Projekt 10918/01

Ökologisch verträgliche Schädlingsbekämpfung in der Vorratswirtschaft durch Eintrag von Hochfrequenzenergie

Projektdurchführung

ARBES GmbH
Crellestr. 29-30
10827 Berlin

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Befall von Lebens- und Futtermitteln mit Vorratsschädlingen verursacht große wirtschaftliche Schäden. Weltweit wird mit durchschnittlichen Nachernteverlusten von bis zu 20 % pro Jahr gerechnet. Zur Bekämpfung solcher Schädlinge werden meist Begasungsverfahren mit giftigen Wirkstoffen eingesetzt. Diese hinterlassen im Vorratsgut Rückstände, die zu gesundheitlichen Gefährdungen führen können bzw. eine ozonschädigende Wirkung haben. Somit sind dringend alternative giftfreie Verfahren gesucht. Die dielektrische selektive Erwärmung mit Hilfe hochfrequenter elektromagnetischer Felder kann solch ein umweltfreundliches und materialschonendes Verfahren sein. Im Fördervorhaben werden die Grundlagen des innovativen Wirkprinzips untersucht und modellhaft überprüft.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeiten gliedern sich in zwei Komplexe:
- Die Schädlingsbekämpfung in körnigen Vorräten - hierzu wird beispielhaft der Kornkäfer in all seinen Entwicklungsstadien im Hochfrequenzfeld untersucht.
- Die Schädlingsbekämpfung in vermahlenen Produkten - Untersuchungen zur Bekämpfung der Mehlmotte, Mehlmilben u.a. mit HF-Energie.
Auf der Grundlage der Ermittlung des Einflusses der das physikalische Wirkprinzip bestimmenden Parameter (Frequenz, Feldstärke, Einwirkzeit, Materialparameter u.a.) werden die Verfahrens- und Anlagenparameter erarbeitet und in praktischen Versuchen optimiert. Dabei ist neben der Sicherung der biologischen Wirksamkeit des Verfahrens zur Abtötung der Schädlinge stets zu gewährleisten, dass mit der dielektrischen Erwärmung keine Qualitätseinbußen des Lagerguts eintreten. Eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den HF-Spezialisten der ARBES GmbH, den anerkannten Fachleuten des Instituts für Vorratsschutz der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft sowie der Bundesforschungsanstalt für Getreide-, Kartoffel- und Fettforschung soll dieses Ziel absichern und garantieren, dass sich die Arbeiten unmittelbar an den Erfordernissen der Praxis orientieren. Mit den Arbeiten soll eine tragfähige Basis für die Überleitung eines neuen giftfreien Verfahrens für eine umweltfreundliche und materialschonende Schädlingsbekämpfung in die Praxis eines effektiven Vorratschutzes ge-schaffen werden.


Ergebnisse und Diskussion

Vorbereitende Messungen dielektrischer Parameter an körnigen Vorratsgütern wie Weizen und Reis, an vermahlenen Produkten sowie an Schadinsekten haben ergeben, dass im Frequenzbereich von 7 MHz bis etwa 25 MHz günstige Voraussetzungen zum Erreichen der angestrebten Ziele gegeben sind. Im Vorgriff auf die geschätzte Durchlaufzeit in einer gegebenenfalls kommerziell genutzten Behandlungsan-lage wurde eine Feldeinwirkungszeit von 8 s festgelegt.
Versuche mit einer Arbeitsfrequenz von 13,56 MHz zeigten, dass adulte Kornkäfer (Sitophilus granarius) in Weizen durch selektive dielektrische Erwärmung innerhalb von wenigen Sekunden ohne jeglichen Einsatz von Giftstoffen abgetötet werden können.
Die dazu benötigten elektrischen Feldstärken im behandelten Getreide hängen stark von dessen Wassergehalt ab. Während bei trockenem Getreide Feldstärken von 200 kV/m benötigt werden, reichen bei Wassergehalten von mehr als 15 % etwa 150 kV/m zum Abtöten der Imagines in 8 s.
Die Brutstadien des Kornkäfers (Eier, Larven, Puppen) erwiesen sich im Hochfrequenz-Feld als deutlich widerstandsfähiger. Bei einem Weizen-Wassergehalt von 15 % starben unter Einsatz der für Imagines tödlichen Feldstärke von 150 kV/m durchschnittlich nur 50 % der Larven und Puppen, Kornkäfer-Eier zeigten dabei keinerlei nachweisbare Schädigungen.
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die ungewollte Miterwärmung des Getreides besonders stark von dessen Wassergehalt abhängt. Während bei trockenem Weizen mit einer Behandlungsfeldstärke von 200 kV/m innerhalb der 8 s Feldeinwirkungszeit Aufheizungen von 15 °C bis 20 °C registriert wurden, waren es bei Körner-Wassergehalten über 15 % und der geringeren Feldstärke von 150 kV/m bereits 35 °C bis 45 °C.
Die gemessenen Aufheizungstemperaturen bei solchem Getreide wiesen erhebliche Schwankungen auf, was in der Hauptsache auf lokale Streuungen der dielektrischen Daten des behandelten Getreides infolge inhomogener Feuchtigkeitsverteilung hindeutet.
Neben den für die Getreidequalität bedenklichen starken Aufheizungen traten bei Körner-Wassergehalten ab 15 % und Feldstärken über 150 kV/m Hochspannungsüberschläge zwischen einzelnen Körnern auf. Diese führten zur Verklumpung einer Reihe von Körnern und zur Bildung von Hochfrequenz-Strombahnen in den entsprechenden Weizenproben, die ein schwerwiegendes Hindernis für den Einsatz des Hochfrequenz-Entwesungsverfahrens bilden. Ausgelöst wird dieser Effekt durch die Veränderung der dielektrischen Eigenschaften der Körneroberflächen infolge ihrer Benetzung mit Wasser als Folge der dielektrischen Erwärmung.
Bei Experimenten mit verschiedenen Weizensorten, deren Korn-Feuchtigkeitsgehalte 15 % und mehr betrugen, haben sich eine Reihe von Problemen herausgestellt, die von grundsätzlicher Natur zu sein scheinen. Neben den oben genannten Hochspannungsüberschlägen sind hier die ungenügende Wirksamkeit der Hochfrequenzbehandlung vor allem auf die jüngeren Brutstadien der Schädlinge zu nennen. Diese würde eine mehrfache Hochfrequenz-Behandlung von Getreidepartien im Generationsabstand der Schädlinge notwendig machen und damit den Energiebedarf des Verfahrens mindestens verdoppeln. Weiterhin lassen die unerwartet hohen Streuungen der Weizentemperaturen während der Feldexposition eine nicht ausreichende Zuverlässigkeit des Verfahrens befürchten.
Um diese Erscheinungen ausreichend tiefgründig am Kornkäfer untersuchen zu können wurde in Absprache mit dem Kooperationspartner Biologische Bundesanstalt auf Abtötungs-Experimente mit anderen Schädlingsarten und in anderen Vorratsgütern verzichtet.
Eine Untersuchung von Auswirkungen der Hochfrequenzbehandlung auf den Pilzbefall von Weizenkörnern durch die Biologische Bundesanstalt führte wegen zu geringer Belastung des Ausgangsmaterials zu keinem Ergebnis.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Öffentliche Diskussion zum Thema im Rahmen eines Workshops in der Freien Universität Berlin, Fachbereich Zoologie.


Fazit

Die Ergebnisse bestätigen die grundsätzliche Verwendbarkeit von Hochfrequenz-Energie mit Frequenzen im Kurzwellenbereich zur ökologisch verträglichen Schädlingsbekämpfung in der Vorratswirtschaft. Bei Getreiden mit Kornfeuchtigkeitsgehalten ab 15 % treten jedoch Probleme durch starke Aufheizung des Getreides sowie durch Hochspannungsüberschläge zwischen den Körnern auf. Wegen der festgestellten Unempfindlichkeit der jüngeren Brutstadien wäre in der Praxis eine mehrmalige Behandlung von Weizenpartien erforderlich.
Da das Verfahren nach den erzielten Untersuchungsergebnissen nur für relativ trockene Partien geeignet scheint, ist seine Wirtschaftlichkeit fraglich.