Feinstaub Emissionen und FeinstaubmessungUm Emissionen aus bestimmten Quellen zu verringern, müssen die Feinstaub-Werte in einem engmaschigen Netz erfasst werden.

Feinstaub Emission

In Großstädten wie Stuttgart oder Highveld (Südafrika) sind schlechte Luftqualität und Smog immer wieder Thema. Das tägliche Tragen von Masken gegen Smog und das ständige Fehlen eines blauen Himmels in einigen Metropolen gipfelte 2013 in der Formulierung des neuen Begriffs "Air-pokalypse", der die gravierenden gesundheitlichen Risiken unterstreicht, die von schlechter Luftqualität ausgehen. Obwohl es beispielsweise Peking gelungen ist, die durchschnittliche jährliche Belastung durch Feinstaub mit einem Durchmesser von bis zu 2,5 Mikrometern (PM2.5) zwischen 2013 und 2022 um etwa zwei Drittel zu senken, liegen die Grenzwerte der Weltgesundheitsorganisation noch niedriger.
Während Schadstoffe wie Stickoxide aus Dieselmotoren im Zuge der Elektrifizierung des Individualverkehrs weitgehend reduziert werden können, wird Feinstaub nach wie vor durch Reifen und Bremsen sowie durch andere anthropogene und natürliche Quellen wie Landwirtschaft, Industrie oder Waldbrände erzeugt.

Nach nur 15 Jahren senkte die Weltgesundheitsorganisation im Jahr 2021 die PM-Grenzwerte in ihren Luftqualitätsrichtlinien von 10 auf nur 5 µg/m³ für PM2.5 und von 20 auf 15 µg/m³ für Partikel mit einem Durchmesser von bis zu 10 Mikrometern (PM10). Luftverschmutzung wird inzwischen als ebenso gesundheitsgefährdend angesehen wie Rauchen oder ungesunde Ernährung. Daher plant auch die EU, die PM-Grenzwerte im Jahr 2030 drastisch zu senken.
Air-pokalypse

Um Emissionen aus bestimmten Quellen zu verringern, sollten die Feinstaub-Werte in einem engmaschigen Netz erfasst werden.

Allgemeine Maßnahmen wie Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Gesetze gegen Verbrennungsmotoren und Ölheizungen zur Einhaltung der Feinstaub-Grenzwerte können durch die Verringerung der Verschmutzung aus bestimmten Quellen oder beispielsweise durch ein dynamisches Verkehrsmanagement ergänzt oder sogar vermieden werden. Um Emissionen aus bestimmten Quellen zu verringern, müssen die Feinstaub-Werte in einem engmaschigen Netz erfasst, die Partikelquellen identifiziert und analysiert und die Verteilungsmechanismen verstanden werden. Ein dynamisches Verkehrsmanagement auf der Grundlage der Feinstaubwerte erfordert sogar Echtzeitmessungen.

Öffentliche Stellen untersuchen die Feinstaubbelastung mit wissenschaftlichen Instrumenten, die mit erheblichen Investitionen und Installationsschwellen verbunden sind. Solche Messungen eignen sich für die punktuelle Untersuchung von Feinstaub in einem groben Messnetz. Bereits wenige Straßen vom Messort entfernt sind starke Abweichungen möglich - je nach Topografie, Gebäuden, Wind oder Feinstaubquellen. Für Standorte, die nicht von Behörden ausgewählt wurden, können die nächstgelegenen Messwerte bereits ungültig und sogar viele Kilometer entfernt sein.

Problemlösung
Als Lösung für dieses Problem werden deutlich günstigere, aber dennoch ausreichend genaue Feinstaub-Sensoren benötigt, die einfach und überall installiert werden können. Solche Geräte können verwendet werden, um ein feineres Messraster für lokale Informationen über die Luftverschmutzung zu erstellen - was zu einer umfassenden Kenntnis der lokalen Immission führt und Verteilungsstudien sowie die Identifizierung von Quellen ermöglicht. Gleichzeitig müssen die Messungen zuverlässig sein, auch wenn keine wissenschaftliche Genauigkeit erreicht werden muss.

Methoden zur Feinstaubmessung
Klassisch wird Feinstaub durch Ablagerung von Partikeln auf einem Filter gemessen. Der Filter wird in der Regel täglich ausgetauscht, getrocknet und in einem Labor gewogen. Die relevanten Messwerte werden folglich als Mikrogramm Staub auf dem Filter pro Kubikmeter gefilterter Luft erfasst. Informationen über die beteiligten chemischen Substanzen werden ungeachtet der potenziell unterschiedlichen Auswirkungen auf den menschlichen Körper nicht erfasst. Die PM-Klassen ergeben sich aus der Trennung der Staubgrößen durch trägheitsabhängige Impaktorfilter. Die Staubpartikel mit einem Durchmesser von bis zu 2,5 Mikrometern in der Feinstaub-Klasse PM2.5 sind auch in der Fraktion PM10 enthalten.

Feinstaubsensoren auf Basis von Lichtstreuung

Ein anderer Ansatz zur Ermittlung der Feinstaubmenge in der Luft ist das Messprinzip der Lichtstreuung. Anstelle des wiederholten Austauschens und Wiegens von Filtern in einem Labor liefert das an den Partikeln in einem Luftstrom gestreute Licht kontinuierlich Informationen über die Feinstaubkonzentration. Ein Photodetektor wird senkrecht zum Luftstrom und auch senkrecht zu einem Lichtstrahl angebracht, so dass normalerweise kein Licht den Detektor erreicht. Wenn ein Partikel den Strahl kreuzt, wird das Licht gestreut und ein Teil dessen erreicht den Fotodetektor. Die Intensität des empfangenen Impulses gibt Aufschluss über den Querschnitt des Partikels. Zusammen mit dem Luftvolumenstrom lassen sich so die Anzahldichte und die Größenverteilung der Partikel ermitteln. Im Gegensatz zum Wiegen von Staub auf einem Filter können bei dieser Methode die Ergebnisse in Echtzeit übermittelt werden. Wichtig ist, dass dieses Messprinzip Informationen über das Reflexionsvermögen und den Querschnitt der Staubpartikel und auch nicht über ihre chemische Zusammensetzung oder Masse liefert. Folglich verarbeiten empirische Algorithmen die Informationen einschließlich der Größenverteilung, um die Streulichtimpulse in Partikelanzahldichten und Massendichten umzuwandeln.

Während Schadstoffe wie Stickoxide aus Dieselmotoren im Zuge der Elektrifizierung des Individualverkehrs weitgehend reduziert werden können, wird Feinstaub nach wie vor durch Reifen und Bremsen sowie durch andere anthropogene und natürliche Quellen wie Landwirtschaft, Industrie oder Waldbrände erzeugt.‎‎‎‎ Die Hauptvorteile gegenüber der Wägemethode sind eine niedrige Installationsschwelle, geringe Kosten und die Kontinuität der Messungen.

Der Feinstaub-Hygro-Thermo-Baro Sensor Compact (Feinstaub HTB Compact) misst die Feinstaubfraktionen PM1, PM2.5, PM4, PM10!

Thies Clima hat für diese Anwendung einen Feinstaubsensor entwickelt, der auf seinem meteorologischen Hygro-Thermo-Baro Sensor Compact mit Wetter- und Strahlungsschutz basiert. Der Feinstaub-Hygro-Thermo-Baro Sensor Compact Feinstaub HTB Sensor Compact misst die Feinstaubfraktionen PM2.5 und PM10 zusammen mit präzisen meteorologischen Basisinformationen über Temperatur (± 0,1 °C), Luftfeuchtigkeit (± 1,5 % r.F.) und Luftdruck (typ. ± 0,25 hPa). Die aktive und überwachte Ventilierung der Hygro- und Thermosensoren sorgt für genaue Temperaturmesswerte und schnelle Reaktionszeiten.‎
Für noch detailliertere Untersuchungen werden auch Teilchen- und massendichten für die Fraktionen bis 1 und 4 Mikrometer gemessen, und die Teilchendichte für Partikel mit Durchmessern bis 0,5 Mikrometer ist verfügbar. Ein Indikator für die Messqualität wird auf der Grundlage einer Kombination der Feinstaub-Werte und der meteorologischen Messwerte bereitgestellt. Der Sensor bietet eine RS485-Schnittstelle mit binärem MODBUS-RTU und einem ASCII-Protokoll. Mit seiner ID-basierten Kommunikation ist der Betrieb in einem Bussystem möglich.

Langzeitversuchen an der Nordseeküste
Der aus korrosionsfreien Materialien gefertigte Feinstaub HTB Sensor Compact hält Langzeitversuchen an der Nordseeküste stand. Weitere Langzeituntersuchungen direkt an einem behördlichen Messcontainer bestätigen die Übereinstimmung zwischen filterbasierten Messungen und dem Feinstaub-Hygro-Thermo-Baro Sensor Compact. Der Sensor ist direkt verfügbar und erfüllt die Anforderungen für eine dezentrale Live-Überwachung der Feinstaubbelastung.

Im Vergleich zu den Investitionen für behördliche Messcontainer können Dutzende solcher Sensoren in einem engmaschigen Netz installiert werden. Zudem werden die Sensoren kontinuierlich und ohne häufige Wartung betrieben. Selbstreinigungsverfahren und eine robuste Bauweise reduzieren den Personalaufwand.
Der Feinstaub-Hygro-Thermo-Baro Sensor Compact misst die Feinstaubfraktionen: PM1, PM2.5, PM4, PM10, Teilchendichte
Der Feinstaub-Hygro-Thermo-Baro Sensor Compact misst Temperatur, Luftfeuchtigkeit, PM2.5, PM10 und viele weitere Parameter mit geringem Installationsaufwand.
Weitere Produkt Details

Feinstaub HTB Sensor Compact

Umfangreiches Zubehör :
Unsere passgenauen Montagelösungen ermöglichen die Befestigung an allen Standorten.

Alle Daten komfortabel im Zugriff:
Datenlogger /Converter
Software/APIs
App/Cloud Lösungen


Beratung und Information:
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Tel. 0049.551.79001-‎0 E-Mail: info@thiesclima.cominfo@thiesclima.com
Glossar Feinstaub-Messtechnik: Erfahren Sie mehr über Feinstaub-Messtechnik in unserem Glossar
Feinstaub HTB Sensor - modular und kompakt, Outdoor und Indoor geeignet, mit und ohne Wetterschutzgehäuse.
Text Quellen:
From ʻair-pocalypseʻ to blue skies. Beijingʻs fight for cleaner air is a rare victory for public dissent | CNN,https://edition.cnn.com/2021/08/23/china/china-air-pollution-mic-intl-hnk/index.html , abgerufen am 21.06.2023
China: annual PM2.5 levels Beijing 2022 | Statista, https://www.statista.com/statistics/690823/china-annual-pm25-particle-levels-beijing /, abgerufen am 21.06.2023
WHO global air quality guidelines: particulate matter (‎PM2.5 and PM10)‎, ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide and carbon monoxide, ISBN 9789240034228
Revision EU ambient air quality legislation (europa.eu), https://environment.ec.europa.eu/publications/revision-eu-ambient-air-quality-legislation_en


Weitere nützliche Infos, Links:
Glossar Feinstaub-Messtechnik: Erfahren Sie mehr über Feinstaub-Messtechnik in unserem Glossar
https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub
Umweltbundesamt, Feinstaub Belastung
https://www.who.int/publications/i/item/9789240034228

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