Wie Sensoren zur Messung von Luftschadstoffen in der „Citizen Science“ zum Einsatz kommen können und was es zu beachten gilt
Luftverschmutzung ist eine globale Herausforderung, die sich auf die Gesundheit von Menschen und auf die Umwelt auswirkt. Als unsichtbare Bedrohung wird sie oft übersehen, dennoch sind ihre Auswirkungen weitreichend: Kurzfristig kann es zu Atemproblemen, Reizungen der Augen, Husten und Kopfschmerzen kommen, langfristig können sogar schwere Erkrankungen wie Herzkrankheiten, Atemwegserkrankungen, Schlaganfall und Krebs mitverursacht werden. Besonders Kinder, ältere Personen und Menschen mit Vorbelastung sind gefährdet.
Im September 2021 hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) ihre Luftqualitätsleitlinien verschärft und sich für niedrige Konzentrationen in der Außenluft, u. a. von Stickstoffdioxid und Feinstaub, ausgesprochen. Verantwortlich für die Überwachung der Luftqualität in Deutschland ist das Umweltbundesamt (UBA), zusätzlich überwachen die Messnetze der Bundesländer die Schadstoffkonzentration in großem Umfang.
Und auch in der Bevölkerung wächst das Interesse und die Sensibilität für das Thema Luftqualität. Zeitgleich hat die Entwicklung von Mikrosensortechnologien in jüngster Zeit neue Möglichkeiten der Messung mit Luftqualitätssensoren (LQS) hervorgebracht. LQS nehmen heute eine hilfreiche Rolle bei der Messung und Untersuchung von Luftqualität ein. Ergänzend zu den offiziellen Messungen können sie bspw. die Luftqualität in Hinblick auf die Einhaltung nationaler oder grenzüberschreitender Normen überwachen oder zur Analyse von Trends oder Hotsports in der Luftqualität auf lokaler und kommunaler Ebene verwendet werden. Durch ihre Kosteneffizienz und die einfache Handhabung sind sie für die Wissenschaft, vor allem aber auch für Teile der Zivilgesellschaft interessant: Denn immer mehr Bürgerinnen und Bürger beschäftigen sich in ihrer Freizeit vertieft mit Fragestellungen, denen früher ausschließlich die Wissenschaft nachgegangen ist. Dazu schließen sie sich in Netzwerken zusammen und arbeiten gemeinsam an wissenschaftlichen Themen.
Durch die Beteiligung der Öffentlichkeit und die Zusammenarbeit zwischen Zivilgesellschaft und Wissenschaft kann der Umfang der zur Verfügung stehenden Luftqualitätsdaten erheblich gesteigert werden. Das ist besonders für Gebiete abseits staatlicher Messstellen oder in Gebieten mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Heterogenität der Luftqualität wie zum Beispiel in Städten und Gewerbegebieten bedeutsam. Die aus der „Citizen Science“ gewonnenen Ergebnisse sind eine wertvolle Ergänzung zu den offiziell erhobenen Daten. Um die Qualitätssicherung zu gewährleisten und die Gefahr von Fehlinterpretationen zu reduzieren, gibt es jedoch einige Kriterien, die bei der Datenerhebung mit LQS beachtet werden müssen.
In einer 2023 veröffentlichten Broschüre geben Prof. Dr. Christoph Schneider, Prof. Dr. Tobias Sauter und Janani Venkatraman Jagatha vom Geographischen Institut der Humboldt-Universität zu Berlin zusammen mit Dr. Ulrich Vogt und Miriam Chacon-Mateos vom Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik an der Universität Stuttgart einen Überblick zum Thema Messung von Luftverunreinigung in der Außenluft mit Luftqualitätssensoren (LQS). Anwendern und Anwenderinnen wird damit eine Hilfestellung gegeben, um bei der eigenen Messung ein höheres Qualitätsniveau zu erreichen. Weiterhin werden Strategien und Empfehlungen für die Durchführung von Messungen mit LQS in der Außenluft vorgestellt und es werden Anleitungen für die Erhebung, Analyse und Interpretation der Messdaten zur Verfügung gestellt.
Auch beim alljährlichen Forum Junge Spitzenforschung zeigte sich, dass Sensorik diverse Anwendungsbereiche hat. Thema dieses Jahr war nämlich „Sensoren und Datenanalyse im praktischen Einsatz". Am 14. November fand die Veranstaltung im Tieranatomischen Theater der HU statt. Nachwuchswissenschaftler:innen stellten ihre Projekte vor. Den ersten Platz belegte Julian Bopp mit seiner „Chip-integrierten Diamant-NV-Quantenmagnetfeldkamera“. Weitere Infos unter: Forum Junge Spitzenforschung | Nachwuchswettbewerb (humboldt-innovation.de).
Links zu Broschüre und Video auf den Webseiten des Umweltbundesamtes:
https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/messenbeobachtenueberwachen/…
https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/sensoren-zur-messung-von-luftschadstoffen
Wissenschaftliche Publikation:
Venkatraman Jagatha, J., A. Klausnitzer, M. Chacon-Mateos, B. Laquai, E. Nieuwkoop, P. van der Mark, U. Vogt, C. Schneider (2021): Calibration method for particulate matter low-cost sensors used in ambient air quality monitoring and research. MDPI Sensors 2021, 21(12), 3960, DOI: 10.3390/s21123960, https://www.mdpi.com/1424-8220/21/12/3960