Smart Air Quality Netzwerk

Im Projekt Smart Air Quality Network, kurz SmartAQnet werden neue Wege für eine raum- und zeitlich hoch aufgelöste Erfassung der Feinstaubwerte erforscht und entwickelt. Ziel des Projektes ist es, in Augsburg ein intelligentes, sehr hoch aufgelöstes und dennoch preiswertes Mess-Netzwerk für die Luftqualität umzusetzen. Um eine große räumliche Abdeckung bei gleichzeitig hoher Datenqualität zu gewährleisten, werden dazu Messungen mit low-cost-Sensoren und mit in der Stadt verteilten Referenzgeräten kombiniert.

Hintergrund / Problemstellung: Traditionell wird die Verunreinigung der Luft mittels relativ wenigen Messstationen durch eignungsgeprüfte stationäre Messtechnik erfasst. Somit sind nach der EU Richtlinie nur wenige Organisationen, einschließlich der offiziellen Stellen von Bund und Ländern, typischerweise in der Lage laufende Daten von hoher Qualität zu sammeln und zu präsentieren. Die räumliche Verteilung von Luftschadstoffen in urbanen Atmosphären ist jedoch sehr unterschiedlich und hängt von verschiedenen Faktoren ab, die sich sowohl auf die Emittenten (räumliche Anordnung, zeitliche Aktivität) als auch auf die Gesetzmäßigkeiten der Schadstoffausbreitung (Orographie, Windfeld, Turbulenz) beziehen.

Unser Ziel: Die Entwicklung eines intelligenten, reproduzierbaren Messnetzwerkes in der Modellregion Augsburg, das alle derzeit verfügbaren Aerosol- (und zukünftig auch Gas-)messdaten sowie auch Daten der Meteorologie mittels bestehender Technologien erfasst werden. Dazu sollen neue preiswerte Messtechnologien entwickelt, zum Einsatz und in Konsistenz mit vorhandenen Messdaten gebracht werden, um auch “lokal” möglichst in Echtzeit aussagefähige Daten zu bekommen. Das Datennetzwerk soll die amtlichen und mobilen Daten so erfassen und darstellen, dass alle Messdaten zukünftig für Wissenschaft, Behörden und Bürger gleichermaßen nutzbringend eingesetzt werden können, d.h. für wissenschaftliche Zwecke ebenso kompatibel wie für nutzerorientierte Servicedienstleistungen, die derzeit schon vorhanden sind bzw. entwickelt werden. Dadurch ergibt sich ein engmaschiges Netzwerk von lokalen Daten, die personenbezogen gut genutzt werden können.

Feinstaub

Als Feinstaub, oder englisch “Particulate Matter” (PM) bezeichnet man Teilchen in der Luft, die nicht sofort zu Boden sinken, sondern eine gewisse Zeit in der Atmoshäre verweilen. Je nach Korngröße der Staubteilchen wird der Feinstaub in sogenannte Fraktionen unterteilt: Unter PM 10 versteht man alle Staubteilchen, deren aerodynamischer Durchmesser kleiner als 10 Mikrometer (das sind 10 Millionstel Meter) ist. Eine Teilmenge der PM10 -Fraktion sind die feineren Teilchen, deren aerodynamischer Durchmesser weniger als 2,5 Mikrometer beträgt. Diese bezeichnet man als “Feinfraktion” oder 2,5 (im Gegensatz dazu den Größenbereich 2,5 bis 10 Mikrometer “Grobfraktion”). Quelle: https://www.umweltbundesamt,de/service

Gesundheitsproblem

Das Einatmen von Feinstaub beeinflusst den Gesundheitszustand negativ. Kleine Partikel dringen tiefer in die Atemwege ein als größere. Sie können beim Ausatmen nicht wieder ausgeschieden werden. Ultrafeine Partikel können zudem über die Lungenbläschen in die Blutbahn Blutbahn vordringen und sich über das Blut im Körper verteilen. In den Lungenbläschen sind Atmung und Blutkreislauf funktionell und anatomisch sehr eng  miteinander verbunden. Deshalb können Störungen des einen Systems - wie etwa entzündliche Veränderungen im Atemtrakt - auch das andere System, also Herz oder Kreislauf, beeinträchtigen.

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat in Untersuchungen festgestellt, dass es keine Feinstaubkonzentration gibt, unterhalb derer keine schädigende Wirkung zu erwarten ist. Quelle: https://www.umweltbundesamt.de/service/uba-fragen/warum-ist-feinstaub-schaedlich-fuer-den-menschen

Die Herausforderung beim Messen:

Derzeit wird Feinstaub in Städten an Mess-Stationen gravimetrisch bestimmt. Dazu wird die Luft auf Filter gesaugt und erst nach einigen Tagen werden die Filter gesammelt, gewogen und der Feinstaub bestimmt. Das heißt, man kann nur nachher bestimmen, wie viel Feinstaub an einer Stelle war. Man weiß auch nicht, wie sich Feinstaubkonzentration Tages abhängig verhält. Zusätzlich kann Feinstaub “in Echtzeit”, z.B. mit optischen Methoden lokal gemessen werden. Insgesamt gibt es aber zur Zeit noch zu wenige Mess-Stellen, die flächendeckend Feinstaub erfassen können. Daher gibt es seit einigen Jahren den Citizen Science-Ansatz. Mit einfachen Technologien können interessierte Bürger und Bürgerinnen selbst Feinstaub-Sensoren zusammenbauen, den Sensor registrieren lassen und die Daten in einer Karte sichtbar machen. Beispiele für solche Projekte sind luftdaden.info, hackAIR oder OpenSenseMap. Nachteil dieser Sensoren ist, dass sie nicht sehr genau sind und dass ohne Referenzmessungen eine Validierung der Datenqualität nicht möglich ist. Im SmartAQnet wird daher der Ansatz verfolgt, die low-cost-Sensoren mit verteilten Referenzgeräten zu kombinieren und somit die nötige Validierung zu erhalten.

Mitmachen für eine bessere Datenbasis!

Wenn Sie an dem SmartAQnet Projekt teilnehmen möchten, selber einen Sensor bauen wollen und besser Umweltdaten verstehen wollen, registrieren Sie sich bei uns!

Wir planen einen Workshop in Augsburg Ende März. Dort werden Sensoren nach dem Vorbild des Citizen Science Projekts (www.luftdaten.info) zusammengebaut, die Sie dann zu Hause installieren können.

Registrierung unter: https://www.teco.edu/research%20/mitmachen-im-smart-air-quality-network-workshop-augsburg/