Schadstoff-Monitoring
Die Überwachung der Luftqualität erfolgt mittlerweile durch eine Vielzahl über ganz Deutschland verteilter Messstationen. Dazu zählen auf Bundesebene [9] die Messpunkte des Umweltbundesamts (Abbildung 1), hinzu kommen ländereigene und kommunale Anlagen sowie private Initiativen wie das Stuttgarter Projekt Luftdaten.info [10].
Abbildung 1: Die Messpunkte des Umweltbundesamts.
Aufgrund seiner Lage in einem Talkessel sowie zahlreicher Baustellen trägt Stuttgart den Spitznamen “Hauptstadt des Staus” [11]. Dadurch kommt es in der schwäbischen Metropole regelmäßig zur Überschreitung der festgelegten Grenzwerte. Deswegen möchten die Initiatoren von Luftdaten.info zusammentragen, an welchen Orten in Stuttgart regelmäßig hohe Feinstaubkonzentrationen auftreten, die Messdaten auf einer Landkarte darstellen und somit ein stets aktuelles Gesamtbild für den Großraum Stuttgart erstellen.
Das Projekt läuft im Rahmen der Open Knowledge Foundation (OK Lab Stuttgart) und stellt alle erfassten Daten transparent für alle Interessierten in Form von Open Data [12] bereit. Abbildung 2 zeigt die OpenStreetMap-Karte des Projekts mit den derzeit aktiven Messpunkten [13]. Je weiter Sie in die Karte zoomen, umso detaillierter zeigt sich die Auflösung der Sensoren.
Abbildung 2: Die interaktive Landkarte der Messpunkte bei Luftdaten.info zeigt hier die Werte für München am 12.09.2017.
Jeder einzelne Messpunkt erscheint dabei als Wabe, deren Farbe den Grad der Feinstaubbelastung signalisiert. Blaugrün steht für eine geringe Belastung; je mehr Rot- oder gar Violettanteil die Farbe hat, umso höher der Feinstaubanteil. Klicken Sie auf eine Wabe, erscheint ein Fenster mit detaillierten Informationen zu den am vorangegangenen Tag erfassten Daten. Eine grüne Kurve stellt dabei die PM10-Werte dar, eine gelbe die PM2.5-Werte.
Die Projektwebseite liefert darüber hinaus auch alle Informationen zum Mitwirken am Projekt. So finden sich Termine für Informationsveranstaltungen und Bastelworkshops ebenso wie Workshops zum Bau eines eigenen Feinstaubsensors und zu dessen Inbetriebnahme. Ein Blog mit Neuigkeiten sowie der Bewertung verschiedener Quellen des eingesetzten Sensors und eine FAQ runden das Angebot ab.
Sensor im Eigenbau
Alle Bauteile zum Feinstaubsensor erwerben Sie am besten direkt bei einem der vom Projekt veranstalteten Bastelworkshops oder Community-Treffen. Der Kostenpunkt liegt bei rund 35 Euro.
Das Set besteht aus einem Prozessor mit WLAN (NodeMCU ESP8266), dem Sensor SDS011, diversen Kabeln samt Kabelbinder, einem USB-Steckernetzteil, einem durchsichtigen Schlauch zum Ansaugen der Luft und zwei gebogenen Rohren für den Wetterschutz. Die ausführliche Bauanleitung umfasst zehn Einzelschritte und findet sich auch auf Github [14]. Die Abbildung 3 zeigt einen nach dem Bastelworkshop auf dem OpenTechSummit in Potsdam im Mai 2017 zusammengebauten Sensor.
Abbildung 3: Ein betriebsfertiger Feinstaubsensor, zusammengebaut auf dem OpenTechSummit Potsdam im Mai 2017.
Als Kernstück des Feinstaubsensors fungiert der SDS011, der zuvor angesaugte Luft mittels eines Lasers “beschießt”. Durch die Streuung des zurückgeworfenen Laserlichts lassen sich Größe und Menge der enthaltenen Partikel bestimmen. Dabei misst der SDS011 parallel sowohl PM10 als auch PM2.5 [15].
Nach dem Aufspielen der Firmware versucht sich der Sensor zu einem konfigurierten WLAN-Access-Point zu verbinden. Gelingt das nicht, baut er selbst einen AP mit der IP-Adresse 192.168.1.4 auf. Sie öffnen dann diese Adresse in einem Webbrowser und konfigurieren den Sensor. Anschließend docken Sie ihn ans Internet an, damit er die aufgezeichneten Daten an Luftdaten.info übermittelt. Über die Seriennummer des Sensors finden Sie Ihren Feinstaubmesspunkt dann dort auf der Landkarte.
Dazu tragen Sie den Sensor noch in die Feinstaub-Datenbank ein, damit die neue Wabe auch auf der Landkarte erscheint. Dazu benötigen Sie Seriennummer des Sensors sowie die Standortdaten. Aus der Ortsangabe mit PLZ, Straße und Hausnummer errechnet die Webseite die Koordinaten auf etwa 100 Meter genau und anonymisiert sie anschließend. Zur Einordnung der Station helfen weiterhin die Umgebung der Station, wie die Höhe über Grund, die Straßenseite und das Verkehrsaufkommen. Außerdem können Sie ein Bild übermitteln, das Luftdaten.info aber nur auf ausdrücklichen Wunsch veröffentlicht.
Die Webseite sammelt die erfassten Messwerte und bereitet sie grafisch auf [16]. Das resultierende Diagramm (Abbildung 4) zeigt sowohl die Tageswerte an als auch die wöchentlichen Messdaten. Eine rote Linie steht für den PM10-Wert, eine blaue für den PM2.5-Wert.
Im laufenden Betrieb zeigte sich, dass der Sensor sehr genau arbeitet und alle Partikel erfasst. Das betrifft auch Wassertröpfchen – Sie sehen also auch, wenn es gerade gewittert. Das liefert eine Erklärung für die Spitzen in den Grafiken. Solche “false positives” könnten Sie gegebenenfalls über eine Messung der Luftfeuchtigkeit identifizieren.
Abbildung 4: Erfasste Feinstaubwerte in der Tages- (oben) und Wochenauswertung (unten) für PM»10« (rot) und PM»2.5« (blau).
Fazit
Seit Mai 2017 hängt der vom Autor zusammengebaute Feinstaubsensor in einem Garten unweit von Potsdam, sammelt fleißig Daten zur Luftanalyse und bestätigt die sehr saubere brandenburgische Luft. Bislang funkt er anstandslos und vervollständigt das bestehende Messnetz. Das bereitstehende Sensor-Set von Luftdaten.info hat es uns ausgesprochen leicht gemacht, in das Thema einzusteigen. Es kann auch Ihnen den Weg ebnen, wenn Sie sich für das derzeit recht kontrovers diskutierte Thema interessieren.
