Günstige Sensortechnik kann Ökosystemleistung präzise messen

Im Fokus stand die Entwicklung eines mobilen Messsystems, bestehend aus einer hohen Anzahl kostengünstiger, frei programmierbarer, untereinander vernetzter und beliebig erweiterbarer Multisensoren zur Erfassung von Parametern wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Feinstaubbelastung sowie CO2, Sauerstoff und Stickoxiden.

"Klassische Messgeräte zur Überprüfung des Feinstaubs in der Luft beispielsweise kosten rund 20.000 Euro und messen üblicherweise diesen einen Parameter", sagte Dr. Kaul. Die für das Forschungsprojekt des Partners Hanza Tech Solutions GmbH entwickelten Multisensoren lägen bei einem Stückpreis von 200 Euro und ließen Aussagen über verschiedene Kennzahlen zu. Das sei neu und unterstreiche das enorme Potenzial der Geräte.

Hohe Leistung unter Laborbedingungen

Eine weitere Herausforderung, auf die das Projektteam mit dem Messsystem eine Antwort liefern wollte: In der Praxis beeinflussen ständig wechselnde Windverhältnisse die Qualität der Messungen, daher war den Forschenden die hohe Anzahl von Sensoren und ihre Vernetzung wichtig. "Wenn wir ein begrüntes Gebiet an zwei Punkten mit Messgeräten ausstatten, die zum Zeitpunkt X der Windrichtung entsprechend aufgestellt sind, dann haben wir ein Problem, sobald der Wind dreht. Ab dann können wir keine Aussagen mehr über die Luftqualität an Messstation A im Vergleich zur Messstation B treffen", erklärte Kaul. Durch eine Vielzahl an Sensoren im Versuchsaufbau finde sich immer ein Paar, das der aktuellen Windrichtung entspreche.

Um die Leistungsfähigkeit des Messsystems zunächst unter Laborbedingungen zu überprüfen, hatte das Projektteam einen mit unterschiedlichen Pflanzen ausgestatteten Windkanal gebaut. "Neben den Multisensoren haben wir auch mit sogenannten Referenzgeräten gemessen, also den teuren, bewährten Instrumenten, um zu sehen, ob wir gleiche Ergebnisse erhalten", so Kaul. Das Resultat stimmte die Forschenden doppelt positiv: "Wir haben nicht nur die Bestätigung erhalten, dass die Sensoren einwandfrei messen, sondern im Messergebnis die doch überraschend hohe Leistung einer Efeubepflanzung in puncto Feinstaubreduzierung festgestellt. Im Windkanal reduzierte der Efeu eine bestimmte Feinstaubart in der Umgebungsluft bis um die Hälfte." Durch die Neigung und die Interaktion der Blätter untereinander wirkt die Hecke wie ein organischer Tiefenfilter. Bei Efeu deutlich besser als bei der ebenfalls getesteten Staudenbepflanzung.

Positive Tendenzen im Außenlabor Münster

Nach Abschluss der Tests im Windkanal haben die Wissenschaftler und ihre Projektpartner das Messsystem nun in einem Außenlabor in Münster aufgebaut. Derzeit laufen die Messungen auf einem etwa 40 m² großen bepflanzten Areal mit Sensoren auf unterschiedlichen Messhöhen. Für die Staubpartikelreduzierung aus der Umgebungsluft gibt es auch hier erste positive Tendenzen. "Weitaus schwieriger sind aktuell noch Aussagen über Auswirkungen auf gasförmige Bestandteile der Luft, wie beispielsweise CO2. Das haben die Tests im Windkanal bereits gezeigt. Ein Grund ist sicher die Konzentrationsänderung in der Umgebungsluft. Da diese relativ gering ist, lassen sich dazu noch keine eindeutigen Ergebnisse festhalten", erklärte Kaul.

Besonders erfreulich für das Projektteam ist daher auch, dass nach der Testreihe in Münster noch nicht Schluss sein wird. Nach den ersten vielversprechenden Ergebnissen gibt es eine Projektverlängerung. Um noch mehr Daten sammeln zu können, haben sie sich mit einem Forschungsprojekt in Stuttgart vernetzt. "Die Kollegen des Projekts BioDivFassade haben dort eine Hausfassade mit ganz unterschiedlichen Pflanzen begrünt, um Aussagen über die Entwicklung der Biodiversität in diesem Areal zu treffen. Wir erhalten nun die Möglichkeit, unser Messsystem an dieser Fassade weiter zu testen", sagte Kaul. Sollte das Projekt zeigen, dass ein mobiles, kostengünstiges Messsystem sich auch für diesen Einsatzbereich lohnt, wäre das ein weiterer wichtiger Baustein für die Gestaltung klimafreundlicher Lebensräume.

cm/Bergische Universität Wuppertal