*36C3 preroll music*
Herald-Engel: Patrick Römer wird über den Aufbau eines Sensor-Netzwerkes für die
Messung von Stickstoffdioxid reden. Der Talk ist entstanden in Zusammenarbeit mit
Dr. Nils Seidel von der Fernuni Hagen, dort Fachbereich Kooperative Systeme.
Ziel des ganzen Projektes, das ursprünglich auf einer Bachelorarbeit begründet ist
ist es, ein flächendeckendes Messnetzwerk aufzubauen, das das staatliche Messnetzwerk
um einiges an Quantität und vielleicht auch Qualität übersteigt.
Bitte heißt ihn willkommen.
*Applaus*
Patrick Römer: Guten Tag, Patrick Römer mein Name
das habt ihr ja schon gehört. Ich stelle euch heute
den Aufbau eines Sensornetzes für die Messung von Stickstoffdioxid vor.
Hierbei beginne ich erst mal mit einer Vorstellung allgemein: Was ist der Luftschadstoff
Stickstoffdioxid? Was ist die aktuelle Gesetzeslage? Die Referenzmessverfahren?
Dann werde ich über den Aufbau und eine Kalibrierung einer Messstation sprechen.
Hierbei werde ich unter anderem die Sensorwahl vorstellen, erklären den
Versuchsaufbau davon. Die Ergebnisse und die Probleme, die sich dabei zeigten. Und
am Schluss wird es um die Darstellung von Messergebnissen und dem Sammeln von
Messergebnisse und einer Web-Anwendung davon gehen. So.
Erstmal: Stickstoffdioxid. Was ist Stickstoffdioxid?
Stickstoffdioxid gehört zu den Stickoxiden. Das sind Stoffverbindungen die aus
Stickstoff und Sauerstoff bestehen. Und es gibt auch natürliche Quellen dafür:
Bakterielle Vorgänge im Boden oder Bodennähe und dergleichen.
Aber in der Stadt kommt das meiste Stickstoffdioxid
durch die Verbrennung in Motoren zustande.
Beziehungsweise Stickstoffmonoxid entsteht da, um genau zu sein. Und zwar entsteht das
bei hohen Temperaturen aus Stickstoff und Sauerstoff Stickstoffmonoxid bildet.
Dieses Stickstoffmonoxid ist metastabil. Das heißt trotz dessen, dass Energie am
Anfang hinzugefügt wird, zerfällt es nicht von selbst wieder zu N2 und O2, was daran
liegt, dass die Aktivierungsenergie für diesen Prozess so hoch ist, und bleibt
halt dann als Stickstoffmonoxid in der Atmosphäre vorhanden, bodennah. Setzt sich
dann allerdings mit bodennahem Ozon zu Stickstoffdioxid um. Was dann der
Luftschadstoff ist, den man so kennt und über den halt auch viel gesprochen wird.
Die Gesetzeslage ist hierbei auf EU-Ebene festgelegt. In der Luftqualitäts-Richtlinie
2008/50/EG wurden Mindestanforderungen innerhalb der EU festgelegt. Diese
Mindestanforderungen wurden ins deutsche Recht mit der 39.
Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) überführt und in dieser 39. BImSchV sind
halt Grenzwerte auch angegeben. Diese Grenzwerte basieren auf WHO-Empfehlungen
liegen hier beim Jahresmittelwert für die menschliche Gesundheit bei 40
Mikrogramm pro Kubikmeter Stunde Mittelwert von 200 Mikrogramm pro
Kubikmeter. Das heißt, wenn man den Stundenmittelwert überschreitet, eine
gewisse Anzahl an, dann geht irgendwann Alarm los und die Behörden müssen gucken,
was da los ist. Es gibt eine Alarmschwelle. Wenn die überschritten wird,
muss sofort was gemacht werden. Und es gibt einen Jahreswert zum Schutz der
Vegetation für Wald und Grünflächen. Bei diesen Grenzwerten ist vor allem der
Jahresmittelwert für die menschliche Gesundheit derjenige, der die meisten
Probleme macht. Man kann sich online die Messdaten anschauen von den offiziellen
Messstationen und sieht da, dass diese Jahresmittelwerte für die menschliche
Gesundheit halt das sind, was die Probleme macht und was auch zu Dieselfahrverboten
und dergleichen führt. Es werden für die Messmethoden Qualitäten festgelegt in der
neuen 39. BImSchV unter anderem für ortsfeste Messungen. Das sind diese
Messstationen, die man so kennt. Die am Bahnhof oder so hier in Leipzig zum
Beispiel stehen. Orientierende Messungen dazu komme ich gleich noch.
Modellrechnungen und objektive Schätzungen; Orientierende Messungen können
25 % Fehler haben, Modellrechnung bis zu 50 % und Objektive Schätzungen
bis zu 75 %. Außerdem regelt die 39. BImSchV noch andere Luftschadstoffe
oder Grenzwerte zu anderen Luftschadstoffe. Z.B. SO2, PM10, PM2.5 und
dergleichen. Das in der 39. BImSchV festgelegte Referenzmessverfahren für Stickstoffdioxid
ist das Chemilumineszenzverfahren. Hier zu sehen ist jetzt ein Analysator, der halt eingesetzt wird
von der Firma Teledyne. Es wird in diesem Analysator NO zusammen mit Ozon in einer
Reaktionskammer zu NO2 umgesetzt. Hierbei entsteht Licht, und dieses Licht wird
detektiert und die Stärke des Lichts ist proportional zu der Menge an NO in dem Gas
und wenn man jetzt die NO2 Konzentration bestimmen möchte, setzt man vorher das Gas
über einen Katalysator, um zu NO und dann kann man auch NO2 mit diesem Analysator
messen bzw. es wird mit diesem Analysator NO2 gemessen. Dieses Verfahren ist sehr
spezifisch und hat wenig Querempfindlichkeiten und ist deswegen das
Verfahren der Wahl. Es ist allerdings auch teuer. So ein Messgerät kostet 10 000 Euro
aufwärts, was zum Großteil mit dadurch zustande kommt, dass zusätzliche
Aufarbeitungsschritte für das Messgas enthalten sind. Das Gas wird zuerst
gekühlt, dadurch entfeuchtet. Dann wird es auf eine Temperatur aufgeheizt, damit die
Reaktionen der Analysenkammer entsprechend schnell stattfindet. Es hat also mehrere
Aufarbeitungsstufen noch vorher. Ein Alternativverfahren dazu, was als
orientierendes Messverfahren eingesetzt wird, sind die Passivsammler.
Passivsammler werden für die Ermittlung von Langzeit-Mittelwerten eingesetzt. Es sind
einfach nur kleine Röhrchen, welche mit einer Chemikalie gefüllt sind, welche über
die Zeit NO2 aus der Luft anreichert. Anschließend werden diese Röhrchen im
Labor untersucht, und man kann anhand der gemessenen Werte dann errechnen, wie ist
denn der Mittelwert über die gegebene Zeit. Das Messverfahren hat ungefähr 20%
bis 25% Abweichung und wird deswegen als Orientierungsmessung verwendet. Das
behördliche Messnetz ist geregelt in der 39. BImSchV. Es gibt wenige, aber
repräsentative Punkte. Das ist so das prinzipielle Ziel. Die Messstationen
sollen an den Orten mit der höchsten zu erwartenden Belastung stehen, also an
Hauptverkehrsknotenpunkten. Und diese Punkte sollen möglichst repräsentativ für
ähnliche Orte in der Nähe sein. Also, wenn ich jetzt an einem Verkehrsknotenpunkt das
aufstelle, dann gehe ich davon aus, dass die Werte repräsentativ sind für
Verkehrsknotenpunkte in der Umgebung. Allerdings wohnt nicht jeder an einem
Verkehrsknotenpunkt, sondern halt auch Leute an der Bundesstraße oder
dergleichen. Und dann kommt man zu der Frage: Okay, wie ist denn die Luftqualität
jetzt bei mir in der Umgebung? Bei mir vor der Haustür? Wenn man sich mal das
Messnetz in Leipzig anschaut, dann gibt es hier insgesamt drei Messstationen und eine
Hintergrund-Messung, die jetzt hier nicht eingezeichnet ist. Und die ganzen anderen
umliegenden Gebiete haben halt keine eigene feste Messstation. Nun ist die
Frage Wenn ich jetzt hier irgendwo unten rechts wohne. Wie ist denn die Konzentration von
NO2 bei mir zu Hause? Auf Basis dessen haben sich die Anforderungen an eine
Citizen-Sciience Messstation festgelegt. Sie sollte möglichst günstig sein. Denn
niemand möchte sich einen Analysator für 10 000€ zu Hause hinstellen. Auch wenn das
schön wäre, wenn man so viel Geld hätte. Die Komponenten müssen verfügbar sein. Es
gibt viele Komponenten in dem Sektor, die nur für gewerbliche Anwender und
dergleichen verfügbar sind oder halt nur schwer erhältlich sind. Die Station sollte
einfach nachzubauen sein, und sie sollte möglichst präzise Messdaten liefern.
Hierbei, da wenn man eine Messstation aufstellt, man ja auch eventuell irgendwann
damit zu seiner Behörde gehen möchte und sagen möchte ich messe bei mir zu Hause
die ganze Zeit hohe Werte, sollten die halt auch gewisse Qualitätsmerkmale
erfüllen und das sind halt diese, möglichst idealerweise diese
orientierenden Messungen. 25% Abweichung wäre das Ziel. Wenn man da was belegbares
hat. Gewählt wurden die Teile als Teil einer ESP32 als Basis. Der hat halt WLAN
mit integriert und 4 MB Flash für eine Firmware. Hat einen Analog-Digital-
Wandler. Also eine ganz gute Grundlage. Es wurde ein MiCS-4514 Metalloxidensor
gewählt, der ist für 16 € ungefähr im Internet verfügbar. Man kommt gut ran und
er ist als Breakoutboard erhältlich. Das heißt, man muss auch nicht löten im
Zweifelsfall, sondern kann den auf eine Steckplatine aufstecken. Ein DHT11 oder
DHT22 Temperatur- und Luftfeuchtesensor. Denn solche Sensoren ohne Aufbereitung des
Messgases haben die Eigenschaft, dass sie stark abweichen, denn, also dass die Messwerte stark
abweichen. Denn sie sind abhängig von der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit und
weiteren Faktoren. Das heißt, man muss eine Kalibrierfunktion finden, die
diese Faktoren mit herausrechnet und ansonsten noch 3x 470 kΩ Widerstände, um
einen Spannungsteiler zu bauen für den DHT11. Das hier wäre jetzt so eine
Messstation auf einer Steckplatine. Einfacher Aufbau mithilfe einer Steckplatine.
Man muss nichts löten. Nicht jeder hat einen Lötkolben zu Hause, der eventuell
mitmachen möchte. Deswegen Stecktplatine. Und nun ist die wichtige Frage: Was misst
der Sensor bzw. wie arbeitet er? Und zwar ist das ein resistiver Sensor. Das heißt
er ist ein Metalloxid Sensor und er verändert seinen Widerstand mit Änderungen
der Konzentration an NO2 in der Luft. Das Datenblatt gibt einem hierzu diese schöne
Grafik. Man sieht, dass in der doppellogarithmischen Skala der Verlauf
der NO2 Konzentration zu sehen ist. Es gibt auch einen Einfluss von NO, der mir im
späteren Verlauf noch Probleme verursacht hat und Wasserstoff. Wasserstoff hat man
im Normalfall nicht in seiner Umgebung. Sollte man nicht haben. Ansonsten sollte
man da wegziehen, wo man wohnt. Das wäre sehr gefährlich und explosiv. Und das
erste, was ich gemacht habe war erst mal zu schauen: Okay. Stimmt das, was das
Datenblatt sagt, ungefähr mit der Realität überein? Also, ich habe über einen
Zeitraum von einem Monat mehrere Sensoren bestellt und untersucht. Das ist der
einfache Aufbau davon. Hier zu sehen in 1 ist ein Exikator. Das ist einfach nur ein
Glasgefäß, indem man Sachen eigentlich trocknen kann. Und 2 ist ein Gasmischer.
Ich habe also verschiedene Konzentrationen an NO2 Gas hergestellt, indem ich es mit
einem Nullgas ohne NO2 verdünnt habe und die Sensoren bzw. die Messstationen in dem
Gefäß in dieser Atmosphäre dieser Atmosphäre ausgesetzt. Hierbei zeigte
sich, dass die Widerstände, also die Sensoren, alle ungefähr den gleichen
Verlauf haben und die gleiche Reaktion zeigen. Auf der Y-Achse versetzt links mit
der ADC Ausgabe nicht umgerechnet in Volt. Aber man sieht mit einer Verschiebung auf
der Y-Achse könnte man die ungefähr zur Deckung bringen.
Das ist schon mal ganz gut, denn das erleichtert eine Kalibrierung.
Wenn man das Ganze übersetzt in dieselbe Skalierung wie in
dem Datenblatt angegeben ist, sieht das auch ungefähr so aus wie das,
was man erwarten würde oder hoffen würde, wenn man das Datenblatt vor sich hat und
die Ergebnisse hat. Der nächste Schritt war, die Einflüsse einzelner Größen
herauszufiltern, zum Beispiel der Temperatur. Wenn man halt einen Temperatureinfluss
untersuchen möchte, wie macht man das? Wenn man Thermometer testet, bei mir auf
der Arbeit, dann steckt man das Thermoelement von dem Thermometer in einen
Block, heizt diesen Block auf und lässt ihn abkühlen und misst dann die Temperatur
im Vergleich zu einer Referenz, einem Referenz Thermometer. Da man im normalen Fall aber
keine 250 Grad oder dergleichen hat, war die einfachste Lösung eine Styroporbox mit
Eis. Also mit Kühl Akkus. Die Stationen wurden in diese Kühlbox gelegt. Deckel
drauf, luftdicht verschlossen. Die Konzentration der Gase innerhalb der Box
sollten sich nicht verändern, da es verschlossen ist. Die einzige Größe, die
sich verändert über die Zeit ist halt die Temperatur. Ergebnis hiervon: Ein schöner,
relativ linearer Zusammenhang. Das heißt, wenn man mal kein NO2 messen möchte, kann
man mit den Dingern auch theoretisch die Temperatur messen. Aber es zeigt ja einen
schönen Zusammenhang. Und auch die Geradenfunktionen, die jetzt hier
eingezeichnet ist, haben halt ungefähr passende, also gleiche, Steigungen.
Anschließend habe ich eine Vergleichsmessung durchgeführt, zu dem
Analysator, der auch am Anfang zu sehen war. Dem Chemilumineszenzmessgerät. Das sah
dann ungefähr so aus. Es wurde Außenluft gezogen. In den Exsikkator durch den
Exsikkator durch und anschließend in das Messgerät. Das Messgerät ist mit 1
bezeichnet, der Exsikkator wieder mit 2 und 4 und 3 sind die beiden Rechner, die
die Daten aufgezeichnet haben. Hierbei zeigte sich auch über mehrere Tage hinweg,
sodass es jetzt diese Punktewolken sind, dass der NO2 Einfluss den erwarteten
Einfluss auf den Messwert hat. Es wurde jetzt Messgrößen ausgewählt oder
Messwerte, bei denen die Temperatur innerhalb eines kleinen Bereiches lag,
kleinen, schwankenden Bereich. Dass die Luftfeuchtigkeit innerhalb eines kleinen
schwankenden Bereiches und auch die NOx bzw. die NO Werte die am Analysator
gemessen wurden, innerhalb desselben Bereiches lagen. So, heißt also auch über
verschiedene Tage hinweg kommt man ungefähr auf diese Kalibrierfunktion, wenn
man die Werte noch korrigiert und die Temperatur mit Hilfe der Funktion von
vorhin, dann sieht das noch ein bisschen besser aus. Aber hier zeigt sich das erste
Problem und das große Problem: Stickstoffmonoxid. Stickstoffmonoxid und
Stickstoffdioxid sind nicht in einem festen Verhältnis in der Umgebungsluft
vorhanden. Stickstoffmonoxid entsteht bei Verbrennungsprozessen zuerst und setzt
sich dann NO2 um, aber ein Teil des NO2 setzt sich auch wieder in
Stickstoffmonoxid um und so. Der Einfluss von dem Stickstoffmonoxid ist leider
gegensätzlich zu dem Einfluss des Stickstoffdioxids. Was sehr schlecht ist,
denn jetzt muss man vorher, also bevor man die Messstation benutzen kann, noch sich
überlegen wie kann ich denn da Stickstoffmonoxid entfernen?
Temperatureinfluss ist auch noch mal untersucht worden. Zeigt sich auch hier ungefähr
dasselbe, dass das hier so eine Wolke ergibt am Ende. Das liegt hauptsächlich daran,dass
der Temperaturbereich bzw. der Bereich, in dem das lag halt ein paar ppb waren. Aber es
zeigte sich auch hier, dass der Temperatur Zusammenhang, der zuvor ermittelt wurde.
Nun die Probleme noch einmal der Einfluss von NO2 und NO auf den Sensor Widerstand
ist gegenläufig. Schöner wäre, wenn es in die gleiche Richtung gehen würde oder der
NO Einfluss geringer wäre. Und NO2 und NO treten wie gesagt, nicht im selben
Verhältnis auf. Das heißt, ich kann keinen Rückschluss daraus ziehen. Ich habe einen
Messwert von X, das heißt, ich muss NO2 in 100 ppb haben, und das andere muss in
80 ppm oder ppb vorliegen. Je nachdem, was man hat, treten halt nicht im selben
Verhältnis auf. Da man keine Möglichkeit hat, NO so separat zu messen, zumindest
mit den Teilen, bleibt als Lösung hauptsächlich das Umsetzen von NO2 mithilfe eines
Ozongenerators zum Beispiel aus dem Aquarienbau oder eines Oxidationsmittels
wie Kaliumpermanganat. Welche gibt es da? Erhöht aber die Komplexität. Das heißt,
das ist das Problem, an dem ich momentan noch arbeite. Ja, gut. Wenn die Messstation jetzt
funktioniert, ist der nächste Schritt, ein Messnetz aufzubauen. Sobald das mit dem
Ozongenerator getestet ist, dann hoffentlich auch funktioniert, ist das schon ein
Messnetz aufzubauen. Was sind die Anforderung an ein Messnetz? Es soll eine
hohe Verfügbarkeit der Messstationen vorliegen. Das heißt, die Sensoren sollen
möglichst nicht nach einem halben Jahr oder dergleichen kaputt gehen. Es soll
möglichst feinmaschig sein, damit darstelle zeitlicher Zusammenhang besser
sichtbar ist. Das heißt, wenn ich meinetwegen eine Verbrennung habe,
irgendwo und da kommt eine riesige NO2 Wolke mit raus. Da möchte ich den Verlauf
auf der Karte sehen können. Und dafür müssten die Messstationen möglichst dicht
beieinander sein. Idealerweise kann man durch viele Sensoren, die dicht
beieinander liegen, defekte oder fehlerhafte Sensoren erkennen. Und man
kann halt auch Orte erfassen, die weit weg von den ortsfesten Messungen der
Behörden sind. Wichtig, wie am Anfang schon gesagt, ist die Angabe des
Messfehlers der Messstation. Denn: "No data is better then poor data" hieß es im
Qualitätsmanagement immer. Und wenn man wirklich was mit den Messdaten anfangen
möchte, muss man halt wissen, wie ist der Fehler der Messwerte und das Ganze sollte
auch noch eine Möglichkeit bieten, also es sollte eine Möglichkeit geboten werden, die
gemessenen Daten zu sammeln und abzurufen. Das Erste, was man dann macht, ist wie
stellt man das dann dar? Solche gesammelten Messdaten. Grundsätzlich
kommen da 3 Sachen in Frage oder 3 Möglichkeiten erst einmal, die viel umgesetzt
sind. Das eine ist eine Heatmap. Bei einer Heatmap wird von einem Punkt aus eine
farblich farbige Fläche erzeugt, und andere Punkte in der Umgebung färben diese
Fläche entsprechend mit, je nachdem, welchen Wert sie haben. Und man erhält
eine gefärbte Karte. Dann gibt's Hexbin Maps, das ist unten links dargestellt, da wird die
Karte in gleichgroße 6 Ecke eingeteilt, und die 6 Ecke werden eingefärbt, je
nach Konzentration in ihrem Bereich. Hierbei kann es Probleme geben, wenn jetzt
eine Messstation an einem äußeren Rand von dem 6 Eck liegt und sehr hohe
Konzentrationen misst, aber der Rest des 6 Ecks halt eigentlich niedrige
Konzentrationen hat, kann es ein bisschen die Darstellung verfälschen. Und es gibt
halt die einfachen, eingefärbten Punkte oder Marker auf eine Karte, was halt nicht
wirklich übersichtlich ist, wenn man sich einen schnellen Eindruck von dem Ganzen
machen möchte. Dafür habe ich eine Plattform programmiert, OpenNOx. Es bietet
eine Web-Anwendung, mit einer Bauanleitung für die Messstationen, wie sie aktuell
ist, noch immer mit dem Problem, dass sie NO querempfindlich ist. Wo ich mir momentan
Überlegungen dazu mache. Man kann Messstationen registrieren, und man kann historische und
aktuelle Messdaten abrufen. Der Quellcode liegt auf GitHub und die Messdaten aus den
Versuchen, die Sensoren zu kalibrieren, stelle ich auch zur Verfügung. Vielleicht
hat ja irgendjemand noch eine Idee und kann mit Messdaten irgendwas machen, was
ich nicht wusste. Und aktuell werden auch die offiziellen, einige der offiziellen
Messstationen in Nordrhein-Westfalen angezeigt. Das Problem hier ist, dass
jedes Bundesland seine eigene Suppe kocht, wie die Messdaten der offiziellen
Messstationen bereitgestellt werden und wie die Lizenzen für diese Daten sind. Die
Seite sieht so aus Momentan führt der Link von OpenNOx auf das GitHub Repository Wenn
ich heute früh noch etwas Probleme mit dem Provider hatte. Man hat auf jeden Fall die
Karte mit den Messwerten. Das ist jetzt in Mönchengladbach und das Grüne wäre jetzt
die offizielle Messstation die da steht an der Straße. Und die beiden blauen Punkte
wären eigene Messstationen, die momentan nur Rohwerte liefern. Und es gibt eine
Anleitung, mit der Teileliste, um das Ganze nachzubauen, weil selber Nachbauen
vielleicht auch selber erweitern. Es gibt vom ESP32 auch noch verschiedene Versionen
mit verschiedenen Zusatzfeatures. So könnte man in Zukunft zum Beispiel auch
mobile Messstationen bauen, die entweder über UMTS die Daten übermitteln oder halt
auf einer SD-Karte speichert und sie dann im Nachhinein übermittelt. Der Ausblick
wäre halt also was zu tun ist. Eine Lösung des Problems der Empfindlichkeit gegenüber
Stickstoffmonoxid? Da habe ich jetzt ein. Also versuche ich etwas mit Ozon zu machen
um das NO vollkommen zu NO2 umzusetzen. Man würde dann zwar Stickoxide insgesamt
messen, kann aber über die Differenz, dann über eine Kalibrierfunktion das wieder zurück
rechnen. Bekanntheitsgrad erhöhen, das mache ich gerade, Hi! Den Aufbau eines Messnetzes, wo ich
hoffentlich Hilfe bekomme, wenn Leute sich dafür interessieren. Mithilfe dieses Messnetzes
kann man dann anschließend NO2-Verursacher, welche aktuell nicht bekannt sind,
eventuell identifizieren. Vielleicht gibt's irgendwo eine Fabrik oder sowas,
die Unmengen an NO2 rauswirft. Was jetzt noch keiner weiß. Aber dann in Zukunft
vielleicht das Erweitern um weitere Funktionen und Sensoren und Funktionen,
wie zum Beispiel UMTS, um mobil auch messen zu können oder halt kurzzeitig an
irgendwelchen Orten. So, Ja, das war's. Vielen Dank fürs Zuhören.
*Applaus*
Herald-Engel: Das war schneller als erwartet. Ihr habt jetzt reichlich Zeit,
Fragen zu stellen. Oh da rennen die ersten schon. Mikrophon 2 war schneller.
Mikrophon 2: Es sind sogar zwei Fragen Wieviel Messstationen sind schon bei
OpenNOx. Die eine. Und das andere: Wäre nicht ein etwas besserer Temperatursensor
wie ein BME 280 noch sinnvoller, der ist ja nur unwesentlich teurer.
P: Also erst wie viele sind da. Da das gerade erst anfängt eine. Und der
Temperatur Sensor? Der Einfluss der Temperatur ist halt relativ linear, sage
ich mal. Einen besseren Temperatur Sensor kann man machen, wäre auch in Zukunft
sinnvoll. Aber für das, was man jetzt hier gesehen hat, reicht der aus. Also gehen
wir davon aus, wir ermitteln einen Nullpunkt für die Messstation. Dann reicht
es wenn wir wissen, es hat sich um einen Grad verändert, und bei dem normalen
Messbereich von 20 Grad oder 25 Grad sollte das reichen. Besser, natürlich kann
man gucken in Zukunft. Warum nicht. Herald-Engel: Jetzt, das Internet bitte?
Signal-Engel: Aus dem Internet kam die Frage, ob eine Integration oder
Zusammenarbeit mit luftdaten.info geplant ist, das ist ja irgendwie in
dieselbe Richtung geht und lieber einen Sensor mit Stickstoff, Feinstaub und allen
Daten hätte, anstatt 15 die verschiedene Daten messen.
P: Ich hatte luftdaten.info am Anfang meiner Bachelorarbeit angeschrieben, aber
keine Antwort von Ihnen bekommen. Herald-Engel: Da hinten winkt jemand.
Vielleicht ist das die Antwort. Aus dem Publikum: Hallo, David, Martin und
ich, wir sind von luftdaten.info. Wir arbeiten auch schon an der Thematik.
Deswegen super interessanter Vortrag. Vielen Dank. Wir würden sehr gerne
zusammenarbeiten. Wir wollen vielleicht auch noch ankündigen. Wir sind jetzt
sensor.community, also eine Plattform, die nicht nur Luftqualität mit Feinstaub
messen soll, sondern eben auch beide Ansätze, die du jetzt erwähnt hast, nämlich
auch eine große europäische Kampagne, wie du mich schon erfolgreich war in Belgien
mit diesen passiven Sensoren bauen und wir koordinieren jetzt auch die Institutionen.
Also wunderbarer Vortrag, wirklich vielen, vielen Dank. Und wir müssen unbedingt
reden. P: Wir können ja gleich gerne noch reden.
Herald-Engel: Genau, Ihr könnt das gerne weiter draußen fortsetzen. Mikro 3 eine
Frage. Mikrophon 3: Weißt du, wie langzeitstabil
die Sensoren sind? Ob die in einem Jahr noch immer die gleichen Werte anzeigen,
wenn die gleiche NO2 Konzentration in der Luft ist?
P: Das hängt von der Belastung vor Ort ab, zum Teil. Es gibt dieses Vergiften von den
Sensoren. Das heißt, gewisse Luftschadstoffe haben einen negativen
Einfluss und beschädigen diese Sensoren auf Dauer, also verschlechtern diesen
Messwert. Ich habe jetzt einen ungefähr fünf Wochen bei mir laufen gehabt. Nicht
fünf Wochen, fünf Monate, Verzeihung. Der hat sich relativ wenig verändert. Ich
wohne allerdings auch im zweiten Stock, also der wird nicht so extrem
Luftschadstoffen ausgesetzt sein wie in der Hauptverkehrs-Kreuzung. Das heißt,
dass ist individuell abhängig und schwer zu sagen. Also fünf Monate schaffen Sie es
schon mal, wie es aussieht. Herald-Engel: Mikro 1 bitte.
Mikrophon 1: Danke für den interessanten Vortrag erst mal. Wir haben am Anfang
gesehen, dass die Kurven, die Messgrößen, alle relativ gleich ausschauen, aber halt
irgendwie versetzt sind. Hast du gute Ideen, wie man das sehr einfach, irgendwie
vielleicht die Eichung davon machen kann, ohne dass man da das 20.000€ Messgerät
sozusagen gegen gleicht? Pr: Ja, und zwar, wenn man davon ausgeht,
dass die Messwerte eine gewisse Abweichung haben dürfen, kann man davon ausgehen, so
zumindest meine Hoffnung, dass nachts nicht unbedingt null ist, aber so 10-20
ppb, ungefähr 5 μg, die Konzentration an NO2 in der Luft ist bzw. NO, und man
entsprechend dann eine Nullung durchführen könnte und dann halt diesen Nullpunkt
verschieben kann. Das wäre zumindest das, was man versuchen könnte, um einen
täglichen Abgleich durchzuführen. Um herauszufinden, ob der Sensor stark
abweicht von dem, was man erwarten würde, Mikrophon 1: Gäbe es vielleicht einen
Ansatz um... Herald-Engel: Bitte, keine Dialoge.
P: Frag noch. Herald-Engel: Du kannst noch Antworten.
P: Man könnte natürlich auch hingehen und einfach einen Prüfgas nehmen, um das Ganze
zu begasen. Das es halt auch in einer Atmosphäre, meinetwegen in einem Kochtopf
oder dergleichen. Aber man hat halt auch kein Prüfgas zuhause. Deswegen ist dieses
nachts versuchen das zu machen, wenn der Nullpunkt da ist das Einfachste. Deswegen
auch. Es ist ganz gut, dass Sie nur verschoben sind in eine Achse, weil dann
kann man da ein bisschen was machen. Herald-Engel: Jetzt der Signal-Engel
bitte. Signal-Engel: Warum möchte man einen
Messwert nur für NO2 anstatt für Stickoxide insgesamt haben? Sind nicht
alle Stickoxide gesundheitsgefährlich? P: Stickstoffdioxid Im Speziellen ist
Lungengängig, weil es schwer wasserlöslich ist, und ist deswegen als einer der
Hauptgründe für diese erhöhte Sterblichkeit identifiziert. Diese
professionellen Messgeräte messen auch noch Stickstoffmonoxid und
Stickstoffdioxid. Aber der Sensor... Man braucht halt auch mehr Sensoren.
Herald: Ein Hinweis bitte: Redet bitte deutlich in die Mikros rein, also
nehmt die Mikros nah an Mund wenn ihr Fragen stellt, dann seid ihr besser zu
hören. Mikro 3 kann das jetzt mal ausprobieren.
Mikrophon 3: Hallo, servus! Danke für den Vortrag. In der Kryptographie gibt es so
Kryptoparties. Währen vielleicht Callibration-Parties hier interessant?
P: Das wäre auch eine Möglichkeit, wenn man wenn man halt entsprechend dann die
Konzentration einstellen könnte, wäre auch eine Möglichkeit. Ja gute Idee.
Herald-Engel: Das Mikro 2 bitte. Mikrophon 2: Hallo? Du verwendest ja
resistive Sensoren und es gibt ja noch andere resistive Sensoren, die zum
Beispiel für NOx und CO2 sensitiv sind. Und dann gibt es optische Sensoren, die
nur für CO2 empfindlich sind. Könne man über eine Kallibrations-Kette einen Sensor
kalibrieren? P: Nein. Es ist so. Es gibt optische
Sensoren die mit Lasern arbeiten. Die Kosten aber so 100 bis 200 Euro.
Mikrophon 2: Äh ne, so 30. P: Dann zeigt mir den. Ich will den sehen.
Nicht jetzt, gleich. Es gibt halt elektrochemischen Sensoren die halt auch
Querempfindlichkeiten zeigen und auch teurer sind, so 130 - 150 Euro kosten.
Deswegen habe ich mich für den resistiven entschieden. Eine Kallibrationskette von
CO2 auf NO2 ist nicht möglich in dem Sinne, weil das ist zwar in einer
Messstelle drin, eventuell wahrscheinlich verschiedene Elemente. Es müssen
verschiedene Elemente sein, damit man verschiedene Werte messen kann. Komm
gleicht vielleicht gerne mal wegen dem Sensor zu mir.
Herald-Engel: Die nächste Frage von Mikro 1, bitte?
Mikrophon 1: Ja, danke für deinen Vortrag. Oft genug hier. Bei luftdichten.info gibts
beispielsweise auch einige Schwächen bei der Feinstaub Messungen bezüglich
Feuchtigkeit. Du hast am Anfang genannt. Entweder Ich habe nicht aufgepasst. Oder
hattest du das jetzt noch betrachtet? Nicht nur die Temperatur, sondern auch die
Empfindlichkeit zu Feuchte. P: Das Problem ist, dass ich keine
Klimakammer, habe, um verschiedene Feuchtigkeit zu erzeugen. Das heißt, ich
habe das versucht, bei der Vergleichsmessung zu machen. Genug Werte
zu ermitteln mit verschiedenen Feuchtigkeiten. Leider war innerhalb der
Woche die Luftfeuchtigkeit immer relativ gering. In einem sehr kleinen Bereich. Es
zeigte sich ein Zusammenhang, aber für die Darstellung hier war das meine meines
Erachtens nach noch nicht ausreichend. Ich musste dann noch weitere Versuche machen
oder noch mal gucken, wie das verläuft. Um herauszufinden, wie das Ganze tatsächlich
im Zusammenhang steht Mikrophon 1: Okay, danke. Ich befürchte da
könnte es noch mehr Probleme geben. P: Ja, ... Später.
Herald-Engel: Und noch eine Frage aus dem Internet bitte.
Signal-Egnel: Ja, die Frage kommt nicht
aus dem Internet, sondern von mir selber. Und zwar? Der Preis der Station besteht ja
jetzt aus den einzelnen Komponenten. P: Korrekt.
Signal-Engel: Wäre es nicht billiger, für den Massen-Gebrauch in Deutschland ein
PCB Zulieferer oder irgendetwas zu benutzen? Und könnte das dann nicht auch
vom Staat irgendwie unterstützt werden? Dass das dann sogar sogar kostenlos oder
zu einem geringeren Preis an die Bundesbürger geschickt wird?
P: Da ich mich mit dem Sammeln von Supportgeldern und dergleichen nicht gut
auskenne, ist das etwas, was ich noch nicht so drin stecke. Aber ein fertiger
PCB mit allem drauf wäre natürlich eine Option, die man, wenn genug Interesse
besteht, gehen könnte. Und wenn man überlegt, PCBs kann man relativ günstig
herstellen. Das wäre durchaus das, was man machen könnte. Aber da hab ich noch keine
Aktien drin. Herald: Eine Frage von Mikro 3 bitte.
Mikrophon 3: Gibt es einen Einfluss von der Höhe, auf der die Messgeräte angebracht
werden, auf den Stickstoff Gehalt in der Höhe oder auch irgendwo Abschirmung durch
Straßenecken? Und wie kann man das dann bei mehreren Sensoren vergleichbar machen,
dass man da gemeinsam Ergebnisse bekommt? P: Ja, das gibt's. Und das ist sogar ein
sehr wichtiger Punkt. Wenn ich an der Straße messe und eine Begrünung habe und
hinter der Begrünung oder vor der Begrünung, ist das ein gravierender
Unterschied. Es gab ja auch diese Diskussionen, die Messstationen würden zu
nah an der Straße stehen, stellt die weiter weg und dergleichen, weil genau
dieser Distanz-Einfluss halt vorhanden ist. Und das ist ein wichtiger Punkt. Man
müsste das halt bei den Sensoren noch zusätzlich mit erfassen, als zusätzliche
Information meinetwegen. Ich wohne im zweiten Stock, weil die Konzentration da
tendenziell geringer sein wird als in Bodennähe. Also ist eine weitere
Information, die noch erfasst werden muss die Aufstellungsort des Sensors.
Herald-Engel: Die nächste Frage Mikro 2, bitte.
Mikrophon 2: Ich wollte es nur erwähnen da ein paar Sachen angesprochen worden sind.
Matthias und ich sind in ein Projekt des Open Air Cologne heißt. Wir machen genau
eine integrierte Sensorlösung mit dem Mix und dem ESP auf einem Board, das auch
noch einmal erweiterbar ist, also durch Feinstaubsensoren und was jetzt auch von
einem einem Helmholtz Projekt verwendet wird, um flächendeckende Luftdaten mit
Gesundheitsdaten zu korrelieren. Und da sollten wir uns wahrschenlich auch mal
Zusammenstellen. P: Ich stehe gleich noch da, hoffe ich.
Herald-Engel: Genau die Bitte: Wenn Ihr weiter Diskussionen oder
Informationsaustausch machen wollt, dann könnt ihr das danach nachmachen. Jetzt
geht um Fragen. Bitte Mikro 1 nooch mal. Mikrophon 1: Wie siehst du das, wenn du
jetzt zusätzlich eine Oxidation einbauen willst, damit alles NO2 umgesetzt ist?
Wäre es dann vielleicht möglich, aus Messungen mit Oxidation und ohne Oxidation
sozusagen das Verhältnis von NO uns NO2 aufzulösen?
P: Korrekt. Das ist der Plan. Die professionellen Messgeräte machen das ja
vom Prinzip her auch. Die gehen hin und oxidieren bzw. messen erst NO alleine,
denn sie messen selektiv nur NO und messen anschließend NOx, indem sie halt das NO2
zu Stickstoffmonoxid umsetzen. Und bilden dann die Differenz. Ähnlich könnte man das
auch machen, wenn man halt den NOx Wert hat. Man weiß, wieviel NO und NO2
insgesamt da sein müssen. Man kann dann aus dem zweiten Messwert das theoretisch
zurück rechnen, aber dafür müsste man auf jeden Fall erst mal alles NO2 umgesetzt
bekommen. Zuverlässig. Herald-Engel: Ich sehe noch eine Frage an
Mikrophon 2 Bitte. Mikrophon 2: Wie kann man nur NO messen?
P: Die Messung von NO selbst in diesem professionellen Messgeräten?
Mikrophon 2: Nö, billiger. Also gibt es ressistive Sensoren nur für NO?
P: Nein, leider nicht. Also zumindest nichts, was ich gefunden habe. Irrtum
nicht ausgeschlossen. Aber ich habe halt nichts gefunden, was jetzt preislich
angemessen ist. Herald-Engel: Gibt es jetzt aktuell noch
Fragen, eventuell aus dem Internet? Der Signal-Angel hat keine Frage mehr. Dann
scheint die weitere Diskussion an einer anderen Stelle stattfinden, zu finden, ..
Dann kann die weitere Diskussion an einer anderen Stelle stattfinden. Ich wünsche
euch viel Erfolg. Vielen Dank für deinen Vortrag. Noch einmal einen Applaus.
*Applaus*
*36C3 postroll music*
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