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FeinPhone - Partizpatorische Feinstaubmessungen mit Smartphones in Szenarien zukünftiger Smart Cities

Von Feinstaub können erhebliche Gesundheitsrisiken ausgehen: Er kann beim Menschen in die Atemwege und sogar bis in die Lungenbläschen oder den Blutkreislauf eindringen. Dort kann er Zellen schädigen oder auch andere toxische Stoffe tief in den Körper bringen. Die Feinstaubbelastung in Städten wird heute durch teure, statische Messstationen mit schlechter räumlicher und zeitlicher Auflösung überwacht. Um feingranulare dynamische Belastungskarten und reaktive Systeme in Szenarien zukünftiger Smart Cities zu ermöglichen, müssten dichte, verteilte Messungen vorgenommen werden. Eine Möglichkeit dafür sind partizipatorische Messungen auf Basis von Sensorik in Smartphones. Beim sogenannten 'Participatory Sensing' werden Privatpersonen mit kostengünstigen mobilen Sensoren ausgestattet, etwa integriert in bereits vorhandene Smartphones oder als eigenständige Geräte. Durch die Mobilität der einzelnen Teilnehmer kann eine höhere räumliche Auflösung erreicht werden. Beispiele für die erfolgreiche Umsetzung solcher Ansätze sind etwa Systeme zur Erstellung von Geräuschbelastungskarten oder zur Erfassung von Schlaglöchern, kaputten Ampeln und Verschmutzungen in Städten. Während solche Projekte meist auf regulären Smartphones und der darin verbauten Sensorik basieren, existieren integrierte Sensoren zur Messung von Feinstäuben in Smartphones noch nicht. Vergangene Arbeiten haben jedoch gezeigt, dass die Hintergrund-Feinstaubbelastung selbst mit äußerst einfachen, bereits relativ kleinen Staubsensoren erfasst werden kann. Prinzipiell ist es auch möglich das Messprinzip dieser Sensoren (Lichtstreuung) an Smartphones mit integrierter Kamera zu adaptieren. Das Projekt FeinPhone hat das Ziel, eine solche neuartige Sensorkomponente für Smartphones zur Messung von Feinstaub zu entwickeln und zu evaluieren und im Zuge der Evaluation ggf. einen Referenzdatensatz für die zukünftige Algorithmenentwicklung zu schaffen. Dies schließt das Design der externen Sensorhardware sowie geeigneter Algorithmen zur Verarbeitung der aufgenommenen Daten ein.

WD 8 - 119/18 Herkunft von Feinstaub und Stickoxiden

Kurzinformation des wissenschaftlichen Dienstes des Deutschen Bundestages. 2 Seiten. Auszug der ersten drei Seiten: Wissenschaftliche Dienste Kurzinformation Herkunft von Feinstaub und Stickoxiden Herkunft Feinstaub: „Die Feinstaubquellen sind teils natürlichen, überwiegend aber anthropogenen Ursprungs. Natür- liche Quellen sind beispielsweise Vulkanausbrüche, Waldbrände, Meeresgischt und Vegetation. Zu den anthropogenen Quellen zählen Verbrennungsprozesse in Motoren und Kraftwerken, Hei- zungsanlagen, Industrieanlagen sowie Verbrennung von Biomasse und Holz. Auch landwirt- schaftliche Aktivitäten wie Ernte, Mäharbeiten oder Düngung sind Quellen von Feinstaub. Von den o.g. Quellen sind der Verkehr (Dieselruß, Reifen- und Bremsenabrieb) und jüngst die Holz- feuerungen (Kamin) Hauptursachen der Feinstaubbelastung.“ „Auch Pilzsporen oder Pflanzen- 1 fragmente zählen zum Feinstaub.“ 2 Die Belastung unserer Atemluft ist im Wesentlichen durch Verbrennungsprozesse dominiert, vor allem durch Kfz-Verkehr und Tabakrauch. „In der Natur gibt es keine scharfen Abgrenzungen der Fraktionen. Denn aus den Nanopartikeln, die durch Nukleation [Keimbildung] und Kondensation aus der Gasphase oder bei Verbrennungsvorgängen und chemischen Reaktionen entstehen, koa- gulieren die Feinstäube. Grobstäube (> 2,5 µm) in unserer Atemluft entstehen eher durch mecha- nische Zerkleinerung, Erosion, Aufwirbelung und Windverfrachtung von Erdkrustenbestandtei- len, Sedimentstaub, Seesalz, Pollen, Pilzsporen etc. Der Massenanteil des Ultrafeinstaubs in un- serer Atemluft beträgt nur etwa 0,7 %, macht aber ca. 73 % der Teilchenzahl aus. Die Lebenszeit der meisten UF-Teilchen beträgt nur Minuten, während sie nach ihrer Akkumulation zu Fein- staub eine Lebenszeit von Wochen haben. Etwa 61 % der Partikelmasse und 27 % der Partikel- zahl findet sich im Bereich zwischen 100 und 500 nm. Je kleiner ein Teilchen, desto größer ist der Anteil der Oberflächenmoleküle an seiner Gesamtmolekülzahl. Diese Oberflächenmoleküle 1 Deutscher Wetterdienst (DWD) (2015). Broschüre „Feinstaubmessung in Kurorten“, https://www.dwd.de/SharedDocs/broschueren/DE/medizin/broschuere_feinstaub.pdf?__blob=publication- File&v=2 2 Meier, Chr. Neue Züricher Zeitung (NZZ) (2013). „Dreckige Luft als Gesundheitsrisiko“, https://www.nzz.ch/wissen/wissenschaft/dreckige-luft-als-gesundheitsrisiko-1.18143918 WD 8 - 3000 - 119/18 (8.11.2018) © 2018 Deutscher Bundestag Die Wissenschaftlichen Dienste des Deutschen Bundestages unterstützen die Mitglieder des Deutschen Bundestages bei ihrer mandatsbezogenen Tätigkeit. Ihre Arbeiten geben nicht die Auffassung des Deutschen Bundestages, eines sei- ner Organe oder der Bundestagsverwaltung wieder. Vielmehr liegen sie in der fachlichen Verantwortung der Verfasse- rinnen und Verfasser sowie der Fachbereichsleitung. Arbeiten der Wissenschaftlichen Dienste geben nur den zum Zeit- punkt der Erstellung des Textes aktuellen Stand wieder und stellen eine individuelle Auftragsarbeit für einen Abge- ordneten des Bundestages dar. Die Arbeiten können der Geheimschutzordnung des Bundestages unterliegende, ge- schützte oder andere nicht zur Veröffentlichung geeignete Informationen enthalten. Eine beabsichtigte Weitergabe oder Veröffentlichung ist vorab dem jeweiligen Fachbereich anzuzeigen und nur mit Angabe der Quelle zulässig. Der Fach- bereich berät über die dabei zu berücksichtigenden Fragen.[.. next page ..]Wissenschaftliche Dienste Kurzinformation Seite 2 Herkunft von Feinstaub und Stickoxiden können am leichtesten mit Zellmembranen und anderen biologischen Strukturen in Kontakt tre- ten.“3 Herkunft Stickoxide: Stickoxid ist ein farbloses, unbrennbares und geruchloses Gas. Seine Lebensdauer ist ver- gleichsweise gering. In Luft bildet es mit Sauerstoff Stickstoffdioxid, in wässriger Umgebung oxidiert es zu Nitrit (NO2 ) und Nitrat (NO3 ). Nitrataerosole (= kleine Tröpfchen) sind Be- - - standteile der Feinstaubbelastung. Stickoxide entstehen beim Verbrennen von Kohle, Öl, Gas, Holz, Abfällen oder in Verbrennungs- motoren. NO und NO2 sind giftige Gase. Bei den chemischen Reaktionen entsteht zuerst meist Stickstoffmonoxid (NO). Dieses verbindet sich an der Luft schnell mit weiteren Sauerstoffatomen zu Stickstoffdioxid (NO2). In der Natur kommen Stickoxide wie NO oder NO2 nur in winzigen 4 Mengen vor. Definition für Stickoxide NOx, NOy und NOz: NOy = NOz + NOx NOx = NO + NO2 NOz = HNO3 + HONO + 2N2O5 + HO2NO2 + PAN + NO3 + organische Nitrate – ohne NH3. Zur NOy-Familie gehören Stickstoffverbindungen, deren Oxidationszahl größer als 2 ist. *** 3 Neuberger, M. (2007). „Umweltepidemiologie und Toxikologie von Nanopartikeln (Ultrafeinstaub) und Fein- staub“, Gazsó A., Greßler S., Schiemer F. (eds) Nano. Springer, Vienna Umweltbundesamt (UBA) (2013). „Aus welchen Quellen stammt Feinstaub?“ https://www.umweltbundes- amt.de/service/uba-fragen/aus-welchen-quellen-stammt-feinstaub 4 Radio Berlin Brandenburg (rbb) (2017). „Stickoxid - das Gift in den Straßen“ https://www.rbb24.de/poli- tik/thema/2017/abgasalarm/beitraege/faq-stickoxide-quellen-grenzwerte-auswirkungen.html Fachbereich WD 8 (Umwelt, Naturschutz, Reaktorsicherheit, Bildung und Forschung)

openSenseMap: Sensor Box Feinstaubmessung 2

Ausrichtung: West, ca. 4 Meter über Grund

openSenseMap: Sensor Box Feinstaubmessung

Ausrichtung: Süd-Ost, Höhe über Grund: ca. 3 m

openSenseMap: Sensor Box Feinstaub-Messung Bessemer

SD011 Feinstaubsensor mit BME280 Temp, Druck, Feuchtefühler am ESP8266

openSenseMap: Sensor Box Feinstaubmessung: Nettetal-Kaldenkirchen

Der Feinstaubsensor befindet sich im hinteren Teil unserer Wohnung in 50 cm Höhe

openSenseMap: Sensor Box Mondstadt

AG Feinstaubmessung am HAG, Betrieb der Messstation über WLAN

openSenseMap: Sensor Box Feinstaubmessung untere Bremerstraße

WHO-Empfehlungen: PM2,5 Jahresmittelwert: 5 μg/m³, Tagesmittelwert: 15μg/m³ PM10 Jahresmittelwert: 15 μg/m³, Tagesmittelwert: 45 μg/m³ ACHTUNG: Feinstaub korreliert mit rel. Luftfeuchtigkeit, daher immer beide betrachten.

openSenseMap: Sensor Box Kippenhausen

Feinstaubmessung in Kippenhausen (Immenstaad am Bodensee) Sebsor ca. 3m über der Straße.

openSenseMap: Sensor Box Karlsdorf-Neuthard (Feinstaub-Messung)

Sensor zur Messung der Luftqualität (Feinstaub) an der Hauptstraße in Neuthard. Am Sensor-Standort wird zusätzlich noch die Temperatur und Luftfeuchtigkeit ermittelt.

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