spielen Urbanisierung sowie natürliche und vom Menschen verursachte Waldbrände eine bedeutende Rolle beim Waldverlust. Während wir weiterhin unsere Wälder zerstören, zeigen Forschungen, dass diese Wälder, wie der Amazonas, der einst ein Kohlenstoffsenken war, nun zu einer Netto‑Kohlenstoffquelle werden. Das bedeutet, dass sie mehr CO₂ ausstoßen, als sie aufnehmen, was den dringenden Bedarf unterstreicht, die verbleibenden Wälder zu schützen.
Der größte Regenwald der Welt steht tatsächlich stark unter Druck durch Abholzung und Klimawandel. Eine aktuelle Studie schätzt, dass bis 2050 10 % bis 47 % der Amazonaswälder „zusätzlichen Störungen ausgesetzt sein werden, die unerwartete Ökosystemübergänge auslösen und den regionalen Klimawandel potenziell verschärfen könnten.“
All der Waldverlust, den wir sehen, angetrieben durch intensive menschliche Aktivitäten und den Klimawandel, bedroht die Artenvielfalt, natürliche Ressourcen und unsere Lebensqualität.
Die Auswirkungen der Abholzung sind noch nicht einmal vollständig analysiert worden. Kürzlich fand die Forschung der University of Otago heraus, dass die einheimischen Steinfliegen Neuseelands als Reaktion auf Abholzung ihre „Warn‑Farben“ geändert haben. Das ist noch nicht alles; eine MIT‑Studie ergab, dass 10 % der jährlich vom Menschen erzeugten Quecksilberemissionen in die Atmosphäre auf die globale Abholzung zurückzuführen sind.
Wissenschaftler haben sich bislang hauptsächlich darauf konzentriert, die Abholzung als Quelle globaler CO₂‑Emissionen zu untersuchen, wobei Quecksilber vernachlässigt wurde. Während Pflanzen Quecksilber aus der Atmosphäre aufnehmen, ähnlich wie CO₂, hat das chemische Element keine wesentliche biologische Funktion für Pflanzen, sodass es einfach vom Boden absorbiert wird.
Jetzt haben Forschende festgestellt, dass durch die Abholzung 200 Tonnen Quecksilber in die Atmosphäre freigesetzt werden, wobei die Werte in tropischen und subtropischen Ländern noch höher liegen.
Um also die Wälder zu schützen, haben Forschende der Kaunas University of Technology (KTU), der Vytautas Magnus University in Litauen und der Linnaeus University in Schweden zusammengearbeitet, um Forest 4.0 zu entwickeln – ein intelligentes Datenverarbeitungsmodell für Wälder, das fortschrittliche Technologien wie Big Data, KI, Internet der Dinge (IoT) und Blockchain integriert.
Dieses System bietet ein transparenteres Waldverwaltungssystem und ermöglicht die Echtzeit‑Überwachung von Waldbedingungen sowie eine nachhaltige Ressourcenabrechnung.
“Stellen Sie sich vor, Sie kaufen einen Tisch und wissen genau, aus welchem Wald und welchem Baum er stammt. Das ist genau das Ergebnis des vorgeschlagenen Modells zur Walddatenverwaltung.”
– Rytis Maskeliūnas, ein Professor an der KTU, der an der Entwicklung von Forest 4.0 mitgewirkt hat
Insbesondere Blockchain und IoT spielen eine entscheidende Rolle in Forest 4.0 und bieten ein transformatives Potenzial für das Management und den Naturschutz.
Die Blockchain wurde laut dem Papier für die sichere Speicherung von Zertifizierungs‑ und Rückverfolgbarkeitsdaten verwendet. Während die Blockchain‑Technologie Transparenz und Integrität im Waldmanagement fördert, unterstützen Echtzeitdaten von Sensoren, Drohnen und Überwachungssystemen Entscheidungen im Brandschutz, bei nachhaltiger Ernte und bei der Überwachung von Wildtieren.
Ein mehrschichtiger Ansatz für das Waldmanagement
Technologische Innovationen haben einen enormen Einfluss auf alle Bereiche unseres Lebens, daher sollten sie auch genutzt werden, um unsere Wälder zu schützen, ihr intelligentes Management zu verbessern und sich um die Zukunft der Natur zu kümmern.
Der Forstsektor steht vor zahlreichen Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Digitalisierungsgrad, dem Mangel an digitaler Kompetenz, Problemen in der Lieferkette und dem Bedarf an Service‑Innovation sowie der Einführung von KI‑Methoden. Die Integration digitaler Technologien in Waldoperationen kann helfen, diese Herausforderungen zu bewältigen.
Technologische Fortschritte, insbesondere im Bereich Geodaten und Datenanalyse, unterstützen bereits die Überwachung von Abholzung. Sie ermöglichen die Erkennung und Reaktion auf Veränderungen der Waldfläche über große Gebiete hinweg mit hoher Präzision.
Beispielsweise ermöglichen multispektrale und hyperspektrale Satelliten Fernerkundung, während LiDAR 3D‑Daten zur Waldstruktur liefert und SAR durch Wolken hindurchdringt, um eine konsistente Überwachung in tropischen Regionen zu gewährleisten. Drohnen sind eine weitere aktuelle Technologie, die für hochauflösende Bildaufnahmen in Zielgebieten eingesetzt wird.
Dann gibt es das maschinelle Lernen, das bei der automatisierten Verarbeitung großer Bild- und Datenmengen sehr hilfreich ist. Es nutzt Algorithmen, um Abholzungsmuster mit einer Genauigkeit von über 90 % zu identifizieren.
Eine Studie von Forschenden der Universiti Kebangsaan Malaysia, der Universiti Teknologi MARA und der Rabdan Academy nutzte Deep‑Learning‑Architekturen wie FCN, SegNet, DeepLabV3, U‑Net und ResNet und stellte fest, dass sie selbst in komplexen und unregelmäßig geformten Waldgebieten effektiv Abholzung erkennen können. Die Forschenden bemerkten:
“Angesichts zunehmender Umweltprobleme ist es unerlässlich, das Potenzial modernster Technologien zu nutzen, um die Auswirkungen der Abholzung zu bekämpfen.”
Jetzt, mit dem Ziel, einen „intelligenten Wald“ zu schaffen, haben Wissenschaftler Forest 4.0 entwickelt. Für sein intelligentes und nachhaltiges Waldmanagementsystem verfolgte es tatsächlich einen mehrschichtigen Ansatz.
Die erste Schicht ist die der Datenerfassung und -verwaltung, die ziemlich selbsterklärend ist. Diese Schicht ist verantwortlich für das Sammeln und Verarbeiten von Daten aus verschiedenen Quellen, wie drahtlosen Sensornetzwerken, Fernerkundung und In‑Situ‑Überwachungssystemen.
Drahtlose Sensornetzwerke umfassen verschiedene IoT‑Geräte, die Faktoren wie Temperatur, Baumsaft und Bodenfeuchte messen, die alle über Datenübertragung verbunden sind; dadurch muss niemand mehr in den Wald gehen und die Messungen manuell durchführen.
Das System beinhaltet zudem eine IoT‑Lösung mit Sensoren, die wie Vogelhäuser aussehen und in Bäumen installiert werden.
“Diese Geräte senden Daten an ein zentrales System, wo sie mithilfe von KI‑Algorithmen in der Datenanalyse‑Schicht ausgewertet werden.”
– Egidijus Kazanavičius, Professor am KTU Centre of Real‑Time Computer Systems, der die Hardware entwickelt hat
Die Datenanalyse‑Schicht nutzt also Big‑Data‑Analysen, um Erkenntnisse aus den in der ersten Schicht gesammelten Daten zu gewinnen. Durch den Einsatz von maschinellem Lernen und prädiktiven Analysen bietet diese Schicht Unterstützung bei Entscheidungsfindungen.
In der Schicht für Überwachung und Bewertung werden alle Ergebnisse der Datenanalyse genutzt, um die Gesundheit der Wälder, die Artenvielfalt, die Kohlenstoffbindung und die Ökosystemleistungen zu überwachen und zu untersuchen. Die Visualisierung und Analyse der Ergebnisse kann ebenfalls bei Entscheidungen helfen.
Die Informationen aus dieser Bewertung sind wichtig für die nächste Phase, die Waldmanagement‑Schicht, in der die Ergebnisse bei Überwachung, Wiederaufforstung und Naturschutz unterstützen.
Die Schicht der technologischen Infrastruktur stellt hingegen die zugrunde liegende technologische Basis bereit, um die anderen Ebenen der Architektur zu unterstützen, wie Blockchain, drahtlose Sensornetzwerke und das Internet der Dinge.
Neue Technologien, die das Waldmanagement revolutionieren
Wenn alle gesammelten Daten zu Umweltbedingungen in der Praxis eingesetzt werden, kann das IoT‑System die Waldgesundheit bewerten, Brandrisiken überwachen und sogar Schutz vor Schädlingen, Krankheiten oder illegalen Aktivitäten bieten.
Die betreffenden Daten beziehen sich auf Luftqualität, Luftfeuchtigkeit und Temperatur, die von Sensoren erfasst werden, doch ein intelligentes Überwachungssystem ist mehr als nur diese Sensoren.
Beispielsweise können Kameras, die bereits im Wald installiert sind, ebenfalls genutzt werden. Maskeliūnas erklärte, dass das IoT durch den Zugriff auf Kamerabilder und die Beobachtung von beispielsweise vergilbten Nadeln die Auswirkungen von Insekten auf Bäume erkennen, Flecken auf Blättern zur Identifizierung von Krankheiten nutzen und illegale Abholzung durch die Verschlüsselung von Geräuschen aufdecken kann.
Der Einsatz neuer Technologien im Forest 4.0‑Modell kann zudem die Effizienz, Rentabilität und Nachhaltigkeit von Forstunternehmen verbessern, Ressourcenoptimierung fördern und Abfall reduzieren.
Das ist noch nicht alles; das System bietet dank der Nutzung dezentraler digitaler Ledger‑Technologie, also Blockchain, ein Management der Rückverfolgbarkeit in der Lieferkette, das unveränderliche Datensätze für jedermann verifizierbar macht und somit Transparenz und Datenintegrität gewährleistet.
Mit Hilfe der Blockchain ermöglicht das System die Überwachung von Prozessen in allen Phasen, vom Wald über die Säge bis hin zum Endprodukt.
“Die Technologie funktioniert ohne Behörde und liefert ein transparentes, sicheres und unveränderliches Protokoll von allem, was im Wald und seiner Produktion geschieht, reduziert illegale Abholzung und gewährleistet nachhaltige Praktiken.”
– Der Professor der KTU Fakultät für Informatik (IF)
Die Integration von Technologien wie intelligenten Maschinen, digitalen Erhebungswerkzeugen und Radiofrequenz‑Identifikation (RFID) in die Holzlieferkette verbessert zudem Effizienz und Sicherheit, indem Daten bereitgestellt werden, die das Verständnis der Auswirkungen von Managemententscheidungen auf Holzqualität, Waldgesundheit und andere Faktoren vertiefen. Die Forschenden stellten fest, dass der Einsatz digitaler Technologien Kosteneinsparungen ermöglichen kann, indem Zusammenarbeit und Informationsaustausch gestärkt werden.
Obwohl das Modell vielversprechend ist und zahlreiche Vorteile zur Verbesserung des Waldressourcenmanagements und der großflächigen Überwachung bietet, stehen die Forschenden bei der Umsetzung vor Herausforderungen. Zu den Faktoren, die die langsame, flächendeckende Einführung digitaler Technologie im Waldmanagement verursachen, gehören ein Mangel an Standards, Interoperabilität, hohe Anfangsinvestitionen und die langsame Innovationsbereitschaft des Sektors. Laut Prof. Maskeliūnas:
“Man geht davon aus, dass teurere und komplexere Lösungen vorzuziehen sind, während kleineren und günstigeren Sensoren weniger Aufmerksamkeit geschenkt wird. Wir sollten froh sein, dass eine Lösung, die nur ein paar hundert Euro kostet, in der Lage ist, Daten eigenständig zu erfassen und zu senden.”
Zusätzlich zu legislativen und governance‑bezogenen Hindernissen führt die Zurückhaltung der Interessengruppen wegen möglicher Datenexposition zu weiteren Bedenken hinsichtlich Vertrauen und Datenschutz bei der Nutzung digitaler Technologien.
Technologien wie Blockchain bringen ebenfalls Komplexität in die Gleichung, doch die zunehmende Verbreitung von Krypto‑Assets und die erfolgreiche Entwicklung von FinTech helfen, die Hindernisse zu überwinden und die Nutzung voranzutreiben.
Digitale Technologie gewinnt jedoch in der europäischen Forstwirtschaft stark an Bedeutung, wo sie eingesetzt wird, um die Herausforderungen nachhaltiger Praktiken zu bewältigen.
In Ländern wie Deutschland haben diese Lösungen bereits Akzeptanz gefunden, was das Potenzial des Forest 4.0‑Modells verdeutlicht, ein globaler Standard zu werden und verantwortungsvolles sowie nachhaltiges Waldmanagement zu fördern.
Für eine effektive Implementierung des Systems betonten die Autoren die Notwendigkeit einer Zusammenarbeit von Regierung, Wirtschaft, Zivilgesellschaft und akademischen Institutionen, um die Herausforderungen zu bewältigen. Gleichzeitig wird die klare Definition der Rollen und Verpflichtungen der beteiligten Parteien dazu beitragen, die Vorteile zu maximieren.
Die Nutzung innovativer digitaler Technologie im Waldmanagement als „einmalige Chance“ zu bezeichnen, um Transparenz, Effizienz und Nachhaltigkeit der Branche zu verbessern, betonten die Wissenschaftler die Notwendigkeit, dass Politikgestalter und Praktiker zusammenarbeiten, um „diese Innovationen zum Nutzen von Wäldern und Gesellschaft zu nutzen.“
Bezüglich Forest 4.0 bezeichnete Maskeliūnas es als „die vierte industrielle Revolution in der Forstwirtschaft, mit dem Ziel eines nicht brennbaren, üppigen Waldes voller Tiere.“
Unternehmen, die bei der Waldprävention helfen
Werfen wir nun einen Blick auf einige Unternehmen, die diese Technologien entwickeln und bereitstellen, die zum Schutz der Wälder eingesetzt werden.
1. Trimble Inc.
Dieses Technologieunternehmen ist auf Geodaten‑Technologien spezialisiert, darunter GPS, GIS und Fernerkundungs‑Tools, die im Umweltmonitoring und Waldmanagement eingesetzt werden. Trimble‑s Kerntechnologien in Positionierung, Modellierung, Konnektivität und Datenanalyse ermöglichen verbesserte Produktivität, Qualität, Sicherheit, Transparenz und Nachhaltigkeit.
TRMB Preisdiagramm
Mit einer Marktkapitalisierung von 17,82 Milliarden $, handeln die TRMB‑Aktien derzeit bei 72,97 $, ein Anstieg von 37,16 % im Jahresverlauf. Das Unternehmen weist ein EPS (TTM) von 5,99 und ein KGV (TTM) von 12,18 auf. Für das 3. Quartal 2024 meldete das Unternehmen einen Umsatz von 875,8 Millionen $, was einem Rückgang von 9 % im Jahresvergleich entspricht, während der annualisierte wiederkehrende Umsatz 2,19 Milliarden $ betrug, ein Anstieg von 13 % im Jahresvergleich.
2. Palantir Technologies Inc.
Bekannt für seine Big‑Data‑Analyseplattformen wie Foundry, integriert Palantir Datensätze für Umweltmonitoring‑ und Nachhaltigkeitsprojekte. Darüber hinaus bietet es Edge‑KI, die auf Raumfahrzeugen eingesetzt werden kann, um Entitäten oder Gebiete zu erkennen und deren Veränderungen im Laufe der Zeit zu messen.
PLTR Preisdiagramm
Mit einer Marktkapitalisierung von 152,74 Milliarden $, handeln die PLTR‑Aktien derzeit bei 67,63 $, ein Anstieg von 290,68 % im Jahresverlauf. Das Unternehmen weist ein EPS (TTM) von 0,20 und ein KGV (TTM) von 339,30 auf. Für das 3. Quartal 2024 meldete das Unternehmen einen Umsatz von 725,5 Millionen $ und einen Nettogewinn von 143,5 Millionen $, was einem Anstieg von 30 % bzw. 101 % gegenüber dem gleichen Quartal des Vorjahres entspricht. Die Gewinnmarge von Palantir für das Quartal lag gleichzeitig bei 20 %.
3. Honeywell International Inc.
Honeywell entwickelt Automatisierungs‑, Energie‑ und Nachhaltigkeitslösungen, und seine IoT‑fähigen Sensoren und Systeme können für Umweltmonitoring und -management eingesetzt werden. Kürzlich hat das Unternehmen seine Partnerschaft mit Qualcomm (QCOM ) ausgebaut, um eine verbesserte Datenerfassung und Analyse zu ermöglichen.
HON Preisdiagramm
Mit einer Marktkapitalisierung von 151,46 Milliarden $, handeln die HON‑Aktien derzeit bei 233,10 $, ein Anstieg von 11,07 % im Jahresverlauf. Das Unternehmen weist ein EPS (TTM) von 8,66 und ein KGV (TTM) von 26,90 auf, bei einer Dividendenrendite von 1,94 %. Für das 3. Quartal 2024 meldete das Unternehmen einen Umsatz von 9,7 Milliarden $, ein Anstieg von 6 %, während die operative Marge 19,1 % und die Segment‑Marge 23,6 % betrug. Der freie Cashflow am Quartalsende betrug 1,7 Milliarden $. In diesem Zeitraum tätigte Honeywell zudem zwei Übernahmen, eine von CAES Systems für 1,9 Milliarden $ und die andere des LNG‑Geschäfts von Air Products für 1,8 Milliarden $.
Fazit
Abholzung ist eindeutig ein großes Problem, das mit jedem Jahr weiter zunimmt und einen dringenden Bedarf dafür schafft, dass Verbraucher, Unternehmen und Regierungen zusammenarbeiten, um wirksame Lösungen zu finden.
Umfassende Wiederaufforstung — das Wiederherstellen der Baumdeckung in abgeholzten Gebieten — hat sich als der praktikabelste Weg erwiesen, um Gigatonnen an Kohlenstoffbindung zu erreichen und naturbasierte Ziele für nachhaltige Entwicklung zu erfüllen, wobei die Umsetzung in großem Maßstab kosteneffiziente Methoden erfordert.
Fortschrittliche Technologien wie KI, IoT, Big Data und Blockchain bieten nun ebenfalls effektive Möglichkeiten für präzises Monitoring, effizientes Ressourcenmanagement und erhöhte Transparenz in der Forstpraxis. Durch die Nutzung dieser Fortschritte zusammen mit Wiederaufforstungsmaßnahmen können wir die Abholzung wirksam bekämpfen und eine Zukunft schaffen, in der unsere Wälder nicht nur geschützt, sondern gedeihen!
