Digitale Dienste mittels Blockchain von und für die Landwirtschaft

Die Digitalisierung in der Landwirtschaft wird durch zahlreiche Entwicklungen vorangetrieben. Dazu gehört eine genaue und kostengünstige Sensorik zur Messwerterfassung von Wetter, Boden oder Tierdaten, die GPS-gesteuerte ortsgenaue Ausbringung von Saat- oder Düngemitteln mittels GPS oder die Luftaufnahme und Analyse von Feldern mittels Drohnen. Daneben kommt der Entwicklung von digitalen Dienstleistungen in Kombination mit landwirtschaftlichen Produkten eine immer größere Bedeutung zu. Beispiele dieser Dienstleistungen sind der Onlineverkauf, der Herkunftsnachweis von Produkten oder der Aufbau von Erzeuger/Verbrauchernetzwerken, wie dem Netzwerk Solidarische Landwirtschaft. Ermöglicht werden die dazu gehörigen digitalen Dienstleistungen häufig von zentralen Plattformanbietern, die damit elementarer Bestandteil der Wertschöpfungskette werden und gleichzeitig den landwirtschaftlichen Erzeuger in ein Abhängigkeitsverhältnis bringen.

Seit mehreren Jahren wird die Blockchain-Technologie in Digitalisierungsvorhaben in verschiedenen Anwendungsfällen erprobt, da sie wichtige Eigenschaften hinsichtlich der dezentralen Unterstützung digitaler Dienste sowohl in einer Wertschöpfungskette als auch in einem Erzeuger- und Verbrauchernetzwerk besitzt. Bevor die Bedeutung der Technologie für die Landwirtschaft untersucht wird, ist zur Einordnung ein kurzer Blick auf die wesentlichen Eigenschaften der Blockchain-Technologie hilfreich. Die bedeutendste Eigenschaft ist, dass Transaktion und damit verbundene Informationen, die in einer Blockchain gespeichert wurden, nachträglich nicht mehr manipulierbar sind. Dabei kann es sich um Herkunfts- und Qualitätsdokumente oder Produktionsdaten handeln. Eine zweite wichtige Eigenschaft besteht darin, dass die Verwaltung der Blockchain Inhalte nicht von einer einzelnen Instanz realisiert wird, sondern von einem Netzwerk miteinander kooperierender Knoten. Damit ist nicht mehr ein einzelner Intermediär, wie z.B. ein Treuhänder oder ein Plattformanbieter für eine Dienstleistung und die Verwaltung und Sicherstellung der Unverfälschtheit der Daten zuständig und verantwortlich, sondern alle an dem Netzwerk beteiligten Partner. Entsprechend entfällt die Abhängigkeit von einem Anbieter, da das gesamte System nicht auf einem Dienstleister beruht, sondern auf dem kooperativen Betrieb des Netzwerks. Das Blockchain-Konzept setzt daher auf ein dezentral betriebenes Ökosytem, statt auf ein zentral betriebenes Plattformmodell. Die dritte Eigenschaft ist die Möglichkeit der Automatisierung von einfachen Prozessschritten mit Hilfe von Smart Contracts. Smart Contracts, die auch Chain-Code genannt werden, sind kleine Programme, die wie die Daten in einer Blockchain nicht manipulierbar sind. Damit lassen sich Regelwerke oder Verträge, die von Partnern abgeschlossen wurden, automatisieren. Die Unverfälschbarkeit garantiert, dass keiner der Partner nachträglich einmal getroffene Regelungen z.B. Provisionsanteile oder Zahlungsbedingungen, die an eine digital überprüfbare Bedingung, wie das Eintreffen einer Lieferung gebunden sind, im Programmcode ändern kann.

Aus diesen Eigenschaften lassen sich unmittelbar Kriterien ableiten, nach denen Anwendungsfälle bewertet werden können. Die Nutzung der Blockchain-Technologie ist dann sinnvoll, wenn Daten manipulationssicher und nachvollziehbar in einem Partnernetzwerk verwaltet werden müssen. Ein solches Partnernetzwerk kann aus den Unternehmern einer Wertschöpfungskette bestehen, die darüber Liefer- und Produktionsdaten nachvollziehbar austauschen oder aus einem Erzeugernetzwerk, das gemeinsam Produkte anbietet und über eine Blockchain anteilige Erlöse abrechnet. Die Technologie garantiert dazu die Unverfälschtheit der Daten und ermöglicht die automatisierte Verarbeitung mittels Smart Contracts zwischen Partnern, die sich nicht notwendigerweise gegenseitig vertrauen müssen. Es entfällt damit die Notwendigkeit eines Intermediärs oder einer zentralen Plattform, welche die Funktion einer Clearingstelle übernimmt. Die Blockchain-Technologie ist daher im Unternehmenskontext eine neue Kooperationstechnologie, die partnerschaftliche Geschäftsmodelle und Geschäftsbeziehungen ermöglicht.

Diese Eigenschaften bilden die Grundlage für eine naheliegende Blockchain-Anwendung: die nachvollziehbare, fälschungssichere Verwaltung und einfache digitale Prüfung von Qualitätszertifikaten oder Herkunftsnachweisen. Beispiele dafür sind das vom BMBF geförderte Forschungsprojekt zu sicheren Lebensmittelketten (SiLKe) oder die bereits von IBM mit Food Trust kommerziell angebotene Lösung für Herkunfts- und Lieferkettennachweise. In beiden Fällen liefert die Blockchain-Technologie eine Lösung, um in einem Netzwerk unterschiedlichster Partner den gemeinsamen Lieferkettenprozess und die dabei entstehenden Daten und Transaktionen nachvollziehbar und sicher zu digitalisieren. Diese Kette kann bis zum Endverbraucher reichen, der beispielsweise über einen Barcode alle in der Blockchain gespeicherten Informationen eines Produkts, d.h. vom Herkunftsnachweis über die Weiterberarbeitung alle Produktionsschritte abrufen kann. Zu beachten ist jedoch, dass eine Blockchain-Anwendung nicht die Wahrheit solcher Informationen prüfen kann, sondern nur deren Erzeugeridentität und Fälschungssicherheit garantiert. So kann natürlich eine Herkunft falsch eingetragen oder der Temperatursensor eines Kühltransporters manipuliert werden. Die Tatsache, dass diese Informationen auf den Urheber rückverfolgbar sind, da er diese mit seiner Identität digital unterzeichnet wurden und nachträglich in der Blockchain nicht mehr manipulierbar werden konnten, sorgt dafür, dass Betrugsversuche problemlos rückverfolgbar sind. Da nachträgliche Fälschungsversuche unmöglich bzw. mögliche Falschinformationen eindeutig rückverfolgbar sind, sorgt die Blockchain für Vertrauen in einem Netzwerk.

Eine weitere Anwendung besteht darin, realweltliche Gegenstände oder Eigentum (Assets) als sogenannte Token in einer Blockchain zu repräsentieren. Token sind ein eineindeutiges digitales Abbild dieser Assets und jeder Eigentumswechsel kann durch eine Transaktion des Tokens zwischen Personen oder Organisationen in der Blockchain dokumentiert und nachvollzogen werden. Token erlauben folglich die einfache Abbildung eines Eigentumswechsels z.B. einer Maschine, eines Tiers oder einer bestimmten Menge landwirtschaftlicher Produkte. Kombiniert man einen Gegenstand nicht nur mit einem Token, sondern einem Smart Contract, dann kann eine Blockchain auch einen digitalen Zwilling verwalten. Dieser digitale Zwilling protokolliert den Lebenslauf einer Maschine oder eines Produkts und kann zusätzlich Dienste wie eine verbrauchsgesteuerte Abrechnung, Leasing oder Versicherung anbieten. Dies kann ohne Plattformanbieter umgesetzt werden, da der Smart Contract in einem existierenden Blockchain-Netzwerk kooperativ und genossenschaftlich angeboten werden kann. So lassen sich z.B. in einer Genossenschaft oder einem Erzeuger- und Verbrauchernetzwerk pay per use Geschäftsmodelle für Maschinen oder die gemeinschaftliche Finanzierung und spätere Abrechnung von Produkten digitalisieren und automatisieren.

Ergänzt man die Datenerfassung um kontinuierliche Betriebsdaten, können Auswertungsdienste angeboten werden, die bei ihrer Datenhaltung und Auswertung eine genaue Kontrolle über Zugriff, Nutzung und Verwertung der Daten erlauben. So können vertrauensbasiert landwirtschaftliche Daten geteilt und ausgewertet werden. Damit stehen z.B. für KI-basierte Auswertungen größere Datenmengen zur Verfügung, aus denen zuverlässigere Aussagen abgeleitet werden können. Alternativ kann dies dazu genutzt werden, die Prüfung der Einhaltung von Qualitätskriterien zu automatisieren. Prüfinstitutionen können mit Smart Contracts-Betriebsdaten kontinuierlich und automatisiert auswerten und die unmittelbar die Qualität oder Einhaltung von Grenzwerten zertifizieren.

Zukünftig werden sich weitere interessante Möglichkeiten bieten, wenn die EZB ihre Pläne zur Einführung eines digitalen Euros umsetzt. Damit schafft sie die Grundlage für einen programmierbaren Euro, mit dem Zahlungen auf einfache Art und Weise automatisierbar werden. Dies schafft den Nährboden für neue Geschäftsmodelle, da sie landwirtschaftliche Produzenten dazu befähigen, ihre Produkte mit digitalen Diensten zu kombinieren, die als Smart Contracts die Dienstleistung und die Gegenleistung (Bezahlung) sicher und nachvollziehbar integrieren. Plattformanbieter, die bislang diese Dienste anbieten, entfallen sowohl aus der Wertschöpfungskette als auch als unerwünschter Datensammler.

Prof. Wolfgang Prinz ist stellvertretender Institutsleiter für Angewandte Informationstechnik am deutschen Fraunhofer Institut. Einer seiner Arbeitsschwerpunkte liegt in den Einsatzmöglichkeiten der Blockchain-Technologie. Dieser Fachartikel ist im Rahmen der LE14-20 geförderten LFI-Bildungskampagne "Digitalisierung in der Land- und Forstwirtschaft" entstanden. Mehr zum Thema Digitalisierung, neue Technologien und Landwirtschaft 4.0 unter https://www.lkdigital.at/.