36C3 - Aufbau eines Sensornetzes für die Messung von Stickstoffdioxid

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

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