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 Untertitel erstellt von c3subtitles.de im Jahr 2020. Mach mit und hilf uns!