06.02.2014

GRAFE Advanced Polymers GmbH

Anwendung von Infra-Rot-Transparenten (IRT) Farben auf biologisch abbaubaren Mulchfolien

Um eine frühere Ernte, einen höheren Ertrag und bessere Qualität zu erreichen, können eine Vielzahl von Gemüsesorten, wie Tomaten, Auberginen, Wassermelonen, Paprika, Gurken usw. bei Anwendung von Mulchfolien besser und optimaler angebaut werden.


Im Einzelnen sind laut W.J. Lamont, vom Department of Horticulture, an der Kansas State University (www.agnet.org), die Vorteile von Mulchfolien in folgenden Punkten zu finden:


1) Frühere Ernte: das Erreichen einer früheren Ernte hängt mit der Erhöhung der Boden-Temperatur zusammen. Während eine schwarze Mulchfolie im Durchschnitt eine 7 bis 14 Tage frühere Ernte ermöglichen kann, sind bei einer transparenten Folie ca. 21 Tage möglich.


2) Boden-Feuchtigkeit: Die Anwendung einer Mulchfolie verringert erheblich den Verlust von Bodenfeuchtigkeit in Form von Dampf. Dadurch bleibt der Boden feucht, womit die Kosten von Bewässerung verringert werden können. Unter diesen Bedingungen kann der Ertrag von Gemüsesorten fast doppelt so hoch ausfallen, im Vergleich zu einer Anbauweise ohne Mulchfolien.


3) Unkraut und Begleitflora: Schwarze sowie eine Kombination von Schwarz/ Weiß Mulchfolien verhindern das Entstehen von Begleitflora und unterdrücken das Unkrautwachstum.


4) Abwaschen von Agrochemikalien und Düngemitteln


Die Mulchfolie bietet bei Regen Schutz, sodass es bei Regen nicht zu einem Abwasch- und Mitnahme-Effekt von wertvollen Agrochemikalien und Düngemitteln kommt.


5) Kompaktierung von Erdboden


Durch die Mulchfolie bleibt der Erdboden locker und kompaktiert sich nicht auf Grund von Feuchtigkeitsverlust. Durch die Wurzelbildung und das Wachstum bleibt die bessere Aufnahme von Sauerstoff und die Bildung von Nährsubstanzen gewährleistet.


6) Kontrolle von Wurzeln: Außerhalb der Flächen ohne Mulchfolie kann man durch Pestizide und Agrochemikalien die unerwünschte Bildung von Unkrautwurzeln kontrollieren.


7) Saubere Früchte


Obst und Gemüse unter einer Mulchfolie werden vor Schmutz und Erde geschützt.


8) Höheres Wachstum und Ertrag


Pflanzen benötigen zur Photosynthese die Aufnahme von CO2, unter Bildung von Sauerstoff, zum Wachsen. Durch die Anwendung von Mulchfolien erhöht sich die Konzentration von CO2 unterhalb der Folie. Das Gas kann nicht ausdifundieren. Daher können die grünen Blätter Photosynthese durchführen.


9) Verlust von gasförmigen Nährsubstanzen und Düngemitteln


Düngemittel als Sprühchemikalien werden unter einer Mulchfolie besser vor einer Ausdifundierung geschützt und somit besser aufgenommen.


10) Überflutungen:


Durch den Einsatz von Mulchfolien wird das Anbaufeld mit Abflusskanälen so aufbereitet, dass im Fall von starkem Regen das Wasser abfließt. Somit wird die Gefahr von Überflutungen und Wasseranstauungen verringert.


Farbige Mulchfolien und deren Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum mittels Photoselektivität waren und sind Gegenstand zahlreicher Untersuchungen gewesen.


Die Theorie besteht darin, dass eine farbige Mulchfolie durch das Durchlassen und Absorbieren von bestimmten Licht-Wellenlängen Vorteile gegenüber einer normalen schwarzeingefärbten Folie zeigt, allerdings eine solche Transparenz wie eine ungefärbte Folie aufweist. Somit können höhere Temperaturen im Damm oder unter der Erde erreicht werden.


In den USA und in Israel sind diese Arbeiten erheblich weiter als hier in Europa. Die Bereitstellung von kommerziell verfügbaren Produkten durch Folienhersteller und Kunststoffgranulat-Herstellern ist dort fortgeschritten.


Plastika Kritis und Kafrit, Hersteller von Additiv- und Farbmasterbatches für Agrarfolien, haben in früheren Jahren ähnliche Produkte angeboten.


So findet man von Plastika Kritis die Produkte „Brown 70964“ und „Brown 70869“ als Masterbatch-Lösung. Die Dosierung beträgt 20% bei 20-30 µm dünnen Mulchfolien. Beide Masterbatches unterdrücken durch die dunkle Farbe das Unkrautwachstum. Außerdem erwärmt sich der darunter liegende Boden durch die Wärme-Durchlässigkeit.


„70964“ enthält zusätzlich einen IR-Absorber (wie Kreide / Talkum), dieser ermöglicht, dass die Wärme aus dem Boden in der Nacht nicht entweicht.


Kafrit aus Israel brachte 2006 das Produkt „LDPE MB Brown & PA L -8660“ hervor.


Es handelt sich um ein Farbmasterbatch, mit dem die Mulchfolien braun eingefärbt werden. Die von Kafrit empfohlene Dosierung liegt bei 5 bis 15% in Abhängigkeit der Schichtdicke der Mulchfolie sowie des Grades an Wärme-Durchlässigkeit, die angestrebt wird.


Erwähnenswert sind auch die Arbeiten am Department of Horticulture an der Pennsylvania State University. Dabei haben M.D. Orzolek und L.Otjen umfangreiche Untersuchungen an Tomaten mit verschieden farbigen Mulchfolien aus PE durchgeführt.


Bei der Fachhochschule Weihenstephan (unter Leitung von Frau K. Kell) wurden im Jahr 2006 die Auswirkungen von verschiedenfarbigen Mulchfolien beim Anbau von Kohlrabi und Kopfsalat sowie deren Einfluss auf die Temperaturentwicklung und auf das Wachstumsverhalten untersucht.


Im Jahr 2007 erschien eine Pressemitteilung (Plasticker News vom 27.08.2007) von FKuR zur Bereitstellung von schwarzen Mulchfolien aus PLA. In Zusammenarbeit mit Oerlemans Plastics und Fraunhofer UMSICHT wurde seit 2004 an dieser Entwicklung gearbeitet und zur Marktreife geführt. Weiter hieß es, „bei PLA Blends handelt es sich um eine Mischung aus PLA (Polymilchsäure) und weiteren biologisch abbaubaren Kunststoffen und Additiven. PLA wird fermentativ, u.a. aus Maisstärke, gewonnen. Die industrielle Herstellung und die Anwendungserprobung der PLA-Mulchfolien erfolgte durch Oerlemans Plastics b.V. Genderen, Niederlande. Diese damals neuartige Bio-Mulchfolie hat im Vergleich zu anderen biologisch abbaubaren Folien den großen Vorteil, dass sie entschieden langsamer abgebaut wird und unempfindlicher gegenüber klimatischen Schwankungen ist. Bereits im Jahr 2004 begann die FKuR Kunststoff GmbH mit den ersten Tests für biologisch abbaubare Mulchfolien. In Kleinversuchen wurde das Abbauverhalten der Folie „unter freiem Himmel“ getestet. Seit 2005 erfolgt die großtechnische Anwendung der Folie gemeinsam mit der Oerlemans Plastics b.V. Ausschlaggebend für die Wahl der FKuR PLA-Mulchfolien war für Oerlemans Plastics unter anderem die problemlose Herstellung der Folie auf herkömmlichen Extrudern, wie sie für die Herstellung von LDPE Folien verwendet werden. Im Vorfeld der industriellen Umsetzung wurde der Einsatz der Bio-Flex® Mulchfolie in verschiedenen europäischen Forschungsinstituten und Versuchsanstalten an unterschiedlichen Kulturen erfolgreich getestet. Seit 2005 wurden die kompostierbaren PLA-Mulchfolien von Oerlemans Plastics weltweit an einer Vielzahl von Pflanzenkulturen in verschiedenen Klimazonen getestet. Der Ernteertrag mit dieser Biofolie ist mit herkömmlichen Mulchfolien aus PE vergleichbar. Die Verlegung der PLA-Mulchfolien erfolgt problemlos mit herkömmlichen Verlegegeräten. Der große Vorteil gegenüber anderen Biofolien, z.B. auf Stärkebasis, liegt im deutlich langsameren Abbau der Folie und der Unempfindlichkeit gegenüber klimatischen Schwankungen. Ein weiterer Vorteil für den Einsatz von Biomulchfolien für die Landwirtschaft ist, dass die Bio-Mulchfolien nach der Ernte problemlos untergepflügt werden können und dann weiter im Boden abbauen. Durch den Einsatz von Bio-Flex® Mulchfolien reduziert sich der Arbeitsaufwand und die entstehenden Kosten für die Entsorgung. Granulat und Folie sind gemäß EN 13432 vollständig kompostierbar. Zusätzlich sind sie nach DIN Certco, OK Compost, NFU 52001 und Ecocert zertifiziert.


Wie bereits erwähnt, ist der wichtigste Grund für die Anwendung von Mulchfolien die Kontrolle von Unkraut durch die Absorption von Licht im UV- und Sichtbaren (VIS) Bereich. Zusätzlich gibt es eine starke Absorption von Wärme (aus dem Nahen Infrarot (NIR) Bereich, bedingt durch den zugesetzten Ruß. Die Folge ist, dass die Mulchfolie sich selbst aufheizt und dabei die absorbierte Wärme an die unmittelbare Umgebung weiterleitet.


Die zweite Generation von Mulchfolien hat den Übergang von LDPE basierten Folien zu Folien aus biologisch abbaubaren Kunststoffen hergestellt. Dabei wird nach wie vor Ruß als Pigment eingesetzt. Im Mittelpunkt steht hier die Nachhaltigkeit durch die gewährleistete Abbaubarkeit im industriellen Kompost.


Bedingt durch die Wärmeabsorption unter freiem Himmel wird die Lebensdauer und Funktion einer solchen Mulchfolie, auf Basis biologisch abbaubarer Kunststoffe, auf eine harte Probe gestellt. Der Gedanke, die Lebensdauer solcher Folien mittels Additiven und Zuschlagstoffen zu verlängern, steht im Widerspruch zu dem ursprünglichen Nachhaltigkeitsgedanken.


Dementsprechend war es nur eine Frage der Zeit, bis man die Übertragung von Infrarot-Transparenten (IRT) Einfärbungen auf biologisch abbaubare Kunststoffe untersuchen würde.


Die Idee ist, das Wachstum von Unkraut durch die vollständige Absorption von Licht aus dem UV- und sichtbaren (VIS) Bereich zu unterbinden. Dabei sollte jedoch die Energie aus dem Nahen Infrarot (NIR) Bereich so hoch wie möglich durchgelassen werden.


Es ist naheliegend, dass dieser Effekt nicht mit Ruß erzielbar ist, was einige Nachteile mit sich bringt: bei dünnen Folien muss zwangsläufig der Anteil an Färbemitteln deutlich höher liegen, was die Rohstoffkosten automatisch nach oben treibt.


Die entwickelten Farbrezepturen machen sich dabei die Theorie von Farbmischungen zunutze, wodurch theoretisch durch die Kombination von Pigmenten eine schwarze (dunkle) Farbe erreicht werden kann.


Die Wärmebild-Kamera macht die Temperatur-Unterschiede unter Einwirkung von einer Infrarot-Lampe sichtbar.


Insgesamt kann man die Vorteile von den Infrarot-Transparenten Farben auf Mulchfolien wie folgt zusammenfassen:


Hohe Wärme-DurchlässigkeitDies ermöglicht eine höhere Temperatur im Erdboden / ErddammExzellente Bedingungen für Pflanzen, deren Wurzeln überwintern müssenKein Unkraut oder BegleitfloraBefall von Wühlmäusen und Würmern werden reduziert. Früchte, wie Erdbeeren, werden nicht durch die überhitzte Mulchfolie zusätzlich an der Kontaktstelle beschädigt.Auf Grund der chemikalienfreien Bekämpfung von Unkraut und Schädlingen ist ein Umstieg auf ökologische Anbautechniken möglichFrühere Ernten und Zunahme von ErntemengenVerbesserung in der Fruchtqualität und –anzahl


Dabei wurden Mulchfolien auf Basis biologisch abbaubarer Kunststoffe mit IRT-Einfärbung ausgelegt. Zum Vergleich dienten sowohl standardisierte, schwarze Mulchfolie aus LDPE als auch eine LDPE Folie mit IRT-Einfärbung. Ziel war es, allein den Einfluss der biologischen Abbaubarkeit der Folie (PLA oder Cellulose) auf das Wachstumsverhalten zurückzuführen.


Man kann durchaus Unterschiede zwischen Gurken und Tomaten sehen. Der Ertragsverlauf bei Tomaten zeigt bereits von Erntebeginn in den ersten Wochen, dass alle Folien unabhängig von Ihrer Beschaffenheit, gleichauf liegen.


Nach weiterem Versuchsverlauf zeigt sich tendenziell, dass die PLA-Folie mit iRT-Einfärbung gegenüber allen anderen im Vorteil ist, dennoch sind die Unterschiede zwischen den einzelnen Folientypen nicht sehr groß.


Bei Gurken dagegen zeichnen sich bereits von Anfang an Unterschiede ab. Die Reihenfolge vom höchsten zum niedrigsten Ertragswert bei Gurken lautet: PLA + IRT, Cellulose + IRT, LDPE + IRT und am Ende die normal standardisierte schwarze Mulchfolie.


Weitere Untersuchungen (durchgeführt durch die Materialforschungs- und Prüfanstalt an der Bauhausuniversität Weimar MFPA) haben bei den hergestellten Folien mit IRT-Einfärbung die geforderte biologische Abbaubarkeit von mind. 90% gemäß DIN EN ISO14855-1 bestätigt. Des Weiteren wurden Ökotoxizitätstests gemäß DIN EN13432 durchgeführt und ebenfalls erfolgreich abgeschlossen.


Auf Grund dieser Ergebnisse wurde Bioflex F 1130 vom Hersteller FKuR als das best geeignetstes Material mit großem Verarbeitungsfenster und hohem Maß an Flexibilität, unabhängig von Maschinenpark, ausgewählt. Die Kombination mit IRT-Farbmischungen ergibt darüber hinaus eine leistungsfähige Alternative, um die nächste Generation von Mulchfolien am Markt anbieten zu können.